亚洲国产成人久久综合_久久99国产精品成人_久久久精品免费视频_欧美特黄一级大片

（報告出品方/作者：廣發(fā)證券，代川、孫柏陽、姚佳）

一、機器之“心臟”，緊湊而高效的藝術(shù)

電機品種繁多，普遍有兩種分類方式：按照控制方式可以分為伺服電機、步進電機和力矩電機等；按照驅(qū)動方式分為直流電機和交流電機，其中交流電機按照轉(zhuǎn)子和定子轉(zhuǎn)動是否同步可以分為同步電機和異步電機（感應(yīng)電機）。

伺服電機和步進電機：主要區(qū)別為控制方式、控制精度、速度響應(yīng)和過載能力。伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，一般采用閉環(huán)/半閉環(huán)控制， 編碼器和反饋機制保證高控制精度和高低速的流暢切換，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏、 鋰電、工業(yè)機器人等精密控制環(huán)節(jié)。步進電機可以將脈沖信號直接轉(zhuǎn)化為角動量且步距角恒定，一般為開環(huán)控制，精度弱于伺服，但結(jié)構(gòu)簡單成本低，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、辦公自動化、家用電器等領(lǐng)域。

(資料圖片)

直流無刷和有刷電機：無刷電機以電子換向器（霍爾元件等）替代電刷。直流電機相對于交流電機有良好的啟動和調(diào)速特征，且轉(zhuǎn)矩較大，在機器人等場景應(yīng)用廣泛； 其中無刷電機由于不采用機械電刷裝置優(yōu)勢更為明顯，包括無電刷火花，高效率、 低能耗、低噪音、超長壽命、高可靠性等。

交流同步和異步電機：依據(jù)定子和轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)速是否同步而劃分。異步電機的工作原理是“電磁感應(yīng)”，定子旋轉(zhuǎn)變化的磁場在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出電流，此電流在磁場中受力，帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，電機轉(zhuǎn)子與定子磁場存在轉(zhuǎn)速差，所以稱之為異步電機，異步電機結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，運行可靠價格便宜，應(yīng)用于傳送帶等工業(yè)傳動場景較多。同步電機的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生恒定磁場，而定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場通過 “互鎖”而同步運行，效率、精度更高且更易控制，廣泛應(yīng)用于風(fēng)扇等恒速負載領(lǐng)域。

機器人的驅(qū)動方式包括電動、液壓和氣動。電動驅(qū)動能夠進行更為靈活、精準(zhǔn)、方便的運動控制，但不易進行重負載活動，核心部件為電機，廣泛用于大部分機器人公司；液壓驅(qū)動更為高效且可以做到無極調(diào)節(jié)，驅(qū)動強勁，出力大但不靈活，適用于彈跳和重負載活動，核心部件為液壓缸、液壓閥等，代表企業(yè)為波士頓動力；氣動驅(qū)動使用壓縮空氣發(fā)揮作用，節(jié)能方便但精度低，適于在中、小負荷的機器人中，主要用于揀選、裝載等倉儲任務(wù)，核心部件為氣缸等，代表企業(yè)為費斯托。

機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動方式可以分為剛性驅(qū)動、彈性驅(qū)動和準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動等不同模式。 （1）剛性驅(qū)動：起步于1971年，元件和負載剛性連接，結(jié)構(gòu)簡單、精準(zhǔn)度高，曾在全球首臺三維雙足機器人應(yīng)用；剛性關(guān)節(jié)是最為傳統(tǒng)的雙足機器人關(guān)節(jié)，優(yōu)點是控制框架穩(wěn)定、扭矩密度高，缺點是輸出轉(zhuǎn)速低。 （2）彈性驅(qū)動：起步于1995年，在驅(qū)動元件和負載之間增加了彈性單元來模擬肌肉系統(tǒng)功能，使關(guān)節(jié)表現(xiàn)出一定的柔性、安全和高能量效率特性，并增加容錯性；彈性關(guān)節(jié)的優(yōu)點在于可以抵抗外部沖擊、儲能節(jié)能，但因為機構(gòu)復(fù)雜，控制較難，應(yīng)用較少。 （3）準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動：起步于2016年，依靠驅(qū)動器電機開環(huán)力控，不依賴于附加力或力矩傳感器,就可以本體感知機器人腳部和外界的交互力，最理想的是電機直接驅(qū)動,但受限于電機工藝和技術(shù),電機直驅(qū)驅(qū)動器的扭矩密度不能滿足機器人應(yīng)用的需求，因此，折中采用電機加低傳動比減速器的方案；準(zhǔn)直驅(qū)關(guān)節(jié)一般由高扭矩密度電機、 低傳動比減速器、編碼器和控制板等組成，具有功率密度高、力控帶寬大、抗沖擊 能力強、爆發(fā)力強等優(yōu)點，但控制機制較為復(fù)雜，目前主要用于四足機器人。

