电机行业分析：发展现状、国产替代机遇、产业链及相关公司

电机是一种将电能转换为机械能的装置。大多数电机通过电流在导线绕组中与磁场的相互作用来产生扭矩，作用在电机轴上形成力。电机应用场景众多，在消费市场、工业、车载等都有应用。

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电机行业概述

1.电机定义及组成

电机是一种利用电与磁相互作用从而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，各类型的电机广泛应用于我国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，使人们能够利用热能、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乡居民提供所需电能；特种电机主要是指使用环境、生产工艺、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，不同类型电机结构虽然不同，但一般都是由三大部分组成，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。

2.电机分类

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。

（1）按照应用领域分为动力电机和控制电机

动力电机输出功率较大，注重电机的驱动、运行及制动性能，主要应用于汽车、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。

1）动力电机

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，其优势在于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。其主要应用于自动控制系统、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。

2）控制电机

按照控制方式进一步分为步进电机、伺服电机、力矩电机。

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。其结构简单但效率和精度较低，多用于办公自动化、通信设备、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，使得驱动器可以根据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，主要适用于半导体、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。

（2）按照电源类型分为直流电机和交流电机

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。

1）直流电机

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，为使转子转动需要不断改变电流方向。

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。其优势在于启动快速、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存在摩擦，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。无刷电机的优势在于故障率低、使用寿命长、运行时间和电压比较稳定。

2）交流电机

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。而同步电机主要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。

02

海外电机厂商复盘及我国电机行业发展现状

Maxon motor（简称“maxon”）是一家全球范围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处于全球领先地位。该公司在全球范围内约有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.MAXON的发展可以分为三个阶段

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）快速发展期（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。

2.国内电机行业现状

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以分为消费级、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对较高，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，可以用于机床、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，毛利率相对较高，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，公司拥有行星齿轮箱、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发展历程，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，这将给国内企业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，可以应用于航空航天、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。

03

电机行业产业链

1.电机行业产业链梳理

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。

上游行业中的原材料价格变动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，这些行业的技术工艺成熟、市场竞争充分、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。下游电机产品广泛应用于国民经济的各个领域，特别是大中型电机，广泛应用于冶金、水利、石化、建材、风电等行业。相关产业的快速发展，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企业数量相对较高。

2.磁性材料是电机主要原料之一，对电机性能影响较大

（1）电机一般使用磁性较强的材料，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在于矫顽力不同。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。

（2）矫顽力越高，材料越不容易退磁

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，可以起到电能参数变换，提高磁性元件效率并节省空间的作用，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。

（3）钕铁硼性能较好，渗透率有望提升

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。磁能积较好也意味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，需要通过添加钴等其他元素来改善温度性能，价格相对较高。

（4）国内驱动电机原材料具有明显优势

从原材料看，钕铁硼永磁材料属于我国优势资源，硅钢也基本可以用国产产品替代，作为我国传统制造业，定转子生产厂商众多，总体来看国内驱动电机原材料具有明显优势。

3.编码器

（1）编码器的分辨率和精度与电机运动控制性能有着密切的联系

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。

（2）编码器分类

编码器种类繁多，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，伺服电机编码器可主要分为光电编码器、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，从而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进行测量。磁性材料角度或者位移的变化会引起一定电阻或者电压的变化，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，价格优势相对明显。

（3）编码器国产化进行时，看好国内企业突破高端编码器

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，有特殊的封装工艺要求，是国产化的壁垒。

04

机器人行业蓄势待发，国内厂商相关机遇

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以分为伺服电机、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，主要应用在工业机器人、CNC系统对精度要求较高的场合。

机器人需要根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，会选择不同电机。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。

1.工业机器人：伺服电机系统是机器人“心脏”

工业机器人指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，在工业生产加工过程中通过自动控制来代替人类执行某些单调、频繁和重复的长时间作业，主要包括焊接机器人、搬运机器人、码垛机器人、包装机器人、喷涂机器人、切割机器人和净室机器人。工业机器人在机械结构上有类似人类的行走、扭腰、大臂、小臂、手腕、爪子等部件，由计算机控制。工业机器人广泛应用于电子、物流、化工等工业领域。按照机械机构分类，工业机器人可以分为线性机器人（又叫直角坐标机器人）、多自由度机器人（又叫多关节机器人）、并联机器人（又叫delta机器人）和水平多关节机器人（又叫scara机器人）等。

