你認(rèn)識(shí)的南京伺服電機(jī)幾個(gè)廠家的國(guó)產(chǎn)崛起之路還有多遠(yuǎn)？

1. 電機(jī)行業(yè)概覽：萬億級(jí)市場(chǎng)，細(xì)分領(lǐng)域眾多

1.1 電機(jī)技術(shù)：技術(shù)原理共通，延展性較強(qiáng)

　　電機(jī)一般指電動(dòng)機(jī)，亦稱“馬達(dá)”，可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，為用電器或各種機(jī)械提 供驅(qū)動(dòng)力，在現(xiàn)代工業(yè)和生活中應(yīng)用極為普遍。電機(jī)的基本原理為電磁感應(yīng)定律——電能 在線圈上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)的基本構(gòu)造包括：定子（鐵芯、繞組和基 座）、轉(zhuǎn)子（鐵芯、繞組），此外不同類別電機(jī)可能配有電刷、傳感器、驅(qū)動(dòng)器、風(fēng)扇等 配件。電機(jī)原理雖然簡(jiǎn)單，但高端設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，牽涉設(shè)計(jì)、工藝和設(shè)備等環(huán)節(jié)，涵蓋電 磁學(xué)、摩擦學(xué)、熱、流體、振動(dòng)、聲學(xué)等自然科學(xué)和相關(guān)技術(shù)工程領(lǐng)域。

　　電機(jī)技術(shù)種類非常多。法拉第 1921 年制成世界第一臺(tái)電機(jī)，1831 年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定 律，經(jīng)過 200 年技術(shù)更新迭代，電機(jī)品類已十分龐雜。

　　根據(jù)電源種類不同，分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。直流電機(jī)響應(yīng)快，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大， 調(diào)速性能好（轉(zhuǎn)子受力由電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度決定），調(diào)速范圍寬，缺點(diǎn)是需要換向， 結(jié) 構(gòu)更 復(fù) 雜 ，后 續(xù) 維 護(hù)不 便 利 ，且 限 制 了電 機(jī) 容 量和 速 度 ， 功率 范圍 0.01W-1000kW；交流電機(jī)不需要換向器，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便，牢固，使 用壽命長(zhǎng)，功率覆蓋范圍大（幾 W-百萬 kW）。

　　根據(jù)有無電刷，分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)。交流電機(jī)不需要電刷換向，因此有刷 無刷僅涉及直流電機(jī)。無刷電機(jī)的換向和調(diào)速工作由霍爾傳感器、控制器、磁編 碼器等電子元件完成，替代了電刷，同時(shí)賦予電機(jī)更多的控制性能，數(shù)字變頻的 可控性更強(qiáng)。無刷電機(jī)解決了電刷運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電火花問題，且運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦減少， 噪音降低，壽命延長(zhǎng)；缺點(diǎn)在于成本較高，技術(shù)難度較高，因此常用在控制要求 較高、轉(zhuǎn)速較高的設(shè)備上。

　　根據(jù)轉(zhuǎn)子定子是否同步，分為同步電機(jī)和異步電機(jī)，兩者均屬于交流電機(jī)。同步 電機(jī)較復(fù)雜，效率高，造價(jià)高，大多用于大型發(fā)電機(jī)場(chǎng)合和 2000KW 以上的電動(dòng) 機(jī)上；異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，成本低，易于安裝，效率略低，應(yīng)用更廣泛。

　　根據(jù)用途不同，分為非控制電機(jī)和控制電機(jī)。非控制電機(jī)用于電動(dòng)工具、家電和 其他通用小型設(shè)備中，側(cè)重電機(jī)在啟動(dòng)和運(yùn)行過程中的力能指標(biāo)；控制電機(jī)可以 對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精準(zhǔn)控制，更側(cè)重于高精度和快速響應(yīng)，因此多 用于自動(dòng)化設(shè)備中。常見的控制電機(jī)包括步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩種。步進(jìn)電機(jī)利 用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移，也稱脈沖電機(jī)；伺服電機(jī)利用輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或角速度輸出，通過改變控制電壓改 變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。伺服電機(jī)在精度、可靠性、噪音、過載能力、能量轉(zhuǎn)換效 率等方面性能優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)，但是成本較高，因此兩者呈互補(bǔ)關(guān)系。

　　電機(jī)核心指標(biāo)為轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等。電機(jī)參數(shù)指標(biāo)是選擇電機(jī)的重要參考，包括：輸入功率，輸出功率，額定電流，堵轉(zhuǎn)電流，額定轉(zhuǎn)速，加速度，減速度，震動(dòng)，噪音， 功率因素，效率，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，額定轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，相間絕緣電阻，相對(duì)地絕 緣電阻等。其中，重要參數(shù)以及含義分別為：1）額定功率：電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的理想功率也是最 大功率；2）額定電壓：該電機(jī)的建議工作電壓，電壓決定了轉(zhuǎn)速和一系列參數(shù)，超過電壓 可能會(huì)出現(xiàn)局部過熱問題，不可以長(zhǎng)期運(yùn)行；3）額定轉(zhuǎn)速：額定功率下電機(jī)的轉(zhuǎn)速；4） 額定轉(zhuǎn)矩：力矩=里×力臂，相當(dāng)于電機(jī)的“力氣”，在機(jī)器人領(lǐng)域，轉(zhuǎn)矩一般用于使得機(jī) 器人移動(dòng)或者使得機(jī)械臂完成各種動(dòng)作；5）電機(jī)效率：電機(jī)輸出的機(jī)械能與消耗的電能的 之比；6）噪音：電動(dòng)機(jī)在空載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的分貝數(shù)；7）物理參數(shù)：尺寸、重量、固定孔 的位置等；8）壽命；9）價(jià)格。

　　此外，控制電機(jī)還需考慮控制精度和響應(yīng)時(shí)間等。1）響應(yīng)時(shí)間：電機(jī)的轉(zhuǎn)速從零開始 增長(zhǎng)的過程。為了滿足自動(dòng)控制快速響應(yīng)的要求，轉(zhuǎn)速變化時(shí)間應(yīng)盡可能短，即電機(jī)轉(zhuǎn)速 變化應(yīng)迅速跟上控制信號(hào)的要求。2）控制精度：電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置與控制器輸出位置之 間的偏誤程度。不同應(yīng)用場(chǎng)景的側(cè)重點(diǎn)不同，因此關(guān)注的核心指標(biāo)也有差別。例如汽車電 機(jī)更側(cè)重功率密度（單位體積對(duì)外輸出密度），機(jī)器人電機(jī)更側(cè)重控制精度，重型機(jī)械電 機(jī)更側(cè)重扭矩等。

