說起電機，大家可能并不陌生。它在我們的生活中隨處可見，小到吹風機、風扇、電動玩具，大到汽車、飛機等，到處都有電機的身影。

電機驅動芯片被國外大廠壟斷，國內(nèi)龍頭廠商僅占1%的市場份額

從定義上來看，電機是指依據(jù)電磁感應定律實現(xiàn)電能轉換傳遞的一種電磁裝置，主要作用是產(chǎn)生驅動轉矩，作為電器或者各種機械的動力源。按照用途的不同，電機可劃分驅動動機和控制電機。其中，驅動電機直接將電能轉化成機械能，主要用于電動工具、家電及其他通用小型機械設備中；而控制電機主要用于轉速、位置的精確控制，可以分為步進電機和伺服電機。

 

電機按照用途不同分類

資料來源：芯八哥整理

作為新能源汽車三大核心部件之一，驅動電機替代傳統(tǒng)汽車的發(fā)動機作為電動汽車的主要執(zhí)行機構，其性能的的高低決定了爬坡能力、加速能力以及最高車速等汽車行駛的主要性能指標，直接影響車輛動力性、經(jīng)濟型和舒適性。

根據(jù)不同的技術路線，新能源汽車驅動電機又可以分為直流電機、交流異步電機、永磁同步電機、開關磁阻電機。其中永磁同步電機在制造轉子時加入永磁體，具有功率密度高、力能指標好、高效節(jié)能、結構簡單、可靠性高等優(yōu)勢，是我國新能源車最主要的電機類型，占比在97%以上。

根據(jù)不同的技術路線新能源汽車驅動電機分類

資料來源：精進電動；芯八哥整理

當然，電機是不會自己運轉的，它的正常工作離不開電機驅動芯片的帶動。電機驅動芯片是包含了速度控制、力矩控制、位置控制及過載保護等功能的集成電路。它可以根據(jù)輸入信號，按照內(nèi)置的算法控制電機繞組電路流動方向，從而控制電動機的啟停與轉動方向。

電機驅動芯片的工作原理

資料來源：峰岹科技

此外，電機驅動芯片還集成了邏輯運算電路與功率驅動電路，利用它可以與主處理器、電機和增量型編碼器構成一個完整的運動控制系統(tǒng)，可以用來驅動直流電機、步進電機及繼電器等感性負載。

近年來，隨著下游驅動電機的高速發(fā)展，帶動了電機驅動芯片市場不斷增長。據(jù)市場調研機構Research And Markets統(tǒng)計，2021年全球電機驅動芯片市場規(guī)模為38.8億美元，預計2028年可增長至55.9億美元，年復合增長率約為5.3%；中國方面，近年來中國電機驅動芯片一直保持穩(wěn)定增長趨勢，2020年市場規(guī)模達127.45億元，同比增長1.42%。隨著我國機械機電與電子信息行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，預計2022年市場規(guī)模將達135億元。

資料來源：Research And Markets；芯八哥整理

從產(chǎn)品市場應用情況來看，消費電子是電機驅動器芯片最大的應用市場，占比達到24.23%，金額為9.40億美元；工業(yè)及汽車領域緊隨其后，分別占比18.47%和15.02%，對應的金額分別為7.17億美元和5.83億美元。

競爭格局方面，目前全球主要廠商包括德州儀器、意法半導體、安森美、英飛凌、羅姆、Allegro、東芝、松下、恩智浦，美信等，2021年全球前十大廠商份額占比約67%。

和國外國外廠商相比，中國在電機驅動器芯片領域起步晚，技術相對落后，雖然近年來涌現(xiàn)了峰岹科技、必易微、比亞迪半導體、兆易創(chuàng)新、率能半導體、靈動微、凌鷗創(chuàng)芯、澎湃微、旋智科技、芯弦半導體等一大批的電機驅動芯片企業(yè)，但目前尚未出現(xiàn)絕對的龍頭廠商。即使在國內(nèi)電機驅動器芯片領先的峰岹科技，占全球的市場份額也僅1.05%而已。

電機銷量暴增，帶動了車規(guī)電機驅動芯片高速增長

作為電機驅動芯片終端重要的應用場景之一，近年來在新能源汽車高速發(fā)展的帶動下，車規(guī)電機驅動芯片需求快速提升。

從銷量來看，2021年全球新能源汽車總銷量675萬輛，同比增長108%。其中，我國總銷量為352.1萬輛， 同比增長157.5%，為全球最大的市場。作為電動汽車的主要驅動來源，電機占到整車價值的10%左右，是新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈最為核心的零部件之一。隨著新能源汽車的產(chǎn)銷兩旺，配套電機的銷量也逐漸水漲船高。