工业机器人对精度要求较高，一般使用伺服电机，伺服系统成本在机器人中的占比为25%。伺服系统作为工业机器人核心零部件，可以将控制层指令准确、及时、稳妥地传送到执行层。

2.协作机器人：轻量化设计背景下，无框电机成首选

协作机器人追求轻量化、人机相互。协作机器人是在SCARA机器人以及垂直多关节机器人等机械结构基础上衍生出的新类型。协作机器人除在外观形态上与传统工业机器人有些差别外，在产品特性上也区别于传统工业机器人追求的“刚度”，协作机器人更多追求轻量化、柔性和安全协作性。此外在结构特点、交互方式、部署成本以及应用场景等方面与传统工业机器人也存在一定的差距。

协作机器人具有紧凑小型化、轻量化特性，因此选择更加紧凑、高效率的电机方案。协作机器人与传统工业机器人在构造上有一定差异，协作机器人通常采用整体式的无框电机，采用关节一体化技术。无框电机只由定子和转子两个部分组成，相较于传统电机，去除了轴、轴承和外壳，使其体积更小、结构更紧凑，易于维护，并便于被高度集成到协作机器人本体的中空结构内，从而提高其机械性能。除了伺服电机外，协作机器人通常还使用体积小、重量轻的谐波减速机。

随着未来机器人小型化的发展，协作机器人关节中狭窄的安装空间和末端力矩的要求显著增高，对无框电机本身性能的挑战也不断提升。

3.人形机器人：全新市场带来新增量

人形机器人运动离不开驱动器，目前驱动器方案可以分为刚性驱动、弹性驱动和准直驱。双足人形机器人关节运动特点和人类关节运动类似，运动速度较快、机动性较好，因此相比其他驱动器，人形机器人驱动器需要具有高功率密度、高响应性、高能量利用效率和耐冲击性等特性。

目前人形机器人电动驱动器方案可以分为三类：

1）刚性驱动：1983年，早稻田大学研究的WL－10R机器人使用刚性驱动器TSA。自此双足人形机器人开始广泛应用刚性驱动器为关节动力源。刚性驱动器主要由电机、高传动比减速器、编码器、力矩传感器和控制板等组成（力矩传感器是可选择项）。相比其他方案，刚性驱动较为成熟，但能量效率相对较低一些

2）弹性驱动：1995年，麻省理工学院的Pratt等提出了弹性驱动器SEA(serieselasticactuator)的概念。美国宇航局的机器人Valkyrie和意大利技术研究院的机器人WalkMan都使用了弹性驱动器。弹性驱动器通过增加弹性单元来模拟肌肉系统功能，可以缓冲外部冲击和储能，使关节表现出柔顺、安全和高能量效率特性。但由于弹性元件引入，系统变为欠驱动系统，因此运动控制精度较低。

3）准直驱驱动：2016提出了准直驱方案，准直驱驱动器含义是依靠驱动器电机开环力控，不依赖于附加力或力矩传感器，就可以本体感知机器人脚部和外界的交互力，也被称为本体驱动器。一般方案是采用电机加低传动比减速器的方案，同时要求负载质量和转动惯量尽可能地小，这样可以实现高带宽力控和良好的抗冲击能力。准直驱驱动器主要由高扭矩密度电机、低传动比减速器、编码器和控制板等组成。相比其他方案，运动控制系统较为复杂。

特斯拉人形机器人在方案方面偏好刚性驱动方案，其一体化关节（旋转关节）类似协作机器人设计，无框力矩电机是核心，利用高转速电机+高减速比减速器实现快速响应。以协作机器人为例，一体化机器人关节主要由扭矩传感器、谐波减速机、力矩电机、制动器、增量编码器、绝对值编码器和伺服驱动器组成。一体化机器人关节采用无框力矩电机，电机定子与关节壳体之间一般通过耐高温树脂胶粘接或过盈配合连接。电机转子与电机轴之间一般通过树脂胶粘接。无框力矩电机的大直径长度比和多磁极对保证了电机的大扭矩输出性能和低转速特性，其转子中空结构，方便关节的内部走线。

