电力设备新行业深度研究：电机换向器

1.换向器在有刷电机市场稳健增长

1.1. 换向器是有刷电机的核心零部件

换向器是有刷电机的核心零部件。换向器在电动机中的作用是实现电流换向逆变（在发电机中是实现整流），主要应用在直流有刷的微特电机中，由铜制接触片围成圆型，与电木粉等用模塑料压塑成一体。

微特电机下游主要用于汽车、家电等领域。电机按功率范围、机座号范围和电压等可分为大中小功率及微特电机。微特电机一般是指功率在数百毫瓦到数百瓦、轴中心高小于130mm的电机，主要应用在汽车、家电、电动工具、办公设备等领域。

1.2. 有刷电机是市场主体，无刷电机部分替代无刷电机用电子换向取代有刷电机的电刷和换向器。无刷电机具有有刷电机的一切特性，用电子换向取代有刷电机的机械式电刷和换向器，综合性能优于有刷电机，但需解决力矩波动大、低速特性差、成本高的问题。

无刷电机成本高于有刷电机，难以大规模替代。无刷电机采用电子控制电路实现换向，设计和制造更为复杂，成本相对较高，根据大洋电机披露的数据，有刷电机均价为60-70元/台，无刷电机均价为130元/台。

市场份额中，有刷电机是市场主体。有刷电机在汽车领域的应用逐渐增长，需求量从2011年的29.7亿台增加到2015年的33.7亿台。在无刷电机产业化近百年后的今天，有刷电机在汽车电机领域的市场占有率仍然在80%以上。中国有刷电机产能远超无刷电机。通过梳理国内主要无刷电机厂商发现，无刷电机产能基本由有刷电机厂商升级产品结构带来，产能规模远小于有刷电机，无刷电机产能在百万量级，而有刷电机产能在千万量级。

2.市场空间：汽车领域稳定增长

汽车市场贡献增量。①人们对汽车性能要求不断提高，使得汽车用电设备和相应电机数量上升，假设生产每辆汽车使用换向器数量从2015年的30个提升到2020年的60个，叠加汽车产量增长，有望带动新增换向器需求翻倍。②汽车寿命平均为15年，电机更换需求较高，生命周期内需要更换的换向器约8个，随着汽车保有量不断提升，更新需求随之增加。

我国汽车用换向器（20%增速）接力家电用换向器（8%增速）稳定增长。2015年中国家电用换向器规模为44.2亿元，占据中国换向器65%市场，十三五期间家电用换向器年均增速8%，而汽车换向器十三五年均增速达20%，预计至2020年我国汽车用换向器市场规模将达到137亿元。

3.竞争格局：龙头整合能力强

3.1. 定制化产品、持续研发投入→市场趋于高端

换向器为非标定制化产品，优质换向器厂商通过持续研发投入，与下游客户协同研发，持续获得新的项目，维持产品单价稳定。

知名电机企业青睐高端产品，优质厂商能维持较高的毛利率。换向器企业多采用“铜材成本+制造成本+合理利润”的定价模式，毛利率比较稳定。下游知名电机倾向于选择高质量的产品，优质换向器厂商得以维持稳定毛利率水平，业内龙头凯中精密毛利率接近30%。

3.2. 认证周期长→高端市场壁垒高

进入门槛高，认证周期长。国际知名电机企业对换向器供应商的技术水平、供货经验、装备条件、和品质管控等要求较高，一般需要经历2-3年的认证考察，而一旦成为合格供应商后，供货关系相对稳定。电机企业若更换换向器供应商，需经过汽车总成制造商的认可。一般换向器企业难以通过国际知名电机企业的认证，高端市场壁垒较高。

优质换向器企业客户资源优势稳固且持续扩大。以国内换向器龙头凯中精密为例，其2013-2016年前五大客户重合度高，牢牢锁定了博世集团、阿斯莫、德昌电机、万宝至、戴姆勒、法雷奥等全球知名客户。同时，凯中精密对前五大客户的销售金额逐年提升，高端客户优势明显。

3.3. 集中度较高→龙头整合能力强

换向器厂商主要集中在欧美、中国和日本。全球主要换向器生产厂商包括Kolektor（斯洛文尼亚）、Kirkwood（美国）、Nettelhoff（德国）、MAM（意大利）、杉山（日本），以及国内的凯中精密、华瑞股份、安固、长城、科固、利丰。

换向器行业集中度较高， TOP10份额为45%。换向器市场集中度较高，Kolektor份额为15%，凯中精密份额为12.1%，TOP10份额为45%。

行业标准向龙头企业聚集。换向器行业发展呈现出以下趋势：①与客户“一体化”融合度加深；②行业逐渐标准化。在这一趋势下，换向器厂商的自动化生产能力、资金和技术实力越发重要，具有资金、技术和客户优势的龙头企业市场地位稳固，行业不断集中。

4.龙头经验借鉴

4.1. Kolektor

发展历程：从斯洛文尼亚换向器小厂到业务多元的国际化企业。Koletor成立于1963年，最初是一个技术落后的换向器生产企业，产品只能在斯洛文尼亚国内销售，经过50多年的发展，Kolektor成为全球最大的换向器厂商，业务拓展到零部件和系统、电力、工程技术系统三大板块。