　　1.2 行業(yè)特征：市場(chǎng)容量萬億級(jí)，誕生細(xì)分領(lǐng)域龍頭

　　電機(jī)的下游應(yīng)用市場(chǎng)極為廣泛，空間千億美元。電機(jī)作為必不可少的關(guān)鍵基礎(chǔ)機(jī)電部 件，廣泛應(yīng)用于家電、汽車、信息處理器、視聽設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。以家庭場(chǎng)景為 例，根據(jù)祥明智能招股說明書援引高工咨詢的數(shù)據(jù)，發(fā)達(dá)國(guó)家微特電機(jī)的家庭平均擁有量 為 80-130 臺(tái)，而中國(guó)大城市家庭平均擁有量大約在 20-40 臺(tái)；汽車為最主要電機(jī)細(xì)分市 場(chǎng)，一輛商用車采用超過 40 個(gè)電動(dòng)機(jī)，從低功率到高功率不等。根據(jù) Grandview Research 的研究數(shù)據(jù)，2020 年全球電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模為 1427 億美元，預(yù)計(jì) 2021-2028 年全球電機(jī)市 場(chǎng)規(guī)模復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到 6.40%。從下游細(xì)分市場(chǎng)來看，汽車占比最高，占 40.5%，其次 為工業(yè)機(jī)械、HVAC 設(shè)備（供熱、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)）、空調(diào)、運(yùn)輸、家電等。

　　電機(jī)需求分散化和長(zhǎng)尾化，選型考慮因素眾多。電機(jī)的選擇取決于終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)，電 機(jī)選型貫穿于工程師設(shè)計(jì)和生產(chǎn)產(chǎn)品的全過程中，與產(chǎn)品特征和工程師設(shè)計(jì)理念緊密相關(guān)， 因此其需求表現(xiàn)出極強(qiáng)的分散和長(zhǎng)尾特征。

　　參考 Maxon 的產(chǎn)品說明書，電機(jī)選型考慮因素眾多：

　　首先，驅(qū)動(dòng)需求必須明確：驅(qū)動(dòng)負(fù)載需要多高的轉(zhuǎn)速和多大的轉(zhuǎn)矩？在不同的負(fù) 載狀況下，運(yùn)行持續(xù)時(shí)間是多少？對(duì)加速性能有什么要求？負(fù)載慣量是多少？驅(qū) 動(dòng)參數(shù)還需考慮同步帶、齒輪、絲杠等，全部折算到電機(jī)軸。

　　其次，電源供電的要求：對(duì)電機(jī)引線端施加的最大電壓是多少？對(duì)電流有什么樣 的限制？如果使用電池或太陽能電池供電，還需使用伺服放大器，放大器的最大 電流通常是一個(gè)重要的限制參數(shù)。

　　此外，其它重要信息也需考慮：被加速的物體 (類型、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)、運(yùn)行模式 (連 續(xù)、間歇、正反向運(yùn)行)、環(huán)境條件 (溫度、濕度、介質(zhì))、電源、電池。

　　最后，還需考慮限制條件包括：驅(qū)動(dòng)單元的最大長(zhǎng)度是多少 (含齒輪箱和編碼器 的直徑)？電機(jī)的預(yù)期使用壽命是多少？使用哪種換向系統(tǒng)？稀有金屬換向系統(tǒng) 適合于低電流連續(xù)運(yùn)行工況、石墨換向系統(tǒng)適合于高電流連續(xù)運(yùn)行工況以及頻繁 出現(xiàn)電流峰值的場(chǎng)合 (啟動(dòng)/停止操作、正反向運(yùn)行)。如果希望獲得最高轉(zhuǎn)速和最長(zhǎng)使用壽命，則應(yīng)采用電子換向系統(tǒng)。電機(jī)軸上的負(fù)載力是多少？必須使用滾珠 軸承還是可以使用經(jīng)濟(jì)的燒結(jié)合金軸承？

　　電機(jī)行業(yè)總量大、單品產(chǎn)量小、需求長(zhǎng)尾化、定制屬性強(qiáng)，導(dǎo)致電機(jī)行業(yè)不存在“贏 家通吃”的情況，大多表現(xiàn)為深耕細(xì)分領(lǐng)域的中小型公司，競(jìng)爭(zhēng)格局高度分散。電機(jī)行業(yè) 涌現(xiàn)出的優(yōu)秀公司主要有三類：1）聚焦于單品銷量較大的下游行業(yè)，例如汽車電機(jī)、空調(diào) 電機(jī)、洗衣機(jī)電機(jī)等，公司產(chǎn)品具有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)上市公司如大洋電機(jī)、江蘇雷利、 微光股份、方正電機(jī)、祥明智能等；2）電機(jī)平臺(tái)型公司，電機(jī) SKU 多+快速定制化能力強(qiáng)， 產(chǎn)品具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)、快速響應(yīng)客戶需求，國(guó)內(nèi)外上市公司如瑞士 Maxon、鳴志電器、兆威 機(jī)電等；3）電機(jī)產(chǎn)品與其他產(chǎn)品產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，作為核心競(jìng)爭(zhēng)力為下游產(chǎn)品賦能，如安川 電機(jī)、匯川技術(shù)、金龍機(jī)電等。

2. 機(jī)器人行業(yè)的典型電機(jī)類型一覽

2.1 伺服電機(jī)：控制精度高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化

　　伺服電機(jī)是工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)中應(yīng)用最廣的電機(jī)。伺服來自英文 servo，指系統(tǒng)跟隨外部 指令進(jìn)行人們所期望的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)位置、速度、加速度和力矩的精準(zhǔn)控制。伺服電機(jī)具 有響應(yīng)速度快、精度高、加減速度快、速度不受負(fù)載影響等優(yōu)點(diǎn)，且轉(zhuǎn)速范圍寬、高速性 能好、低速運(yùn)行平穩(wěn)，同時(shí)抗過載能力強(qiáng)，能承受 3 倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，適用于對(duì)有瞬 間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合。

　　伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、編碼器構(gòu)成。①伺服驅(qū)動(dòng)器（指令裝置）屬于驅(qū)動(dòng)層， 又稱“伺服控制器”、“伺服放大器”，一般通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī) 進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位；改變控制電壓可以變更伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。②伺服電機(jī)屬于執(zhí)行層，伺服電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，把輸入的電壓信號(hào)變 換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。③編碼器（反饋裝置）通常內(nèi)置在伺服電機(jī)末端，用來 測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和位置，對(duì)控制精度具有關(guān)鍵作用。驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn) 行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，達(dá)到伺服控制的目的。

　　伺服電機(jī)分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)。1）直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)：①有刷 電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換 碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)使用環(huán)境有要求（無塵、易爆環(huán)境不宜），通常用于對(duì)成本敏 感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合；②無刷電機(jī)體積小重量輕，出力大響應(yīng)快，速度高慣量小，力 矩穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，控制復(fù)雜，智能化，電子換相方式靈活，可以實(shí)現(xiàn)方波或正弦波換相， 電機(jī)免維護(hù)，高效節(jié)能，電磁輻射小，溫升低壽命長(zhǎng)，適用于各種環(huán)境。2）交流伺服電動(dòng) 機(jī)又分為異步伺服電動(dòng)機(jī)和同步伺服電動(dòng)機(jī)。交流伺服電機(jī)優(yōu)點(diǎn)在于速度控制特性良好， 在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發(fā)熱少，高速控制， 高精確度位置控制，額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)可實(shí)現(xiàn)恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維 護(hù)。缺點(diǎn)在于控制較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整 PID 參數(shù)確定，需要更多的連線。高 性能的伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的 全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。

