探索：人形機器人行業(yè)專題報告之伺服電機再探討

（報告出品方/作者：國盛證券，張一鳴、劉高暢、歐陽蕤）

一、電機技術(shù)日趨成熟，伺服電機和步進電機是行業(yè)主流
1.1 歷經(jīng) 200 年技術(shù)更迭與產(chǎn)業(yè)磨礪，電機逐步走向成熟

“電機”廣義上來說包括電動機、發(fā)動機和原動機等所有可實現(xiàn)電能、機械能相互轉(zhuǎn)化的裝臵，但通常情況下所謂電機指的是電動機。電動機也稱馬達，它的作用是將電能轉(zhuǎn) 化為機械能，產(chǎn)生驅(qū)動力矩，作為用電器和機械設(shè)備的動力源。電機發(fā)展至今已有 200 多年的歷史，其發(fā)展歷程可分為以下四個重要階段。

第一階段：基本理論建立，直流電機產(chǎn)生（1821-1870）。1821 年法拉第制成了世界上 第一個實驗電機的模型，并在 1831 年發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律。1832 年皮克西利用磁鐵和 線圈的相對運動，制成了一臺原始型旋轉(zhuǎn)磁極式直流發(fā)動機，這就是現(xiàn)在直流發(fā)電機的 雛形。1834-1870 年期間，發(fā)電機領(lǐng)域產(chǎn)生了三項重大發(fā)明和改進，即永磁體轉(zhuǎn)變到電 流線圈、西門子兄弟從蓄電池他勵發(fā)展到發(fā)電機自勵、格拉姆提出環(huán)形繞組，此后發(fā)電 機與電動機的可逆原理被廣泛接受，兩者同步發(fā)展。

第二階段：直流電機趨于成熟，交流電機開始受到關(guān)注（1870-1880）。1873 年，海夫 納阿爾泰涅克發(fā)明了鼓形繞組，提高了導線的利用率。1880 年愛迪生提出采用疊片鐵芯， 進一步降低了鐵芯損耗與繞組溫升。鼓形電樞繞組和有槽疊片鐵芯結(jié)構(gòu)一直沿用至今。 隨著直流電機的廣泛應(yīng)用，其固有缺點也很快暴露出來，主要問題在于遠距離輸電、電 機換向存在困難，因此 19 世紀 80 年代后，人們注意力逐漸向交流電機方向轉(zhuǎn)移。

第三階段：交流電機誕生并不斷向前發(fā)展（1885-1890）。1885 年加利萊奧費拉里斯提 出了旋轉(zhuǎn)磁場原理，并研制出廠二相異步電動機模型，1886 年移居尼古拉〃特斯拉也獨 立地研制出二相異步電動機。1889 年多利沃多勃〃羅沃利斯基制成一臺三相交流單鼠籠 異步電動機，與單相和兩相系統(tǒng)相比，三相系統(tǒng)效率高、用銅少，電機性價比、容量體 積比和材料利用率均有明顯改進。交流電機的研制和發(fā)展，特別是三相交流電機的研制 成功為遠距離輸電創(chuàng)造了條件，把電工技術(shù)提高到一個新的階段。

第四階段：電機理論和設(shè)計、制造技術(shù)逐步完善（20 世紀至 21 世紀）。進入 20 世紀， 工業(yè)的高速發(fā)展不斷對電機提出新的要求，而自動化方面的特殊需要則使控制電機和特 種電機迅速發(fā)展。同時，這一時期電機理論不斷豐富，材料和冷卻技術(shù)不斷改進，交、 直流電機的單機容量、功率密度與材料利用率都有顯著提高。

第五階段：永磁電機是 21 世紀電機發(fā)展方向（21 世紀至今）。進入 21 世紀，專用性、 輕量化、高性能是電機行業(yè)發(fā)展方向。在專門化的基礎(chǔ)上，專用電機的節(jié)電潛能很大。 而永磁電機控制性能好，節(jié)能且體積小，可通過頻率的變化調(diào)速，又容易做成低速直接 驅(qū)動等優(yōu)點，在醫(yī)療器械、視聽產(chǎn)品、計算機、數(shù)控機床、電動車輛、航空航天產(chǎn)品等 領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。同時輕量化需求下，屬于永磁伺服電機中的小功率的空心杯電機等 微型電機開始得到各個行業(yè)的重視。

