驱动电机产业研究:受益电动化加速,重弹性和新技术

2021/8/18 10:15:59??????点击:

1、 全球电动化叠加双电机效应,驱动电机市场前景广阔

新能源车销量超预期增长,双电机渗透率提升,驱动电机市场增长加快。2020 年中 国新能源汽车驱动电机装机量为 146.3 万台,同比增长 10.5%,据 EVTank 预测,2021 年中国新能源汽车驱动电机的装机量将在 2020 年的基础上翻倍,达到 298.3 万台, 2025 年中国新能源汽车驱动电机的出货量将超过 1000 万台。新能源汽车驱动电机增 长迅速,且将在未来几年维持 30%以上的增长率,主要原因除了下游新能源汽车产 销量超预期增长之外,双电机四驱车型的占比逐步提升也将推动驱动电机需求曲线 更加陡峭,包括特斯拉 Model3/Y、比亚迪汉 EV、理想 ONE、小鹏 P7 等车型均推出 了采用“双电机四驱”的车型版本。

新能源汽车是未来对高性能钕铁硼永磁材料需求量增长最快的领域。高性能钕铁硼 永磁材料主要应用于新能源汽车驱动电机。产业上游主要是稀土矿开采、稀土冶炼 行业,中游是钕铁硼材料生产商,下游是消费电子产品、基础工业等传统领域,以 及新能源、节能环保等新兴应用领域。

1.1、 驱动电机是汽车电动化进程中三大增量零部件之一

驱动电机系统是新能源电动汽车的三大核心零部件之一,是电动汽车的实行机构, 相当于传统燃油汽车的“发动机”。驱动电机系统的产业化及技术水平,直接决定了金沙澳门娱乐场官网登录口国新能源电动汽车的发展水平。电池、电机、电控三者合称“三电”,电机成本占 到新能源车成本的 10%。驱动电机主要由定子、转子、机壳、连接器、旋转变压器 等零部件装配组成,其性能决定了汽车的爬坡能力、加速能力及最高车速等主要性 能指标。

汽车电动化带动电机市场快速增长,不论采用何种电动化技术路径(纯电动、插电 混动、增程式等),不论使用何种动力电池(磷酸铁锂、高镍三元、燃料电池等), 每辆新能源汽车都需要电驱动系统实现动力输出与控制。驱动电机是指依据电磁感 应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置,它的主要作用是产生驱动转矩,作为 用电器或各种机械的动力源。

新能源车驱动电机与一般工业应用的驱动电机相比,性能要求更高。新能源汽车驱 动电机要求调速范围宽、功率密度高、安全可靠、轻量化且过载能力强。

永磁同步电机性能优势突出,占新能源驱动电机市场的 99%。永磁同步电机是由永 磁体励磁产生同步旋转磁场,从而产生电流的电机。永磁同步电机效率高、功率密 度大、可靠性高,且其采用电子功率器件作为换向装置,驱动灵活、可控性较强; 交流异步电机价格低、运行可靠;但其功率密度低、控制复杂、调速范围小是固有 限制,在客车中应用较广泛。

1.2、 双电机车型渗透率提升,电机需求曲线陡峭化

双电机四驱车的前后电机独立驱动,动力性强、稳定性高、更安全。双电机纯电四 驱车总体布置一般都是前后轴各一个电机,在通过主减速器、差速器把电机扭矩传 递至轮端。双电机四驱的代表车型是特斯拉 Model Y,Model Y 推出了 2021 款 Performance 高性能全轮驱动版,前电机最大功率 137 kW,后电机最大功率 220 kW, 0-100km/h 加速时间约 3.7 秒,其动力系统极其强劲。

此外,前后轴可以进行独立的扭矩分配,驱动或制动时可以选择两个电机效率较高 的工作点,降低整车电耗;此外,可以基于轴荷分布来合理分配轴间的驱动力或制 动力,充分利用车辆的附着极限,提高车辆稳定性、安全性。

2021 年 1-6 月新能源车销量前 15 名中,B 级以上车型均包含双电机版本。随着新能 源车销量快速增长,叠加双电机车型渗透率逐步提升,新能源车驱动电机需求增长 曲线将更加陡峭,逐步超过新能源汽车需求增速。

