2023电机行业国产替代机遇产业链及相关公司分析报告 （附下载）

来源：英雄联盟决赛压注    发布时间：2024-04-26 15:01:53

  原标题：2023电机行业国产替代机遇产业链及相关公司分析报告 （附下载）

  今天分享的是储能系列深度研究报告：《 2023电机行业国产替代机遇产业链及相关公司分析报告 》。

  电机是一种利用电与磁相互作用以此来实现能量转换与传递的机械电磁装置。广义的电机包括电动机、发电机和特种电机。电动机从电系统吸收电能，向机械系统输出机械能，各类型的电机大范围的应用于我们国家的经济生产各部门以及家用电器中，主要作为驱动各种机械设备的动力；发电机从机械系统吸收机械能，向电系统输出电能，发电机和相关设备的技术进步，使人们能利用热能、水能、核能以及风能、太阳能、生物质能等能源发电，向国民经济各部门和广大城镇和乡村居民提供所需电能；特种电机主要是指使用环境、生产的基本工艺、技术标准等比较特殊而区别于普通电机的电机。

  从结构上来看，不一样电机结构虽然不同，但一般都是由三大部分所组成，即固定部分、转动部分和辅助部分。固定部分主要由定子机座、机架、定子铁心、定子绕组、端盖及底板等导磁、导电和支撑固定等结构部件组合；电机的转动部分包括转轴、转子铁心、转子支架、转子绕组、集电环、换向器和风扇等部件；辅助部分包括轴承、电刷和冷却器等。

  电机有多种分类方式，按照应用领域分为动力电机和控制电机；按照电源类型分为直流电机和交流电机。

  动力电机输出功率较大，注重电机的驱动、运行及制动性能，主要使用在于汽车、家电、小型机床等领域。控制电机侧重电机输出量的幅频特性、相频特性及输出特性的精度、灵敏度、稳定性、线性度等指标，精度高、响应速度快，主要在自动控制系统中承担执行、检测和解算功能。

  按照运动方式进一步分为旋转电机和直线电机。直线电机可看作由旋转电机展平而得，其定子叫初级、转子叫次级，其优点是可以直接将电能转换为直线运动的机械能，而无需再借助中间转换装置。常见的直线电机可分为 U 型槽式、平板式和管式。其主要使用在于自动控制系统、短距离需要巨大直线运动能的装置或作为长期连续运行的驱动电机，例如用于磁悬浮列车以及无钢丝绳电梯的驱动。

  步进电机是一种把电脉冲信号转换成角位移的电动机，每输入一个脉冲信号，步进电机就按照设定的方向转动一个固定的角度。其结构相对比较简单但效率和精度较低，多用于办公自动化、通信设施、印刷设备等领域。

  伺服电机相较于步进电机增加了编码器与反馈机制，使得驱动器能够准确的通过目标值与编码器的反馈信号之间的差异来调整转子转动的角度，从而可实现更精密的控制，一般适用于半导体、光伏、锂电、工业自动化、机器人等对于控制精度、速度响应、过载能力及稳定性要求高的领域。空心杯电机是一种特殊的伺服电机，采用无铁芯转子，呈空心的杯状结构，内部环绕着绕组和磁铁。

  力矩电机是以扭矩为控制方向的电机，采用开环控制。当负载转矩增大时能自动降低转速，同时加大输出转矩，当负载转矩为一定值时改变电机端电压便可调速。在电动机低速甚至堵转（转子无法转动）时仍能持续运转，不会造成电动机的损坏，并提供稳定的力矩给负载，具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好等优点。力矩电机分为有框力矩电机和无框力矩电机。

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  直流电机由直流电源驱动，交流电机由交流电源驱动。直流电机调速性能好、启动力矩大，适用于在重负载下启动或需要均匀调节转速的机械。交流电机效率高、噪音低，常用于家用电器中。

  按照电刷的有无进一步分为有刷电机与无刷电机。对于直流电机，为使转子转动要一直改变电流方向。有刷电机采用机械换向，内部的电枢和换向器一起旋转，而外部的磁极和电刷都不动。通过换向器与电刷的交替接触，电机运行时电流的方向就会不断改变，从而改变电机的运动方向。其优点是启动快速、制动及时、调速平稳，并且启动电流大、在低速时扭矩大，因而能带很重的负荷，常用在电钻等日常电动工具中。但由于换向器与电刷之间有摩擦，因而电刷易损耗、寿命短，并且效率较低。

  无刷电机采用电气换向，以霍尔元件等电子换向器替代了机械电刷装置，其线圈不动而磁极旋转。其原理是通过霍尔元件感知永磁体磁极的位置，从而适时切换线圈中电流的方向，以产生正确方向的磁力来驱动电机。无刷电机的优点是故障率较低、常规使用的寿命长、运行时间和电压比较稳定。

  交流电机按照电源类型分为单相电机与三相电机。单相电机采用单相交流电源供电，定子仅含一个绕组，需借助启动线圈或运行电容器等以产生旋转磁场。特点是结构相对比较简单、维修方便，多应用于小型家用电器等生活场景。三相电机采用三相交流电源供电，定子绕组分为三组，通入互差 120°的交流电就可产生旋转磁场。三相电机效率高、功率大、可靠性和精度高，多用于水泵、机床等工业领域。

