1.什么是非晶電機(jī)：鐵芯由硅鋼片換為非晶

1.1.電機(jī)功率密度提升有兩條路徑

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是整車實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。新能源汽車的三大核心部件分別為動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電控系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)根據(jù)電磁感應(yīng)定律將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。

新能源汽車行業(yè)的高速發(fā)展對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)提出了更高的性能要求，電機(jī)提升有效功率密度有兩條主要路徑：一是在重量或體積不變的情況下實(shí)現(xiàn)更大的功率輸出，或在功率不變的情況下實(shí)現(xiàn)更小體積、更輕量化；二是避免高功率輸出損耗，從而對(duì)電機(jī)材料、工藝、軟件、封裝等各方面提出更高要求。

實(shí)現(xiàn)更大的功率輸出目前的主流技術(shù)路徑包括三類：（1）扁線電機(jī)：是相對(duì)于傳統(tǒng)圓線電機(jī)來(lái)說(shuō)的，扁線電機(jī)定子繞組所用的導(dǎo)線形態(tài)發(fā)生了變化，繞組從多根細(xì)的圓線轉(zhuǎn)變成幾根粗的矩形導(dǎo)線。由于繞組形式的改變，實(shí)現(xiàn)同樣的功率，扁線電機(jī)相比于傳統(tǒng)圓線電機(jī)體積更小，耗材更少。在相同的體積下，扁線電機(jī)可以填充的導(dǎo)線可以多 20%—30%，槽滿率更高，有助于功率密度提升。其次，扁線的繞組設(shè)計(jì)使得導(dǎo)線間的接觸面積增大，內(nèi)部間隙變小，散熱和熱傳導(dǎo)更好，這也使得扁線電機(jī)能夠承受更高的瞬時(shí)功率。（2）油冷電機(jī)：采用流體冷卻系統(tǒng)來(lái)降低電機(jī)內(nèi)部熱量， 這種冷卻技術(shù)在高功率密度和高性能的電動(dòng)車應(yīng)用中尤其重要，它可以有效地提高電機(jī)的工作效率并延長(zhǎng)使用壽命。油冷電機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于其油品具有不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁，具有良好的絕緣性能，可以直接接觸電機(jī)內(nèi)部組件，深入到轉(zhuǎn)子、定子繞組內(nèi)部進(jìn)行更完全的熱交換，使得散熱效率更高同時(shí)還具備一定的潤(rùn)滑性能。（3）多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總成。

降低損耗方面：電機(jī)的損耗主要包括電機(jī)銅耗、鐵耗、風(fēng)磨損耗和雜散損耗。永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到 96%-97%；損耗中，銅耗占大約 65%，鐵耗（定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯中的損耗）占大約 20%，其余損耗占比相對(duì)較低。銅損是由于電流通過(guò)電機(jī)線圈時(shí)，導(dǎo)體的電阻引起的能量損失；降低銅損的方法之一是使用高導(dǎo)電性的材料，例如純銅或銅合金，此外，增加導(dǎo)體的截面積也可以減小電流密度，從而降低銅損。鐵損是電機(jī)中另一個(gè)重要的能量損失來(lái)源，它主要由磁通變化引起的渦流和磁滯損耗組成，一方面，當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)隨著電流的變化而變化，導(dǎo)致鐵芯中渦流的產(chǎn)生，這些渦流在鐵芯中流動(dòng)，導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而產(chǎn)生鐵損；另一方面，磁滯損耗時(shí)由于鐵芯在磁場(chǎng)中的磁化和去磁化過(guò)程中產(chǎn)生的能量損耗，鐵芯的磁滯損耗與材料的磁性特性有關(guān)。

1.2.非晶帶材是較為理想的電機(jī)定子鐵芯材料

目前定子鐵心一般由硅鋼片沖片疊壓而成。磁學(xué)上，硅鋼片具有高磁導(dǎo)率、低磁滯損耗、低矯頑力等優(yōu)點(diǎn)，可減少能量損失和提高電機(jī)的效率。力學(xué)和化學(xué)上，硅鋼片的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性可以承受電機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和高溫。因渦流損耗的存在，常將鐵心用許多薄片疊成，減少回路串聯(lián)，即“化整為零”。