双电机渗透率提升,进一步推动永磁材料、稀土镨钕需求加速增长。2021 年上半年, 全球新能源车销量中纯电动车占比达到 70%,插电混动总销量占比 30%,纯电动车份 额微幅增长。随着新能源车结构升级,全球 B 级车销量占比提升迅速,而销量前 15 名中 B 级、C 级车型均推出了双电机四驱版本,双电机的需求将有力推动上游永磁材 料、稀土镨钕的进一步紧缺。 2019 年-2021 年上半年中,全球纯电动车型中 B 级车型占比分别为 22%/26%/32%,连 续 3 年上升。纯电动车型中,B 级和 C 级车占比分别为 29%/32%/37%,增长较快,插 电混动车型中 B、C 级车型占比较为稳定。随着国内新能源车销量结构优化,预计 B\C 车型占比将进一步提升,双电机四驱版本车型销量也将持续走高。

2、 上游:稀土镨钕价格持续走高,供需态势迎来新拐点

2.1、 金沙澳门娱乐场官网登录口国拥有全球最大的稀土储量和产量

金沙澳门娱乐场官网登录口国具有生产钕铁硼永磁材料得天独厚的优势。金沙澳门娱乐场官网登录口国是稀土资源大国,拥有全球最 丰富的稀土资源。2020 年中国稀土资源储量为 4400 万吨,与 2019 年持平,占全球 稀土资源总储量的 37.89%,位居全球第一;2020 年中国稀土产量占全球稀土总产量 的 58.33%,占比最大。受新能源车销量快速增长的拉动,稀土价格呈上升趋势。

2.2、 回顾过去,稀土价格上涨核心驱动力在于政策的短期收紧

过去 10 年稀土涨价的核心逻辑在于金沙澳门娱乐场官网登录口国稀土产业政策的短期收紧,但稀土收储并未 从根本上改变市场的供需关系。稀土作为一种重要的战略资源,一旦大量流失国外, 将大大压缩金沙澳门娱乐场官网登录口国未来高科技领域的生存和发展空间,危害国家长远发展。在此情形 之下,从 2011 年底开始,国家稀土收储计划正式实施。

将时间窗口拉长 10 年,稀土价格在 2012 年达到最高,之后迅速回落至收储前水平, 同样在 2017 年 9 月稀土价格冲高之后又迅速回落。氧化镨钕价格持续走高,2021 年 7 月份氧化镨钕均价上涨至 60 万元/吨,2020 年 7 月到 2021 年 7 月期间,其价格 上涨 87%。

往年 7、8、9 月为稀土行业传统淡季,但 2021 年 7 月份至今价格维持坚挺,6 月份 价格曾小幅回调,镨钕价格最低跌至 48 万,但很快重新反弹。若在接下来两个月的 淡季中价格能够维持当前水平,那么在三季度末迎来传统旺季后,价格大概率能够 继续维持高位运行。

受新能源车销量快速增长的拉动,稀土价格呈上升趋势。镨钕合金是生产高性能钕 铁硼永磁材料的主要原料,其在钕铁硼永磁材料成本中占比约为 27.3%。2020 年上 半年,受新冠肺炎疫情影响,稀土终端应用需求下降,稀土企业订单尤其是出口订 单受到不同程度影响,稀土价格低位运行。2020 年下半年开始,国内疫情全面防控 成效显著,经济发展稳定转好,受需求端拉动,稀土价格明显上涨。

2.3、 展望未来,新能源汽车重塑稀土成长逻辑

稀土供应方面,六大集团当前冶炼分离能力成为扩产瓶颈。从金沙澳门娱乐场官网登录口国供应来看,稀土 供应实行严格的总量指标控制,2016 年到 2020 年复合年均增长率约为 7%,预计 2021 年全年稀土开采指标为 17 万吨,目前稀土产量受限于企业的冶炼分离能力,国内六 大集团产能利用率高达 85%左右,若新建产线则需要 1-2 年的时间,行政批复时间 也将难以预测。从海外层面看,目前仅澳洲莱纳斯具备冶炼分离能力,且产能建设 难度较大,一是技术上受限,金沙澳门娱乐场官网登录口国对于相关技术严禁出口,二是成本高昂,相较于 国内成本劣势明显。

