探索：人形機(jī)器人行業(yè)專題報(bào)告之伺服電機(jī)再探討

（報(bào)告出品方/作者：國盛證券，張一鳴,、劉高暢,、歐陽蕤）

一、電機(jī)技術(shù)日趨成熟,，伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)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(jī)逐步走向成熟

“電機(jī)”廣義上來說包括電動機(jī)、發(fā)動機(jī)和原動機(jī)等所有可實(shí)現(xiàn)電能,、機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的裝臵,，但通常情況下所謂電機(jī)指的是電動機(jī)。電動機(jī)也稱馬達(dá),，它的作用是將電能轉(zhuǎn) 化為機(jī)械能,，產(chǎn)生驅(qū)動力矩，作為用電器和機(jī)械設(shè)備的動力源,。電機(jī)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(jī)產(chǎn)生（1821-1870）,。1821 年法拉第制成了世界上 第一個實(shí)驗(yàn)電機(jī)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(yùn)動,，制成了一臺原始型旋轉(zhuǎn)磁極式直流發(fā)動機(jī)，這就是現(xiàn)在直流發(fā)電機(jī)的 雛形,。1834-1870 年期間,，發(fā)電機(jī)領(lǐng)域產(chǎn)生了三項(xiàng)重大發(fā)明和改進(jìn)，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(jī)自勵,、格拉姆提出環(huán)形繞組，此后發(fā)電 機(jī)與電動機(jī)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(jī)趨于成熟，交流電機(jī)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(dǎo)線的利用率,。1880 年愛迪生提出采用疊片鐵芯,， 進(jìn)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(jī)的廣泛應(yīng)用,，其固有缺點(diǎn)也很快暴露出來，主要問題在于遠(yuǎn)距離輸電、電 機(jī)換向存在困難,，因此 19 世紀(jì) 80 年代后,，人們注意力逐漸向交流電機(jī)方向轉(zhuǎn)移。

第三階段：交流電機(jī)誕生并不斷向前發(fā)展（1885-1890）,。1885 年加利萊奧費(fèi)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(jī)模型，1886 年移居尼古拉〃特斯拉也獨(dú) 立地研制出二相異步電動機(jī),。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(jī),，與單相和兩相系統(tǒng)相比，三相系統(tǒng)效率高,、用銅少,，電機(jī)性價(jià)比、容量體 積比和材料利用率均有明顯改進(jìn),。交流電機(jī)的研制和發(fā)展,，特別是三相交流電機(jī)的研制 成功為遠(yuǎn)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(jī)理論和設(shè)計(jì),、制造技術(shù)逐步完善（20 世紀(jì)至 21 世紀(jì)）。進(jìn)入 20 世紀(jì),， 工業(yè)的高速發(fā)展不斷對電機(jī)提出新的要求,，而自動化方面的特殊需要則使控制電機(jī)和特 種電機(jī)迅速發(fā)展。同時,，這一時期電機(jī)理論不斷豐富,，材料和冷卻技術(shù)不斷改進(jìn)，交,、 直流電機(jī)的單機(jī)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(jī)是 21 世紀(jì)電機(jī)發(fā)展方向（21 世紀(jì)至今）,。進(jìn)入 21 世紀(jì)，專用性,、 輕量化,、高性能是電機(jī)行業(yè)發(fā)展方向。在專門化的基礎(chǔ)上,，專用電機(jī)的節(jié)電潛能很大,。 而永磁電機(jī)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(diǎn)，在醫(yī)療器械、視聽產(chǎn)品,、計(jì)算機(jī),、數(shù)控機(jī)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(jī)中的小功率的空心杯電機(jī)等 微型電機(jī)開始得到各個行業(yè)的重視,。

