2018年轮毂电机行业深度研究报告

２０１８年轮毂电机行业深度研究报告目录索引轮毂电机：分布式驱动系统的典型代表 (4)新能源汽车驱动系统：集中式是当下主流，分布式是未来趋势 (4)发展历程：美日研究较早，国内依靠并购引进国外先进技术 (7)轮毂电机驱动或是未来新能源车最具前景的底盘技术 (9)轮毂电机优势显著，市场前景可观 (9)成本高、整车配套改造技术尚未成熟仍是制约轮毂电机产业化的主要原因 (11)轮毂电机或率先在商用车领域推广，逐步过渡到乘用车市场 (13)轮毂电机行业竞争格局 (13)P ROTEAN E LECTRIC：全球轮毂电机系统开发与商业化的领导者 (14)E LAPHE：欧洲著名的轮毂电机生产企业，积极推进产品研发 (16)轮毂电机产业领域其他布局 (17)A股相关标的 (19)万安科技：牵手轮毂电机巨头P ROTEAN，合作开拓中国市场 (19)亚太股份：国内制动系统行业龙头，合作E LAPHE布局轮毂驱动电机 (20)投资建议 (21)风险提示 (21)图表索引图1：传统汽车传动方案 (4)图2：Protean轮毂电机爆炸图 (4)图3：内转子轮毂电机参数 (6)图4：外转子轮毂电机参数 (6)图5：轮毂电机在新能源汽车上的分布 (10)图6：轮毂电机可以实现原地转向 (10)图7：轮毂电机可以匹配纯电动、混合动力和燃料电池电动车等新能源车型 (11)图8：轮毂电机可能会使汽车的簧下质量增加 (11)图9：BDIMS轮毂电机簧下减重结构示意图 (12)图10：采用轮边电机的比亚迪K9 (13)图11：不同车型与行驶工况对扭矩的需求 (15)图12：Elaphe轮毂电机产品系列 (17)图13：德国明斯特市14号线路上运行的轮毂电机驱动公交 (18)表1：传统汽车、集中式驱动纯电动车和轮毂电机驱动纯电动车驱动系统性能对比情况 (5)表2：轮毂电机的驱动方式可分为减速驱动和直接驱动 (5)表3：四种主要类型电机的性能比较 (6)表4：轮毂电机发展历史 (7)表5：我国在轮毂电机和电动轮方面产业并购加快 (9)表6：Protean Drive™系统参数 (14)表7：Protean Drive™系统应用场景 (15)表8：Protean&Elaphe部分产品性能比较 (17)表9：一汽轮毂电机驱动技术底盘参数 (18)表10：2011-2015公司产品在全国的排名情况 (20)轮毂电机：分布式驱动系统的典型代表随着传统能源加速消耗，新能源汽车成为汽车行业的重要发展方向。

近年来，随着世界各国加速推广新能源汽车，相关产业链内掀起了一股新能源汽车核心配件的更新浪潮。

在驱动技术上，新能源汽车与传统内燃机汽车有较大差别，传统汽车的驱动系统主要由发动机、变速器、传动轴、差速器、半轴、驱动轮等部分组成，新能源汽车则依靠电机驱动。

图1：传统汽车传动方案图2：Protean 轮毂电机爆炸图数据来源：雷锋网、广发证券发展研究中心数据来源：公司官网、广发证券发展研究中心新能源汽车驱动系统：集中式是当下主流，分布式是未来趋势根据驱动电机位置的不同，新能源汽车的驱动方式主要可以分为集中电机驱 动、轮边电机驱动和轮毂电机驱动，后两者又统称为分布式驱动系统。

● 集中式驱动：与传统汽车驱动结构较为相近，电动机代替内燃机提供动力，通过传动系统将电动机的转矩传递到驱动轮上，因此在传统汽车结构的基础上稍加改动即可，操作技术成熟、安全可靠。

