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新能源汽车核心部件:驱动电机的全球趋势

时间:2018-05-09     来源:苏州艾司匹技    关键词:苏州艾司匹技     浏览量:208
  随着全 球汽车电动化渗透率的不断提高,驱动电 机行业将会迎来整体规模的迅速扩张。在这一过程当中,具备规 模效应和技术优势的第三方电机制造商将有机会迅速扩大市场份额,收获业绩的大幅增长。

  全球驱 动电机市场趋势

  根据估测,随着全 球汽车电动化快速推进,新能源 汽车电机系统市场将随之快速扩张,市场规模有望从2015年的$23亿增长到2030年的$318亿。

  新能源 汽车电机系统主要包括电动机和逆变器两部分,虽然同 其他大部分汽车零部件一样,这两部 分部件长期都面临降价压力,但是由 于新能源汽车总量的上升,行业总 体还是具备较大上升空间。我们预期到2030年市场 规模年均增速将在18%-20%左右。

  系统单价方面,电机系 统整体往高功率方向发展的同时也带来了装配价格的提升。

  根据估测,在中性假设条件下,2030年电动车销量将达到2000万台,约占当 年乘用车总销量的16%-18%。然而,如果放到乐观情景下,即电池价格大幅下滑,且环保 政策更加严厉的条件下,电动车 销量增长的速度有可能大幅上升,我们预 期在乐观情况下新能源汽车年销总量有可能达到3000万台的水平,约占当年汽车销量的25%-27%。

  预计单 电机混动车的功率需求大约在30kw左右,双电机 插电混功率约为50-100kw,纯电动 车的电机功率约为200kw。

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  电动机市场情况

  我们预计到2030年电动 机的销量年均增速将达到18%,到2030年行业整体销量达到$195亿,相较2015年$12亿的水平扩展近17倍。

  预期电 动机的销量将从2015年的360万上升到2030年的4900万,同时,单车电 机数量预计将有所下滑,从1.8下降到1.4,主要是 由于单电机的纯电动车销量占比提升。

  但电动 机单价方面我们预期将进一步提升,从目前的$350上升至$380,主要是 受高价大功率电机的更广泛应用所拉动。

  从市场份额情况看,丰田集团在2016年的数据中遥遥领先,本田集团位居第二,而同时 这两大集团也都在混动领域占据全球领先地位。之后是 比亚迪以及给特斯拉供货的台湾电机制造商富田电机。

  电机行 业在长期发展过程中,第三方 供应商崛起将是大势所趋。如果我 们观察当前日本汽车行业产业链情况,不难发 现占据龙头地位的前三强都倾向于自供电机产品,这除了 和日本制造企业的传统基因相关外,也同行 业发展的阶段有关。

  如果对照一下PC和手机行业的发展史,我们不难发现,这两个 行业在初期都是高度上下游整合生产,无论是PC行业的惠普、苹果、硅图公司,还是手 机行业的诺基亚、摩托罗 拉都在产业链中高度整合生产,因为在 初期产品更新换代速度较快,需要上 游零部件供应商迅速做出反应相互配合,所以整 合生产的模式具备较高的性价比;

  然而到 了行业发展中后期,由于整 个市场规模扩充,同时产 品更新换代速度不需要像初期那样快,此时第 三方供应商以整个市场为客户对象的规模效应便体现出来,这也催生了富士康、美光、海力士 等一系列第三方供应商的崛起。

  新能源 汽车电机行业也不例外,从当前时点看,本田已 经宣布将与日立合作生产电机。同时日 产也在投资者交流会上提到将来可能开始外采电机。

  2017年10月,三菱电 机宣布将为戴姆勒奔驰提供电机和逆变器。随着第 三方电机厂商高效能、低成本产品的普及,电机行 业市场份额从主机厂自供向第三方企业转移是大势所趋。

  目前日 本的电机企业已经相继开始对电动化所带来的趋势转变做出了应对。我们预 期电装和爱信精机将会首先利用他们现有的规模优势,用较低 的成本占有市场份额,而紧随 其后的电产和明电舍也将迅速跟进。