1.2 人形機器人新增電機需求，伺服電機在眾多分類中脫穎而出

電機種類繁多，按用途可分為動力電機和控制電機兩大類，動力電機功率較大，側(cè)重于 電機的啟動、運行和制動方面的性能指標，而控制電機輸出功率較小，側(cè)重于電機控制 精度和響應(yīng)速度等指標。 動力電機：按運動方式，可分為旋轉(zhuǎn)電機和直線電機。旋轉(zhuǎn)電機按電壓性質(zhì)分為直流電 機與交流電機，其中直流電機按內(nèi)部有無碳刷可分為有刷電機和無刷電機兩種；交流電 機按結(jié)構(gòu)可分為同步電機和異步電機，按相數(shù)不同可分為三相交流電機和單相交流電機。 交流電機按其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，還可分為籠型和繞線轉(zhuǎn)子型，其中籠型三相異步電動機為 應(yīng)用最廣的動力電機。 控制電機：根據(jù)控制方法與用途的不同，可分為步進電機、伺服電機、測速電機、力矩 電機（也叫直驅(qū)電機）等，其中步進電機是一種電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或者線位移的 電動機，每一個脈沖信號，對應(yīng)的有一個角度，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率有關(guān)。整體看，控制電 機相較于動力電機，增加了控制電路，但電機部分與動力電機并無本質(zhì)區(qū)別，仍可按動 力電機的分類方式進行劃分。

伺服和步進電機是控制電機下的主要產(chǎn)品，其中伺服電機優(yōu)勢更加明顯。步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動機，每輸入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖 頻率成正比。伺服電機則是一種補助馬達間接變速裝臵，其可以控制速度，位臵精度非 常準確，伺服電機分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是當信號電壓為零時 無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。在數(shù)字控制的發(fā)展趨勢下，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。兩者在控制方式上相似（脈沖和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著差異。步進電機通常為開環(huán)控 制，易出現(xiàn)失速或與控制器失去同步的情況。伺服電機為閉環(huán)控制，通過實時的閉環(huán)信號反饋來調(diào)整，實現(xiàn)更精密的控制。綜合來講，伺服電機在控制精度、低頻特性、過載 能力、速度響應(yīng)等許多性能方面都優(yōu)于步進電機，更適用于工業(yè)自動化、機器人等領(lǐng)域， 但步進電機具備性價比優(yōu)勢，在一些要求不高的場合仍可使用。

人形機器人新增更多電機需求，伺服電機和步進電機均具備適配性。特斯拉預(yù)計在 9 月 30 日的特斯拉第二個人工智能日（AI Day）發(fā)布人形機器人產(chǎn)品，人形機器人有望催生 更大的電機用量需求。從電機用量來看，單臺人型機器人電機用量超 40 個，而對于所 使用的電機產(chǎn)品而言，具備更高控制精度并廣泛使用于工業(yè)機器人、通用自動化領(lǐng)域的 伺服電機將是未來人形機器人的主要配臵。此外，對于步進電機而言，其在人形機器人的眼睛部位具備較好適配性，目前現(xiàn)有學術(shù)研究和實驗設(shè)計中，在機器人仿生眼中使用 步進電機是較為理想和可靠的選擇，因為仿生眼在需要具有人類一樣的視覺功能，并且 體積較小，要求驅(qū)動攝像頭的驅(qū)動機構(gòu)具備小體積并能提供各自的兩個自由度運動 （180°），而步進電機可以實現(xiàn)無位臵傳感器的位臵控制，并保證平穩(wěn)運行，因此在人 形機器人眼部安裝步進電機具備較好適配性。