1.2 人形機(jī)器人新增電機(jī)需求,，伺服電機(jī)在眾多分類中脫穎而出

電機(jī)種類繁多，按用途可分為動力電機(jī)和控制電機(jī)兩大類,，動力電機(jī)功率較大,，側(cè)重于 電機(jī)的啟動、運(yùn)行和制動方面的性能指標(biāo),，而控制電機(jī)輸出功率較小,，側(cè)重于電機(jī)控制 精度和響應(yīng)速度等指標(biāo)。 動力電機(jī)：按運(yùn)動方式,，可分為旋轉(zhuǎn)電機(jī)和直線電機(jī),。旋轉(zhuǎn)電機(jī)按電壓性質(zhì)分為直流電 機(jī)與交流電機(jī)，其中直流電機(jī)按內(nèi)部有無碳刷可分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)兩種,；交流電 機(jī)按結(jié)構(gòu)可分為同步電機(jī)和異步電機(jī),，按相數(shù)不同可分為三相交流電機(jī)和單相交流電機(jī)。 交流電機(jī)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(jī)為 應(yīng)用最廣的動力電機(jī)。 控制電機(jī)：根據(jù)控制方法與用途的不同,，可分為步進(jìn)電機(jī),、伺服電機(jī)、測速電機(jī),、力矩 電機(jī)（也叫直驅(qū)電機(jī)）等,，其中步進(jìn)電機(jī)是一種電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或者線位移的 電動機(jī)，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(jī)相較于動力電機(jī),，增加了控制電路，但電機(jī)部分與動力電機(jī)并無本質(zhì)區(qū)別,，仍可按動 力電機(jī)的分類方式進(jìn)行劃分,。

伺服和步進(jìn)電機(jī)是控制電機(jī)下的主要產(chǎn)品,，其中伺服電機(jī)優(yōu)勢更加明顯。步進(jìn)電機(jī)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(jī),，每輸入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一個角度或前進(jìn)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(jī)則是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝臵,，其可以控制速度,，位臵精度非 常準(zhǔn)確，伺服電機(jī)分為直流和交流伺服電動機(jī)兩大類,，其主要特點(diǎn)是當(dāng)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(yùn)動控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī),。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(jìn)電機(jī)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(jī)為閉環(huán)控制,，通過實(shí)時的閉環(huán)信號反饋來調(diào)整,，實(shí)現(xiàn)更精密的控制。綜合來講,，伺服電機(jī)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(jìn)電機(jī),，更適用于工業(yè)自動化、機(jī)器人等領(lǐng)域,， 但步進(jìn)電機(jī)具備性價(jià)比優(yōu)勢,，在一些要求不高的場合仍可使用。

人形機(jī)器人新增更多電機(jī)需求,，伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)均具備適配性,。特斯拉預(yù)計(jì)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(jī)器人產(chǎn)品,，人形機(jī)器人有望催生 更大的電機(jī)用量需求,。從電機(jī)用量來看，單臺人型機(jī)器人電機(jī)用量超 40 個,，而對于所 使用的電機(jī)產(chǎn)品而言,，具備更高控制精度并廣泛使用于工業(yè)機(jī)器人、通用自動化領(lǐng)域的 伺服電機(jī)將是未來人形機(jī)器人的主要配臵,。此外,，對于步進(jìn)電機(jī)而言,，其在人形機(jī)器人的眼睛部位具備較好適配性，目前現(xiàn)有學(xué)術(shù)研究和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,，在機(jī)器人仿生眼中使用 步進(jìn)電機(jī)是較為理想和可靠的選擇，因?yàn)榉律墼谛枰哂腥祟愐粯拥囊曈X功能,，并且 體積較小,，要求驅(qū)動攝像頭的驅(qū)動機(jī)構(gòu)具備小體積并能提供各自的兩個自由度運(yùn)動 （180°）,，而步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無位臵傳感器的位臵控制,，并保證平穩(wěn)運(yùn)行,，因此在人 形機(jī)器人眼部安裝步進(jìn)電機(jī)具備較好適配性,。