  目前电 机行业的平均毛利率在30%左右,而生产 规模是决定毛利率高低的主要因素之一。

  逆变器行业情况

  我们预 测逆变器行业也将迎来高速增长,根据估测,逆变器 市场销售收入规模将从2015年的$12亿上升至2030年的133亿。

  从销量上来看,因为逆 变器与电机的比例基本是1:1,所以预 计其销售总量将从2015年的360万上升到2030年的4900万。

  同时单 车配套价格将从$300-$400下降到$200-$300,主要是 来自于上量之后的成本规模效应。

  与电机领域相似,在逆变 器行业丰田集团目前同样也是居于领先地位。同时丰 田集团下属的电装集团目前正在大规模扩展其逆变器客户。在丰田之后,三菱电 机也占据相当大的市场份额。

  技术演变

  从电机的分类来看,主要有直流、交流感应、永磁同 步和开关磁阻四种,新能源 汽车电机主要用到后三种。

  目前,永磁同 步由于其较优的性能,是主流的电机类型。交流异 步电机的价格适中,但性能稍差,在美国 及中国有部分厂商使用。而开关 磁阻电机的主要优势在于其较低的价格,但同时 也存在着杂音和震动的技术问题,如果这 些问题能够解决的话,开关磁 阻电机将具备很大的市场。

  交流异步电机:虽然从目前看,交流异 步电机相比永磁同步功率方面不具备优势,但是其 成本较永磁同步电机低出不少。在体积方面,交流异 步电机比永磁同步电机更大,主要是 受设计构造的限制。

  永磁同步电机:电机内 部有包裹永磁体的转子,整体系统功率较大,同时体积较小。造价方面较为昂贵,主要由 于永磁材料价格较高。目前关 于降低永磁体使用的研究正在开展,研究同 时也关注提升磁体的输出效能。永磁电 机是当前电动车电机行业中应用广泛的电机类型。

  开关磁阻电机:开关磁 阻电机价格非常具有竞争力,主要由 于其转子中没有高成本的永磁体,同时其功率适中。由于是 利用定子和转子的拉力来提供动力,过程中 导致的震动和噪音是其主要问题。由于电 动车电机目前正处在迅速上量的时间段,我们相 信需求的提升会加快技术的革新替代。

  电机技术提升方向

  通过研究过去20年电机 的技术演进趋势,我们发 现电机技术还有较大的继续提升的空间。首先看 机芯用钢的厚度情况。对于定子和转子来说,其主要 是由薄电磁钢层叠加组成,1997年第一 代的丰田普锐斯使用的是0.35mm的钢层,随后减到0.3mm,近期2016年降到0.25mm。一般来说,薄钢层 数的提升能够增加电机效率,同时也 对控制电机温度有帮助。

  目前,制造薄 钢是行业的一大技术难题。主要的 难点在于控制压铸中的回弹,以及钢 片材料的一致性保持。从当前情况来看,旋锻加 工技术由于其成本和生产效率方面的优势将会越来越成为行业的主流制造方式。

  其次,在绕线密度方面,总体上 定子中绕线的量是决定电机功率大小的重要因素。而决定 绕线量的则主要是在有限空间内铜线可以绕机芯的圈数。技术方 面目前插入器的使用由于适合高功率的定子加工,并有逐 渐成为行业生产标配的趋势。

  而线圈类型方面,主要有 方形和圆形两种,目前主 流厂商使用的是圆形,但是方 形技术由于具备较高的空间利用率,正逐渐 替代圆形成为行业大方向,而丰田 和本田目前已经开始批量采用方形绕线技术。其他厂商这边,安川电 机已经开始研发电子绕线技术,目的是 提升控制和效率。

  然后,在冷却系统方面,分电机 和逆变器两部分:电机这块,由于随 着电机温度升高永磁电机的磁力会减弱,所以冷 却系统的效率对于电机高功率运行至关重要。

  从技术演变趋势看,主流的 冷却技术已经从风冷、水冷,发展到 目前油冷的阶段。其主要 技术手段是将电机浸入到油冷室中来达到降温的目的。虽然有 专家认为与油的摩擦会降低电机的效率,但是综合各方面情况,油冷依 旧是目前技术条件下有效的冷却模式。

  逆变器方面,冷却系 统对于逆变器的表现也同样重要,日产近期声称在聆风2017新车型中,依靠提 升逆变器冷却系统,将电机的输出功率从80kw提升至110kw,而电机 其他部分均和上一代相同。

  这体现 出了逆变器冷却系统的重要性。虽然碳 化硅的使用将会使得电机的抗热和抗压性有所提升,但是其较高的成本,其大规 模应用的时间点可能很难在短期内到来。
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