二、人形機器人大時代來臨，伺服電機需求有望爆發(fā)
2.1 伺服電機種類眾多，高效+輕量化+微型化產(chǎn)品是未來發(fā)展方向

伺服電機產(chǎn)業(yè)鏈層次明晰，稀土磁材是必備原材料。伺服電機產(chǎn)業(yè)鏈涉及稀土磁材、電 子原器件、伺服系統(tǒng)制造、機器人等，上游來看，伺服電機行業(yè)的上游主要是稀土磁材 和電子零部件等其他材料，稀土磁材是伺服電機制造過程中必需的重要原材料。中游來看，除伺服電機制造以外，伺服系統(tǒng)還包括伺服驅(qū)動器制造以及數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)等環(huán)節(jié)。 下游來看，伺服電機可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、機器人制造、汽車制造和工業(yè)裝備制造 等領(lǐng)域，具備廣闊的應(yīng)用前景。

國內(nèi)伺服電機市場規(guī)模近 200 億元，匯川技術(shù)引領(lǐng)國產(chǎn)替代浪潮。近看來，我國伺服電 機市場規(guī)模穩(wěn)步增長，根據(jù)工控網(wǎng)數(shù)據(jù)，2021 年我國伺服電機市場約 169 億元， 2017-2021 年 CAGR 約為 10%，受到下游工業(yè)機器人、醫(yī)療器械、電子制造設(shè)備等產(chǎn)業(yè) 擴張的影響，伺服電機在新興產(chǎn)業(yè)應(yīng)用規(guī)模也不斷增加。從競爭格局上看，匯川技術(shù)已 占領(lǐng)國內(nèi)龍頭地位，根據(jù) MIR DATABANK 的數(shù)據(jù)顯示，2021 年上半年，國產(chǎn)品牌中， 匯川技術(shù)在國內(nèi)市場份額首次排名第一，市占率達 15.9%，除匯川外，排名靠前的電機 廠商依然以日本和中國臺灣為主，包括日本安川（11.9%）、臺灣臺達（8.9%）、日本松下（8.8%） 和日本三菱（8.3%），行業(yè) CR5 為 53.8%，集中度較高。但從國內(nèi)其他廠商競爭力角度 看，在匯川引領(lǐng)下，眾多國內(nèi)電機企業(yè)開始奮起直追，包括禾川科技、江蘇雷利、鳴志 電器在內(nèi)的眾多國內(nèi)品牌都推出自己成熟的伺服電機產(chǎn)品，并開始在市場上嶄露頭角。

從分類上看，普通伺服電機、舵機和空心杯電機是主要類型。普通的伺服電機主要分為 直流伺服電機和交流伺服電機，其中直流電機是將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能，其按勵磁方 式分為永磁、他勵和自勵 3 類，此外，對于直流電機而言，其還可以按照有無電刷（碳 刷）分為有刷直流伺服電機和無刷直流伺服電機。

碳刷：碳刷是用于電機的換向器或滑環(huán)上，作為導出導入電流的滑動接觸體。其導 電，導熱以及潤滑性能良好，并具有一定的機械強度和換向性火花的本能，幾乎所 有的有刷電機都使用碳刷，它是有刷電機的重要組成部件。根據(jù)有無碳刷，直流伺 服電機分為有刷電機和無刷電機，有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，控制容易，需要維 護，但由于維護不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，為了提高直流電機的使用壽命、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性以及降低直流電機的噪聲和電磁干擾，無刷直流電機有逐步取代有刷電 機的趨勢。對于交流伺服電機來說，一般不用恒磁場，所以用不著換向器，也就無 須電刷，故其也是無刷電機一種，分為同步和異步電機。

空心杯電機是直流電機的特殊形式。伺服電機中還存在一種直流永磁的伺服控制電 機，即空心杯電機，其體積較小且效率較高，屬于微特電機的一種。空心杯電動機 由機殼、線圈、后蓋、磁體和換向器組成，線圈看起來像一個水杯，故稱空心杯， 其在結(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，同時其重量 和轉(zhuǎn)動慣量大幅降低，從而減少了轉(zhuǎn)子自身的機械能損耗。此外，根據(jù)有無電刷， 空心杯電機亦可分為有刷空心杯電機和無刷空心杯電機。