　　伺服電機(jī)作為工業(yè)自動(dòng)化的核心零部件，市場(chǎng)規(guī)模隨產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化升級(jí)穩(wěn)步增長(zhǎng)。1）替 代需求：在機(jī)床、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械和包裝機(jī)械等領(lǐng)域，伺服電機(jī)相比步進(jìn)電機(jī)具有精 度、扭矩、過載等性能方面的優(yōu)勢(shì)，滲透率不斷提升；2）新增需求：工業(yè)機(jī)器人、電子智 造裝備等行業(yè)對(duì)精度性能要求較高，其迅速增長(zhǎng)為伺服電機(jī)市場(chǎng)貢獻(xiàn)較大增量。根據(jù) Grand View Research 與 MIR 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年全球伺服電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模 367 億元，預(yù)計(jì) 2026 年有望達(dá)到 539 億元。我國(guó)伺服電機(jī)起步較晚，尚處于成長(zhǎng)階段，2020 年我國(guó)伺服電機(jī)市 場(chǎng)規(guī)模約 149 億元，預(yù)計(jì) 2026 年有望達(dá)到 225 億元。

　　伺服電機(jī)的核心難度，即導(dǎo)致各國(guó)差距之處，主要在于電機(jī)的基礎(chǔ)性研究、高精度伺 服驅(qū)動(dòng)器和編碼器。1）基礎(chǔ)性技術(shù)研究：包括高端電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、生 產(chǎn)工藝的突破、性能指標(biāo)的實(shí)用性檢驗(yàn)，導(dǎo)致高端伺服電機(jī)的性能、質(zhì)量和穩(wěn)定性的差異；2）材料，特別是適應(yīng)高溫的材料；磁材和絕緣性材料等，國(guó)內(nèi)的磁材總體性能差，伸縮長(zhǎng) 度會(huì)發(fā)生變化；3）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：目前的伺服系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)仍然依靠國(guó)外定義，包括共目線結(jié)構(gòu)體 系，先進(jìn)的控制算法，自適應(yīng)振動(dòng)抑制，自適應(yīng)參數(shù)整定，齒槽轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，磁飽和控制，弱磁控制、安全控制等，需要時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)的積累、大量的數(shù)據(jù)逐步實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能；4）編碼 器：目前高精度編碼器嚴(yán)重依賴進(jìn)口，小型化仍待突破，而編碼器對(duì)定位精度影響很大。

　　伺服電機(jī)行業(yè) 65%份額為外資品牌，高端市場(chǎng)基本被外資壟斷。根據(jù) MIR 數(shù)據(jù)，我國(guó) 伺服電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)格局中外資品牌占 65%，國(guó)產(chǎn)品牌占 35%。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院報(bào)告，目前 主流品牌可分為歐系、日系和國(guó)產(chǎn)品牌等類別，其中歐系日系占據(jù)中高端市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)主要 集中在中低端市場(chǎng)。①歐系品牌占比 20%：如西門子、倫茨、博世力士樂等，過載能力高、 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、驅(qū)動(dòng)器開放性強(qiáng)，但價(jià)格昂貴、體積重量大；②日系品牌占比 45%：如安川、 三菱、松下等，品牌性能和價(jià)格相對(duì)低、體積小、重量輕、可靠性和穩(wěn)定性強(qiáng)，但動(dòng)態(tài)響 應(yīng)能力較弱、開放性較差低，總體上性價(jià)比更高，最適合中端需求；③國(guó)產(chǎn)伺服占比 35%：如臺(tái)灣臺(tái)達(dá)、匯川技術(shù)、華中數(shù)控等，產(chǎn)品基本成熟，精度和可靠性較差，中小功率居多， 中低端伺服系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，但高端伺服系統(tǒng)尚未形成商品化和批量生產(chǎn)能力。

　　2.2 步進(jìn)電機(jī)：經(jīng)濟(jì)性更高，適合低精度要求場(chǎng)景

　　步進(jìn)電機(jī)也是一種控制電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)源于自英語單詞“Step”，意為“走一步”， 是一種形象的翻譯。步進(jìn)電機(jī)能將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移/直線位移，并且位移量與脈沖 數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速或線速度與脈沖頻率成正比。通過調(diào)整電脈沖信號(hào)或脈沖頻率就可以實(shí)現(xiàn) 對(duì)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。步進(jìn)電機(jī)能根據(jù)控制脈沖的要求迅速啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和無極調(diào)速；工作時(shí)能不失步，精度高，停止時(shí)能鎖住。步進(jìn)電機(jī)包括 VR、PM、HB 三種。1）VR 步進(jìn)電機(jī)，即反應(yīng)式（Variable Reluctance）， 由繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但動(dòng)態(tài)性能差，效率低，發(fā)熱大，已 逐步被歐美國(guó)家淘汰。2）PM 步進(jìn)電機(jī)，即永磁式（Permanent Magnet），由永磁材料 制成，動(dòng)態(tài)性能好，體積相對(duì)較小，但精度較差，輸出力矩較小，是一種成本較為經(jīng)濟(jì)的 選擇。3）HB 步進(jìn)電機(jī)，即混合式（Hybrid），綜合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)精確的小 增量步距運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子和定子上有多個(gè)小齒以提高步矩精度，輸出力矩大，動(dòng)態(tài)性能好，步 距角小，但結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本相對(duì)較高。

　　步進(jìn)電機(jī)控制方式類似于伺服電機(jī)，包括驅(qū)動(dòng)器和編碼器。驅(qū)動(dòng)器在負(fù)載能力的范圍 內(nèi)，通過改變脈沖頻率來調(diào)速；編碼器信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，進(jìn)行控制信號(hào)的反饋和電流調(diào) 節(jié)。作為開環(huán)的控制系統(tǒng)，由于過載能力較低、調(diào)速范圍相對(duì)較小、低速運(yùn)動(dòng)有脈動(dòng)、不 平衡等問題，一般應(yīng)用于小型或簡(jiǎn)易型機(jī)器人中。步進(jìn)電機(jī) VS 伺服系統(tǒng)，可靠性低，經(jīng)濟(jì)性高。步進(jìn)電機(jī)相比伺服電機(jī)，不足之處在于：精度略低；開環(huán)系統(tǒng)的低可靠性，低速存在共振區(qū)；運(yùn)行噪音較高；無過載能力，易失步；能量轉(zhuǎn)化效率低，自身損耗及發(fā)熱較高；動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，加減速低；優(yōu)勢(shì)在于：調(diào)試較為簡(jiǎn) 單，伺服驅(qū)動(dòng)器涉及的參數(shù)多、使用手冊(cè)長(zhǎng)，且不同品牌的驅(qū)動(dòng)器區(qū)別可能很大；成本更 低；精度方面，在大多數(shù)場(chǎng)合，步進(jìn)的分辨率已遠(yuǎn)高于機(jī)械要求的精度，對(duì)于高要求場(chǎng)合， 通過細(xì)分驅(qū)動(dòng)、添加閉環(huán)控制等方式，也可以達(dá)到很高的控制精度。因此，伺服電機(jī)更適 用于要求高效率、高速高響應(yīng)、高可靠性的場(chǎng)合，步進(jìn)電機(jī)用于要求不高、成本敏感的場(chǎng) 合，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)須綜合考慮控制要求、成本等因素，選擇適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。