但这种驱动类型的底盘结构相对复杂，车内空间狭小，且传动效率比较低。

● 轮边电机驱动：将驱动电机安装在副车架的驱动轮旁边，与固定速比的减速器连接，通过半轴实现对车轮的驱动，是从集中式驱动到轮毂电机驱动之间的过渡形式。

轮边电机驱动的汽车传动链和传动空间进一步减小，底盘机械结构更简单，整车质量减小且布置更合理，可提高传动效率。

● 轮毂电机技术：是最先进的电动汽车驱动技术，又称车轮内装电机技术（in-wheelmotor ），通过将驱动电机设计安装在车轮内部，输出转矩直接传输到车轮，全部或部分舍弃传统的离合器、减速器、传动桥等机械传动部件，使得汽车结构大为简化。

总的来看，集中式驱动系统与传统内燃机汽车较为相似，因此传动系统零部件较多、成本高、控制复杂等缺点；与集中式驱动系统相比，分布式驱动系统具有传动链短、经济性好、车身内部空间利用效率高等特点，从传动效率来看，轮毂电机驱动优于轮边电机驱动。

表1：传统汽车、集中式驱动纯电动车和轮毂电机驱动纯电动车驱动系统性能对比情况数据来源：《亚太股份可转债公告书》、广发证券发展研究中心轮毂电机的基本结构主要包括独立的固定转子、包含电控组件的轴承、逆变器和定子以及密封圈、制动碟、制动卡钳等，有些轮毂还会集成复杂的悬挂减震系统。

轮毂电机根据有无减速机构可分为减速驱动和直接驱动两类，减速驱动轮毂电机一般采用高速内转子电机，配备固定传动比的减速器，能够获得较高的功率密度，电机的转速可高达10000r/min。

直接驱动轮毂电机一般采用低速外转子电机，外转子直接与轮毂机械连接，电机的最高转速在1000-1500r/min，无减速结构。

表2：轮毂电机的驱动方式可分为减速驱动和直接驱动一般采用高速内转子，配备固定传动比的减速能获得较高的功率密度。

高速内转子电机配备的减速器一般采用行星齿轮减速机构，包括行星轮、太阳轮和行星架，安装在电机和轮毂之间。

电机输出的转矩通过行星齿轮减速机构的减速增距驱动轮毂转动一般采用低速外转子，外转子与轮毂机械连接，无减速结构，车轮转速与电机转速一致数据来源：盖世汽车网、广发证券发展研究中心图3：内转子轮毂电机参数图4：外转子轮毂电机参数数据来源：《电机与控制应用》、广发证券发展研究中心数据来源：《电机与控制应用》、广发证券发展研究中心按电机类型划分，轮毂电机可以分为直流电机、感应电机、永磁电机、开关磁阻电机等。

永磁电机是当今电动汽车领域应用最为广泛的一类电机，具有效率高、体积小、功率密度大、维护简单等优点；开关磁阻电机具有成本低廉、坚固耐用、调速方便的优势，有别于其他电机的特性使其在电动领域得到一定的应用。

表3：四种主要类型电机的性能比较数据来源：盖世汽车网、广发证券发展研究中心发展历程：美日研究较早，国内依靠并购引进国外先进技术轮毂电机的诞生可以追溯到电动汽车诞生初期，而轮毂电机在电动汽车上获得广泛应用，主要集中体现在近几年的概念车上。

日本对轮毂电机的研究较早，1991年日本应庆大学联合东京电力公司开发了IZA电动车，运用直接驱动方式，将电机外转子与轮毂连接，续航里程可以达到270km。

随后分别在1996年、2001年，日本应庆大学开发了ECO系列、KAZ系列电动车型，均采用轮毂电机驱动。

2011年日本SIM-Drive公司设计的Eliica电动汽车应用八个小型轮毂电机，采用板状的中空铝制车架容纳电池，大大节省车内空间。

在主机厂方面，通用、福特、奔驰已在旗下部分电动车型中运用轮毂电机技术。

2003年通用汽车将自行研制的轮毂电机应用到雪佛兰S-10皮卡车中，车轮重量仅增加15Kg，但产生的驱动扭矩比普通雪佛兰S-10四缸皮卡车高60%。

表4：轮毂电机发展历史数据来源：第一电动网、广发证券发展研究中心我国轮毂电机技术起步较晚，随着国家大力推进新能源汽车产业及相关技术，近年来以轮毂电机系统为代表的分布式驱动产品发展热度迅速增加，多家汽车企业与国外厂商通过合资合作，以期快速推动分布式驱动产业发展。