以空心杯電機為代表的新型電機具備高效、輕量化、微型化等特點，其亦是伺服電機的 未來發(fā)展方向。在全世界節(jié)能環(huán)保理念廣泛普及的背景下，高效率環(huán)保節(jié)能電機變成全 世界電機產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的共識，空心杯電機、直流無刷電機、伺服電缸等電機均具備更 高功率密度，符合綠色環(huán)保和低碳理念，未來在耗電量大、使用頻率高的家電、機器人 等領(lǐng)域還將逐步滲透。此外，工業(yè)機器人、家用電器等設(shè)備越來越趨于高效節(jié)能化、小 型化及智能化，電機作為執(zhí)行元器件的重要組成部分，對輕量化、微型化和響應(yīng)速度的 要求也越來越高。以無槽無刷電機為例，近來年無刷直流電機已越來越多地替代有刷直 流電機，尤其在高速和長使用壽命的應(yīng)用場景中，而無刷直流電機的鐵芯為了安放電子 繞組，一般采用開槽設(shè)計，而鐵芯的齒槽在磁場中會產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩，造成電機轉(zhuǎn)矩波動、振動和嗓音，影響電機在速度控制系統(tǒng)中的低速性能和精度。因此無槽設(shè)計的無刷直流 電機逐漸被開發(fā)出來，與傳統(tǒng)有槽無刷電機相比，其具備體積更小、成本低、功率密度 更高、過載能力更強等多個優(yōu)點。整體看，我們認為，以空心杯電機、伺服電缸、無槽 無刷電機等為代表的新型電機在技術(shù)路徑上正逐步向高效率、輕量化、低成本的方向持續(xù)突破，這種技術(shù)導向有望成為一種產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，各類產(chǎn)品也將在在機器人、家電、 汽車等領(lǐng)域進一步加速滲透。

2.2 仿真人形結(jié)構(gòu)帶動伺服電機用量迎來指數(shù)級增長

特斯拉 Bot 即將推出，人形機器人帶來更大想象空間。特斯拉預(yù)計在 9 月 30 日的特斯 拉第二個人工智能日（AI Day）發(fā)布人形機器人產(chǎn)品。這款機器人運用了特斯拉最先進 的 AI 技術(shù)，基于特斯拉在自動駕駛領(lǐng)域的技術(shù)積累進行開發(fā)，被稱為是 2022 年最重要 的產(chǎn)品開發(fā)項目，甚至可能比汽車業(yè)務(wù)更重要。從已公布的參數(shù)看，特斯拉人形機器人 主要配臵包括：1）身高 5 尺 8 寸（約 1.73 米）；2）頭部帶有顯示屏，用以展示信息； 3）采用 Autopilot 的攝像頭作為視覺感知傳感器，共八個攝像頭；4）采用 FSD Computer 作為計算核心；5）脖子、胳膊、手、腿、軀干累計搭載了 40 個機電傳動器；6）搭載 多相機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)化、自動標記、算法訓練等；7）以輕量材料打造， 最高時速達 5 英里/小時。

單臺人形機器人電機用量超 40 個，較傳統(tǒng)工業(yè)機器人的電機用量大幅增長。從傳統(tǒng)工 業(yè)機器人看，其可以分為多關(guān)節(jié)、SCARA、delta、協(xié)作機器人幾大類，我們按照其各自 的自由度（關(guān)節(jié)數(shù)量）進行細分，多關(guān)節(jié)機器人和協(xié)作機器人多以六軸為主，單臺六軸 機器人的六個自由度對應(yīng) 6 臺電機需求，SCARA 機器人擁有三個互相平行的旋轉(zhuǎn)軸和一 個線性軸，故 4 個自由度對應(yīng) 4 臺電機，delta 機器人為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，由三條從動臂組成， 對應(yīng) 3 臺電機，同時在旋轉(zhuǎn)末端執(zhí)行器位臵配備第四臺電機，目前新一代的 Delta 機器 人一般是用直驅(qū)力矩電機取代伺服電機的設(shè)計，但數(shù)量上看單臺機器人電機用量仍為 4 個。而特斯拉 Optimus 將搭載約 40 個電機，實現(xiàn)對頸部、手臂、手指、軀干、腿部等 部位的控制，電機數(shù)量較傳統(tǒng)工業(yè)機械人和服務(wù)機器人有大幅提升。