　　2.3 空心杯電機(jī)：結(jié)構(gòu)緊湊，能量轉(zhuǎn)換效率高

　　空心杯電機(jī)屬于直流、永磁、伺服電機(jī)?？招谋姍C(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，采 用無鐵芯轉(zhuǎn)子，線圈通過連接板，和換向器、主軸鏈接到一起，共同組成轉(zhuǎn)子。由于線圈 形狀像個(gè)杯子，因此稱為空心杯。無鐵芯結(jié)構(gòu)消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，能量轉(zhuǎn)換效率提高，最高可達(dá) 90%+，同時(shí)降低電機(jī)重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，可達(dá)到更高的控制 和拖動(dòng)特性。空心杯電機(jī)分為有刷和無刷兩種。1）空心杯有刷電機(jī)：采用電刷換向，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中會(huì) 摩擦碳刷，造成損耗，需要定期更換碳刷，電機(jī)壽命有限，平均為幾千小時(shí)；容易產(chǎn)生電 火花和電磁波，干擾電子設(shè)備；優(yōu)勢(shì)在于，有刷電機(jī)不存在渦流損耗，特別是在高速運(yùn)轉(zhuǎn) 下，相比無刷電機(jī)的損耗顯著更低；結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，成本更低；2）空心杯無刷電機(jī)：采用電 子換向，通過霍爾元件感知永磁體位置，電子線路切換線圈中電流的方向，進(jìn)而改變磁力， 其優(yōu)勢(shì)在于消除了電刷的損耗和電火花對(duì)電子設(shè)備的干擾，壽命可達(dá)到數(shù)萬小時(shí)，但無刷 電機(jī)存在渦輪損耗，渦輪功率損耗隨速度的平方增加；另外添加了換向器和控制器等，增 加了系統(tǒng)的組件和成本。

　　空心杯電機(jī)具有節(jié)能、控制性能好、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，但功率較低?？招谋姍C(jī)的 優(yōu)點(diǎn)在于：1）節(jié)能：能量轉(zhuǎn)換效率很高，其最大效率一般在 70%以上，部分產(chǎn)品可達(dá)到 90%以上（鐵芯電動(dòng)機(jī)一般在 70%）；2）控制性能好：起動(dòng)、制動(dòng)迅速，響應(yīng)極快，機(jī) 械時(shí)間常數(shù)小于 28 毫秒，部分產(chǎn)品可以達(dá)到 10 毫秒以內(nèi)（鐵芯電動(dòng)機(jī)一般在 100 毫秒以 上）；在推薦運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可以方便地對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行靈敏的調(diào)節(jié)；3）拖動(dòng) 性能好：運(yùn)行穩(wěn)定性十分可靠，轉(zhuǎn)速波動(dòng)能控制在 2%以內(nèi)；4）能量密度高：與同等功率 的鐵芯電動(dòng)機(jī)相比，其重量、體積減輕 1/3-1/2；5）散熱效果好：銅板線圈內(nèi)外表面都有 空氣流動(dòng)，溫升較小。但缺點(diǎn)在于功率上限低：由于沒有牢固的鐵芯支撐，線圈厚度較薄， 且線圈和輸出軸的連接強(qiáng)度有限，因此體積、功率等無法做到很大，一般空心杯電機(jī)最大 功率僅幾百瓦，屬于一種微特電機(jī)?？招谋姍C(jī)在高精度、高速響應(yīng)、緊湊高效場(chǎng)景得到廣泛應(yīng)用。1）需要快速響應(yīng)的系 統(tǒng)：軍用領(lǐng)域?qū)椃较虻目焖僬{(diào)節(jié)、高靈敏度的記錄和檢測(cè)設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、仿生義肢；2）對(duì)重量和能耗要求的飛行器，包括無人機(jī)、航模等；3）其他家電、工業(yè)產(chǎn)品，可以替 代傳統(tǒng)電機(jī)，提高產(chǎn)品性能。根據(jù)國(guó)際咨詢機(jī)構(gòu) QY Research 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì) 2022 年全 球空心杯直流電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模為 7.5 億美元，2022-2028 年復(fù)合增速 8%，至 2028 年增加至 11.9 億美元；2021 年中國(guó)、歐洲市場(chǎng)份額分別為 35%、26%。

　　空心杯市場(chǎng)長(zhǎng)期被外資壟斷，蘊(yùn)藏大量國(guó)產(chǎn)替代機(jī)遇?？招谋姍C(jī)的產(chǎn)品制造和量產(chǎn) 的難度高，繞線和自動(dòng)化工藝復(fù)雜，對(duì)繞線工人的技能水平要求高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。目前空心杯市場(chǎng)被德國(guó) FAULHABER 與瑞士 Maxon 主導(dǎo)，隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)空心杯電機(jī)認(rèn) 知程度不斷提高，國(guó)產(chǎn)廠商的量產(chǎn)工藝水平不斷突破，未來有望實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代?！?/p>

3. 解析不同機(jī)器人對(duì)電機(jī)的差異化需求

3.1 工業(yè)機(jī)器人：工業(yè)場(chǎng)景要求響應(yīng)速度和控制精度

　　工業(yè)機(jī)器人（多關(guān)節(jié)機(jī)器人）通常有 6 個(gè)關(guān)節(jié)，對(duì)應(yīng) 6 個(gè)電機(jī)。控制器、伺服電機(jī)和 減速器被稱為工業(yè)機(jī)器人的三大零部件：1）控制器是機(jī)器人的“大腦”，通過硬軟件結(jié)合 來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡；2）伺服電機(jī)是機(jī)器人的“驅(qū)動(dòng)力“，根據(jù)控制器 發(fā)出的命令輸出力矩，動(dòng)態(tài)控制機(jī)器人的速度和位置；3）減速器用于降速增矩：伺服電機(jī) 一般輸出的轉(zhuǎn)速高、力矩小，不能滿足機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)需求，需要通過減速器來降低轉(zhuǎn) 速、增加力矩。根據(jù)高工機(jī)器人數(shù)據(jù)，伺服電機(jī)在工業(yè)機(jī)器人總成本中占比 20%。

　　工業(yè)機(jī)器人對(duì)電機(jī)性能要求較高：高功率密度、高扭矩慣量比、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低慣量 和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。1）高功率密度：工業(yè)機(jī)器人的體積和負(fù)載要求電機(jī)重量輕、 體積??；2）高扭矩慣量：代表更高加減速性能，更快響應(yīng)速度；3）高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn) 矩越大，電動(dòng)機(jī)加速越快，啟動(dòng)過程越短，也越能帶重負(fù)載起動(dòng)；4）低慣量：慣量越低， 精度和響應(yīng)速度越好；5）寬廣平滑的調(diào)速范圍：隨著控制信號(hào)的變化，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能連 續(xù)變化，調(diào)速范圍 1:1000～10000，功率范圍一般為 0.1～10kW。

