新能源汽车系列报告之电机篇：技术升级叠加规模效应，电机行业拐点将至

新能源汽车迎来快速增长期，带动电机需求快速提升。2021年全球新能源汽车总销量675万辆，同比增长108%，其中我国总销量为352.1万辆，同比增长157.5%，为全球最大市场。作为三电之一的驱动电机，同样进入高速增长期。经过我们测算，到2025年，我国驱动电机市场空间将达到361.38亿元，五年CAGR为54.6%。 电机技术不断革新，带来行业发展机遇。国内外电动汽车电机主要朝以下几个方面发展：高功率密度、电机冷却方式发展多样化、低成本化、高集成化、良好的振动噪声特性和高效率。这些新的电机技术在实现单电机功率提升的同时也会提升单电机价值量。 驱动电机有望迎来量价齐升。为实现功率提升，电机扁线化已经是大势所趋，2021年国内销量排名前20的车型中，有一半车型已经开始装配或选装扁线电机。同时，双电机车型渗透率也在进一步提升，预计到2025年双电机渗透率将达到25%。随着扁线电机渗透率的提升和双电机车型比例的提升，我们判断，2022年驱动电机行业将迎来量价齐升。 驱动电机规模效应逐步释放。驱动电机行业属于资本密集型产业，生产依赖于自动化线，固定投资大，每10万套产能对应投资约6900万元；且每款电机的开发费用不低，开发费约占总成本比重10%。我们认为未来随着规模效应的显现，盈利将会大幅改善。 投资建议： 我们重点关注有领先技术优势及规模效应已开始逐步释放的电机第三方龙头供应商，重点推荐：方正电机、大洋电机、科力尔。 风险提示： 1）新能源汽车销量不及预期风险；2）行业竞争加剧风险；3）上游原材料涨价风险。 投资聚焦 研究背景： 2021年全球电动车总销量达到675万辆，同比增长108%；渗透率达到8.3%，相比于2020年提高4.1pct。其中中国市场2021年大超预期，2021年新能源车总销量为352.1万辆，同比增长157.5%。我们预测，2022年新能源汽车渗透率有望突破20%，达到550万辆的销量规模。下游的高速发展，势必会为新能源汽车专用零部件带来更多更确定的投资机会。 不同于市场的观点： 市场一般认为，驱动电机虽然是新能源汽车三大核心零部件之一，但受制于行业毛利较低，盈利能力有限。 我们认为，新能源汽车驱动电机行业属于资本密集型行业，规模效应显著。而近几年新能源驱动电机技术不断革新升级，扁线电机、驱动系统集成化逐渐成为新的技术趋势，技术领先的公司有望借助新产品的技术壁垒进一步提升市占率，发挥规模效应，行业集中度也会进一步提升。 核心结论： 我们认为，得益于下游新能源车市场的高景气、驱动电机技术的进步、规模效应的释放，驱动电机行业的量、价提升以及盈利改善会给相关上市公司带来明显的投资机会。 量：新能源汽车已从政策驱动转向市场拉动新发展阶段，我们预计2022年新能源车销量有望达到550万辆，驱动电机装机量有望突破600万台。 价：为实现功率提升，电机扁线化已经是大势所趋。扁线电机渗透率的提升有望提升驱动电机的单机价值量。 盈利改善：驱动电机生产依赖于自动化生产设备，固定投资大，且每款电机的开发费用占总成本比重约10%，故驱动电机行业规模效应显著。未来随着电机装机量快速增长，规模效应释放，驱动电机企业盈利能力将明显改善。 重点推荐： 结合技术优势、客户结构、规模效应、盈利能力等方面，我们重点推荐：方正电机、大洋电机、科力尔。 1.新能源汽车迎来快速增长期带动电机需求快速提升 1.1.新能源汽车迎来快速增长期 全球新能源汽车销量高速增长。2021年全球电动车总销量675万辆，同比增长108%，其中EV（纯电车型）占71%，PHEV（插电式混合动力车型）占29%。若按照2021年全球汽车销量8100万辆计算，则2021年全球电动车销量渗透率达到8.3%，相比于2020年提高4.1pct。 图表1：全球电动车销量及其渗透率 我国新能源汽车销量大超预期。