工業(yè)機器人：伺服電機用量需求保持穩(wěn)定增長。根據(jù) MIR 數(shù)據(jù)，2021 年我國工業(yè) 機器人銷量為 25.7 萬臺，其中多關(guān)節(jié)/SCARA/delta/協(xié)作機器人占比分別為 61.9%/29.1%/6.0%/3.0%。假設(shè)各類機器人銷量占比保持基本穩(wěn)定，預(yù)計 2025 年 我國工業(yè)機器人銷量有望突破 45 萬臺。同時，我們做出如下假設(shè)：1）假設(shè)多關(guān)節(jié) 機器人和協(xié)作機器人均為六軸機器人；2）delta 機器人均采用伺服電機而非新一代 的力矩電機；3）按照多關(guān)節(jié)/SCARA/delta/協(xié)作機器人的單臺伺服電機用量 6/4/4/6 臺進行計算。在此假設(shè)下，預(yù)計 2025 年我國工業(yè)機器人電機用量有望超過 240 萬 臺，整體需求保持穩(wěn)定向上增長。

人形機器人：伺服電機需求量呈指數(shù)級增長，產(chǎn)業(yè)鏈迎來黃金時代。人形機器人關(guān) 節(jié)預(yù)計在 40 個以上，我們按照 40 個關(guān)節(jié)數(shù)量計算，對應(yīng) 40 臺電機用量，包括頸 部、手臂、手指、軀干、腿部等各個部位，我們在人形機器人銷量達到 100 萬臺的 中性假設(shè)下，預(yù)計對應(yīng)人形機器人電機用量達到 4000 萬臺，較傳統(tǒng)工業(yè)機器人電 機需求量大幅增長?？紤]到不同部位配臵的電機功率、大小存在差異，其價格也存 在差異，我們假設(shè)單臺電機均價 1200 元，則單臺人形機器人電機價值量有望達到 4.8 萬元，按 100 萬臺銷量計算，人形機器人有望帶來 480 億的增量市場空間。

2.3 人形機器人手指關(guān)節(jié)自由度提升，空心杯電機具備較強契合度

更加靈活的應(yīng)用場景驅(qū)動下人形機器人手指應(yīng)具備更高的自由度。人形機器人的重點在 于替代人的部分工作場景，同時進行更好的交互以輔助人進行工作，因此其會面臨更加 多樣化、更加復雜的應(yīng)用場景，故賦予其手指關(guān)節(jié)更高自由度使得其具備抓取、傳遞等基本功能是關(guān)鍵。考慮到人形機器人的仿真性，其手指關(guān)節(jié)處需要配備體積小且能輸出 較大力的電機。我們認為，具備節(jié)能、靈敏且體積較小的空心杯電機和將伺服電機與絲杠集成的模塊化產(chǎn)品電缸，天然適配于人形機器人手指關(guān)節(jié)。

空心杯電機：優(yōu)點明顯，與人形機器人完美適配?？招谋妱訖C屬于微型直流永磁 伺服電動機，它可以利用永磁鐵產(chǎn)生磁場，從而實現(xiàn)直流供電。與傳統(tǒng)電機的不同 之處在于，空心杯電機結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)子無鐵芯，轉(zhuǎn)子無鐵芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計一是可以降低電 機質(zhì)量，二是可以降低電機的機械損耗，便于延長電機壽命，從根本上杜絕了因鐵 芯而產(chǎn)生的鐵耗，提升效率。空心杯電機可以分為無刷空心杯電機和有刷空心杯電 機，作為高效率的能量轉(zhuǎn)換裝臵，優(yōu)點明顯：1）節(jié)能性：能量轉(zhuǎn)換效率高，其最大 效率一般在 70%以上；2）控制特性：起動、制動迅速，響應(yīng)極快，在高速運轉(zhuǎn)狀 態(tài)下，可以方便地對轉(zhuǎn)速進行靈敏的調(diào)節(jié)；3）運行穩(wěn)定且十分可靠，轉(zhuǎn)速波動很小， 能夠容易的控制在 2%以內(nèi)；4）重量輕，體積?。嚎招谋妱訖C的能量密度大幅度 提高，與同等功率的鐵芯電動機相比，其重量、體積減輕超過三分之一。由于空心杯電動機克服了有鐵芯電動機不可逾越的技術(shù)障礙，其在軍事、各類工業(yè)產(chǎn)品、高 科技、民用電器等各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而對工業(yè)機器人、仿生義肢等，空心杯電機憑 借其快速響應(yīng)的隨動系統(tǒng)能夠很好發(fā)揮作用。對于人形機器人而言，空心杯電機除 快速響應(yīng)外，體積小、重量輕、節(jié)能等各種特點都符合人形機器人需要，隨著人形 機器人大時代來臨，空心杯電機有望迎來需求爆發(fā)。