　　3.2 四足機(jī)器人：側(cè)重高功率密度、高扭矩密度

　　四足機(jī)器人是學(xué)術(shù)界產(chǎn)業(yè)界積極研發(fā)的、具有發(fā)展前景的一類機(jī)器人。相比輪式和履 帶式機(jī)器人，具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力，在復(fù)雜的地理地形環(huán)境下，不平整地面上，保證 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的靈活性、穩(wěn)定性和人際協(xié)調(diào)性，因此可以協(xié)助人類完成危險(xiǎn)性高、工作環(huán)境 惡劣的任務(wù)，如搶險(xiǎn)救災(zāi)、高位巡檢、安全偵查、地形勘測(cè)、太空探索等。高動(dòng)態(tài)特性， 參考獵豹的奔跑模式，在高速奔跑中依然能快速調(diào)整步態(tài)和運(yùn)動(dòng)方式。四足機(jī)器人通常采用 12 個(gè)伺服電機(jī)，每條腿三個(gè)關(guān)節(jié)：外展關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。為了避免膝關(guān)節(jié)電機(jī)外置易造成損壞，將膝關(guān)節(jié)電機(jī)置于髖關(guān)節(jié)處上，采用連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng) 膝蓋關(guān)節(jié)自由度，這種設(shè)計(jì)可以減少腿部的傳動(dòng)慣量，有利于機(jī)器人高速奔跑。此外，踝 關(guān)節(jié)擁有類似于髖關(guān)節(jié)的 2 個(gè)自由度，但由于踝關(guān)節(jié)主要作用是調(diào)節(jié)足端和地面的接觸， 基本不提供動(dòng)力，因此一般設(shè)計(jì)為被動(dòng)的彈性關(guān)節(jié)，如橡膠、海綿等。

　　四足機(jī)器人電機(jī)更側(cè)重高扭矩密度、高功率密度、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、響應(yīng)速度塊。1）四足 機(jī)器人在行走、奔跑、跳躍時(shí)步態(tài)都不相同，電機(jī)一直處于正反轉(zhuǎn)交替狀態(tài)，轉(zhuǎn)矩輸出并 不是處于額定值，而是一個(gè)隨著運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不斷變化的量，因此電機(jī)轉(zhuǎn)矩在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到 峰值；2）電機(jī)不停運(yùn)行在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，需要有較高的響應(yīng)速度，要求電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量小、重量輕；3）四足機(jī)器人采用 12 個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)安裝空間有限，直徑和長(zhǎng)度要 短，扁平化結(jié)構(gòu)；4）其他約束條件：電機(jī)的散熱和溫升、電機(jī)控制器的最高頻率限制、激 勵(lì)電流的有效值等。5）另外，為了使機(jī)器人的關(guān)節(jié)輸出足夠的扭矩，需要增加減速器，將 高速低扭矩的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)化為低速大扭矩的關(guān)節(jié)輸出。

　　四足機(jī)器人電機(jī)的商業(yè)化程度較低。由于四足機(jī)器人商業(yè)化應(yīng)用較少，因此還未形成 標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。電機(jī)廠商主要由四足機(jī)器人公司自主設(shè)計(jì)，或者找伺服電機(jī)廠商定制化生產(chǎn)。四足機(jī)器人電機(jī)的進(jìn)入壁壘不高，但是能做到高扭矩密度、響應(yīng)速度快、輕量化小型設(shè)計(jì) 等綜合性能的難度很高，全球各高校和科研機(jī)構(gòu)也在不斷尋求技術(shù)突破，從而突破四足機(jī) 器人的性能優(yōu)化，例如 MIT 自主研發(fā)的獵豹系列的電機(jī)，可以達(dá)到 33Ｎ·ｍ的扭矩而質(zhì)量 僅 1kg。

　　3.3 人形機(jī)器人：要求高效率、高動(dòng)態(tài)、高功率密度

　　人形機(jī)器人的自由度決定電機(jī)數(shù)量，機(jī)器人靈活性越高，電機(jī)越多。當(dāng)前全球人形機(jī) 器人玩家較少，已實(shí)現(xiàn)推出原型機(jī)/產(chǎn)品的公司包括日本本田、美國(guó)波士頓動(dòng)力、美國(guó)敏捷 機(jī)器人、中國(guó)優(yōu)必選、中國(guó)小米和美國(guó)特斯拉等。其中，本田 ASIMO 有 34 個(gè)自由度，均 為旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器，采用伺服電機(jī)+諧波減速器方案，優(yōu)必選 Walker 有 40 個(gè)自由度，采用相 似架構(gòu)；敏捷機(jī)器人 Digit Robot 有 20 個(gè)自由度，采取伺服電機(jī)+諧波減速器/擺線減速 器方案，小米 CyberOne 有 21 個(gè)自由度，采取相似架構(gòu)；波士頓動(dòng)力 Atlas 有 28 個(gè)自由 度，采用液壓驅(qū)動(dòng)方案；特斯拉 Optimus 有 28 個(gè)自由度，采用 6 種執(zhí)行器，旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器 為電機(jī)+諧波減速器，線性執(zhí)行器為電機(jī)+滾柱絲杠。

　　人形機(jī)器人電機(jī)有三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：高效率、高動(dòng)態(tài)和高功率密度。①高效率：低能耗和 低摩擦損失很重要，因?yàn)闄C(jī)器人通常由電池供電，能經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件，可進(jìn)行十 分頻繁的正反向和加減速運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)承受過載。②高動(dòng)態(tài)：整個(gè)驅(qū)動(dòng)器（電機(jī)、 機(jī)構(gòu)、接線、傳感器和控制器）的慣性應(yīng)盡可能低，電動(dòng)機(jī)從獲得指令信號(hào)到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時(shí)間應(yīng)短。③高功率密度：機(jī)器人應(yīng)用需要高速、高扭矩電機(jī)，這些電 機(jī)還需要小巧，緊湊，輕巧。

　　3.4 機(jī)器人手部：側(cè)重輕量化、高效率、低成本

　　關(guān)于靈巧手的研究最早可追溯至 1960s，21 世紀(jì)以來研究進(jìn)程加快，但目前仍處于實(shí) 驗(yàn)室階段，少數(shù)實(shí)現(xiàn)商用。在應(yīng)用端，靈巧手可以代替人手完成多種抓取和操作任務(wù)，具 有極大的應(yīng)用價(jià)值，例如，家用領(lǐng)域可以完成家務(wù)、陪護(hù)、康養(yǎng)等任務(wù)，工業(yè)領(lǐng)域可以完 成裝配等精細(xì)化作業(yè)任務(wù)，特種領(lǐng)域可以在太空、深海、核電站等代替人手實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作；在技術(shù)端，靈巧手在靈活性、適應(yīng)性、可控性、敏銳感知、小型化等方面仍有挑戰(zhàn)。靈巧 手有多種驅(qū)動(dòng)技術(shù)方案，柔性驅(qū)動(dòng)包括氣動(dòng)型、液壓驅(qū)動(dòng)型、肌腱驅(qū)動(dòng)型等；剛性驅(qū)動(dòng)包 括齒輪連桿驅(qū)動(dòng)型、連桿驅(qū)動(dòng)型、關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)型等。目前最常見的靈巧手均為電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 具有能耗低、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、電路設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)。