二、人形機(jī)器人大時代來臨,，伺服電機(jī)需求有望爆發(fā)
2.1 伺服電機(jī)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(jī)產(chǎn)業(yè)鏈層次明晰，稀土磁材是必備原材料,。伺服電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈涉及稀土磁材,、電 子原器件、伺服系統(tǒng)制造,、機(jī)器人等,，上游來看，伺服電機(jī)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(jī)制造過程中必需的重要原材料,。中游來看，除伺服電機(jī)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(jī)可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械,、機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)市場約 169 億元， 2017-2021 年 CAGR 約為 10%,，受到下游工業(yè)機(jī)器人,、醫(yī)療器械、電子制造設(shè)備等產(chǎn)業(yè) 擴(kuò)張的影響,，伺服電機(jī)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(dá) 15.9%,，除匯川外,，排名靠前的電機(jī) 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(dá)（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(jī)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(jī)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(jī),、舵機(jī)和空心杯電機(jī)是主要類型。普通的伺服電機(jī)主要分為 直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī),，其中直流電機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)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(jī)而言,，其還可以按照有無電刷（碳 刷）分為有刷直流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī),。

碳刷：碳刷是用于電機(jī)的換向器或滑環(huán)上,，作為導(dǎo)出導(dǎo)入電流的滑動接觸體。其導(dǎo) 電,，導(dǎo)熱以及潤滑性能良好,，并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和換向性火花的本能，幾乎所 有的有刷電機(jī)都使用碳刷,，它是有刷電機(jī)的重要組成部件,。根據(jù)有無碳刷，直流伺 服電機(jī)分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī),，有刷電機(jī)成本低,，結(jié)構(gòu)簡單，控制容易,，需要維 護(hù),，但由于維護(hù)不方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾,，為了提高直流電機(jī)的使用壽命,、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性以及降低直流電機(jī)的噪聲和電磁干擾，無刷直流電機(jī)有逐步取代有刷電 機(jī)的趨勢,。對于交流伺服電機(jī)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(jī)一種，分為同步和異步電機(jī),。

空心杯電機(jī)是直流電機(jī)的特殊形式,。伺服電機(jī)中還存在一種直流永磁的伺服控制電 機(jī)，即空心杯電機(jī),，其體積較小且效率較高,，屬于微特電機(jī)的一種?？招谋妱訖C(jī) 由機(jī)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(jī)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(jī)械能損耗。此外,，根據(jù)有無電刷,， 空心杯電機(jī)亦可分為有刷空心杯電機(jī)和無刷空心杯電機(jī)。

以空心杯電機(jī)為代表的新型電機(jī)具備高效,、輕量化,、微型化等特點(diǎn)，其亦是伺服電機(jī)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(jī)變成全 世界電機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的共識，空心杯電機(jī),、直流無刷電機(jī),、伺服電缸等電機(jī)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(jī)器人 等領(lǐng)域還將逐步滲透,。此外,，工業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)為例，近來年無刷直流電機(jī)已越來越多地替代有刷直 流電機(jī),，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(jī)的鐵芯為了安放電子 繞組，一般采用開槽設(shè)計(jì),，而鐵芯的齒槽在磁場中會產(chǎn)生齒槽轉(zhuǎn)矩,，造成電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動、振動和嗓音,，影響電機(jī)在速度控制系統(tǒng)中的低速性能和精度,。因此無槽設(shè)計(jì)的無刷直流 電機(jī)逐漸被開發(fā)出來，與傳統(tǒng)有槽無刷電機(jī)相比，其具備體積更小,、成本低,、功率密度 更高、過載能力更強(qiáng)等多個優(yōu)點(diǎn),。整體看,，我們認(rèn)為，以空心杯電機(jī),、伺服電缸,、無槽 無刷電機(jī)等為代表的新型電機(jī)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(dǎo)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(jī)器人,、家電、 汽車等領(lǐng)域進(jìn)一步加速滲透,。