電機的基本參數(shù)包括轉(zhuǎn)動慣量、扭矩、功率等，細長、扁平電機功能特性不同。慣量為剛性物體繞軸運動的慣性量度，相當(dāng)于線性力學(xué)中的質(zhì)量，決定電機的反應(yīng)速度；扭矩提供角加速使物體繞定軸旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于線性力學(xué)中的力；功率由扭矩、速度兩個維度決定。相同質(zhì)量、定子/轉(zhuǎn)子截面厚度情況下，扭矩和轉(zhuǎn)子半徑正相關(guān)，因此細長電機半徑小、轉(zhuǎn)矩小、慣量小、響應(yīng)快、轉(zhuǎn)速快，扁平電機半徑大、轉(zhuǎn)矩大、 慣量大、響應(yīng)慢、轉(zhuǎn)速小。 關(guān)節(jié)架構(gòu)影響電機選擇，剛性驅(qū)動偏好高轉(zhuǎn)速的細長電機，而準(zhǔn)直驅(qū)關(guān)節(jié)則偏好大 扭矩的扁平電機。相同輸出功率下，剛性驅(qū)動搭配高轉(zhuǎn)速電機+高減速比減速器能實現(xiàn)較高的扭矩密度，輸出力矩大；準(zhǔn)直驅(qū)驅(qū)動搭配大扭矩電機+低減速比減速器能實現(xiàn)更優(yōu)的功率密度，即更強的爆發(fā)力。

電機的選型需要做到與機器人關(guān)節(jié)的充分適配，需要綜合考慮機器人關(guān)節(jié)的尺寸功率比、負載大小、精準(zhǔn)性、可靠性、資源消耗等多維因素。 機器人所用電機主要包括交流、直流、伺服和步進電機。根據(jù)Skyquest數(shù)據(jù)，分電機類型看，全球機器人電機占比最高的為直流電機，憑借其緊湊的尺寸和高效率高扭矩的能力廣泛應(yīng)用于工業(yè)、協(xié)作、服務(wù)機器人領(lǐng)域；增速最快的為伺服電機，主要系數(shù)控機床、工業(yè)自動化等行業(yè)對高精度和精密控制的機器人系統(tǒng)的需求不斷增加所致。

人形機器人涉及的電機產(chǎn)品包括無框力矩電機和空心杯電機等。 力矩電機是一種多級對、無機殼的直驅(qū)電機，扭矩增強且結(jié)構(gòu)緊湊。相較于普通電機主要規(guī)格為功率，力矩電機的規(guī)格和選型主要取決于扭矩，力矩電機極對數(shù)多， 在電機低速甚至堵轉(zhuǎn)時仍能持續(xù)運轉(zhuǎn)并提供穩(wěn)定的力矩給負載；同時，力矩電機為直驅(qū)電機，負載直接連接轉(zhuǎn)子，不需要任何傳動件，減少摩擦損耗，結(jié)構(gòu)緊湊；除此之外，力矩電機為無框架式永磁電機，沒有機殼，只有定子和轉(zhuǎn)子兩個部件，中空孔大，方便走線。目前，無框力矩電機主要用在協(xié)作機器人等領(lǐng)域。

空心杯電機是微特電機的一種，無鐵芯轉(zhuǎn)子，重量輕且效率高。空心杯電機在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，也叫空心杯型轉(zhuǎn)子。這種新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗。因為沒有鐵損， 所以它的效率要比普通的微型直流電機要高；同時，由于轉(zhuǎn)子重量大幅降低，所以轉(zhuǎn)動慣性減小，相比傳統(tǒng)鐵芯電機，大扭矩急加速急減速性能突出；另外，空心杯電機還具有體積小、可控性高、噪音小等優(yōu)點。因此，空心杯電機主要用在需要快速響應(yīng)（如軍工、檢測）和對重量和能耗要求較高（如無人機、機器人）等領(lǐng)域。