　　不同靈巧手方案的電機(jī)數(shù)量不等。2002 年日本岐阜大學(xué)合作開發(fā) Gifu-III 靈巧手，合 計(jì) 20 個(gè)關(guān)節(jié)和 16 個(gè)自由度，采用 Maxon 公司直流伺服電機(jī)；英國(guó) Shadow 公司的靈巧 手已投入商業(yè)化應(yīng)用，合計(jì) 24 個(gè)自由度，其中 20 個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，4 個(gè)欠驅(qū)動(dòng)，每個(gè)手指都 集成了力、位置和觸覺傳感器，可以抓取柔軟或易碎的物體；韓國(guó) IRIM 實(shí)驗(yàn)室研制了線驅(qū) 動(dòng)靈巧手 FLLEX Hand，合計(jì) 15 個(gè)自由度；清華大學(xué)機(jī)械系 PESA 手具有 20 個(gè)關(guān)節(jié)，15 個(gè)自由度，15 個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；特斯拉 Optimus 單手有 11 個(gè)自由度，采用 6 個(gè)執(zhí)行器，采 用空心杯電機(jī)+蝸輪蝸桿+金屬肌腱驅(qū)動(dòng)的方案。靈巧手電機(jī)大多采用微特電機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高。靈巧手需要滿足質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊 湊和抓取力強(qiáng)的要求，因此采用的電機(jī)應(yīng)該具有尺寸小、質(zhì)量輕、精度高、扭矩大的特點(diǎn)， 多采用微特電機(jī)+行星減速器的方式。空心杯電機(jī)具有尺寸小、質(zhì)量輕、精度高、控制性能 好、能量密度高等特點(diǎn)，能夠滿足手指高度緊湊的結(jié)構(gòu)要求和驅(qū)動(dòng)性能要求以 Maxon 的空心杯電機(jī)為例：德國(guó)航空航天中心（DRL）與哈爾濱工業(yè)大學(xué)（HIT）合作研發(fā)的 DLR-HIT Hand 采用 15 個(gè)帶霍爾傳感器的無刷主流電機(jī)，長(zhǎng)度 10.4 mm、外徑為 21.2 mm，重量 15g，安裝諧波驅(qū)動(dòng)齒輪，最大扭矩 8.04mNm，結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、價(jià)格低廉。

4. 國(guó)內(nèi)相關(guān)公司梳理

4.1上海企業(yè)技術(shù)：工控自動(dòng)化國(guó)內(nèi)標(biāo)桿，伺服電機(jī)領(lǐng)軍品牌

　　匯川技術(shù)是國(guó)內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化控制龍頭。公司成立于 2003 年，2004 年生產(chǎn)出第一批機(jī) 器，2008 年推出 PLC、伺服產(chǎn)品，2009 年“匯川永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制軟件”榮獲中國(guó) 國(guó)際軟件博覽會(huì)金獎(jiǎng)， 2010 年上市，2010-2019 年歷經(jīng)三次組織變革，取得遠(yuǎn)超行業(yè)平 均的持續(xù)增長(zhǎng)，2021 年年產(chǎn) 1100 萬臺(tái)伺服電機(jī)項(xiàng)目進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能，2022 年收購大連 智鼎科技，完善大功率變頻電機(jī)布局。目前，公司產(chǎn)品覆蓋通用自動(dòng)化、電梯電氣大配套、 新能源汽車、工業(yè)機(jī)器人、軌道交通五大類，其中通用自動(dòng)化包括變頻器、伺服系統(tǒng)、控 制系統(tǒng)、工業(yè)視覺系統(tǒng)、傳感器、高性能電機(jī)等核心部件，產(chǎn)品線齊全。

　　業(yè)績(jī)穩(wěn)健增長(zhǎng)，抗周期能力顯著。2021 年公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入 179.43 億元，同比增長(zhǎng) 56%；歸母凈利潤(rùn) 35.73 億元，同比增長(zhǎng) 70%，其中通用自動(dòng)化、電梯、新能源分別占比 50%、28%、20%。2021 年公司毛利率、凈利率分別為 35.82%、20.51%。2022H1 公 司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入和歸母凈利潤(rùn) 103.97 億元、19.75 億元，分別同比增長(zhǎng) 25.65%、26.36%， 在疫情和宏觀環(huán)境不利影響下取得逆勢(shì)增長(zhǎng)，行業(yè)龍頭地位進(jìn)一步鞏固。

　　作為工控自動(dòng)化龍頭，公司充分受益自動(dòng)化大浪潮，產(chǎn)品條線持續(xù)擴(kuò)張，業(yè)務(wù)多點(diǎn)開 花。1）變頻器和伺服系統(tǒng)的市占率在內(nèi)資品牌中穩(wěn)居第一，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)勁。公司掌握高 性能伺服控制技術(shù)、高性能伺服電機(jī)技術(shù)等核心技術(shù)，產(chǎn)品矩陣豐富，覆蓋單軸/多軸伺服 系統(tǒng)、通用/專用伺服系統(tǒng)、新一代伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)、高精度伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，廣 泛應(yīng)用于 3C 制造、機(jī)械手、LED、鋰電、印刷包裝、紡織、機(jī)床、注塑機(jī)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域。2） 工業(yè)機(jī)器人業(yè)務(wù)高速增長(zhǎng)，產(chǎn)品品類擴(kuò)張。公司的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品包括 SCARA 機(jī)器人、 六軸機(jī)器人、視覺系統(tǒng)、高精密絲杠、控制系統(tǒng)等整機(jī)及零部件。根據(jù)睿工業(yè)，2021 年公 司 SCARA 機(jī)器人的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額為 14%，名列第三，內(nèi)資第一。目前公司工業(yè)機(jī)器人業(yè) 務(wù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)盈利，未來有望高速成長(zhǎng)。3）戰(zhàn)略布局新能源車景氣賽道，電控產(chǎn)品放量在即。公司已進(jìn)入理想、小鵬、威馬等造車新勢(shì)力及長(zhǎng)城、廣汽等傳統(tǒng)車企供應(yīng)鏈，2022H1 產(chǎn) 品迭代至第四代高壓電驅(qū)總成、異步電機(jī)總成，新能源車業(yè)務(wù)可期。

　　4.2 埃斯頓：國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人龍頭，全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展快速崛起

　　埃斯頓是國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人龍頭企業(yè)，立足自主研發(fā)，技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)進(jìn)步。公司成立于 1993 年，2002 年研發(fā)金屬成形機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，2006 年拓展金屬成形機(jī)床電液伺服系統(tǒng)等 核心部件業(yè)務(wù)，2008 年推出交流伺服系統(tǒng)，2012 年布局工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品線，2019 年收購 德國(guó) CLOOS，取得焊接機(jī)器人全球前沿技術(shù)，2021 年全面進(jìn)軍工業(yè)智能化和數(shù)字化制造 領(lǐng)域。公司形成工業(yè)自動(dòng)化系列產(chǎn)品、工業(yè)機(jī)器人系列產(chǎn)品、工業(yè)數(shù)字化系列產(chǎn)品三大核 心業(yè)務(wù)；其中工業(yè)自動(dòng)化系列產(chǎn)品線包括全系列交流伺服系統(tǒng)，變頻器，PLC，觸摸屏，視 覺產(chǎn)品和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等。

　　市場(chǎng)份額持續(xù)擴(kuò)張，盈利略有承壓。2021 年公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入 30.20 億元，同比增長(zhǎng) 20%；歸母凈利潤(rùn) 1.22 億元，同比下降 5%；2022H1 公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入和歸母凈利潤(rùn)分 別為 16.55 億元、0.76 億元，同比增長(zhǎng) 6%、21.3%。公司重視自主研發(fā)，2017-2021 年 研發(fā)支出由 1.06 億元上升至 2.82 億元，研發(fā)費(fèi)用率長(zhǎng)期維持 10%的較高水平。2020 年 6 月福布斯發(fā)布 2020 中國(guó)最具創(chuàng)新能力榜單，埃斯頓榮登“2020 年中國(guó)最具創(chuàng)新力企業(yè) 榜”，成為工業(yè)機(jī)器人企業(yè)唯一登榜者。