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

特斯拉 Bot 即將推出,，人形機(jī)器人帶來更大想象空間。特斯拉預(yù)計(jì)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(jī)器人產(chǎn)品,。這款機(jī)器人運(yùn)用了特斯拉最先進(jìn) 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(jìn)行開發(fā)，被稱為是 2022 年最重要 的產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)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(jī)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(jì)算核心；5）脖子,、胳膊,、手、腿,、軀干累計(jì)搭載了 40 個機(jī)電傳動器,；6）搭載 多相機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)化,、自動標(biāo)記,、算法訓(xùn)練等；7）以輕量材料打造， 最高時速達(dá) 5 英里/小時,。

單臺人形機(jī)器人電機(jī)用量超 40 個,，較傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的電機(jī)用量大幅增長。從傳統(tǒng)工 業(yè)機(jī)器人看,，其可以分為多關(guān)節(jié),、SCARA、delta,、協(xié)作機(jī)器人幾大類,，我們按照其各自 的自由度（關(guān)節(jié)數(shù)量）進(jìn)行細(xì)分，多關(guān)節(jié)機(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人多以六軸為主,，單臺六軸 機(jī)器人的六個自由度對應(yīng) 6 臺電機(jī)需求,，SCARA 機(jī)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(jī),，delta 機(jī)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(jī),，同時在旋轉(zhuǎn)末端執(zhí)行器位臵配備第四臺電機(jī),，目前新一代的 Delta 機(jī)器 人一般是用直驅(qū)力矩電機(jī)取代伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)，但數(shù)量上看單臺機(jī)器人電機(jī)用量仍為 4 個,。而特斯拉 Optimus 將搭載約 40 個電機(jī),，實(shí)現(xiàn)對頸部、手臂,、手指,、軀干、腿部等 部位的控制,，電機(jī)數(shù)量較傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械人和服務(wù)機(jī)器人有大幅提升,。

工業(yè)機(jī)器人：伺服電機(jī)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(jī)器人銷量為 25.7 萬臺,，其中多關(guān)節(jié)/SCARA/delta/協(xié)作機(jī)器人占比分別為 61.9%/29.1%/6.0%/3.0%。假設(shè)各類機(jī)器人銷量占比保持基本穩(wěn)定,，預(yù)計(jì) 2025 年 我國工業(yè)機(jī)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(jī)器人和協(xié)作機(jī)器人均為六軸機(jī)器人,；2）delta 機(jī)器人均采用伺服電機(jī)而非新一代 的力矩電機(jī),；3）按照多關(guān)節(jié)/SCARA/delta/協(xié)作機(jī)器人的單臺伺服電機(jī)用量 6/4/4/6 臺進(jìn)行計(jì)算。在此假設(shè)下,，預(yù)計(jì) 2025 年我國工業(yè)機(jī)器人電機(jī)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(jī)器人：伺服電機(jī)需求量呈指數(shù)級增長，產(chǎn)業(yè)鏈迎來黃金時代,。人形機(jī)器人關(guān) 節(jié)預(yù)計(jì)在 40 個以上,，我們按照 40 個關(guān)節(jié)數(shù)量計(jì)算，對應(yīng) 40 臺電機(jī)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(jī)器人銷量達(dá)到 100 萬臺的 中性假設(shè)下,，預(yù)計(jì)對應(yīng)人形機(jī)器人電機(jī)用量達(dá)到 4000 萬臺,，較傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人電 機(jī)需求量大幅增長?？紤]到不同部位配臵的電機(jī)功率,、大小存在差異,，其價(jià)格也存 在差異,，我們假設(shè)單臺電機(jī)均價(jià) 1200 元，則單臺人形機(jī)器人電機(jī)價(jià)值量有望達(dá)到 4.8 萬元,，按 100 萬臺銷量計(jì)算,，人形機(jī)器人有望帶來 480 億的增量市場空間。