非晶金屬不具有長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)。非晶合金又稱為“液態(tài)金屬、金屬玻璃”，是一種新型軟磁合金材料，主要包含鐵、硅、硼等元素。大部分金屬材料具有很高的有序結(jié)構(gòu)，原子呈現(xiàn)周期性排列（晶體結(jié)構(gòu)金屬）。非晶金屬不具有長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)，僅具有短程有序和中程有序。在急速冷卻中，液態(tài)金屬來(lái)不及結(jié)晶、就直接“凍結(jié)”住了它的無(wú)序結(jié)構(gòu)。

非晶金屬材料可以分為非晶帶材、非晶塊體、非晶涂層；其應(yīng)用領(lǐng)域各異。

非晶帶材有望成為電機(jī)定子鐵芯主要材料，非晶合金材料與無(wú)取向硅鋼相比具有諸多優(yōu)勢(shì)，核心在于損耗小、節(jié)能環(huán)保。

損耗密度：僅為傳統(tǒng)硅鋼片的 1/5~1/10→提升效率、降低噪音、節(jié)能環(huán)保、降低發(fā)熱

物理特點(diǎn)：薄、硬、帶寬受限、退火后脆性大→難于加工

機(jī)械特點(diǎn)：剛度低、疊壓系數(shù)較低、強(qiáng)度高→難于加工

電磁特點(diǎn)：飽和磁密低、磁致伸縮系數(shù)大

生產(chǎn)過(guò)程：綠色：工藝流程短、節(jié)能環(huán)保；核心在急冷技術(shù)：10^6℃/s

從車端角度看，非晶電機(jī)的替代有助于新能車節(jié)能提續(xù)航約 15%+。

根據(jù)我們產(chǎn)業(yè)調(diào)研的數(shù)據(jù)，非晶電機(jī)體積更小、重量更輕，效率相比于傳統(tǒng)電機(jī)提高 1-2%，由 96%到 98%-99%，頂部每提高 1 個(gè)點(diǎn)，節(jié)省 9.6%。在高轉(zhuǎn)速（例如高速公路場(chǎng)景）時(shí)，非晶電機(jī)有 30%里程節(jié)約，在城市道路時(shí)，有15%左右里程節(jié)約。

日立口徑：轉(zhuǎn)速高達(dá) 8,000rpm 的原型電機(jī)的實(shí)際測(cè)量測(cè)試結(jié)果，與高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的電工鋼板相比，效率可提高約 3%，鐵損降低到 1/5 左右，電機(jī)熱發(fā)電量可減少一半。

2.非晶電機(jī)的工藝路線與普及痛點(diǎn)

2.1.工藝路線：沖壓 vs 線切割

非晶鐵芯加工有兩條主要工藝路線，線切割、沖壓。兩種工藝各有優(yōu)劣，線切割：相對(duì)成熟、效率低，加工時(shí)大電流會(huì)產(chǎn)生熔融層，增加損耗；沖壓：效率高、但對(duì)模具等要求高。安泰科技選擇線切割路線、云路股份選擇沖壓路線。

2.2.普及痛點(diǎn)：非晶片加工難度大、磁學(xué)性能待優(yōu)化

從力學(xué)角度看，非晶片硬度高、且在層疊對(duì)中度、精度、加工穩(wěn)定性等方面要求高，加工難度大；從磁學(xué)角度看，非晶偏磁感偏低、且磁滯伸縮系數(shù)大。

力學(xué)角度：

（1）硬度高：薄而硬、幾乎沒有延展性，維氏硬度達(dá)到 900 左右，幾乎與鎢鋼相當(dāng)，是硅鋼的 5 倍；

（2）退火：目的是降低內(nèi)應(yīng)力，恢復(fù)磁性，但將導(dǎo)致非晶合金變脆，使得后續(xù)成型加工難度變大，成品率降低，產(chǎn)品的一致性、穩(wěn)定性差；此外，退火處理后的非晶合金鐵芯在電機(jī)裝配過(guò)程中易出現(xiàn)碎片，嚴(yán)重影響電機(jī)性能；