  交流电机按照转子转速与定子旋转磁场的转速是否相同，交流电机分为同步电机与异步电机。同步电机的转速恒定，而异步电机的转速可以随着负载的变化而调节。常见的电力拖动机械大多由异步电机驱动，如空气压缩机、鼓风机、大型起重设备等。而同步电机一般适用于要求转速恒定的大功率生产机械，如连续式轧钢机、球磨机等，由于其造价昂贵、维修困难而应用较少。

  Maxon motor（简称“maxon”）是一家全世界内高精密电机和驱动系统的产品供应商。在 500W 以内的高精密电机和驱动系统中，maxon 处于全球领头羊。该公司在全世界内约有 2500 名员工，并在瑞士、德国和匈牙利设有制造工厂，销售公司遍及全球 40 多个国家，2018 年营业额达到 5.26 亿瑞士法郎。

  1）发展初期（1961-1996）：MAXON1961 年成立，开发设计 DC 迷你型电机，并通过收购美国分销商，逐步打通美国市场，这一时期是公司发展初期，主要是“量增”。

  2）加快速度进行发展期（1996-2012）：公司 1996-1999 年参与 NASA“探路者”计划，确定了公司高端电机定位，为公司拓展高端领域客户打下了基础，同时航空航天相关设计需求也可以复用到其他高端电机场合，这一时期公司完善了公司产品高端定位，是公司产品和品牌“质”飞跃。

  3）产业链布局完善期（2012-2020）：2015 年开发电驱系统，2017 年收购瑞士公司 ZUB machine control AG，增加了公司在控制器领域的布局，到 2020 年公司逐渐从元器件供应商转变为系统供应商。

  国内电机企业电机处于“量增”到“提质”的过渡期。目前电机的主要应用市场可大致分为消费级、车端市场、工业（工控等）、尖端市场等：1）消费级市场进入门槛较低，国产化率较高；2）车端市场对电机企业资金壁垒要求比较高，但整体盈利相对一般；3）工业尤其是自动化控制相关电机盈利水平相比来说较高，在中高端领域国内企业待突破，相关电机需有精密控制、复杂工业环境适应等能力，能够适用于机床、机器人等领域；在航空航天、军工、精密医疗器械，包括部分探索性领域（探索新应用、新产品）等领域，对电机企业要求比较高，客户壁垒高，需要电机企业具有较强的设计能力和生产能力，毛利率相比来说较高，以 MAXON 等为代表的海外企业占据主导地位。

  从整体市场来看，国内企业在消费级市场、车端、工业领域都有所布局，中低端电机市占率较高，但在中高端市场依然待突破；而从企业角度来看，以汇川技术、鸣志电器为代表国内企业，技术积累丰富，拥有研发能力+高端客户资源，有望突破高端电机市场。

  以鸣志电器为例，国内头部企业通过收并购逐渐拥有高端电机定制化设计+核心零部件自产+触达高端客户的能力。鸣志电器通过收购 AMP、Lin Engineer ing 等企业拥有了高端步进电机的技术，获得了触达北美核心客户群的机会，另外通过收购 Techno soft Motion AG 公司帮助公司完善无齿槽和空心杯电机+驱动控制器的系统级平台产品。此外，企业具有行星齿轮箱、编码器等零部件的积累，有望在高端电机领域市场实现突破。

  复盘海外高端电机厂商 MAXON 发展历史，对比我国头部电机企业认为，率先布局高壁垒/新兴领域+掌握一体化技术，掌握先发优势是维持电机企业高利润的关键。

  以人形机器人为代表的高成长赛道或将给国内企业进军高端电机带来突破性机会：1）相比如精密医疗器械、航天等领域，人形机器人潜在空间较大，带来的成长空间大；2）人形机器人电机对精度要求没有航空等领域高，但需要电机厂商具有设计、调整工艺和大规模制造降本能力，国内企业擅长降本，这将给国内公司能够带来与头部企业合作设计/调整相关电机方案的机会；3）以空心杯电机为代表的微特精密电机，性能优异，能应用于航空航天、光学、国防等领域，整体市场较小，但毛利率高，人形机器人有望带动相关市场扩容，促进国内企业对相关领域研发和布局

  我国电机的上游主要为磁性材料、编码器、芯片和轴承等原材料；中游为电机制造；下游为电机应用领域，包括水务设备、电力设备、风电设备、火电设备和家电设备、工业机器人等。

  上业中的原材料价格变革与电机企业的产品定价政策、成本水平、销售业绩有较大影响，关联度较高。目前，电机产品主要原材料是电解铜、硅钢、碳结钢等，这一些行业的技术工艺成熟、市场之间的竞争充分、产品供应充足，能够较好的满足电机行业的生产经营需求，为电机行业的可持续发展提供了重要保障。下游电机产品大范围的应用于国民经济的所有的领域，特别是大中型电机，大范围的应用于冶金、水利、石化、建材、风电等行业。相关产业的加快速度进行发展，为电机行业提供了广阔的市场空间，促进了整个电机行业的有序发展。