　　機(jī)器替人疊加國(guó)產(chǎn)替代，公司發(fā)展前景廣闊。1）機(jī)器人銷量快速增長(zhǎng)，空間廣闊。2021 年公司工業(yè)機(jī)器人出貨量約 1.1 萬臺(tái)/套，國(guó)內(nèi)市占率為 4.4%，在人力成本上升+勞動(dòng)力短 缺+產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化升級(jí)+國(guó)產(chǎn)替代等多重驅(qū)動(dòng)下，工業(yè)機(jī)器人有望持續(xù)滲透，公司作為龍頭將 首先受益。2）股權(quán)激勵(lì)彰顯信心。2022 年 8 月公司發(fā)布長(zhǎng)期激勵(lì)計(jì)劃和員工持股計(jì)劃， 員工持股計(jì)劃考核目標(biāo)是 2022/2023 年公司收入分別不低于 38 億元、52 億元，同比分別 +25.83%、36.84%，彰顯公司對(duì)于未來發(fā)展的信心。

　　4.3 鳴志電器：運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)企業(yè)，空心杯電機(jī)國(guó)內(nèi)龍頭新銳

　　鳴志電器聚焦運(yùn)動(dòng)控制及智能電源領(lǐng)域關(guān)鍵部件制造，產(chǎn)品品類齊全。公司成立于 1994 年，1998 年鳴志電機(jī)工廠建成，HB 步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品投產(chǎn)，2007 年與美國(guó) AMP 公司 合資安浦鳴志，開展控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)業(yè)務(wù)，2008 年永磁式步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品投產(chǎn)，2012 年 交流伺服電機(jī)產(chǎn)品、直流無刷電機(jī)產(chǎn)品投產(chǎn)，2014 年收購美國(guó) AMP，2015 年收購美國(guó) LIN ENGINEERING，與 PBC Linear 合資成立鳴志派博思，2018 年收購瑞士 Technosoft Motion AG，通過內(nèi)生+外延雙輪驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。目前產(chǎn)品已覆蓋混合步進(jìn)電機(jī)、永 磁步進(jìn)電機(jī)、線性電機(jī)、伺服電機(jī)、直流無刷電機(jī)、無刷無槽電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與集成、電 動(dòng)滑臺(tái)、智能 LED 調(diào)光、LED 智能控制與驅(qū)動(dòng)、大型設(shè)備管理與故障診斷等多個(gè)領(lǐng)域。

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　　業(yè)績(jī)持續(xù)高增，毛利率穩(wěn)定在較高水平。2021 年公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入 27.14 億元，同比 增長(zhǎng) 22.66%，2017-2022 復(fù)合增長(zhǎng)率 13.6%；歸母凈利潤(rùn) 2.80 億元，同比增長(zhǎng) 39.27%；其中控制電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品收入 20.98 億元，占比 77%。2021 年毛利率、凈利率分 別為 37.66%、10.37%。2022H1 實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入和歸母凈利潤(rùn)分別 12.7 億元、0.7 億元， 分別同比-1.9%、-45,4%，主要因?yàn)楣炯肮S位處上海，3 月以來受疫情影響較大，工 廠停工、物流受限、倉庫封閉、原材料供應(yīng)不穩(wěn)定等情況對(duì)境內(nèi)外業(yè)務(wù)造成多重不利影響， 6 月以來復(fù)工復(fù)產(chǎn)后公司經(jīng)營(yíng)情況已得到迅速恢復(fù)，預(yù)計(jì)下半年有望恢復(fù)高增態(tài)勢(shì)。

　　產(chǎn)品品類齊全形成平臺(tái)化運(yùn)營(yíng)，新興高附加值占比持續(xù)提升，產(chǎn)能有序釋放支撐公司 高增長(zhǎng)。1）產(chǎn)品線不斷完善，高附加值應(yīng)用領(lǐng)域快速成長(zhǎng)。公司產(chǎn)品線涵蓋 25 個(gè)系列， 覆蓋運(yùn)動(dòng)控制、智能電源、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等五大領(lǐng)域，形成平臺(tái)化運(yùn)營(yíng)模式。2014 -2018 年 陸續(xù)收購美國(guó) AMP、美國(guó) LIN ENGINEERING、瑞士 Technosoft Motion AG 等外資高 端品牌，公司不斷吸納核心研發(fā)技術(shù)與客戶群體，強(qiáng)化研發(fā)實(shí)力。2022H1，工業(yè)自動(dòng)化、 生化醫(yī)療、服務(wù)機(jī)器人、半導(dǎo)體工廠等新興高附加值領(lǐng)域收入增長(zhǎng) 20%、21%、50%和 85%， 上述領(lǐng)域收入同比增加 1.04 億元。2）深入布局空心杯電機(jī)，把握產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)向。在無刷 空心杯領(lǐng)域， 鳴志 EC 系列直流無刷無槽電機(jī)提供 ?13mm~?30mm 多種規(guī)格，空載轉(zhuǎn) 速達(dá) 15000rpm~50000rpm；在有刷空心杯領(lǐng)域，鳴志 DCU 系列直流有刷電機(jī)提供 ?8mm~?24mm 多種規(guī)格，空載轉(zhuǎn)速達(dá) 10000rpm~16000rpm，采用空心轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)方 案，具有高加速度、低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、無齒槽效應(yīng)、無鐵損小巧輕便等特點(diǎn)。公司具備 AMP、 T Motion 兩家公司在空心杯電機(jī)領(lǐng)域多年的核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并廣泛吸收了其客戶資源，有 望在空心杯電機(jī)市場(chǎng)搶占先機(jī)。3）全球產(chǎn)能布局有序推進(jìn)。公司上海工廠產(chǎn)能預(yù)計(jì)于 22Q4 遷移至太倉工廠，越南年產(chǎn) 400 萬臺(tái) HB 步進(jìn)電機(jī)項(xiàng)目預(yù)計(jì) 23Q1 開始試運(yùn)行，公司生產(chǎn) 效率與產(chǎn)能規(guī)模將得到有效提升。

　　4.4 兆威機(jī)電：精密傳動(dòng)行業(yè)翹楚，布局藍(lán)海前景廣闊

　　兆威機(jī)電專注于微型驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，產(chǎn)品包括微型傳動(dòng)系統(tǒng)、精密注塑件和精密模具三大 類。公司成立于 2001 年，制定了“精密微小超薄”的發(fā)展路線，2002-2004 年先后成為 三協(xié)、松下、三洋等企業(yè)供應(yīng)商，2008 年成為德國(guó)博世 BOSCH 汽車的認(rèn)證供應(yīng)商，2014 年成功開發(fā) 3.4mm 直徑微型減速齒輪箱，2021 年完成 C 款標(biāo)準(zhǔn)品齒輪箱的全系列升級(jí)， 啟動(dòng)正齒輪箱產(chǎn)品系列化的研發(fā)。目前，公司產(chǎn)品覆蓋汽車電子、通訊、醫(yī)療器械、智能 家居、AI 機(jī)器人等領(lǐng)域，重點(diǎn)聚焦 5G 商用、智慧醫(yī)療、人工智能、IOT 等領(lǐng)域的開拓， 為客戶的智能化驅(qū)動(dòng)提供定制化服務(wù)。