2021年電機配套企業(yè)TOP10

資料來源：NE時代新能源；芯八哥整理

從上表可以看出，2021年全球電機配套企業(yè)都取得了不錯的成績，前十大企業(yè)銷量都超過了10萬臺。其中，弗迪動力（比亞迪）、特斯拉、方正電機銷量位列行業(yè)前三，分別為58.36萬臺、38.72萬臺、33.21萬臺。增長方面，除了雙林汽車外，前十大企業(yè)都實現(xiàn)了翻倍增長，其中弗迪動力（比亞迪）同比增長232.5%，特斯拉同比增長179.6%。值得注意的是，前十大企業(yè)中，增長幅度最大的是匯川技術，受益于去年同期基數(shù)較小的原因，同比增長超過了5倍。

按照類別的不同，電機行業(yè)廠商可分為整車廠自供體系、動力系統(tǒng)集成商（Tier1）、第三方電機供應商三大陣營。其中，整車廠自供體系主要是整車廠出于供應鏈安全、成本控制等考慮，設立子公司或合資公司自供電驅動、電源產(chǎn)品，代表公司有特斯拉、比亞迪旗下的弗迪動力、蔚來旗下的蔚然動力、長安旗下的蜂巢能源等；而動力系統(tǒng)集成商通常為海外汽車零部件Tier1巨頭企業(yè)，如聯(lián)合電子、日電產(chǎn)、博世、大陸、博格華納等。他們憑借深厚的技術、工藝及全球主流車企客戶資源，在新能源汽車電機領域仍然占有一席之地；此外，第三方電機供應商近年來在能源汽車的發(fā)展浪潮中也快速崛起，這些企業(yè)通常會同時布局電機、電控、電源與“多合一”系統(tǒng)，代表廠商有方正電機、大洋電機等。

車規(guī)電機驅動芯片下游主要客戶

資料來源：芯八哥整理

從市場集中度來看，2021 年電機銷量前十的企業(yè)占據(jù)約 74%左右的市場份額，行業(yè)集中度較高。從供應商類型來看，銷量前十的企業(yè)中有三家為整車廠，其中比亞迪市場份額約占 17.93%，排名第一；特斯拉市場份額約11.90%，排名第二；蔚來市場份額5.58%，三者市場份額合計約35%。 其余七家均為動力系統(tǒng)集成商（Tier1）和第三方供應商，合計約占40%左右的市場份額。

資料來源：NE時代新能源；芯八哥整理

為了應對下游電機需求量的大幅增加，提高自己的市場份額，近年來國內(nèi)第三方電機供應商陸續(xù)發(fā)起募投項目，以實現(xiàn)產(chǎn)能的迅速擴張。其中，方正電機擬投資12.4億元建設新能源汽車驅動電機項目，項目達成后預計新增驅動電機180萬臺產(chǎn)能；巨一科技擬募資6.7億元建設新能源汽車新一代電驅動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化項目，項目達成后預計新增電驅動系統(tǒng)50萬臺產(chǎn)能；英搏爾擬募資7.68億元建設珠海生產(chǎn)基地技術改造及產(chǎn)能擴張項目和山東菏澤新能源汽車驅動系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)園項目，新增產(chǎn)能全部達產(chǎn)后，公司將形成超過40萬臺套的產(chǎn)能。

為了應對下游電機需求增長，國內(nèi)部分第三方電機供應商產(chǎn)能擴充情況

資料來源：芯八哥整理

值得一提的是，由于近幾年驅動電機門檻大幅提升，扁線電機相比傳統(tǒng)圓線大幅提高了功率密度，帶來電機體積小型化，使得原材料需求更少及成本下降，電機由圓線向扁線發(fā)展的趨勢已確立。2021年以來，ModelY、Model3、極氪001、比亞迪DMI全系均已采用扁線電機，考慮到扁線高功率密度、高能量轉換效率、散熱性好等優(yōu)勢，預計未來3-5年扁線電機滲透率將快速提升。

而在電機驅動芯片方面，“自主內(nèi)核”+“算法硬件化”+“高集成度”將成為未來發(fā)展的方向。以峰岹科技為例，公司目前已經(jīng)開始使用開源的精簡指令集架構RISC-V自研ME內(nèi)核，打造雙核MCU，在應對復雜任務的高效性基礎上，兼具自主性和性價比；與此同時，為有效提高控制算法的運算速度和控制芯片可靠性，通過硬件化的技術路徑實現(xiàn)電機控制算法，從而為電機效率和高可靠性的實現(xiàn)提供有力支撐；此外，為順應終端小體積化、輕量化的趨勢，公司電機控制專用芯片已在內(nèi)部集成了電機驅動控制方案所需外設，大大減少外圍器件，從而提高了控制板的集成度。

國內(nèi)廠商開始陸續(xù)崛起，填補了我國車規(guī)電機驅動芯片的技術空白

雖然電機驅動芯片長期以來一直被國外大廠壟斷，但是在我國政府和資本的大力支持下，近年來也涌現(xiàn)出類似必易微、峰岹科技、兆易創(chuàng)新等不少的優(yōu)秀企業(yè)。尤其是在車規(guī)電機驅動芯片領域，隨著比亞迪半導體、峰岹科技 、智芯半導體等國內(nèi)廠商的崛起，填補了我國車規(guī)電機驅動芯片的技術空白，并逐漸縮小了與國外大廠的技術差距。