  根据中国企业数据库企查猫，目前中国电机企业主要分布在江苏省和山东省。截至 2023 年 2 月，江苏省共有相关工业电机企业超过 3700 家，山东省工业电机企业约为 3400 家。从中国工业电机供给主体区域分布来看，江苏省和山东省电机公司数相对较高。

  （1）电机通常用磁性较强的材料，强磁性材料包括了永磁材料、软磁材料以及功能性磁性材料

  永磁的特性在于一经磁化，很难退磁，而软磁也容易磁化，但是磁化后容易退磁：永磁材料目前的划分有三大类，金属永磁、铁氧体永磁和稀土永磁，而软磁材料则有铁氧体软磁、金属粉芯、金属软磁和非晶纳米晶等。两种磁材料的最不同的特征是矫顽力不同。矫顽力的定义为使已磁化的磁材无法向外磁路提供能量（但磁体内部仍具有一定能量）而必须施加的、与原磁化方向相反的外磁场强度，单位为Oe 或 A/m。

  1）永磁材料的目标是不断追求更高的矫顽力，强化不退磁能力，在永磁电机中应用较多；2）软磁通过降低矫顽力，追求更高的磁导率，能够更好的起到电能参数变换，提高磁性元件效率并节约空间的作用，目前作为各类电机、变压器、继电器、电感器、滤波器等元器件的磁芯应用在新能源汽车、机器人、光伏等诸多领域。

  钕铁硼材料在矫顽力上的表现较优异，同时在磁能积上也优于其他材料。磁能积较好也代表着单位磁场强度下钕铁硼体积更小，这也非常有利于节省电机空间。尤其是高性能钕铁硼磁材料（矫顽力与磁能积之和大于 60），能大大减小电机体积，减轻电机质量，缩小电机能量损耗并提高整个电机系统效率。唯一的劣势在于温度稳定性比较差，一定要通过添加钴等其他元素来改善温度性能，价格相对较高。

  从原材料看，钕铁硼永磁材料属于我国优势资源，硅钢也基本能用国产产品替代，作为中国传统制造业，定转子制造商众多，整体看来国内驱动电机原材料有着非常明显优势。

  编码器是将信号进行编制、转换为可用以通讯、传输的信号形式的设备，如为伺服电机的闭环控制产生速度或位置的实际测量值。

  编码器种类非常之多，按照读出方式可分为接触式和非接触式两种；按照检测工作原理，伺服电机编码器可大致上可以分为光电编码器、磁性编码器、电感式编码器和电容式编码器。其中，基于光电转换原理的光编码器和基于磁敏感元件感应磁场变化原理的磁编码器的应用较为广泛。

  1）光电编码器由 LED 光源（通常是红外光源）和光电探测器组成，二者分别位于编码器码盘两侧。码盘由塑料或玻璃制成，上面间隔排列着一系列透光和不透光的线或槽。码盘旋转时，LED 光路被码盘上间隔排列的线或槽阻断，由此产生两路典型的方波 A 和 B 正交脉冲，可用于确定轴的旋转和速度。

  2）磁电式编码器的原理是采用磁阻或者霍尔元件对变化的磁性材料的角度或者位移值做测量。磁性材料角度或者位移的变化会引起一定电阻或电压的变化，通过放大电路对变化量进行放大，通过单片机处理后输出脉冲信号或者模拟量信号，达到测量的目的。磁性转盘的磁极数、磁阻传感器的数量及信号处理的方式决定了磁性编码器的分辨率，使磁场信号不会受到灰尘、湿气、高温及振动的影响。

  光编码器一般精度较高，成本比较高，对工业环境有一定要求，粉尘、水汽等可能会影响编码器精度；磁编码器成本较为简单，价格上的优势相对明显。

  当前，编码器中的一些芯片、码盘及磁头等重要元器件仍然依赖于进口，这是国内编码器厂商下阶段的主要突破目标。以码盘为例，码盘的码道数越多，其最外道被分割的区域就越多，即编码器的最小分辨率越高。码盘的生产规格要求每个码道刻划精准，并且要求彼此对准，给编码器的国产化进程造成了极大阻碍。除码盘之外，光电编码器的芯片属于光敏器件，光电结合紧密且工艺特殊，对参数控制要求比较高，需要在高温条件下持续工作，还要保证信号形态正常，且电流输出能力较大，有特殊的封装工艺技术要求，是国产化的壁垒。

  电机是机器人的关键组成部件之一，电机的扭矩、功率密度和转速等指标决定了机器人的性能。机器人相关的电机可大致分为伺服电机、直流电机、交流电机和步进电机，参考 Skyquest 数据，目前直流电机占比较高，而伺服电机增长较快，主要使用在在工业机器人、CNC 系统对精度要求比较高的场合。

  机器人应该要依据不同场景去使用对应的电机，工业机器人、服务机器人、协作机器人等机器人根据应用场景不同，会选不一样电机。下面主要以工业机器人、协作机器人和人形机器人为例，分析对应电机情况。

  （本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）