全球新能源汽车三大销售市场分别是欧洲、北美和中国，其中欧洲和北美销量符合预期，但中国市场大超产业预期。2021年初市场预期中国市场新能源车销量为180-210万辆之间，后多次上调市场预期，最终2021年全年我国新能源车总销量为352.1万辆，同比2020年增长157.5%。其中以新能源乘用车为主，共销售333.4万辆，占新能源汽车总销量的94.7%，其余为新能源商用车。在这333.4万辆新能源乘用车中，EV占比82%，PHEV占比18%。 图表2：中国新能源车销量及其渗透率 图表3：2021年新能源销量乘用车及商用车占比 图表4：2021年乘用车销量纯电及插电占比 2022年销量有望达550万辆。我们认为，2022年新能源汽车借助规模化、新技术应用及国产化率提升，将进一步降低生产成本，提升产品市场竞争力。通过对未来汽车市场销量及新能源汽车渗透率进行假设计算，我们预测2022年新能源汽车渗透率有望突破20%，达到550万辆的销量规模。 图表5：我国新能源车销量预测 1.2.驱动电机高增长 驱动电机装机量高增。新能源汽车三大核心部件分别为电机、电池及电控系统，合称三电。而驱动电机作为三电之一，装机量随着新能源汽车销量的高速增长而同步增长，2020年我国新能源汽车驱动电机装机量为146.3万台，同比增长10.5%，平均单台新能源汽车装机驱动电机1.07台。 图表6：新能源汽车成本结构（2020年） 图表7：我国新能源汽车驱动电机装机量 驱动电机市场规模高速增长。我们假设，未来几年双电机车型渗透率会不断提升，预计到2025年双电机比例会达到25%。通过双电机渗透率计算平均单车电机数量，再结合新能源车销量及电机单价进行测算，测算结果显示到2025年我国驱动电机市场空间将达到361.38亿元，五年CAGR为54.6%。 图表8：中国驱动电机市场规模测算 2.电机技术不断革新带来行业发展机遇 2.1.电机具有多种技术路线 电机分类方法多样，若按照用途进行分类，则可分为驱动用电动机和控制用电动机，其中驱动用电动机和控制电机又可进行进一步细分。 目前新能源车用的驱动电机主要可分为直流电机、交流电机及轮毂电机等，直流电机和交流电机按照结构工作原理又可进一步细分，比如同步电机、异步电机等。目前行业对于交流异步电机、永磁同步电机及开关磁阻电机关注度较高。 图表9：电机按用途进行分类 图表10：电机按结构和工作原理分类 2.2.新能源汽车驱动电机性能要求高 驱动电机作为电动汽车驱动系统中的核心零部件，其性能直接决定了整车的动力性能，故根据《新能源汽车驱动用永磁同步电机的设计》，相比于传统的工业电机，驱动电机对性能的要求有以下特点： 1）高功率密度，高比功率：驱动电机需要作为动力能源要驱动整车进行运动，且相应速度要足够快，故要求驱动电机具备高的功率密度。 2）高效率：为提高电动汽车的续航行驶里程，需要降低电机各部分损耗值，并能够在汽车减速制动时进行能量回收提高能源利用率。 3）高过载能力：电机的启动转矩要足够大，以满足电动汽车的加速能力和爬坡能力。 4）宽调速范围：为了满足频繁起动和停车、低速爬坡、高速行驶以及非常宽的运行速度范围等特点，驱动电机输出特性需要在电机低速与高速运行范围内都能达到精准的控制要求，而且不失去其他动力性指标要求。 5）高可靠性：新能源汽车的动力电池组集电机绕组中的电压很容易到达300V以上范围，故要求驱动电机的电气系统的安全防护等级较高，以保证安全。 6）高动态相应性能：以满足汽车频繁起停等复杂工况的要求及多台电机协调运行的要求。 7）小体积，轻重量：受到整车空间的限制，以及必须考虑与传动系之间的连接与安装等问题，要求牵引电机具有体积小、重量轻等特点。 图表11：驱动电机性能要求 应用于新能源汽车驱动电机有以下几种类型，不同电机类型有不同的优劣势： 1）直流电机：早期新能源汽车驱动用电机大多是直流电机，因为其转矩速度特性能够较好满足新能源汽车的性能要求，且控制简单。