新能源汽车上驱动电机的电磁线应用

电磁线下游应用广泛 

电磁线在汽车领域有诸多应用，新能源汽车主要应用于驱动电机的定子绕组。电磁线是由导体和绝缘层组成的导线，主要用于制造电气产品中的线圈或绕组。电磁线按照截面形状可分为圆线、扁线、异形线；按照绝缘层特点可分为漆包线、绕包线、无极绝缘线等。电磁线行业下游领域包括家用电器，电力设备，工业电机，汽车，电动工具等，应用场景逐渐由传统行业延伸至新能源车、风光储等领域。在汽车领域，电磁线可应用于驱动电机、发电机、压缩机、点火线圈等，其中电磁线在新能源汽车上最主要的应用是驱动电机的定子绕组。

上图左：202年中国电磁线行业下游应用领域占比

上图右：电池线绕组

在新能源汽车驱动电机中，扁线相比圆线制造工艺更加复杂。圆线由线坯经过拉拔、退火、漆包等步骤制成。扁线的生产过程分为拉拔法和挤压法，拉拔法与圆线相似，但为了将横截面转变为长方形，在拉拔过程中还需要对线材进行精轧，工艺较为复杂；挤压法由原材料挤压后直接进行退火、漆包等工艺。同时，扁线基本以无氧铜杆为原料，材料要求更高；在截面控制、漆包等过程中扁线相比圆线工艺更复杂。在新能源汽车驱动电机上，扁线具备降低铜耗、提高电机槽满率、减小电机尺寸、提升功率密度的优势。

上图左：挤压法示意图

上图右：拉拔法示意图

扁线化是驱动电机电磁线的趋势 

扁线渗透加速，符合 800V 平台架构 

扁线具有更好的散热性能，满足 800V 架构对电机散热的需求。800V 架构下，整车电压和功率都更大，驱动电机的热管理也面临挑战。而扁线的截面为矩形，矩形导体使得内部空隙变小，导体与导体、导体与铁心槽间接触面积更大，金属的热导率远大于空气，所以热传导和散热性能更好。绕组端部导体间都留有最小空气间隙，更方便散热，提升扁线电机散热性能，满足了 800V 架构下的散热要求。

上图左：扁线电机然组端部图

上图右：扁线和圆线电机的热模拟结果

扁线电机端部短，节省铜材降低成本，减小电阻提高效率。端部电磁线的作用是将槽间的电磁线连在一起，端部电磁线不做功但不可缺少，如何在起到连接作用的同时减小端部长度显得尤为重要。因为工艺问题，圆线为了防止在制造过程中损伤铜线，所以端部留得很长；扁线电机绕组端部绕制成特殊形状，如波浪形、三角形、阶梯形等，同时扁线相对圆线更硬，因此在加工时可以将端部尺寸减小 20%，既节省铜材，又减小电阻提升效率。

上图：圆线和扁线电机的端部对比

电机扁线壁垒较高 

800V 架构下，对扁线绕组绝缘性提出了更高的要求。高压工况下，带电体的尖端附近有可能达到击穿电压，形成局部放电，强烈的局部放电会破坏绕组铜线的绝缘性能，造成短路，引发电机失效。对于 800V 扁线电机而言，铜线的PDIV（局部放电起始电压）要求甚至需要达到 7KV。除此之外，扁线外部绝缘漆还需满足耐电晕的要求，起因是由于导线表面的电压强度很高，引起空气电离而发生的放电现象，会使得外部绝缘层变脆或者开裂，影响绕组绝缘性。针对上述问题，目前主要采用厚漆膜和薄漆膜+PEEK 膜包两种技术路线，厚漆膜工艺是 PI 绝缘外加耐电晕漆膜，工艺相对简单，但漆膜过厚会对其他性能产生负面影响；薄漆膜+PEEK 膜包工艺的综合性能好，但存在专利和成本的瓶颈。 