近年来，浙江亚太机电与斯洛文尼亚Elaphe Propulsion 公司、浙江万安科技与Protean Electric 公司先后成立合资公司生产乘用车轮毂电机和电动轮总成。

商用车方面，湖北泰特机电全资收购荷兰e-Traction公司，生产客车用轮毂电机。

湖北泰特机电是天津天海同步集团在湖北荆门投资建设轮毂电机项目所设立的子公司，于2016年7月落户，项目总投资6亿元。

根据规划，荷兰公司作为泰特机电的全球研发中心，负责基础业务研发工作，上海安亭应用研发中心负责本土化的应用研发和市场营销推广，湖北荆门工厂负责生产e-Traction公司研制的电传动系统及其他相关设备，预计年产能2万台。

表5：我国在轮毂电机和电动轮方面产业并购加快数据来源：《中国新能源汽车产业发展报告2017》、广发证券发展研究中心轮毂电机驱动或是未来新能源车最具前景的底盘技术轮毂电机优势显著，市场前景可观轮毂电机的最大特点是动力、传动、制动的高度集成。

轮毂电机相较于目前主流的集中电机驱动方式拥有显著优势，其最大的特点是将驱动、传动和制动装置均整合到轮毂内部，省略了离合器、变速器、传动轴、差速器、分动器等传动部件，底盘结构大幅简化，极大的节省车内空间，提升乘车舒适度。

尤其在客车系统应用方面，轮毂电机的特性保证了客车系统结构可以满足低地板、大通道的设计，为乘客上下车提供更多便利。

图5：轮毂电机在新能源汽车上的分布数据来源：汽车之家、广发证券发展研究中心轮毂电机可实现多种复杂的驱动方式。

由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此可以实现前驱、后驱、四驱多种形式。

同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径,在特殊情况下几乎可以实现原地转向。

例如搭载轮毂电机的雪佛兰S-10试验车可实现静止状态旋转90度，使停车入位的过程变得更加简便。

图6：轮毂电机可以实现原地转向数据来源：汽车之家、广发证券发展研究中心轮毂电机驱动便于采用多种新能源技术。

纯电动汽车、燃料电池汽车、增程式汽车均可采用轮毂电机驱动，对于混合动力车型，在起步或者加速阶段也可以采用轮毂电机助力。

此外，制动能量回收等技术也可以在轮毂电机上得以实现。

图7：轮毂电机可以匹配纯电动、混合动力和燃料电池电动车等新能源车型数据来源：汽车之家、广发证券发展研究中心成本高、整车配套改造技术尚未成熟仍是制约轮毂电机产业化的主要原因由于轮毂电机具有高效率，高集成度的优点，与新能源汽车十分契合，在新能源汽车领域有非常好的发展前景。

但由于轮毂电机还没有大规模量产，成本居高不下，推广普及还需要一定时间。

从技术层面来讲，轮毂电机将驱动电机、减速机构、制动器全部集中在车轮内，非簧载质量大量增加，可能会导致车辆垂直方向的振动幅度变大，影响车辆行驶过程中的平顺性与舒适性。

此外，轮毂电机还有很多防水防尘防震和散热的问题需要克服。

图8：轮毂电机可能会使汽车的簧下质量增加数据来源：elaphe官网、广发证券发展研究中心从成本角度考虑，二轮/四轮驱动采用的轮毂高于传动电机成本，轮毂电机与减速器的配合尚不成熟，且控制器较多，由一个控制器控制四个电机的技术还未达到应用的程度。

更为重要的是，安装轮毂电机会令传统的汽车底盘结构发生较大变动，如悬架系统、制动系统、电机控制器等，甚至需要重新设计底盘系统模块，因此目前轮毂电机在国内的应用基本处于样车测试阶段，尚未实现产业化。