稀土需求方面,稀土镨钕是钕铁硼磁材重要组成部分。钕铁硼磁材是稀土下游最具 成长潜力的应用领域,新能源车销量高速增长将撬动稀土镨钕需求高速上升,金沙澳门娱乐场官网登录口 预计到 2025 年,全球镨钕氧化物需求为 15.5 万吨,未来五年 CAGR 达 23.9%。此 外,碳中和背景下的稀土应用场景想象空间扩大,包括风电领域、变频空调、节能 电梯、工业机器人等领域,对稀土需求形成有力支撑。

镨钕金属库存维持低位运行,进一步印证稀土景气度提升。2021 年 6 月中国镨钕混 合金属生产商库存率 17.04%,2020 年同期为 36.49%,同比降低 53.30%。2021 年 1-6 月,中国镨钕混合金属生产商平均库存率 19.43%,2020 年同期为 44.47%,同比降 低 56.00%。

据金沙澳门娱乐场官网登录口测算,到 2025 年全球稀土钕铁硼合计需求为 47.0 万吨,对应镨钕氧化物需求 为 15.5 万吨,而 2020 年钕铁硼需求大约 16 万吨,对应镨钕氧化物需求约为 5.3 万 吨,未来五年镨钕氧化物需求 CAGR 为 23.9%。从供需平衡表看,预计从 2021 年开 始全球氧化镨钕开始进入短缺状态,2021-2025 年供需平衡分别是-2061 吨、-5600 吨、-14936 吨、-28,051 吨、-43,196 吨,缺口逐渐扩大。

2.4、 北方稀土、盛和资源等稀土龙头企业优势突出

北方稀土:通过采购加工稀土原料类产品,开发、生产、销售各自产业领域内的稀 土功能材料产品,并且有选择地发展稀土终端应用产品,现已形成贮氢材料—镍氢 动力电池、磁性材料—稀土永磁磁共振仪及稀土永磁电机的稀土终端应用布局,目 前企业稀土氧化物分离产能 8 万吨/年、稀土金属加工产能 1 万吨/年,稀土原料产能 位居全国第一。

盛和资源:实现了国内、国外的双重布局,并且通过托管德昌大陆槽稀土矿、销售 美国芒廷帕斯稀土矿等,构建了多元化的稀土精矿供应渠道。在国内形成了从稀土 矿采选、冶炼分离到深加工较为完整的产业链,业务规模居于行业前列,是国内少 有的融南北(轻重)稀土业务于一体的稀土企业。海外方面通过投资并购的方式获 得稀土矿产资源,不受国家配额指标限制,随着产能扩张,有望增厚企业利润。公 司目前具备稀土氧化物分离产能 1.5 万吨/年,稀土金属加工产能 1.2 万吨/年。

3、 中游:高性能钕铁硼磁材供不应求,龙头企业迎来新机遇

新能源车构筑下游新增需求,高端磁材料方面供不应求。新能源汽车高景气度将推 动高性能钕铁硼磁材需求提升。新能源汽车的永磁驱动电机是最主要消耗高性能钕 铁硼磁材的部件之一。

将为高端磁材带来新的增长点。金沙澳门娱乐场官网登录口国新能源车领域的钕铁硼需求占比 约 17.6%。据 Peak Resources 稀土企业统计,一台中高端燃油车有高达 30 个组件需 要用到钕铁硼永磁体,主要包括微电机与电动助力转向系统(EPS)。

随着新能源汽车的发展,新能源车中绝大部分电机采用永磁同步电机,永磁同步电 机占新能源汽车驱动电机 99%的市场份额,这将成为高性能永磁材料重要的应用领 域,占 17.6%。传统汽车领域占比 37.3%,其次是风电领域占比约 10.8%,工业领域 占比约 8.5%。另外,随着碳中和+万物电驱时代的驱动,高性能钕铁硼磁材在节能 环保领域,如风力发电、新能源汽车及汽车零部件、节能变频空调、节能电梯、机器人及智能制造等,以及传统的消费电子领域得到了广泛应用。

随着新能源车的高速增长,经测算,2025 年对钕铁硼磁材的需求量将是 2020 年的 5 倍。预计全球 2021 年新能源车销量将超过 538 万辆,同比增速达到 72.3%,据此测 算,2021 年新能源车对高性能磁材需求量超过 1.6 万吨,随着新能源汽车渗透率逐 年提升,预计 2025 年新能源汽车销量将接近 1732 万辆,纯电动单车用量约 3.4 千克, 混动单车用量约 2.2 千克,新能源车钕铁硼需求量将达到 5.3 万吨,需求量将是 2020 年 5 倍。