（3）精度：要求更高，非晶片料薄，0.025mm 左右，硅鋼片 0.35mm，在層疊對(duì)中度、精度、加工穩(wěn)定性等方面要求高。

磁學(xué)角度：

（1）磁感偏低，導(dǎo)磁性能需要加強(qiáng)，在高轉(zhuǎn)矩輸出時(shí)處于劣勢(shì)，設(shè)計(jì)時(shí)磁路飽和程度不及硅鋼片，需要提高磁感。

（2）磁滯伸縮系數(shù)大，非晶帶材的磁滯伸縮系數(shù)是硅鋼片的幾倍，而且應(yīng)力敏感;為保證磁性能，壓緊力不宜過(guò)大，鐵芯疊壓系數(shù)低，相對(duì)硅鋼片鐵芯較為松散，易導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)噪聲偏大。高速電機(jī)轉(zhuǎn)子表面用碳纖維或非導(dǎo)磁合金套簡(jiǎn)以一定預(yù)緊力漲緊轉(zhuǎn)子時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致非晶材料磁性能的變化。

（3）數(shù)據(jù)庫(kù)：目前暫無(wú)豐富、標(biāo)準(zhǔn)的材料 B-H、B-P（多頻率下）庫(kù)，不利于電機(jī)設(shè)計(jì)工程師選型。

3.應(yīng)用現(xiàn)狀：新能源汽車領(lǐng)域空間廣闊

在以舊換新政策、新能源車電機(jī)效率要求提升等趨勢(shì)下，非晶電機(jī)在新能源車領(lǐng)域的應(yīng)用加速。

以舊換新政策利好電機(jī)升級(jí)。2024 年 3 月 7 日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《以舊換新行動(dòng)方案》，文中指出：以節(jié)能降碳、超低排放等為重要方向，聚焦鋼鐵、有色、石化、化工、建材、電力、機(jī)械、航空、船舶、輕紡、電子等重點(diǎn)行業(yè)，大力推動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備、用能設(shè)備、發(fā)輸配電設(shè)備等更新和技術(shù)改造。

電機(jī)更新提效有助于節(jié)能環(huán)保。根據(jù)中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)的數(shù)據(jù)，電機(jī)用電量占社會(huì)所有用電量的 50%，如果將所有電動(dòng)機(jī)效率提高 5%，則全年可節(jié)約電量達(dá) 1806 億千瓦時(shí)。

3.1.目前非晶合金主要應(yīng)用于配電變壓器領(lǐng)域

目前非晶合金主要應(yīng)用于配電變壓器領(lǐng)域。配電變壓器按照核心部件鐵心所用原材料的不同，可以分為硅鋼變壓器和非晶變壓器，二者所用的主要原材料分別是硅鋼片和非晶合金薄帶。與硅鋼變壓器相比，非晶變壓器在節(jié)能、提效方面的優(yōu)勢(shì)明顯，是“制造節(jié)能、使用節(jié)能、回收節(jié)能”的全生命周期可循環(huán)綠色產(chǎn)品。

由于高鐵、電動(dòng)汽車、消費(fèi)電子、航空航天和醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)Ψ蔷Ш辖鹱儔浩鞯男枨蟛粩嘣黾?，非晶變壓器市?chǎng)正在擴(kuò)大。同時(shí)，由于電力公司對(duì)系統(tǒng)損耗費(fèi)用的認(rèn)識(shí)，非晶合金在變壓器領(lǐng)域應(yīng)用增長(zhǎng)。

根據(jù) Business Reaearch 的數(shù)據(jù)，2021 年全球非晶合金變壓器市場(chǎng)規(guī)模為9.04 億美元，預(yù)計(jì)到 2031 年，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 17.18 億美元。

3.2.非晶電機(jī)在高速高頻領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，新能車應(yīng)用加速

新能源車領(lǐng)域應(yīng)用明顯加速。根據(jù)《中國(guó)冶金報(bào)社》的數(shù)據(jù)，2022 年，國(guó)內(nèi)有 12 家企業(yè)實(shí)現(xiàn)小批量供應(yīng)，有約 60 萬(wàn)只非晶小電機(jī)在無(wú)人機(jī)、吸塵器、空氣壓縮機(jī)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。車用方面，比亞迪、蔚來(lái)、長(zhǎng)安、廣汽等新能源車企在該領(lǐng)域著手研究、成立相關(guān)研究部門，部分車企已經(jīng)推出相關(guān)產(chǎn)品。