無框力矩電機目前主要用在協(xié)作機器人等領(lǐng)域，電機本質(zhì)為對機器人功能的適配。 協(xié)作機器人的主要特點包括具備人機交互能力，且工作空間更為復(fù)雜，空間適應(yīng)性更強，因此在緊湊小型化、空間避障、輕量化等領(lǐng)域有較為明顯的特征。基于此，協(xié)作機器人采用無控制柜、輕量化的設(shè)計方式，進而影響零部件選型，包括采用緊湊伺服驅(qū)動器&編碼器、中空走線、高輸出密度的伺服關(guān)節(jié)等。無框力矩電機之所以應(yīng)用于協(xié)作機器人領(lǐng)域，本質(zhì)是對其緊湊、大扭矩、中空走線的功能之實現(xiàn)。 以Universal Robots推出的UR5協(xié)作機器人為例，電機與關(guān)節(jié)高度集成化，抱閘、驅(qū)動器、編碼器、無框力矩電機、中空套筒，諧波減速器、輸出法蘭環(huán)環(huán)相扣，精密融合。

人形機器人可以看做協(xié)作機器人功能的進一步升級和外延。在人機交互方面，人形機器人被植入“大腦”，同時具備視覺、聽覺、觸覺等多種功能；在該空間適應(yīng)能力方面也更加多樣化。因此人形機器人與協(xié)作機器人在關(guān)節(jié)設(shè)計中有相同的產(chǎn)品特征基礎(chǔ)，人形機器人采用無框力矩電機本質(zhì)也是對其大扭矩、高效率、輕量化、集成化的功能實現(xiàn)。

空心杯電機從軍事、航空航天等領(lǐng)域逐漸進入大工業(yè)和民用。空心杯電機被發(fā)明于 1950s，之后憑借其壽命長、快速響應(yīng)、體積小、高精度等特征在軍工、航空航天等領(lǐng)域逐漸推廣，如運用于導(dǎo)彈飛行的快速調(diào)節(jié)、火星探測器、航天飛機等。隨著技術(shù)成熟度的增加，空心杯電機逐漸向工業(yè)自動化等民用領(lǐng)域推廣，如機器人、微型泵等。

空心杯電機是微型執(zhí)行器的重要組成，廣泛應(yīng)用于機器人機械手。以O(shè)rbray開發(fā)的 K3 Hand協(xié)作機器人為例，其模仿人手部結(jié)構(gòu)，共有3根手指8個自由度，其中拇指有4個自由度，其余手指各2個自由度，機器人可以抓住不同形狀、位置和柔軟度的物品，應(yīng)用于實驗等領(lǐng)域。K3 Hand載有Orbray開發(fā)的微型伺服執(zhí)行器，包括無刷空心杯電機（直徑10mm）、精密傳動齒輪、離合器、電位器四部分，各部分緊湊貼合、 高效靈活，執(zhí)行器尺寸僅有12mm*24mm*14mm，重量僅12g，輸出扭矩可達 147mNm，其中空心杯單機對執(zhí)行器的平穩(wěn)運行發(fā)揮了重要作用。 特斯拉靈巧手單手有6個主動自由度，其執(zhí)行器采用空心杯電機+微型齒輪的模式， 可以做到輕量且高效。

二、人形機器人風(fēng)起，電機賽道擴容

電機是工業(yè)社會中的基礎(chǔ)產(chǎn)品，全球市場空間超千億美元。根據(jù)precedence research數(shù)據(jù)，2020年全球電機市場規(guī)模約1630億美元，并預(yù)計以7%的CAGR成長 至2030年的3226億美元；分下游看，電動汽車、工業(yè)設(shè)備、暖通空調(diào)為主要應(yīng)用領(lǐng)域。 機器人占電機整體市場比例不到1%，但增速較快，東亞為主力市場。根據(jù)future market insights和skyquestt數(shù)據(jù)，22年機器人電機市場空間為11億美元，預(yù)計未來將以12%的CAGR成長至2030年的28億美元，增速大幅快于行業(yè)整體。分區(qū)域看， 東亞地區(qū)憑借高機器人數(shù)量和自動化水平在機器人電機細分領(lǐng)域占比更高：根據(jù) grand view research數(shù)據(jù)，亞洲在全球電機占比僅為40%；而根據(jù)future marketinsights數(shù)據(jù)，22年東亞地區(qū)機器人電機市場規(guī)模占全球市場比重達61%。