扁线还面临趋肤效应和邻近效应的困扰。趋肤效应（skin effect）是指当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分的现象。由于电流主要集中在扁线外表的薄层，扁线内部实际电流变小，有效电阻变大，使它的损耗功率也增加。邻近效应（proximity effect）是指相邻导线流过高频电流时，由于电磁作用使电流偏向一边的现象。扁线绕组通过交变电流时，每一根扁线都处于自身电流产生的磁场中，同时还处于其他扁线产生的磁场相互作用，使得扁线绕组内电流分布不均匀，增加交流阻抗，降低电机运行效率。目前，可以通过改变导体的长宽比、放置方向、绕组分相等减弱趋肤效应和邻近效应的影响。

上图左：趋肤深度示意图

上图右：临近效应示意图

电磁线行业格局 

圆线格局分散，扁线厂家相对较少。通用电磁线技术成熟，门槛相对较低，驱动电机电磁线以圆线为主时，行业市场竞争激烈，格局比较差，属于高投入低回报。随着扁线的兴起，厂商盈利能力加强，同时由于扁线壁垒较高，目前入局玩家相对较少，头部企业主要为精达股份、金杯电工、长城科技、金田股份等公司。

上图左：驱动电机扁线供应商生产情况

电磁线行业推荐标的 

精达股份：电磁线龙头，精耕电磁线 30 年。公司于 1990 年 2 月成立，2002年 9 月在上交所上市，主营业务为特种电磁线、特种导体以及模具制造和维修等生产、研发和销售。公司下游客户包括通用、比亚迪、华域汽车、上海电驱动、LG、联合电子、方正电机、汇川、博格华纳等厂商。2022 年上半年，公司扁线产品销量突破了 8000 吨，其中新能源汽车用扁线约 4800 吨，同比增长超130%。同时，公司“新能源产业及汽车电机用扁平电磁线项目”仍在持续建设，预计 2022 年内完工，该项目将带来年产 4.5 万吨新能源扁平电磁线的生产能力。2022Q1-Q3 实现营业收入 133.14 亿元，同比下降 2.56%；实现归母净利润2.67 亿元，同比下降 36.45%。

上图左：精达股份营业收入及同比增速

上图右：精达股份归母净利润及同比增速

长城科技：国内电磁线优质 Tier 2，积极扩大新能源业务规模。公司于 2007年 8 月成立，2018 年 4 月在上交所上市，主要从事电磁线的研发、生产和销售，公司主要产品包括多种规格的圆电磁线和扁电磁线。下游客户包括法雷奥、比亚迪和西门子等国内外知名 Tier 1。公司自 2015年开始研发新能源汽车用电磁线产品，2021年公司新能源汽车电机用扁线产品已批量供货，市场反应良好，但受制于现有的扁线产能，公司扁线供不应求，形成供应缺口。公司正积极推动“年产 4.5 万吨新能源汽车电机用扁平电磁线项目”的落地建设，补足新能源汽车扁线需求缺口。2022Q1-Q3 实现营业收入 74.71 亿元，同比下降 6.76%；实现归母净利润 0.95 亿元，同比下降 67.83%。

上图左：长城科技营业收入及同比增速

上图右：长城科技归母净利润及同比增速

金杯电工：跨区域协同发展，新能源产能不断扩建。公司成立于 2004 年，2010 年 12 月在上交所上市。公司是主要从事电磁线、电气装备用电线、电缆的研发、生产、销售，主要应用于新能源汽车、特高压、轨道交通、风力发电、核电等领域, 在湖南省、湖北省、四川省、江西省拥有成熟的经销商体系。公司客户包括国家电网、南方电网、ABB、西门子、博格华纳、联合电子、汇川技术、精进电动等。电磁线板块主要生产扁电磁线，拥有湘潭和无锡两个生产基地，产品主要包括新能源汽车电机用电磁线、特高压变压器电磁线、工业电机电磁线、风电、核电、军工用电磁线，两大生产整体出货量突破 26000吨，同比增长 10%。2022Q1-Q3 实现营业收入 96.05 亿元，同比增长 3.07%；实现归母净利润 2.64 亿元，同比上升 1.02%。

上图左：金杯电工营业收入及同比增速

上图右：金杯电工归母净利润及同比增速

编辑：黄飞