業(yè)內(nèi)人士指出：“車規(guī)級電機驅動芯片采用高可靠性的車規(guī)級制造工藝，嚴格按照AEC-Q100質量標準測試認證，遵循IATF16949體系下生產(chǎn)管控流程，安全等級可最高達到ISO26262 ASILB標準。由于電機驅動控制芯片對電機性能實現(xiàn)具有決定性影響，因此終端客戶要求極高，從研發(fā)到量產(chǎn)時間跨度通常長于消費和工業(yè)產(chǎn)品。一般而言，廠商研發(fā)需要2年左右的時間，下游終端客戶從樣品測試到大批量供貨通常也需要2年的時間。雖然研發(fā)周期以及市場導入周期較長，但產(chǎn)品被采用后不易被替換，具有有較強的客戶粘性。”

作為我國新能源汽車龍頭比亞迪所孵化的半導體企業(yè)，比亞迪半導體成立于2004年，公司已量產(chǎn)IGBT、SiC 器件、IPM、MCU、CMOS 圖像傳感器、電磁傳感器、LED 光源及顯示等產(chǎn)品，應用于汽車的電機驅動控制系統(tǒng)、整車熱管理系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、車載影像系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等重要領域。日前，比亞迪半導體自研的汽車電機驅動芯片已經(jīng)通過AEC-Q100車規(guī)級認證，已批量應用于自家新能源汽車上。

比亞迪半導體車規(guī)電機驅動芯片BF1181系列

資料來源：比亞迪半導體 

據(jù)了解，該款產(chǎn)品為BF1181系列產(chǎn)品，是一款車規(guī)級1200V磁隔離單通道柵級電機驅動芯片，具有優(yōu)異的動態(tài)性能和工作穩(wěn)定性，并集成了多種功能，如故障報警、源密勒鉗位、去飽和保護、主次級欠壓保護、模擬電平檢測等，可用于實現(xiàn)溫度或電壓的檢測。其CMTI達100KV/μs以上，可兼容IGBT&SiC MOSFET的驅動，輸出驅動峰值電流高達±8A，滿足4500Vus 60s脈沖絕緣要求，適應-40℃～150℃環(huán)境溫度范圍。

除了比亞迪半導體之外，峰岹科技面向汽車領域推出的車規(guī)級專用IC也通過了AEC-Q100 認證，正式推向汽車BLDC電機藍海市場。

國內(nèi)主要車規(guī)級電機驅動芯片廠商及其產(chǎn)品情況

資料來源：芯八哥整理

據(jù)公司介紹，此次通過車規(guī)級驗證的是一款BLDC電機控制專用芯片F(xiàn)U6832N1。FU6832N1檢視溫度等級為 Grade 1，芯片工作時TJ(-40 –150 ℃)，TA(-40 –125 ℃)，可以廣泛應用在車身控制的相關電機控制領域中，包括汽車散熱水泵、主動進氣格柵、玻璃升降控制、汽車坐墊、座椅通風、汽車升降桿等。此外，F(xiàn)U6832N1芯片內(nèi)部集成AD、AMP、DAC、LDO、DMA、 Driver等，集成ME電機控制內(nèi)核，包含硬件PI、LPF、MDU、FOC功能模塊，可以進行快速高效的運算。

智芯半導體汽車級電機驅動芯片系列產(chǎn)品Z20A13100

資料來源：智芯半導體

在初創(chuàng)公司中，成立于2019年的智芯半導體在近日也推出了汽車級電機驅動芯片系列產(chǎn)品Z20A13100。據(jù)其介紹，該產(chǎn)品符合 AEC-Q100標準，支持ASIL-B系統(tǒng)設計，主要面向12V/24V的各種汽車電機應用，如汽車水泵、油泵、風扇、轉向及剎車系統(tǒng)等。隨著Z20A13100的推出，結合公司已經(jīng)量產(chǎn)的M0+/M4系列的MCU以及自主開發(fā)的電機控制算法，智芯可以為各種汽車電機應用提供完整的系統(tǒng)級解決方案。

結語

中國擁有全球最大的新能源汽車市場，在新能源汽車 “新四化”的推動下，國產(chǎn)車規(guī)電機驅動芯片的研發(fā)與設計企業(yè)不斷崛起，填補了我國在這一方面的技術空白，并逐漸縮小了與國外同行業(yè)企業(yè)的技術差距。

此外，由于半導體產(chǎn)業(yè)外部環(huán)境的復雜和不確定性，我國需要盡快實現(xiàn)核心領域芯片的自主、安全、可控發(fā)展。因此，可以預期的是，在未來較長時間內(nèi)，國內(nèi)車規(guī)電機驅動芯片行業(yè)有望在國產(chǎn)替代的浪潮中蓬勃發(fā)展。