高性能钕铁硼永磁材料壁垒高,龙头企业集中,掌握价格话语权。中国钕铁硼行业 中具备高端新能源汽车电机原材料供给能力的企业为数不多:仅有宁波韵升、正海 磁材、金力永磁、中科三环和英洛华等少数龙头企业,具备一定价格话语权。

国内低端钕铁硼永磁材料生产商较多,低端永磁材料产品差异化小,行业进入壁垒 低,盈利水平较低。新能源车所采用的永磁材料为高性能钕铁硼永磁材料,生产厂 商一般需要经过车企 3-5 年的认证周期,对企业的资金实力、研发实力、工艺控制、 产能规模等方面都有严格的要求;此外,由于投建高端产线需要较高的资金开支(比 如,1000 吨高性能钕铁硼磁材项目对应 1-2 亿资本开支),并且需要 2 年左右建设 投产周期,提升了行业的进入壁垒。

高性能钕铁硼材料市场提升空间大。根据中国稀土行业协会数据,2018 年全球钕铁 硼材料毛坯产量 18.5 万吨,其中高性能钕铁硼毛坯产量只有 4.8 万吨,占比约 26%; 中国钕铁硼毛坯产量 15.7 万吨,其中高性能钕铁硼毛坯产量只有 2.3 万吨,占比约 15%。无论是全球市场还是国内市场,高性能钕铁硼产量仍有提升空间,这就为国内 优势磁材企业成长提供机遇。

4、 下游:驱动电机市场三足鼎立,扁线电机迎来新趋势

4.1、 驱动电机市场“自产、合资、第三方”三足鼎立

据中国工信部数据显示,截至 2020 年,中国国内驱动电机装机量达到 146.3 万台, 其中永磁同步电机占据市场份额的 99%。永磁同步电机借助其功率密度高、能耗低、 体积小、重量轻等优势,已成为中国新能源汽车中最广泛应用的驱动电机。

驱动电机的材料成本占据电机制造成本的 80%以上,主要包括用于制造定转子的硅 钢片、用于转轴和轴承制造的钢材、用于绕组的漆包线、用于外壳和机座等部分的 铸铁件等。因此,上游钢材、铜材价格的变化对电机制造成本有较大的影响。

2020 年,比亚迪、特斯拉和方正电机的市场份额排名前三,分别为 13.2%、9.9%和 6.7%。其中比亚迪和特斯拉均为整车企业,方正电机为第三方独立电机企业。前十 企业中,整车企业驱动电机市场份额合计 34.3%,第三方独立电机企业驱动电机市场 份额 28.1%。

电机销量与下游车型需求量高度绑定。电机产品需求与下游客户的配套车型销量高 度相关,电机在量产前需要与下游客户配合通过长期的产品开发与测试环节,因此 产品对下游客户的配套车型形成较大的依赖。此外,若电机生产企业所配套的下游 客户的车型销量低于预期、车型过早更新换代等,该电机的需求也将受到直接影响。

金沙澳门娱乐场官网登录口预期,新能源驱动电机市场将从百家争鸣走向寡头垄断。

汽车行业历经数百年发展,正处于“电动化”、“智能化”的急剧变革时期,新技术 层出不穷,既有汽车及零部件竞争格局正面临重新洗牌。新能源汽车关键零部件领 域,技术路径不断更新尚未固化,性能改善潜力很大,相关专利与工艺壁垒仍在逐 渐积累。因此,各细分行业还没有形成具有稳定绝对垄断地位的国际寡头,金沙澳门娱乐场官网登录口国新 能源汽车关键零部件企业仍有机会通过研发创新最终胜出。

短期来看,新能源驱动电机市场竞争格局仍然会保持“自产、合资、第三方”三足 鼎立的态势,第三方供应厂商仍然会较为分散。

长期来看,新能源驱动电机市场竞争格局的改变主要来源于三点: (1)新能源车型的快速更新换代对于驱动电机供应商的重新选择; (2)电机产业链出现的技术变革对于驱动电机供应商的技术淘汰; (3)面临上游原材料持续涨价和下游汽车客户的压力,规模化优势强、技术成熟的 企业将强者恒强,最终走向寡头垄断。