海外品牌占據(jù)高端市場，國內(nèi)產(chǎn)品性價比優(yōu)勢明顯。由于空心杯電機屬于微特電機 的一種，而微特電機屬于技術(shù)密集行業(yè)，其興起于瑞士，發(fā)展于日本，而后隨技術(shù)擴散逐步向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，因此我國的空心杯電機產(chǎn)品較國外還存在一定差距。 從微特電機的下游看，信息處理、家用電器和武器、航空等領(lǐng)域占據(jù)主要份額，而 目前在 IT 微特電機領(lǐng)域，日本企業(yè)相對領(lǐng)先，其中硬盤主軸電機是技術(shù)含量較高 的微電機，Nidec（電產(chǎn)）、inebea（美蓓亞）都是代表廠商，手機用線性震動電機 僅 SEMCO（三星電機）等少數(shù)企業(yè)可以供貨。在汽車微特電機領(lǐng)域，同樣是日本 企業(yè)主導市場，Nidec（電產(chǎn)）、ASMO（阿斯莫）、Mitsuba （三葉）、Denso（電裝） 占據(jù)主要市場份額，空心杯電機作為電機的新的發(fā)展方向，國外廠商也紛紛加強產(chǎn) 品布局，如 Maxon（瑞士）、Faulhaber（德國）等著名微電機廠商都已經(jīng)大量申請 空心杯電機相關(guān)的專利技術(shù)。目前，國內(nèi)廠商在微特電機，尤其是空心杯電機領(lǐng)域 開始奮起直追，不斷加速國產(chǎn)替代，從價格上看，國內(nèi)廠商微特電機產(chǎn)品價格在幾 百元不等，且性能上開始逐步收斂國外同類型產(chǎn)品，性價比優(yōu)勢凸顯。

人形機器人有望帶動空心杯電機用量大幅增長。考慮到空心杯電機體積較小，更易 于裝配在機器人小關(guān)節(jié)處，保守假設(shè)下，我們假設(shè)空心杯電機僅用在人形機器人手 指關(guān)節(jié)處，且僅考慮三根手指裝配空心杯電機（一只手臂），則單臺機器人所需空心 杯電機數(shù)量為 6 臺，中性假設(shè)人形機器人銷量達到 100 萬臺，對應(yīng)空心杯電機需求 量為 600 萬臺。

2.4 伺服電缸符合人形機器人降能耗目標，產(chǎn)品需求有望持續(xù)推升

動力問題是機器人的核心問題，波士頓動力采用液壓執(zhí)行器進行輔助驅(qū)動。波士頓動力 早期機器人主要是電機通過齒輪驅(qū)動連桿機構(gòu)，對于沒有載荷要求的機器人而言足夠， 但 BigDog 這類以內(nèi)燃機為動力且需搭載較大負荷的機器人產(chǎn)品系統(tǒng)能耗高，能量的多 次轉(zhuǎn)換、多環(huán)節(jié)傳遞造成了大能量損失，原有設(shè)計方案無法滿足。為了提高機器人運行的效率、減小功率消耗以及提高運動穩(wěn)健性，波士頓動力通過判斷關(guān)節(jié)承受的載荷類型 和大小，以選擇適當?shù)囊簤夯螂妱又苿悠?，使得機器人的功率消耗最低。但從其動力來源看，最主要依靠的驅(qū)動方式仍為液壓驅(qū)動，在腿部上肢和下肢的連接處采取的多以液 壓執(zhí)行器為主，相比于純電動執(zhí)行器，在降功耗、提效率上仍存在一定不足。