　　疫情下消費(fèi)市場(chǎng)承壓，導(dǎo)致短期業(yè)績(jī)擾動(dòng)。2021 年公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入 11.40 億元，同 比下降 5%；歸母凈利潤(rùn) 1.48 億元，同比下降 40%，其中微型傳動(dòng)系統(tǒng)、精密注塑件和精 密模具分別占比 65%、30%和 5%。2021 年毛利率、凈利率分別為 29.73%、12.94%。2022H1 公司實(shí)現(xiàn)收入和歸母凈利潤(rùn) 4.69 億元、0.55 億元，分別同比-12.44%、-37.86%， 主要受到智能家居、服務(wù)機(jī)器人、通訊業(yè)務(wù)板塊的負(fù)面影響；汽車電子和醫(yī)療領(lǐng)域分別實(shí) 現(xiàn) 26.77%和 16.46%的正增長(zhǎng)，為公司積極拓展的重點(diǎn)領(lǐng)域。

　　重視基礎(chǔ)性研究+加碼高景氣賽道，看好公司長(zhǎng)期成長(zhǎng)價(jià)值。1）重視微型驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的 理論和技術(shù)研究，高研發(fā)鍛造產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。2021 年公司研發(fā)投入 1.3 億元，同比+77.98%， 研發(fā)費(fèi)用率 11.65%，近五年研發(fā)投入持續(xù)提升；研發(fā)人員占比 23.14%，比重不斷增加。2021 年研發(fā)成果豐厚：平臺(tái)化領(lǐng)域，C 款標(biāo)準(zhǔn)品齒輪箱全系列升級(jí)；工業(yè)裝備領(lǐng)域，開發(fā) 線性升降機(jī)構(gòu)等 6 款產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)齒輪箱與驅(qū)動(dòng)控制的一體化集成設(shè)計(jì)；服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域全 面升級(jí)，積極提升批量化生產(chǎn)能力；通訊領(lǐng)域，開發(fā)大容量基站天線齒輪箱、RCU（遠(yuǎn)程 控制單元）模組，該模組可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的最強(qiáng)發(fā)射；基礎(chǔ)技術(shù)研究領(lǐng)域，完成高性能 PEEK 塑料齒輪的精密制造技術(shù)研究；粉末冶金部門在小模數(shù)粉末冶金齒輪高精度大批量制造技 術(shù)上，最優(yōu)精度和技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際前列。2）重點(diǎn)發(fā)力汽車電子領(lǐng)域等高景氣領(lǐng)域，客戶 拓展順利。公司拓展比亞迪、長(zhǎng)城、蔚小理等國(guó)內(nèi)新能源汽車客戶，參與智能屏、電動(dòng)尾 翼、隱藏式門把手、PLG 等項(xiàng)目研發(fā)。此外積極拓展醫(yī)療、智能家居、AI 機(jī)器人、AR/VR、 5G 商用等戰(zhàn)略新型產(chǎn)業(yè)，未來潛在增長(zhǎng)空間大。

　　4.5 江蘇雷利：微電機(jī)領(lǐng)先方案商，縱橫拓展高景氣賽道

　　江蘇雷利深耕微電機(jī)行業(yè) 30 載，由家電延伸至多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域。1993 年品牌初創(chuàng)，開 始生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)，2006 年雷利電機(jī)科技成立，2017 年于科創(chuàng)板上市，2019 年收購鼎智機(jī) 電切入高端醫(yī)療器械領(lǐng)域，2021 年收購太倉凱斯汀，成立安徽凱斯汀、江蘇雷利艾德思， 布局汽車零部件業(yè)務(wù)。目前，公司已形成步進(jìn)電機(jī)、同步電機(jī)、直流有刷電機(jī)、直流無刷 電機(jī)、水泵等多種電機(jī)產(chǎn)品為主導(dǎo)，配套相關(guān)精密結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)和制造解決方案的 業(yè)務(wù)布局。

　　業(yè)績(jī)穩(wěn)步增長(zhǎng)，新業(yè)務(wù)貢獻(xiàn)增速。2021 年公司實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入 29.19 億元，同比增長(zhǎng) 21%；歸母凈利潤(rùn) 2.44 億元，同比下降 11%。2021 年公司毛利率、歸母凈利率分別為 25.57%、9.01%。按產(chǎn)品類別分，2021 年步進(jìn)電機(jī)、泵、MA 電機(jī)及組件、直流電機(jī)、 PP-沖壓件、排水電機(jī)分別占比 41%、16%、16%、8%、6%、6%；按下游分，空調(diào)、洗 衣機(jī)、工控、醫(yī)療、冰箱、汽車分別占比 28%、20%、10%、9%、9%、8%。2022 年實(shí) 現(xiàn)營(yíng)業(yè)收入 14.65 億元，同比增長(zhǎng) 0.75%；歸母凈利潤(rùn) 1.55 億元，同比下降 4.34%；其 中，汽車零部件、工控、小家電分別同比+65%、+27%、+23%，新興領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)快速增長(zhǎng)。

醫(yī)療+新能源車+儲(chǔ)能+工控四大賽道并進(jìn)，擁抱藍(lán)海市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)化替代空間巨大。1） 醫(yī)療：子公司鼎智科技主要產(chǎn)品直流無刷電機(jī)、音圈電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等已廣泛應(yīng)用于體外 診斷 IVD 行業(yè)、核酸檢測(cè)儀、呼吸機(jī)、牙科影像儀等高端醫(yī)療設(shè)備，與邁瑞、萬孚、天隆、 凱格、優(yōu)利特、帝邁、IDEXX 等國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)合作；2）新能源車：公司相關(guān)產(chǎn)品包括汽 車電子水泵、沖壓件、鋁壓鑄、電子油泵、激光雷達(dá)電機(jī)等，21 年 10 月發(fā)布公告稱擬在 六安投資 5.5 億元建設(shè)“新能源汽車核心零部件生產(chǎn)基地項(xiàng)目”，將生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電動(dòng) 斡旋壓縮機(jī)、精密鋁壓鑄和沖壓零部件等產(chǎn)品，25-26 年規(guī)劃產(chǎn)能為 7 億產(chǎn)值；3）儲(chǔ)能：公司的電子水泵用于儲(chǔ)能液冷系統(tǒng)及電化學(xué)儲(chǔ)能電池，直接或間接進(jìn)入比亞迪、國(guó)軒高科、 英維克等頭部廠商供應(yīng)鏈，未來還將延伸至儲(chǔ)能電機(jī)、沖壓件、控制器等配套產(chǎn)品；4）工 控：公司 2020 年參股洛源智能加大對(duì)伺服系統(tǒng)和電機(jī)領(lǐng)域的布局，現(xiàn)有產(chǎn)品絲桿電機(jī)、伺 服電機(jī)、無刷空心杯電機(jī)等產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于機(jī)床、3C、印刷包裝、機(jī)器人等多個(gè)行業(yè)， 該領(lǐng)域尚處于起步階段，未來增長(zhǎng)空間廣闊。

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