4.2、 扁线电机优势突出,迎来新趋势

扁线电磁线的加工方式由于其高电流承载力、铜材料节省等优势,成为电磁线产品 升级的一个明星产品。驱动电机主要由定子组件、转子组件、端盖和辅助标准件组 成,而定子绕组中又包括铁芯、铜线绕组、绝缘材料等组成。

扁线电机顾名思义就是定子绕组中采用扁铜线,先把绕组做成类似发卡一样的形状 (HAIR PIN,俗称发卡电机),穿进定子槽内,再在另外一端把发卡的端部焊接起来。

扁线电机三大优势:功率密度高、热导性能好、成本低。扁线电机与圆线电机的区 别在于铜线的成形方式,扁线有利于电机槽满率的提升,一般圆线电机的槽满率为 40%左右,而扁线电机的槽满率能达到 60%以上。槽满率的提升意味着在空间不变 的前提下,可以填充更多的铜线,产生更强的磁场强度,提升功率密度。

此外,扁线之间接触面积大,相比于圆线电机,热导性能更好,温升更低。电子烧友数据显示,扁线电机温升比圆线电机低 10%左右。另外,扁线电机还可以通过 节省端部铜材的方式提升铜线利用率,从而达到降低成本的目的。

长期来看,扁线电机趋势确定性强。2021 年 1-6 月销量前 15 车型中扁线电机渗透率 达 28%,2020 年渗透率仅 14%。金沙澳门娱乐场官网登录口预计到 2025 年新能源汽车驱动电机中扁线占 比将超过 80%。随着特斯拉开始交付搭载国产电机的 Model 3/Y 车型,新车型的电 机功率和扭矩将有所提升,引领扁线电机变革的新趋势。金沙澳门娱乐场官网登录口认为国产电机供应链 将充分受益,扁线电机渗透率将加速提升。

小型化、高速化将是新能源汽车电机的主要发展趋势,而小型化必然要求电机功率 密度有大幅度提升,从技术要求来看,“十三五规划”提出新能源汽车驱动电机的峰 值功率密度要达到 4kw/kg,而目前这一数据仅达到 3.2-3.3kw/kg。得益于扁线电机体 积小的优势,扁线电机将优先在混动车型上得到大规模应用。

扁线电机壁垒较高、生产投入较大。拥有扁线产能的企业主要有精达股份、长城科 技、冠城大通、金杯电工等。扁电磁线毛利较高,扁线加工毛利每吨超过 1.7 万元, 毛利率约为 60%,普通电磁线毛利则是 6000 元左右,毛利率不到 10%。随着下游扁 线电机渗透率提升,拥有成熟扁线生产技术的企业将充分受益。

精达股份研发人员数量、研发费用占营收比例较高。作为特种电磁线行业的龙头企 业、位列全球前三位的特种电磁线制造商,精达股份在2015 年开始扁线项目的研究, 拿下了严苛的日系汽车用精密扁线的订单并成功量产,并在之后与美国、德国以及 国内头部的新能源汽车领军企业签订了长期供货协议。

金杯电工拥有近 20 年的扁线生产经验,是行业较早开发新能源车扁线产品的电磁线 企业之一,其直接客户包括上海联电、博格华纳、汇川技术、精进电动等 50 余家, 终端车企包括长城、上汽、尼桑、大众、捷豹、路虎、威马、广汽等,为满足市场 需求,规划 2021 年底产能达到 7000 吨,2023 年 6 月产能达到 2 万吨,2025 年 6 月 产能达到 5 万吨。金杯电工的研发人员数量和专利数量都远超同行,截止到 2020 年 底,其研发费用占营收的比例超过精达股份。

高端电磁线厂商有限,供应能力不足。电磁线行业竞争激烈,金沙澳门娱乐场官网登录口国电磁线生产企业 参差不齐、技术水平相差悬殊,行业内普通电磁线产品的生产能力已经达到饱和状 态。而以电子线材、新能源汽车专用线材、风电装备用线、航空航天等高端装备用线为代表的高端产品则由于供应厂家数量有限,行业生产能力不足,存在较大供应 缺口。

5、 风险提示

国内稀土配额增加超预期;销量不及预期;行业竞争加剧等。

(本文仅供参考,不代表金沙澳门娱乐场官网登录口的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库官网】。

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