伺服電缸：有望替代液壓執(zhí)行器，完美符合人形機器人產(chǎn)品需求導向。伺服電缸是 將伺服電機與絲杠一體化設(shè)計的模塊化產(chǎn)品，將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運 動。伺服電缸通過結(jié)構(gòu)上的改造將伺服電機自身優(yōu)勢轉(zhuǎn)變成精確速度控制，精確位 臵控制和精確推力控制，從而實現(xiàn)高精度直線運動。從優(yōu)點上看，伺服電缸能夠快 速與 PLC 等控制系統(tǒng)連接，實現(xiàn)高精密運動控制，同時具備噪音低，節(jié)能，干凈， 高剛性，抗沖擊力，超長壽命，操作維護簡單等優(yōu)勢，并且可以適應(yīng)在惡劣環(huán)境下 的工作，廣泛適用于造紙行業(yè)，化工行業(yè)，汽車行業(yè)，電子行業(yè)，機械自動化行業(yè)， 焊接行業(yè)等各領(lǐng)域。對于人形機器人而言，伺服電缸的節(jié)能、輕量化特點相比于液 壓驅(qū)動具備較好的優(yōu)勢，符合特斯拉本身的電動化導向，也符合人形機器人產(chǎn)品未 來的要求。

伺服電缸契合人形機器人未來多方位的應(yīng)用場景，需求量有望隨之提升。伺服電缸 高精密運動控制的特點符合人形機器人的要求，同時低噪、節(jié)能、高剛性以及能夠 適應(yīng)惡劣環(huán)境工作的特點符合當前用戶端對人形機器人應(yīng)用場景的期望。從產(chǎn)品適 配上看，伺服電缸主要針對人形機器人膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的連接處，起到輔 助驅(qū)動的作用，使用伺服電缸相比于采用液壓執(zhí)行器，在控制成本的同時，也能夠 降低機器人的重量，降低耗電量。我們按照保守情況做出預(yù)測，假設(shè)伺服電缸僅用 在人形機器人膝關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)三處使用，則單臺機器人所需伺服電缸數(shù)量 為 6 臺，中性假設(shè)人形機器人銷量達到 100 萬臺，對應(yīng)空心杯電機需求量為 600 萬 臺。

三、重點公司分析
3.1 江蘇雷利：中高端微特電機領(lǐng)軍企業(yè)

公司是全球家用微特電機領(lǐng)軍企業(yè)，通過外延并購切入醫(yī)療器械、新能源汽車零部件、 工控等高景氣賽道，打開新的成長空間。通過橫向拓展應(yīng)用領(lǐng)域，公司 2021 年實現(xiàn)收 入 29.2 億元，同比增長 20.5%，收入增速邊際改善。公司經(jīng)過多年經(jīng)營，已成為全球 知名的微特電機供應(yīng)商。公司借鑒海外龍頭經(jīng)驗，通過并購等方式切入醫(yī)療器械、新能 源、工控等高端應(yīng)用場景。2021 年公司“多應(yīng)用領(lǐng)域”戰(zhàn)略成效顯著，實現(xiàn)了工控市場 的重大突破，同時新能源、醫(yī)療器械領(lǐng)域也取得快速增長，實現(xiàn)營業(yè)收入 29.2 億元，同 比增長 20.5%，收入增速邊際改善。