力矩電機優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，22年市場空間達6億美元。力矩電機用于軍工、機器人（主要為協(xié)作機器人，每個協(xié)作機器人需要配置6-7個無框無框電機）、機床等多種場景， 憑借易于集成、高動態(tài)性能和寬扭矩速度等優(yōu)點獲得市場青睞。根據(jù)technavio數(shù)據(jù)， 2022年力矩電機市場規(guī)模約6.1億美元，并有望以8.0%的CAGR增長至27年的9.0億美元；結(jié)構(gòu)性看，直流電機占比較高；分區(qū)域看，23-27年亞太地區(qū)對全球市場的增長貢獻了48%，主要系亞太地區(qū)制造業(yè)發(fā)展帶動集成力矩電機的機床需求持續(xù)增加， 同時工業(yè)機器人和自動化機械持續(xù)擴容。

本土企業(yè)躋身第二梯隊。根據(jù)QYResearch數(shù)據(jù)，力矩電機全球第一梯隊廠商主要有 Parker Hannifin（派克漢尼汾）、Nidec（尼得科）、Aerotech（艾羅德克）和Kollmorgen （科爾摩根 ），第二梯隊廠商有綠的諧波、西門子、Pranshu Electricals等。

空心杯電機起步于歐洲，推廣于中國，22年市場空間超7億美元。根據(jù)GII數(shù)據(jù)，22 年空心杯電機全球市場規(guī)模約7.5億美元，并預(yù)計以8.0%的CAGR成長至2028年的 11.9億美元，市場的增長主要歸因于空心杯電機在醫(yī)療設(shè)備、航空航天、軍工、機器人等領(lǐng)域的的使用增加，此外，對能夠以高速、低振動和低噪音運行的高性能電機的需求不斷增長，也是推動該市場增長的關(guān)鍵因素；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，有刷空心杯電機占比較高；分地區(qū)看，21年中國空心杯市場空間位列第一位，錄得2.4億美元，占比 34.8%，歐洲市場占比25.9%。 本土企業(yè)空心杯電機在工業(yè)領(lǐng)域已有較為廣泛應(yīng)用，差距在縮小。全球空心杯電機主要制造商包括Faulhaber（馮哈伯）、Portescap、Allied Motion（艾萊德摩新）、 Maxon（馬克森）、鳴志電器、拓邦股份等，根據(jù)GII數(shù)據(jù)，前三大企業(yè)占有全球55.4% 的市場。海外公司在高端產(chǎn)品較為領(lǐng)先，如馮哈伯的產(chǎn)品應(yīng)用于手術(shù)機器人、呼吸機、兩棲飛機等，馬克森的產(chǎn)品應(yīng)用于火星探測器，可良好的承受火星表面的地震及-120℃至+25℃的溫差變化。本土企業(yè)中，鳴志電器空心杯電機應(yīng)用于人工智能、 高端醫(yī)療器械及生化分析儀器、智能汽車電子、半導(dǎo)體制造、工控等領(lǐng)域，競爭實力也較強。綜合對比海內(nèi)外公司，本土產(chǎn)品的主要差距在材料選用（如加工鍍膜工藝）、 本體設(shè)計（如最小尺寸）、機電控制（定制化開發(fā)能力）。

復(fù)盤特斯拉新能源汽車產(chǎn)業(yè)化進程，產(chǎn)業(yè)化將帶動核心零部件大幅擴容。新能源車第一個五年為0到1的過程，伴隨著新產(chǎn)品的研發(fā)、市場模式的摸索以及政策補貼的介入，特斯拉新能源汽車銷量由2012年的不到1萬臺增長至2017年的10萬臺；第二個五年為產(chǎn)品規(guī)模化后1到N的過程，伴隨著電池、電驅(qū)等產(chǎn)業(yè)鏈的培育，產(chǎn)業(yè)競爭格局的形成，以及規(guī)模化后的產(chǎn)品降價等，特斯拉新能源汽車銷量于2022年突破百萬臺。 若未來人形機器人若能夠達到消費品級別的體量，將帶動機器人電機市場擴容。目前人形機器人正處于產(chǎn)品研發(fā)和政策摸索的0到1的過程，與新能源汽車產(chǎn)業(yè)化早期有一定相似性，該階段為零部件產(chǎn)品的導(dǎo)入驗證階段。展望未來，預(yù)計人形機器人將憑借其性能優(yōu)勢在工業(yè)、生活等各領(lǐng)域高速滲透，未來潛在市場空間達上百億美元，若人形機器人產(chǎn)業(yè)化順利，力矩、空心杯電機作為其核心零部件需求量將持續(xù)增長。

