1.什么是非晶電機：鐵芯由硅鋼片換為非晶

1.1.電機功率密度提升有兩條路徑

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

新能源汽車行業(yè)的高速發(fā)展對驅(qū)動電機提出了更高的性能要求，電機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現(xiàn)更大的功率輸出，或在功率不變的情況下實現(xiàn)更小體積、更輕量化；二是避免高功率輸出損耗，從而對電機材料、工藝、軟件、封裝等各方面提出更高要求。

實現(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：是相對于傳統(tǒng)圓線電機來說的，扁線電機定子繞組所用的導(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，實現(xiàn)同樣的功率，扁線電機相比于傳統(tǒng)圓線電機體積更小，耗材更少。在相同的體積下，扁線電機可以填充的導(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，這也使得扁線電機能夠承受更高的瞬時功率。（2）油冷電機：采用流體冷卻系統(tǒng)來降低電機內(nèi)部熱量， 這種冷卻技術(shù)在高功率密度和高性能的電動車應(yīng)用中尤其重要，它可以有效地提高電機的工作效率并延長使用壽命。油冷電機的優(yōu)勢在于其油品具有不導(dǎo)電、不導(dǎo)磁，具有良好的絕緣性能，可以直接接觸電機內(nèi)部組件，深入到轉(zhuǎn)子、定子繞組內(nèi)部進行更完全的熱交換，使得散熱效率更高同時還具備一定的潤滑性能。（3）多合一電驅(qū)動系統(tǒng)總成。

降低損耗方面：電機的損耗主要包括電機銅耗、鐵耗、風(fēng)磨損耗和雜散損耗。永磁同步電機的轉(zhuǎn)化效率可達到 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%，其余損耗占比相對較低。銅損是由于電流通過電機線圈時，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。鐵損是電機中另一個重要的能量損失來源，它主要由磁通變化引起的渦流和磁滯損耗組成，一方面，當電機工作時，磁場會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，導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而產(chǎn)生鐵損；另一方面，磁滯損耗時由于鐵芯在磁場中的磁化和去磁化過程中產(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，可減少能量損失和提高電機的效率。力學(xué)和化學(xué)上，硅鋼片的機械強度和耐腐蝕性可以承受電機運行時的振動和高溫。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)金屬來不及結(jié)晶、就直接“凍結(jié)”住了它的無序結(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定子鐵芯主要材料，非晶合金材料與無取向硅鋼相比具有諸多優(yōu)勢，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：薄、硬、帶寬受限、退火后脆性大→難于加工

機械特點：剛度低、疊壓系數(shù)較低、強度高→難于加工

電磁特點：飽和磁密低、磁致伸縮系數(shù)大

生產(chǎn)過程：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)，非晶電機體積更小、重量更輕，效率相比于傳統(tǒng)電機提高 1-2%，由 96%到 98%-99%，頂部每提高 1 個點，節(jié)省 9.6%。在高轉(zhuǎn)速（例如高速公路場景）時，非晶電機有 30%里程節(jié)約，在城市道路時，有15%左右里程節(jié)約。

日立口徑：轉(zhuǎn)速高達 8,000rpm 的原型電機的實際測量測試結(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，電機熱發(fā)電量可減少一半。

2.非晶電機的工藝路線與普及痛點

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：相對成熟、效率低，加工時大電流會產(chǎn)生熔融層，增加損耗；沖壓：效率高、但對模具等要求高。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：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，維氏硬度達到 900 左右，幾乎與鎢鋼相當，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裝配過程中易出現(xiàn)碎片，嚴重影響電機性能；

（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，在高轉(zhuǎn)矩輸出時處于劣勢，設(shè)計時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，壓緊力不宜過大，鐵芯疊壓系數(shù)低，相對硅鋼片鐵芯較為松散，易導(dǎo)致電機振動噪聲偏大。高速電機轉(zhuǎn)子表面用碳纖維或非導(dǎo)磁合金套簡以一定預(yù)緊力漲緊轉(zhuǎn)子時，也會導(dǎo)致非晶材料磁性能的變化。

（3）數(shù)據(jù)庫：目前暫無豐富、標準的材料 B-H、B-P（多頻率下）庫，不利于電機設(shè)計工程師選型。

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、新能源車電機效率要求提升等趨勢下，非晶電機在新能源車領(lǐng)域的應(yīng)用加速。

以舊換新政策利好電機升級。2024 年 3 月 7 日，國務(wù)院印發(fā)《以舊換新行動方案》，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、機械、航空、船舶、輕紡、電子等重點行業(yè)，大力推動生產(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。

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

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、電動汽車、消費電子、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樱蔷ё儔浩魇袌稣跀U大。同時，由于電力公司對系統(tǒng)損耗費用的認識，非晶合金在變壓器領(lǐng)域應(yīng)用增長。

根據(jù) Business Reaearch 的數(shù)據(jù)，2021 年全球非晶合金變壓器市場規(guī)模為9.04 億美元，預(yù)計到 2031 年，市場規(guī)模將達到 17.18 億美元。

3.2.非晶電機在高速高頻領(lǐng)域優(yōu)勢明顯，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)《中國冶金報社》的數(shù)據(jù)，2022 年，國內(nèi)有 12 家企業(yè)實現(xiàn)小批量供應(yīng)，有約 60 萬只非晶小電機在無人機、吸塵器、空氣壓縮機等領(lǐng)域得到應(yīng)用。車用方面，比亞迪、蔚來、長安、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)動電機，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 100 萬℃/s，較鐵基硅鋼材料快 1000 倍；具有原子無序排列、無晶粒、無晶界的微觀特性；降低電機 50%鐵芯損耗，電機工況效率提升至 97.5%，電機最高效率達到 98.5%。

1 月 30 日，廣汽集團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)達成新突破——M25 超級電驅(qū)量產(chǎn)落地。根據(jù)證券日報，此次廣汽集團發(fā)布的 M25 超級電驅(qū)將在廣汽的高端車型昊鉑品牌實現(xiàn)量產(chǎn)與搭載上車。

3.3.非晶電機空間測算：千億空間

中性假設(shè)下，2027 年非晶電機市場 896.9 億元，遠期可達 1512 億元；2027年非晶材料市場 410 億元，遠期可達 575.4 億元。

核心假設(shè)：

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

2、單車帶電機數(shù)量從 1.08 逐步提升至 27 年的 1.2，遠期可達 1.3。

3、根據(jù)產(chǎn)業(yè)調(diào)研，2025 年吉利非晶電機預(yù)計出貨 10 萬臺，2026 年開始，其余車廠逐步跟進，我們假設(shè)了樂觀、中觀、謹慎三種滲透情形。

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，非晶電機相比硅鋼電機成本增加 1-2 千元，硅鋼電機在電驅(qū)中成本占比 24%，則預(yù)測硅鋼材料成本 1200 元，非晶成本 3200元，遠期單價持續(xù)下降。

4.市場格局集中，龍頭明確

4.1.非晶合金市場集中度較高，產(chǎn)品核心參數(shù)基本相當

非晶合金市場規(guī)模較小，市場集中度高。根據(jù) QYR（恒州博智）的統(tǒng)計及預(yù)測，2022 年全球非晶帶材市場銷售額達到了 3.3 億美元，預(yù)計 2029 年將達到 6.2 億美元，年復(fù)合增長率（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，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，對比三家龍頭企業(yè)來看，中日企業(yè)的主要產(chǎn)品在核心參數(shù)方面基本相似。