家用電機為基本盤，工控、醫(yī)療、新能源等高毛利產(chǎn)品快速放量。公司基本盤為家用電 機及組件，包括空調(diào)、冰箱、洗衣機等電機和組件，2021 年家用電機及組件（空調(diào)+冰 箱+洗衣機）收入為 16.4 億元，占總收入比重 64.0%。工控產(chǎn)品主要為絲桿電機、無刷 電機及組件，主要應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的閥門電機等，2021 年實現(xiàn)收入 2.95 億元，同比增 長 60%。汽車零部件主要為汽車水泵、汽車電機及沖壓件，醫(yī)療及運動健康電機及組件 主要為絲桿電機、跑步機電機及組件。從毛利率來看，工控、醫(yī)療等產(chǎn)品相較于傳統(tǒng)家 電產(chǎn)品毛利率更高，有利于公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

3.2 鳴志電器：混合式步進電機龍頭，加碼無刷電機打造解決方案供應(yīng)商

公司是全球領(lǐng)先的電機及驅(qū)動系統(tǒng)制造商，在步入電機、伺服系統(tǒng)、無刷電機、空心杯 電機及驅(qū)動系統(tǒng)等方面實現(xiàn)了深入布局。其中混合式步進電機產(chǎn)品在全球市場一直享有 較高的市場地位，占據(jù)全球 10%以上市場份額，打破了日本企業(yè)對混合式步進電機的壟 斷。從股權(quán)結(jié)構(gòu)看，公司實控人為常建鳴先生，持有鳴志投資 90%股權(quán)，目前公司已形 成了以控制電機、驅(qū)動控制系統(tǒng)為核心，貿(mào)易代理及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展的業(yè)務(wù) 架構(gòu)，其中鳴志國貿(mào)和鳴志美洲控股等核心子公司加速了公司全球范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)布局。

業(yè)績穩(wěn)定增長，2021 年增長提速。公司深耕運動控制領(lǐng)域二十余年，業(yè)績增長穩(wěn)健， 2017-2020 年營業(yè)收入 CAGR 為 10.8%，歸母凈利潤 CAGR 為 6.6%。2021 年公司布局的工廠自動化、醫(yī)療器械、生化分析、移動服務(wù)機器人等新興、高附加值領(lǐng)域業(yè)務(wù)成效 顯著，通用自動化、驅(qū)動控制系統(tǒng)類業(yè)務(wù)也取得快速成長，實現(xiàn)營業(yè)收入 27.1 億元，同 比增長 22.7%；實現(xiàn)凈母凈利潤 2.8 億元，同比增長 39.3%。2022年以來受疫情影響， 業(yè)績增速有所下滑。

加碼無刷電機，公司著力打造電機與絲杠一體化設(shè)計的模塊化產(chǎn)品，優(yōu)勢明顯。2020 年，公司通過變更募集資金投資約 0.62 億元設(shè)立“無刷電機的新增產(chǎn)能項目”，項目達 產(chǎn)后將形成新增年產(chǎn) 227 萬臺高標準無刷電機的生產(chǎn)能力，預(yù)計將為公司新增營業(yè)收入 約 2.5 億元/年。2021 年公司無刷電機業(yè)務(wù)實現(xiàn)營收 1.1 億元，同比增長 81.5%，主要 源于產(chǎn)能的穩(wěn)步提升以及得益于在移動服務(wù)機器人、高端醫(yī)療儀器等應(yīng)用領(lǐng)域的增長。 此外，公司自 2015 年開始組建精密直線傳動系統(tǒng)業(yè)務(wù)，專注于打造電機與絲杠一體化 設(shè)計的模塊化產(chǎn)品，目前公司精密直線傳動系統(tǒng)業(yè)務(wù)聚焦重點行業(yè)，努力擴大存量市場 份額，通過持續(xù)完善平臺化產(chǎn)品在增量市場上獲得競爭優(yōu)勢，2021 年公司精密直線傳動 系統(tǒng)業(yè)務(wù)實現(xiàn)營業(yè)收入 7310 萬元，較上年同期增長 73.6%。整體看，公司“運動控制 器+電機驅(qū)動器+控制電機+精密直線傳動系統(tǒng)”的組合形成了完整的運動控制業(yè)務(wù)系統(tǒng)， 標志著公司在自動化領(lǐng)域真正向解決方案級供應(yīng)商的目標邁進。

（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關(guān)信息，請參閱報告原文。）

精選報告來源：【未來智庫】。