三、產(chǎn)品+平臺加持，本土電機企業(yè)蓄勢待發(fā)

我們認為，海外科爾摩根、日本電產(chǎn)為代表的企業(yè)雖然在高端產(chǎn)品及營收規(guī)模上較為領(lǐng)先，但產(chǎn)品價格也較高，人形機器人不同于軍工、航天等高精尖產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)化進程更看重性價比和保供能力，中國企業(yè)已具備產(chǎn)品基礎(chǔ)。 國內(nèi)無框力矩電機主要玩家有步科股份、昊志機電。其中步科股份無框力矩電機產(chǎn) 品形成完整的系列化的產(chǎn)品線，收入達到百萬級；昊志機電產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于協(xié)作機器人和輕型機器人領(lǐng)域，同時，昊志機電現(xiàn)有的產(chǎn)品包括諧波減速器、無框力矩電機、驅(qū)動器、編碼器、力矩傳感器等可應(yīng)用于人形機器人。 空心杯電機主要玩家為鳴志電器、江蘇雷利、偉創(chuàng)電氣。其中鳴志電器為運動控制領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)的出口企業(yè)，空心杯電機暢銷國內(nèi)外；江蘇雷利和鼎智科技的空心杯電機 為共同研發(fā)生產(chǎn)，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于軍工、半導(dǎo)體、醫(yī)療等領(lǐng)域，同時當(dāng)前多款樣品處在測試階段。 匯川技術(shù)和禾川科技為國內(nèi)伺服產(chǎn)品主要供應(yīng)商。其中匯川技術(shù)具備工控和工業(yè)機器人雙重業(yè)務(wù)優(yōu)勢，并持續(xù)研發(fā)提高直驅(qū)電機競爭力；禾川科技的無框力矩直驅(qū)電 機廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人、激光等領(lǐng)域。

本土企業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，在產(chǎn)品、下游以及市場端逐漸積累優(yōu)勢。 （1）產(chǎn)品品類：打產(chǎn)品組合牌，具備多產(chǎn)品打入供應(yīng)鏈的潛力。鳴志電器不但在空心杯電機領(lǐng)域具備較強實力，其伺服系統(tǒng)等產(chǎn)品實力也較強，具備組合應(yīng)用潛力； 鼎智科技在空心杯電機領(lǐng)域與江蘇雷利合作研發(fā)，而直線驅(qū)動領(lǐng)域行星滾柱絲杠已取得里程碑式成就，可以應(yīng)用于人形機器人直線驅(qū)動器。 （2）下游應(yīng)用：具備工業(yè)機器人應(yīng)用基礎(chǔ)，經(jīng)驗豐富。昊志機電的無框力矩電機廣泛應(yīng)用于協(xié)作機器人領(lǐng)域，而人形機器人于協(xié)作機器人關(guān)節(jié)執(zhí)行器可比性較強，具備產(chǎn)品可遷移性；偉創(chuàng)電氣于22Q2成立機器人事業(yè)部，持續(xù)開拓市場；匯川技術(shù)由工業(yè)自動化控制底層技術(shù)向SCARA機器人等領(lǐng)域拓展，并使用自研伺服和控制器， 22年中國市占率位列第二。 （3）海外認可：優(yōu)質(zhì)的出口企業(yè)，全球認可度高。以2022年海外收入占比為例，鳴志電器、江蘇雷利、鼎智科技占比均超過40%，昊志機電約30%，偉創(chuàng)電氣、步科股份約20%，主要企業(yè)出口能力較強。同時，以鳴志電器為代表的企業(yè)在美洲、歐洲、 東南亞等全球設(shè)立子公司，渠道建設(shè)成熟，可更優(yōu)服務(wù)全球化生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：