但由于其结构的缺陷，导致其对使用环境要求高、寿命短、保养困难。随着电子器件和微控制器的技术进步，目前交流电机已基本取代直流电机。 2）交流异步电机（也称交流感应电机）：其结构简单、可靠性高、控制技术相对成熟；但异步电机转子容易发热，在高速运行时需要较大的冷却功率，对控制器技术要求较高；且低速性能不好，需要减速机构。由于美国本土缺少生产永磁同步电机的稀土资源，从其国家战略考虑，美国生产的纯电动汽车或混合动力汽车大多采用了交流感应电机作为其驱动电机。 3）永磁同步电机：与传统电励磁同步电机不同，其转子采用永磁体，该结构省去了传统同步电机中的电刷、集电环以及励磁绕组，从而无以上转子部件所引起的铜耗，具有高效、高功率密度、高可靠性、体积小等优点。 4）开关磁阻电机是一种比较新型的电机，比之其他类型电机，在结构上没有永磁体、电刷和滑环等零部件，其具有结构简单、制造成本低、适于高速运行等优点。但是，其扭矩性能低，转矩脉动和噪声水平较其他类型电机都大，因此开关磁阻电机电驱动系统在新能源汽车中的开发与应用受到一定限制。 不同电机类型有不同的优劣势。从行业配套角度看，新能源汽车主要使用的是交流感应电机和永磁同步电机。但高效、低损耗使得永磁同步电机相比异步电机更加节能。从装机量角度看，永磁同步电机由于其优异的综合性能，一直占据最高比例，到2019年，我国新能源汽车中永磁同步电机的比例已超过90%。近年来，持续选择交流异步电机技术路径的特斯拉，在其新推出的Model 3车型中，也开始采用永磁同步电机方案。 图表12：不同类型驱动电机比较 2.3.提升功率密度为主要发展趋势 相比于过去几年，我国的驱动电机技术已经取得了较大进步，已经具备自主研发各类新能源汽车所需驱动电机产品的技术能力，主要性能指标也已经达到国际先进水平，但在峰值转速、功率密度及效率方面与国外仍存在一定的差距。 图表13：国内外电机技术对比 国内外电动汽车电机主要朝以下几个方面发展：高功率密度、电机冷却方式发展多样化、低成本化、高集成化、良好的振动噪声特性和高效率。 2.3.1扁线绕组——高功率密度解决方案 根据国家制造强国建设战略咨询委员会正式发布的《中国制造2025技术路线》，到2025年，新能源乘用车驱动电机的20s有效比功率要达到4.5KW/kg，2030年要达到5KW/kg。 图表14：我国驱动电机发展技术路线图 为了实现更高的转矩密度，新能源车用电机绕组由传统的圆形散线绕组逐渐向扁铜线绕组发展。高速化是电动汽车电机发展的趋势，扁线绕组逐步成为各大电动汽车厂商的首选。国外采用扁线绕组作为新能源车电机绕组已成为主流，如丰田普锐斯、美国雷米、德国大陆、韩国LGE、宝马i5等。国内厂商也在研发扁线电机技术，有个别厂商已经具备量产扁线电机的技术并在建立生产线。国内销量排名前20的车型中，有一半已经开始装配或部分装配扁线电机。 图表15：我国销量2021年销量前20车型电机绕组类型 从行业标杆丰田Prius的历代技术可以看出，高速化和扁线绕组技术是未来驱动电机的技术发展趋势。最新的Prius2017使用的就是扁线绕组，最高转速达到了17000r/min，对应的电频率达到了1133Hz。 图表16：丰田Prius历代电机发展趋势 图表17：Prius2017电机定子 图表18：扁线绕组永磁电机结构示意图 扁线电机的核心优势在于可以通过提升满槽率提升能量密度，传统的绕组为多根细圆线，扁线绕组变成几根粗的矩形导线。扁线电机通过槽满率的提升，可提升填铜量，扁线电机有效铜的面积可以提高20%以上，从而提高20-30%的功率，传统电机有效铜槽满率只有45%左右，扁线电机能做到70%左右。 工艺的改变在结构上使得电机的绕组端部尺寸减少了20%左右，空间进一步的降低了，从而使整个系统的体积变小，实现了小型化和轻量化。 一方面提升了电机的功率密度，使得电机的效率提高，也使得电机的高效区的范围变广，另一方面扁线与扁线之间的接触面积变大，绕组