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

更加靈活的應(yīng)用場景驅(qū)動下人形機(jī)器人手指應(yīng)具備更高的自由度,。人形機(jī)器人的重點(diǎn)在 于替代人的部分工作場景，同時進(jìn)行更好的交互以輔助人進(jìn)行工作,，因此其會面臨更加 多樣化,、更加復(fù)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(jī)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(jī),。我們認(rèn)為，具備節(jié)能,、靈敏且體積較小的空心杯電機(jī)和將伺服電機(jī)與絲杠集成的模塊化產(chǎn)品電缸,，天然適配于人形機(jī)器人手指關(guān)節(jié)。

空心杯電機(jī)：優(yōu)點(diǎn)明顯,，與人形機(jī)器人完美適配,。空心杯電動機(jī)屬于微型直流永磁 伺服電動機(jī)，它可以利用永磁鐵產(chǎn)生磁場,，從而實(shí)現(xiàn)直流供電,。與傳統(tǒng)電機(jī)的不同 之處在于，空心杯電機(jī)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(jì)一是可以降低電 機(jī)質(zhì)量,，二是可以降低電機(jī)的機(jī)械損耗，便于延長電機(jī)壽命,，從根本上杜絕了因鐵 芯而產(chǎn)生的鐵耗,，提升效率?？招谋姍C(jī)可以分為無刷空心杯電機(jī)和有刷空心杯電 機(jī),，作為高效率的能量轉(zhuǎn)換裝臵，優(yōu)點(diǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)狀 態(tài)下，可以方便地對轉(zhuǎn)速進(jìn)行靈敏的調(diào)節(jié),；3）運(yùn)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,，體積小：空心杯電動機(jī)的能量密度大幅度 提高,，與同等功率的鐵芯電動機(jī)相比,，其重量、體積減輕超過三分之一,。由于空心杯電動機(jī)克服了有鐵芯電動機(jī)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(jī)器人,、仿生義肢等,，空心杯電機(jī)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(jī)器人而言,，空心杯電機(jī)除 快速響應(yīng)外,，體積小,、重量輕、節(jié)能等各種特點(diǎn)都符合人形機(jī)器人需要,，隨著人形 機(jī)器人大時代來臨,，空心杯電機(jī)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(jià)比優(yōu)勢明顯,。由于空心杯電機(jī)屬于微特電機(jī) 的一種，而微特電機(jī)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(kuò)散逐步向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移,，因此我國的空心杯電機(jī)產(chǎn)品較國外還存在一定差距,。 從微特電機(jī)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(jī)領(lǐng)域,，日本企業(yè)相對領(lǐng)先,，其中硬盤主軸電機(jī)是技術(shù)含量較高 的微電機(jī)，Nidec（電產(chǎn)）,、inebea（美蓓亞）都是代表廠商,，手機(jī)用線性震動電機(jī) 僅 SEMCO（三星電機(jī)）等少數(shù)企業(yè)可以供貨。在汽車微特電機(jī)領(lǐng)域,，同樣是日本 企業(yè)主導(dǎo)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(jī)作為電機(jī)的新的發(fā)展方向,，國外廠商也紛紛加強(qiáng)產(chǎn) 品布局，如 Maxon（瑞士）,、Faulhaber（德國）等著名微電機(jī)廠商都已經(jīng)大量申請 空心杯電機(jī)相關(guān)的專利技術(shù),。目前，國內(nèi)廠商在微特電機(jī),，尤其是空心杯電機(jī)領(lǐng)域 開始奮起直追,，不斷加速國產(chǎn)替代，從價(jià)格上看,，國內(nèi)廠商微特電機(jī)產(chǎn)品價(jià)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(jià)比優(yōu)勢凸顯。