从主业横向整合到纵向产业链整合。Koletor作为换向器制造厂商，其发展思路可以总结为以下三条主线：①换向器业务内生发展：Kolektor积极进行技术研发、市场开拓，同时扩大产能，最终其销售市场从斯洛文尼亚扩展到欧洲再到全球。②并购其他换向器企业：Kolektor先后并购了韩国换向器厂商Sinyungh和美国换向器厂商TKI，扩大产能的同时获取被并购企业的销售渠道，使产品进一步覆盖亚洲和美洲地区。③外延发展：通过自身开展新业务和外延并购进行产业多元化，形成了三大业务板块。一是零部件和系统：在换向器的基础上，发展定子、电机控制器业务，通过外延并购涉足磁体技术、机械设备和工具制造业务。二是电力行业：通过外延并购，涉足小型水电设备设计和工程，涡轮机、水泵、输配电变压器制造。三是工程技术系统：通过外延并购和自身业务发展，成为工程技术解决方案提供商，包括水处理、绝缘、自动化与电气工程的设计和实现。

突破主业瓶颈，规模远超同行。换向器行业全球市场规模仅百亿元，天花板较低，MAM、Nettelhoff等专注于换向器的企业规模都比较小，而积极外延发展的Kolektor成长为了年销售收入5亿欧元的国际化企业，其2020年的收入目标是10亿欧元。

4.2. 均胜电子

均胜电子上市前与凯中精密规模相当。均胜电子在2011年借壳上市，上市之前是一家以汽车功能件（涉及发动机进气管、洗涤器、空调出风口等）为主业的零部件企业，2010年均胜集团的营收为11.9亿元，净利为1.6亿元，和凯中精密上市前体量相当。

均胜电子上市后围绕汽车零部件持续并购。均胜电子先后收购了汽车电子公司德国普瑞、德国机器人公司IMA、德国QUIN、汽车安全系统全球供应商美国KSS以及智能车联领域的德国TS，成为全球化的汽车零部件顶级供应商，业务覆盖智能驾驶系统、汽车安全系统、工业自动化及机器人、新能源汽车动力管理系统以及高端汽车功能件总成。

并购使均胜电子收入与市值实现跨越式增长。均胜电子的营收规模有两次飞跃：①并购德国普瑞，营收从2011年的14.6亿元增长到2012年的53.6亿元；②并购美国KSS和德国TS汽车信息业务，营收从2015年80.8亿元提升至2016年185.5亿元；③五年时间，市值从2012年50亿元增长至2016年228亿元。

5.投资建议

换向器龙头公司有望延伸产业链以打开成长空间。目前A股换向器行业有凯中精密、华瑞股份，①下游客户为汽车与家电用微特电机，目前A股上市的有大洋电机、卧龙电气、方正电机等，下游电机企业大多延伸至新能源汽车电机与工控电机等领域；②考虑到换向器市场天花板，公司有望延伸至其他零部件领域（凯中已逐渐落地），成长空间有望进一步打开，推荐标的：凯中精密。

5.1. 凯中精密（002823）

5.1.1. 大客户优势支撑主业稳健增长

业绩稳定成长，股权激励指引2017-19年20%/50%/90%净利润增速。凯中精密近5年业绩增长较快，2016年换向器毛利率提升2.3%，同时公司在拓展连接器、汽车轻量化零件、多层绝缘线、德国沃特高强弹性零件等新业绩增长点，据2017年1月限制性股票激励计划业绩指引，公司2017-19年净利润增速为20%/50%/90%，CAGR近50%。

行业标准与定价权有望向公司逐渐倾斜。①凯中精密占全球12%份额，拥有博世集团、德昌电机等客户，海外知名电机企业供应商认证周期2-3年，高端市场壁垒较高。②全球换向器市场百亿规模，除Kolektor（15%份额）和凯中精密外，份额均不足4%，公司汽车电机用换向器年销量6亿只，在全球34亿只中占比17%，在行业专业化分工趋势下，行业标准有望逐渐向凯中倾斜。

大客户优势支撑稳定现金流。凯中精密拥有博世集团、戴勒姆、德昌电机、法雷奥、万宝至、大陆集团、阿斯莫、日本电产等全球知名客户，海外知名电机企业供应商认证周期2-3年，公司连续三届获得博世集团全球优秀供应商荣誉。前五大客户多年来相对稳定且集中度高，销售额占比在50%左右。

5.1.2. 产业链延伸有望打开成长空间

延伸产业链有望打开成长空间。①公司持续拓展布局连接器、汽车轻量化零件、多层绝缘线等新产品，2016年实现销售收入0.71亿元，占营收比重6.3%；②2016年4月外延并购德国高强弹性零件业务，进入高强弹性零件在欧洲汽车（戴姆勒）及航空（空客）的市场；③2017年4月发布公告，将收购汽车零件资产，预计交易金额为3-4亿元。产业链延伸有望与主业客户渠道等协同成长。

