稀土行业研究-电机驱动需求倍增

稀土行业研究：电机驱动，需求倍增一、稀土成为低碳、智能时代的驱动材料1、稀土在低碳和智能工业领域应用广泛低碳化和工业智能化是当今驱动中国乃至全球经济两大最重要的力量，而稀土则是这两大驱动力量的核心材料。相较于钴和锂的新兴应用领域相对集中于电池领域，稀土在低碳经济中的应用范围更加广泛。稀土在光、磁、电领域能够产生特殊的能量转换、传输、存储功能，通过加工可形成一批新型功能材料，满足更快、更小和更轻产品的节能需求，是无污染、高性能的“绿色材料”。在低碳能源系统方面，稀土可用于石油化工和天然气工业催化剂，用于风力涡轮机；在低碳产业体系方面，稀土可以用于电子、激光与感应设备、高端医疗设备、民用照明光学材料、特殊陶瓷、工业合金、磁性材料与风电设备、新能源汽车与电池中；在低碳技术方面，稀土通过其在汽车尾气催化转化、混合动力汽车、电机中的独特应用，在减少温室气体排放方面发挥着关键作用。除了低碳发展外，智能化工业是主导全球经济的另一驱动，智能化所需要的核心能力包括自动化、信息化、互联化、智能化四个阶段。中国做出了相应的规划，在“中国制造2025”中提出以信息化和工业深度融合，发展五大工程、十大领域，其中十大领域包括新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农机装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械，稀土在上述领域中均为举足轻重的基础材料。2、稀土元素的特点铸就独特功能稀土是化学元素周期表中镧系（镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥）15个元素和21号元素钪、39号元素钇（共17个元素）的总称。据其物理化学性质的差异性和相似性，可分成三个组：轻稀土组（镧～钷）、中稀土组（钐～镝）、重稀土组（钬～镥加上钪和钇）。稀土能够成为低碳、智能新时代的关键核心材料，是由其特殊的原子结构决定的。稀土元素的共性在于原子结构相似、离子半径相近、在自然界密切共生，同时，由于各元素原子结构中K、L、M层能级不同，核内质子数及排列不同，4f层中电子数不同，因而存在特殊，具有丰硕的能级跃迁、大的原子磁矩、很强的自旋轨道耦合等特性。与其它元素形成稀土配合物时,配位数可在3~12间转变,使稀土化合物晶体结构多样化。这些特性给予了稀土元素及其化合物独特的电、光、磁、热等性能。稀土下游需求主要为稀土磁性材料、稀土催化材料、稀土储氢材料、稀土抛光材料、稀土发光材料、稀土合金材料等稀土功能材料。3、节能效果使稀土永磁成为增速最快的应用领域稀土应用广泛，新兴需求不断开发应用，其中稀土永磁成为最大的应用领域。2015年2021年间，稀土各功能材料按照增速来看发光材料、抛光材料、永磁材料、储氢材料等新兴应用增速较快，而用于裂解、催化等领域需求萎缩。按照绝对量看来，永磁材料是稀土应用材料的主要来源，约占6年间稀土应用材料增量比重的为55%。稀土永磁技术路线分为三种：铁氧体、钐钴永磁和钕铁硼，其中钕铁硼（NdFeB）是第三代稀土永磁材料，主要成分为稀土（Re）、铁（Fe）、硼(B），其中稀土Nd为了获得不同性能可用部分镨（Pr）、镝（Dy）等其他稀土金属替代，铁也可以被钴（Co）、铝（Al）等其他金属部分替代。钕铁硼具有高剩磁密度、高矫顽力和高磁能级的优点，是迄今为止磁性最强的永磁材料。钕铁硼具有“小型化”和“高磁能”两大特点，使其具有节能环保的功能，成为低碳时代必然的选择。与铁氧体相比，钕铁硼具备高能量、高密度的优点，相同磁力的钕铁硼体积是铁氧体的1/10，体积是其1/6，能够满足小型化、轻量化、薄型化的需求；同时，钕铁硼具有极高的磁能积和矫顽力，是目前永磁材料中磁性能最高的一种，因此广泛应用于电机、电动工具、风力发电、节能电梯、电动自行车、新能源汽车、EPS等。钕铁硼设备的初置成本虽然较高，但长期节能价值更为突出。从各稀土元素在地壳中的丰度来看，最高为铈（La）和镧(Ce)，分别为43ppm和39ppm，钕(Nd)、镨（Pr）分别为26ppm和5.7ppm，镝（Dy）为6ppm，铽（Tb）为1.4ppm。因此，不同稀土元素之间价格分化较大，体现了其地壳丰度与应用领域之间的差异度。4、需求换挡，高性能钕铁硼市场规模快速扩大所谓高性能钕铁硼永磁材料是指以速凝甩带法制成，内禀矫顽力Hcj(kOe)和最大磁能(BH)max,MGOe）之和大于60，用于制作中、小、微型特殊用途的永磁电机、传感器、磁共振仪、高级音像设备等的烧结钕铁硼永磁材料，属于重点鼓励和支持发展的高新技术产品。从实际应用来看，低端钕铁硼主要应用于磁吸附、磁选、电动自行车、箱包扣、门扣、玩具等领域，而高性能钕铁硼主要是指应用于高技术壁垒领域中各种型号的电机、扬声器之中的磁钢，包括节能电机、汽车电机、风力发电、高级音像设备、电梯电机等。按照生产工艺，钕铁硼可以分为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼和热压钕铁硼，粘结钕铁硼主要用于硬盘光驱主轴电机以及功率较小的微特电机等领域，而烧结钕铁硼更多用于功率较大的驱动电机等领域。据SMM，2020年中国烧结钕铁硼毛坯产量约为19万吨，较2019年的17万吨增长11.8%。其中，高性能烧结钕铁硼毛坯产量为5.13万吨，占钕铁硼毛坯总量的27.6%。2015年-2020年高性能钕铁硼年复合增长率13.69%，较钕铁硼同期9.6%的CAGR高4个百分点，占比由21.3%提升至27.6%。随着低碳理念在经济领域的贯彻执行，高性能钕铁硼的下游需求已经发生了质变与量变。2009年高性能钕铁硼下游消费占比最大的三大行业为风电、消费电子和VCM，其中消费电子和VCM合计占高端钕铁硼的消费比重为46%，2015年，即新能源革命所带来相关行业的爆发式增长前夕，这一格局从结构上并未发生根本变化，消费电子和VCM合计占高端钕铁硼的消费比重为44%。但从2020年来看，新能源汽车、传统汽车、变频空调、工业机器人已成为高端钕铁硼的主要消费行业，风电占比变化不大，但绝对量出现倍数级增长。我们认为，从需求驱动的角度看，高端钕铁硼进入一个新时代，体现在两个方面：驱动行业的多元化和需求量级上的跃升。二、全球低碳化开启钕铁硼电机新时代电能是现代工业的主要能源和动力，电机是各种设备的动力驱动系统。电机广泛应用于冶金、电力、石化、煤炭、矿山、建材、造纸、市政、水利、造船、港口装卸等领域，凡需要将电能转化为机械能或将机械能转化为电能的地方都必须用到电机，电机行业整体上具有巨大的市场容量。稀土永磁电机无源（不需要额外提供电能）、无接触（隔空作用，无机械磨损），具有三高三小一好的特点：效率高、功能密度高、力矩高、体积小、噪音小、温升小、稳定性可靠性好，结构简单、节能环保，是现代科学技术与工业制造不可缺少的基础功能材料。在稀土永磁的应用中，电机占比超过60%。除了作为新能源汽车、风电、机器人等新兴领域的电机首选外，电力消耗最大的传统工业电机能效提升改造也为钕铁硼提供巨大的市场空间。（一）汽车行业成为永磁需求主要驱动1、传统汽车微电机与EPS拉动永磁需求传统汽车对稀土永磁的应用主要来自微电机和EPS的拉动。随着汽车驾乘享受、舒适度和安全措施的提升，传统汽车所用永磁电机的数量由原来的近40个提升至70个，并向小型化、轻量化、高效率化方向发展，稀土永磁取代部分传统铁氧体永磁电机，用于起动电机、发动机、自动刹车、油泵电机、空调电机等。在传统汽车中，作为自动驾驶基本要素之一的EPS（电动助力转向系统）则是其中最重要的执行机构之一。EPS利用电动机产生的动力协助驾车者进行动力转向，可以增强汽车操纵稳定性、舒适性、行驶安全性和潜在的自动驾驶适配能力。国内汽车行业的EPS系统在历史上的普及略晚于欧美日国家，近年来乘用车EPS渗透率迅速提升，但商用车汽车转向系统依旧以HPS