人形机器人需要完成复杂的工作，对手部“灵巧性”提出需求。目前灵巧手的传动方式有很多，常见的有齿轮传动、连杆传动和腱传动等多种方案。腱传动使用钢丝绳模仿人手的肌腱部位，将驱动器外置于手掌或者手臂处，用腱绳实现远距离传动，精简了手指处的结构设计，相对齿轮和连杆，钢丝绳的重量和摩擦更小，推测特斯拉人形机器人采用的是经典的六电机+金属腱绳方案。

人形机器人采用集成化方案，对轻量化、紧凑结构追求较高，手部采用轻量高效的空心杯电机，身体部位采用无框电机等构成的一体化关节。特斯拉Optimus共有28个运动关节，包括三种旋转执行器和三种线性执行器：其中旋转关节采用电机+传感器+谐波减速器的方案；而线性关节采用电机+丝杠+传感器（从形态上，我们推测是无框电机）；特斯拉机器人灵巧手采取了折中的方案，使用较为经典的六电机驱动方式，拇指采用双电机驱动弯曲和侧摆，其它四指各用一个电机带动，电机采用蜗杆传动机构。从数量来看，共12个驱动，手指部分我们推测是空心杯电机+驱动装置+传动装置构成。

机器人电机市场占电机市场约1%，增速相对较快。Skyquest预计2021年全球机器人相关电机规模为11亿美元，2030年有望达到28亿美元，复合增速达13.4%。根据Fortune Business Insights公布的数据，2021年全球电机市场规模约为1139亿美元，机器人相关电机市场份额约1%，但增速相对较快。

人形机器人有望复制特斯拉新能源车成长道路，较快实现大规模量产。

特斯拉新能源汽车第一个五年突破10万销量，第二个五年达到百万销量，展示了特斯拉较强的量产能力。我们认为有望人形机器人复制特斯拉新能源汽车0-1的过程，有望在初步量产后快速上量。目前方案下人形机器人身体拥有28个无框电机，手部对应12个空心杯电机，假设人形机器人量产后，无框电机价值量为800元/个，空心杯电机1000元/个，则100万人形机器人对应电机市场空间约为344亿元。

国内企业加速推进人形机器人相关项目+落地场景逐渐清晰，看好人形机器人加速落地：

1）国内企业纷纷入局机器人项目，近期傅利叶智能发布了最新研发的通用人形机器人GR-1，GR-1是国内领先的自主研发、可商业化落地的人形机器人产品，展示了机器人直腿行走、敏捷避障等功能，国内人形机器人推进迅速。此外，华为、字节跳动也入局机器人业务；腾讯RoboticsX实验室发布了灵巧操作研究成果，并推出自研机器人灵巧手“TRX-Hand”和机械臂“TRX-Arm”。我们认为国内多家企业入局机器人相关环节，有望加速人形机器人落地。

2）人形机器人有望在工厂场景落地。2023年二季度业绩说明会上，特斯拉CEO埃隆•马斯克公布了备受关注的特斯拉人形机器人Optimus的最新进展。马斯克表示，特斯拉已经生产了10台人形机器人。预计在今年11月份进行行走测试，计划明年在特斯拉工厂进行实用性测试。

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突破壁垒，国产替代进行时

上面已经提及人形机器人行业蓄势待发，而国内厂商正努力奋发突破高端电机壁垒，那么，具体从哪些方面能够实现国产替代呢？

1.伺服电机：进军中高端市场，国产替代进行时

（1）伺服电机

伺服电机系统是工业自动化控制设备主要的动力来源之一，伺服系统主要由伺服驱动器、伺服电机和编码器组成，编码器通常嵌入于伺服电机。

伺服系统可通过闭环方式实现精确、快速、稳定的位置控制、速度控制和转矩控制，主要应用于对定位精度和运转速度要求较高的工业自动化控制领域。从原理来看，伺服系统由伺服驱动器发出信号从而驱动伺服电机转动，同时编码器将伺服电机的运动参数反馈给伺服驱动器，伺服驱动器再对信号进行汇总、分析、修正。整个工作过程通过闭环方式精确控制执行机构的位置、速度、转矩等输出变量。从成本构成上看，驱动器成本占比42%；电机占比约35%；编码器由码盘、光源和接收器组成，成本占比约为11%。

从分类来看，伺服电机系统可以分为通用伺服系统和专用伺服系统，两种伺服电机系统在产品技术、应用领域等方面存在差异。通用伺服系统下游应用广泛，包括电子及半导体、机床、机器人、包装、纺织、塑料、纸巾等。专用伺服系统根据不同行业需求定制化开发，提供专业化产品，主要为交流电伺服以外的其他品类伺服，其市场规模较小。其下游应用领域包括风力发电、矿山机械、缆车索道、电梯等。