全球新能源汽车处于高速成长期，“三电”零部件有望贡献千亿增量市场。公司积极布局汽车精密零组件开发，考虑到电动车的蓬勃发展前景，从汽车零部件的产业链延伸角度，我们认为公司有望在“三电”（电机、电控、电池）零部件等领域取得突破：①电机方面，除了换向器以外，公司已经实现了连接器的量产销售；②电控方面，有望开发EPS（电动转向系统）配件、ABS（刹车防抱死系统）等三合一及五合一配件；③电池方面，电池结构件、电池支架等配件均为零部件延伸的领域。

凯中高强弹性零件进入戴姆勒与空客供应链，市场份额提升将带来稳定业绩增长。公司通过并购德国沃特公司资产进入高强弹性零件在欧洲汽车（戴姆勒）及航空（空客）的市场，产品主要包括弹簧和冲压件。据美力科技招股说明书披露，中国弹簧市场空间超过200亿元，预计全球市场达800亿元。据行业数据，冲压件多用在车身和底盘，平均每辆车用量价值1.5万元，按全球汽车接近1亿辆的年产销量计算，对应万亿市场空间，考虑到公司主要开发体型较小的精密零组件，按1/10计算，也对应超过千亿市场。凯中精密有望整合德国弹性零件业务，进入中国和其他国家市场。

新业务市场份额的提升，将带来公司业绩持续增长。根据上面的市场预计，公司“三电”配件和高强弹性零件对应的市场空间达3,300亿元，若公司能占据1%份额，将带来33亿元收入，若份额达到5%，将带来165亿元收入。

来源 | 电新深度观察

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关于电机换向器

一、换向器定义

换向器，也叫整流子，是直流电动机、直流发电机和交流整流子电动机电枢上的一个重要部位，在电动机转动的时候起换向作用，是为了能够让电动机持续转动下去的一个部件。

换向器由一组固定在旋转机器或转子圆周部分周围的铜片和一组固定在机器固定框架上的弹簧刷组成。两个或多个固定电刷连接到外部电路，既可以作为电机的电流源，也可以作为发电机的负载。

二、换向器工作原理

换向器由一组固定在电机旋转轴上并连接到电枢绕组的接触条组成。当轴旋转时，换向器使绕组中的电流反向。对于单个电枢绕组，当轴完成半圈时，绕组现在已连接，以便电流以与初始方向相反的方向流过它。在电动机中，电枢电流使固定磁场产生旋转力或转矩, 在绕组上使其转动。在发电机中，施加到轴上的机械扭矩通过固定磁场维持电枢绕组的运动，从而在绕组中感应出电流。在电动机和发电机的情况下，换向器周期性地反转流过绕组的电流方向，从而使电机外部电路中的电流仅沿一个方向继续流动。即当线圈通过电流后，会在永磁铁的作用下，通过吸引和排斥力转动，当它转到和磁铁平衡时，原来通着电的线较对应换向器上的触片就与电刷分离开，而电刷连接到符合产生推动力的那组线圈对应的触片上，这样不停的重复下去，直流电动机就转起来了。

三、换向器分类

1、从开线方式：a、沟型换向器；b、槽型换向器。

2、从机械强度：a、普通型换向器；b加固型换向器。

3、从内孔结构：a、有衬套换向器；b、无衬套换向器。

4、从铜排材质：a、纯铜；b、镉钴铜；c、银铜

五、换向器作用

换向器由许多铜片组（换向片）成圆筒形或盘形结构，铜片之间由云母或其他绝缘材料隔绝缘，每一铜片均与电枢绕组元件相连接，当电机的电枢转动时铜片相继同固定的碳刷相接触。在直流发电机中，通过电刷和换向器将电枢绕组内的交流电变为电刷间的直流电。每个电枢绕组元件两端连接的换向片经过碳刷时，这一电流改变方向或改变大小的过程，称为换向。在换向过程中，如果碳刷与整流子表面接触不良，碳刷和换向片的接触面上可能出现火花，甚至发生环火现象引起绕组的烧损。在交流整流子电动机中，换向器的作用是使电刷间交流电的频率符合工作要求。

六、换向器应用范围

换向器应用于电动工具、家用电器、汽车、摩托车电机等领域，也应用于汽车发电机、汽油发电机等领域。主要用于直流（DC）机器、直流（DC）发电机和许多直流电机以及通用电机。在电动机中，换向器向绕组施加电流。通过每半圈反转旋转绕组中的电流方向，就产生稳定的旋转力（扭矩）。在发电机中，换向器拾取绕组中产生的电流，每半圈反转电流方向，充当机械整流器，将来自绕组的交流电转换为单向直流电在外部负载电路中。

换向器效率相对较低，并且还需要定期维护，例如更换电刷。因此，换向电机的使用正在减少，取而代之的是交流(AC) 电机，以及近年来使用半导体开关的无刷直流电机。

七、换向器故障

1、接通电源，指示灯不亮。

方法：检查机器和更换元件。

2、气体压力不能提前调整。

方法：检查接线是否正确，更换。

3、总开关熔丝断线。

方法：检查和更换。

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