2023 年 3 月，廣汽埃安發(fā)布非晶驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其優(yōu)異性能引發(fā)業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注，極大提振了產(chǎn)業(yè)發(fā)展信心?？淇穗婒?qū)功率密度 12kw/kg，相比行業(yè) 6kw/kg 提升100%；夸克電機(jī)采用 “納米晶-非晶”合金材料及批量制備工藝；相較于傳統(tǒng)的鐵基硅鋼材料冶煉工藝，納米晶-非晶材料冷卻速度高達(dá) 100 萬(wàn)℃/s，較鐵基硅鋼材料快 1000 倍；具有原子無(wú)序排列、無(wú)晶粒、無(wú)晶界的微觀特性；降低電機(jī) 50%鐵芯損耗，電機(jī)工況效率提升至 97.5%，電機(jī)最高效率達(dá)到 98.5%。

1 月 30 日，廣汽集團(tuán)旗下廣汽埃安銳湃智能生態(tài)電驅(qū)工廠正式竣工投產(chǎn)，廣汽埃安夸克電驅(qū)達(dá)成新突破——M25 超級(jí)電驅(qū)量產(chǎn)落地。根據(jù)證券日?qǐng)?bào)，此次廣汽集團(tuán)發(fā)布的 M25 超級(jí)電驅(qū)將在廣汽的高端車型昊鉑品牌實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)與搭載上車。

3.3.非晶電機(jī)空間測(cè)算：千億空間

中性假設(shè)下，2027 年非晶電機(jī)市場(chǎng) 896.9 億元，遠(yuǎn)期可達(dá) 1512 億元；2027年非晶材料市場(chǎng) 410 億元，遠(yuǎn)期可達(dá) 575.4 億元。

核心假設(shè)：

1、新能源車銷量假設(shè)中國(guó)和全球滲透率穩(wěn)步提升，2027 年中國(guó)和全球滲透率分別為 45%和 50.96%。

2、單車帶電機(jī)數(shù)量從 1.08 逐步提升至 27 年的 1.2，遠(yuǎn)期可達(dá) 1.3。

3、根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，2025 年吉利非晶電機(jī)預(yù)計(jì)出貨 10 萬(wàn)臺(tái)，2026 年開始，其余車廠逐步跟進(jìn)，我們假設(shè)了樂觀、中觀、謹(jǐn)慎三種滲透情形。

4、定子重量參考夸克電驅(qū)定子 2.65L、非晶材料密度 7.18g/cm3，穩(wěn)定在18.7kg。

5、根據(jù)我們相關(guān)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，非晶電機(jī)相比硅鋼電機(jī)成本增加 1-2 千元，硅鋼電機(jī)在電驅(qū)中成本占比 24%，則預(yù)測(cè)硅鋼材料成本 1200 元，非晶成本 3200元，遠(yuǎn)期單價(jià)持續(xù)下降。

4.市場(chǎng)格局集中，龍頭明確

4.1.非晶合金市場(chǎng)集中度較高，產(chǎn)品核心參數(shù)基本相當(dāng)

非晶合金市場(chǎng)規(guī)模較小，市場(chǎng)集中度高。根據(jù) QYR（恒州博智）的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)，2022 年全球非晶帶材市場(chǎng)銷售額達(dá)到了 3.3 億美元，預(yù)計(jì) 2029 年將達(dá)到 6.2 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為 7.9%（2023-2029）。全球非晶帶材(Amorphous Ribbons)核心廠商包括青島云路、Proterial, Ltd. (原日立金屬)和安泰科技等，前三大廠商占有全球大約 70%的份額。亞太是最大的市場(chǎng)，占有大約 65%的份額。

中日企業(yè)的非晶合金帶材產(chǎn)品核心參數(shù)不存在明顯差異。非晶合金帶材的核心指標(biāo)有單位鐵損、電阻率、飽和磁通密度等，分別決定帶材的節(jié)能性和材料體積，對(duì)比三家龍頭企業(yè)來(lái)看，中日企業(yè)的主要產(chǎn)品在核心參數(shù)方面基本相似。