（2）市场空间

从市场规模来看，2022年前三季度通用伺服市场规模为173.3亿元，同比下滑3.45%，主要受到2022年传统制造业景气度较弱以及国内疫情影响。从国产化率来看，国内伺服厂商以较短的货期和充足的备货扩大自身竞争优势，市场份额均实现增长。近年来通用伺服国产化率逐年攀升，2021年行业国产化率达到23.57%，2022年前三季度提升至30.51%。

2.空心杯电机：绕线是核心壁垒，看好国内企业突破绕线壁垒

（1）空心杯电机

空心杯电动机属于直流永磁的伺服、控制电动机，也可以将其归类为微特电机。空心杯电机主要由后盖、接线端子、电刷端盖、电刷、换向器、杯形绕组（转子）、转轴、垫圈、滑动轴承、外壳、磁铁（定子）、法兰、定位环组成。定子由永磁体、壳体、法兰组成。外壳提供了恒定的磁场，使电机无铁损耗。没有软磁性牙齿。所产生的转矩是均匀的，即使在低速情况下也能运行平稳。在较高的速度下，电机能减少振动，减少噪音。

分类方面，空心杯电机可以分为有刷和无刷两种，有刷空心杯电机转子无铁芯，无刷空心杯电机定子无铁芯：

1）有刷空心杯电机

空心杯直流有刷微电机采用机械换向，磁极不动，线圈旋转。电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是通过随电机转动的换向器和电刷来完成的。在转动的过程中会摩擦碳刷，造成损耗，需要定期更换碳刷。碳刷与线圈接线头之间通断交替，会发生电火花，产生电磁波，干扰电子设备。

2）无刷空心杯电机

无刷空心杯直流电机采取电子换向，线圈不动，磁极旋转。无刷空心杯直流电机，是使用一套电子设备，通过霍尔元件，感知永磁体磁极的位置，根据这种感知，使用电子线路，适时切换线圈中电流的方向，保证产生正确方向的磁力，来驱动电机。因为是自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。

相比普通电机，空心杯电机不含铁芯，提升了电机的性能。

空心杯电机具有能量转换效率较高，起动、制动迅速，响应较快和运行稳定性可靠，转速的波动较小等优势，因此适合需要快速响应的系统，如导弹飞行方向快速调节，高倍率光驱的随动控制，快速自动调焦，高灵敏的记录和检测设备，工业机器人，仿生义肢等。在特斯拉人形机器人中，空心杯电机可以运用在手部，从而满足手部运动的快速响应需求。

由于空心杯电动机避开了有铁芯电动机多种技术弊端，，使其具备了广阔的应用领域。尤其是随着工业技术的飞速发展，对电动机的伺服特性不断提出更高的期望和要求，使空心杯电动机在很多应用场合拥有不可替代的地位。空心杯电机的应用场景包括：

1）需要快速响应的随动系统。如导弹的飞行方向快速调节，高倍率光驱的随动控制，快速自动调焦，高灵敏的记录和检测设备，工业机器人，仿生义肢等，空心杯电动机能很好地满足其技术要求。

2）对驱动元件要求平稳持久拖动的产品。如各类便携式的仪器仪表，个人随身装备，野外作业的仪器设备等，同样一组电源，供电时间可以延长一倍以上。

3）另外还有光学仪器、医疗设备、机器人等，细分应用有牙科设备、微型泵、红外镜头、移液模块、电动夹爪、机器人手、点胶阀、手术工具等。

空心杯电机常用的线绕组电枢有直绕组、斜绕组、菱形绕组三种，核心壁垒是绕线。空心杯电机常用的线圈绕法有直绕形、马鞍形、斜绕形三种形式。其中，直绕形绕制方法工艺较为复杂，多用于较长绕组结构，常为多次绕制而成。斜绕形和马鞍形在绕制工艺上相对简单，国内外绕线机多采用这两种方式。欧洲著名品牌Faulhaber电机采用的是斜绕形线圈，瑞士Maxon电机采用马鞍形绕制方法，有着较为优越的性能。