（机械液压助力转向系统）和EHPS（电子液压助力转向系统）为主，2020年EHPS占比40.1%。液压系统效率为60-70%，EPS则高达90%以上，且结构简单能耗少。随着环保趋严，HPS、EHPS的市场份额未来将逐步被EPS所取代，EPS渗透率提升有望带动镨钕需求持续扩张。2、新能源汽车成为钕铁硼需求的主要增长动力在能源与环境压力下，发展新能源汽车（油、电混合动力汽车和纯电动汽车等）已形成全球共识。新能源汽车主要包括纯电动汽车（BEV）、插电式混合动力汽车（HEV）和燃料电池汽车

（FCEV）。全球新能源汽车自2019年以来加速增长，2021年新能源汽车产销量呈现出爆发式增长。2021年全球新能源汽车销量达到611万辆，同比增长110%，渗透率为8%，较2020年提升4个百分点。2021年我国新能源乘用车产量为354.5万辆，同比增长159.5%，大幅超过年初预期。其中纯电动车276.1万辆，同比增长178.8%，插电混动车型零售59.8万辆，同比增长133.5%。渗透率呈现逐月提升态势，全年达到16%，欧洲受到芯片短缺的影响，但全年产销保持平稳，2021年新能源汽车销量为195万辆，德国、法国、英国销售分别增长73%、63%和74%，渗透率较上年提升5-9个百分点；2021年是美国新能源汽车政策的拐点年，新能源汽车销量65万辆，同比增长102%，渗透率较2020年翻番至7个百分点左右。新能源汽车驱动电机是新能源汽车的三大核心部件之一，是纯电动车和燃料电池汽车上唯一驱动部件，是油电混合动力汽车实现各种工作模式的关键，直接影响混合动力汽车的油耗指标、排放指标、动力性、经济性和稳定性。适合新能源汽车驱动电机的主要有永磁同步、交流异步和开关磁阻三类。稀土永磁驱动电机因其具有尽可能宽广的弱磁调速范围、高功率密度比、高效率、高可靠性等优势而被用作新能源

汽车驱动电机，有效地降低新能源汽车的重量和提高其效率。高性能烧结钕铁硼永磁材料是用于稀土永磁驱动电机的核心关键材料，