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

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

動力問題是機(jī)器人的核心問題，波士頓動力采用液壓執(zhí)行器進(jìn)行輔助驅(qū)動,。波士頓動力 早期機(jī)器人主要是電機(jī)通過齒輪驅(qū)動連桿機(jī)構(gòu),，對于沒有載荷要求的機(jī)器人而言足夠， 但 BigDog 這類以內(nèi)燃機(jī)為動力且需搭載較大負(fù)荷的機(jī)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(jì)方案無法滿足,。為了提高機(jī)器人運(yùn)行的效率,、減小功率消耗以及提高運(yùn)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(dāng)?shù)囊簤夯螂妱又苿悠?，使得機(jī)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(jī)器人產(chǎn)品需求導(dǎo)向,。伺服電缸是 將伺服電機(jī)與絲杠一體化設(shè)計(jì)的模塊化產(chǎn)品，將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn) 動,。伺服電缸通過結(jié)構(gòu)上的改造將伺服電機(jī)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(shí)現(xiàn)高精度直線運(yùn)動,。從優(yōu)點(diǎn)上看,，伺服電缸能夠快 速與 PLC 等控制系統(tǒng)連接,，實(shí)現(xiàn)高精密運(yùn)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(hù)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(jī)械自動化行業(yè),， 焊接行業(yè)等各領(lǐng)域,。對于人形機(jī)器人而言，伺服電缸的節(jié)能,、輕量化特點(diǎn)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(dǎo)向，也符合人形機(jī)器人產(chǎn)品未 來的要求,。

伺服電缸契合人形機(jī)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(yùn)動控制的特點(diǎn)符合人形機(jī)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(diǎn)符合當(dāng)前用戶端對人形機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人所需伺服電缸數(shù)量 為 6 臺,，中性假設(shè)人形機(jī)器人銷量達(dá)到 100 萬臺,，對應(yīng)空心杯電機(jī)需求量為 600 萬 臺。

三,、重點(diǎn)公司分析
3.1 江蘇雷利：中高端微特電機(jī)領(lǐng)軍企業(yè)

公司是全球家用微特電機(jī)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(shí)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(jī)供應(yīng)商。公司借鑒海外龍頭經(jīng)驗(yàn),，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(shí)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(shí)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(jī)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(jī)及組件,，包括空調(diào),、冰箱、洗衣機(jī)等電機(jī)和組件,，2021 年家用電機(jī)及組件（空調(diào)+冰 箱+洗衣機(jī)）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(jī),、無刷 電機(jī)及組件,，主要應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的閥門電機(jī)等，2021 年實(shí)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(jī)及沖壓件，醫(yī)療及運(yùn)動健康電機(jī)及組件 主要為絲桿電機(jī),、跑步機(jī)電機(jī)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(jìn)電機(jī)龍頭,，加碼無刷電機(jī)打造解決方案供應(yīng)商

公司是全球領(lǐng)先的電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)制造商,，在步入電機(jī)、伺服系統(tǒng),、無刷電機(jī),、空心杯 電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)等方面實(shí)現(xiàn)了深入布局。其中混合式步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)的壟 斷。從股權(quán)結(jié)構(gòu)看,，公司實(shí)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(jī),、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(yùn)動控制領(lǐng)域二十余年,，業(yè)績增長穩(wěn)健,， 2017-2020 年?duì)I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(jī)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(shí)現(xiàn)營業(yè)收入 27.1 億元,，同 比增長 22.7%,；實(shí)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(jī)，公司著力打造電機(jī)與絲杠一體化設(shè)計(jì)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(jī)的新增產(chǎn)能項(xiàng)目”,，項(xiàng)目達(dá) 產(chǎn)后將形成新增年產(chǎn) 227 萬臺高標(biāo)準(zhǔn)無刷電機(jī)的生產(chǎn)能力,，預(yù)計(jì)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(jī)業(yè)務(wù)實(shí)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(jī)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(jī)與絲杠一體化 設(shè)計(jì)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(diǎn)行業(yè),，努力擴(kuò)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(shí)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(yùn)動控制 器+電機(jī)驅(qū)動器+控制電機(jī)+精密直線傳動系統(tǒng)”的組合形成了完整的運(yùn)動控制業(yè)務(wù)系統(tǒng),， 標(biāo)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(biāo)邁進(jìn)。

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精選報(bào)告來源：【未來智庫】,。