生产空心杯电机的关键在于线圈的绕制。需要将自粘漆包线紧密排列，最终绕成一个规则的杯状结构。空心杯电机的绕制方法分为三种，自动化生产技术门槛较高：1）人工绕线，通过复杂的工艺，包括插针、手动卷线、手动排线等步骤进行生产；2）半自动化生产，卷绕式生产技术是半自动化生产，首先将漆包线顺序绕到横截面为菱形的主轴上，达到需要的长度后将其取下，然后压扁成线板，最后将线板卷绕成杯状的线圈，此生产方式工艺比较繁琐，工人劳动强度大，废品率高；3）一次成型自动化生产技术，通过自动化设备将一根漆包线按规律绕到一主轴上，线圈卷绕成杯状后取下，完成一个线圈的绕制。

（2）海外厂商占据绕线机主导地位

在绕线机厂商上，瑞士的Meteor公司是世界上有着较高占有率的绕线机供应商，伺服电机来实现线圈的精密排线+CNC数控技术进行精准控制，确保了绕线机绕线精度；而日本田中精机株氏协会，第一个将计算机控制用于全自动绕线机上，发明了磁铁无摩擦张力器，研发出CNC可翻转的多轴绕线设备。

（3）国内厂商有望突破绕线机壁垒

1）根据田中精机招股说明书，田中精机全资子公司田中日本无偿受让日本田中精机株氏与绕线机相关的专利与商标，拥有绕线相关技术，有望在空心杯绕线机上实现突破；2）江苏雷利及控股子公司鼎智科技围绕“编码器+控制器+空心杯电机+精密齿轮箱”产品，不断加大研发投入，研发绕线机相关产品。

海外厂商如瑞士的MAXON、德国Faulhaber等企业深耕行业多年，行业地位较高。国内企业相较海外厂商仍存在一定的技术差距，未来潜在发展空间大，主要原因是：1）相比普通电机，空心杯电机由于少了铁芯支撑，对线圈要求较高；2）国内厂商更注重成本控制，缺乏对高端技术的投入，导致技术水平相对滞后，同时在减速器等机械件上依然在追赶海外企业。

在高端微型电机上，国内企业与海外依然存在差距，但以鸣志电器、江苏雷利为主的国内企业也在不断进步，依托国产企业降本能力，有望在这块市场取得相应进展。

（4）国内企业持续布局，有望打开高端空心杯市场

以鸣志电器和鼎智科技产品为例，国内企业空心杯产品已经可以应用在军工、医疗、半导体等高端领域，且可以定制不同规格产品，并可以以“编码器+控制器+空心杯电机+精密齿轮箱”方案形式提供产品。工控领域头部企业伟创电气也切入机器人板块，布局空心杯电机、无框电机等产品，其他微传动头部企业兆威机电也有相应积淀。叠加国产绕线机器持续突破，国内相关企业加速突破空心杯电机壁垒，有望打开高端空心杯电机市场。

3.无框电机：国产企业有望凭借性价比优势加速突破

（1）无框电机

无框电机可以将定转子部件直接装配在机器中，便于终端产品的高度集成化，缩小体积。无框架电机是传统电机中用于产生扭矩和速度的部分，但没有轴、轴承、外壳或端盖。无框电机只有两个部件：转子和定子。转子通常是内部部件，由带永磁体的旋转钢圆环组件构成，直接安装在机器轴上。定子是外部部件，齿轮外部环绕钢片和铜绕组，以产生紧密攀附在机器壳体内的电磁力。

无框电机通常安装在先进的机器中，具有结构紧凑、易于维护等优势，可以提升机器性能。

无框电机可以运用在多种机器人和自动化领域，包括机器人、医药、机床、包装、印刷、加工和通用自动化。在人形机器人领域，无框电机也有望发挥自身结构紧凑、性能较高的优势，在机器人四肢等领域应用。

机器人需要无框电机具有较强的过载能力、高响应能力和可靠性。机器人诸如行走、跑、弹跳等动作均由机器人关节电机驱动产生。机器人关节电机作为机器人的核心硬件，直接决定机器人的重要性能。机器人对电机总体要求为质量轻、体积小、扭矩大。比如机器人在快跑、弹跳时，需要电机具有瞬时爆发式功率输出能力，因此关节电机需具备高过载能力、高动态响应能力；另一方面，在复杂工况下，对关节电机提出高可靠性的要求。美国科尔摩根TBM(S)系列无框电机、德国TQ公司研制的ILM系列无框电机、Aerotech公司研制的高性能无框力矩电机等在机器人关节电机上应用较多。

转矩密度和转矩波动要求较高，一体磁钢有利于提升无框电机效率、节省空间。机器人关节的核心部件为关节永磁力矩电机，力矩电机的高转矩密度和低转矩波动是实现机器人关节轻量化和高精度运行的基础。传统拼接式磁瓦型永磁体存在较大漏磁的情况，降低了电机效率和气隙磁密，从而降低了关节电机的转矩密度。

永磁电机磁环大多数应用拼接瓦形磁体或者磁环粘结的结构:1）因为粘接剂等非磁性相的出现，磁环粘结的磁功能相当低；2）瓦形烧结磁体加工程序长，材质耗费很大，磁极拼接缝隙漏磁相当大；3）基于全密度辐射取向Nd-Fe-B整体永磁环而言，它的磁化取向呈辐射状，从而在磁环内外两端构成N极以及S极，它能够替代众多传统的方形或者瓦形磁体，精简电机安装流程，提升安装精确度，加大了电机运转的平稳性，合理缩减元件体积并提升其性能，实现了提升效率、节省耗能的意图。

以科尔摩根一体式磁钢产品为例：1）提升功率密度，新一代TBM2G无框电机较上一代TBM产品相比，功率提升70%以上，功率密度提升80%以上，从而转矩提升可高达45%；2）内径增大，转矩臂直径得以增加，并且也进一步提升了电机内部的宝贵空间。

（2）无框电机市场规模

根据Market Research数据，2022年全球无框力矩电机市场规模为6.69亿美元，2029年预计将达到12.17亿美元，Kollmorgen，Moog，Maxon Motor，BEIKimco，Woodward和Shinano Kenshi等企业在市场占据优势地位，国产厂商如步科股份有望借助国产产业链成本优势，在市场份额上取得突破。

（3）国内产品性能逐步接近海外企业产品，市占率有望提升

以步科股份与科尔摩根60mm左右的转子内径产品对比，可以发现国内头部企业产品过载能力、额定转矩等部分性能已经逐步接近海外产品。在此情况下，国产品牌有望凭借价格优势提升市占率。

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相关公司

人形机器人有望拉动机器人相关电机市场快速增长，驱动国产电机突破中高端电机市场。可关注汇川技术、旭升集团；空心杯电机和步进电机头部企业鸣志电器、兆威机电；工控领先企业伟创电气、无框电机制造商步科股份等。

1.汇川技术

2022年公司的工业机器人业务（含上海莱恩）实现销售收入5.61亿元，同比增长54.96%。且毛利率持续走高，主要系公司工业机器人的核心部件除了减速机外，电控系统、伺服系统、丝杠、本体均已实现自制，具有较好的成本控制和定制化能力。2022年，公司工业机器人业务毛利率达49.2%，较2020年提升16pct。

公司市场份额稳定增长，22年公司工业机器人国内市占份额为5.2%，同比增长1.1pct，排名第七，在国产中排名第二；其中SCARA机器人在中国市场的份额为17.0%，同比增长4.4pct，排名第二，仅次于爱普生（25%），且为内资品牌第一。

在新产品方面，22年公司根据行业及客户需求变化，全面升级了SCARA机器人、桌面型小六关节机器人；布局并推出了R220系列220公斤负载大六关节机器人，助力锂电、汽车电子等行业自动化升级。此外，公司对基础工艺平台进行强化，提升了工艺类产品、解决方案的竞争力。

公司在工业机器人方面的优势可归结为渠道和成本两方面。在渠道方面：1）公司聚焦3C、新能源等相关行业，提升与行业大客户、大终端的战略合作深度，收获了大项目、扩大了市场份额。2）强化与通用自动化行业线合作，初步孵化了若干个新行业、区域，培育更多支柱型行业。3）通过区域线运作模式，培育了一批工业机器人应用合作渠道。同时，通过渠道培训，提升平台型渠道的数量和份额。在成本方面，得益于核心部件自制和公司高效的内部运营：1）启动南京汇川江宁基地建设项目，持续扩产提升规模效应。2）升级铸件等核心物料的供应平台，持续提升经营效率和管理质量。3）优化预测管理和生产模式管理，提高生产效率，实现交付目标和降本目标。

2.旭升集团

公司成立20年来深耕铝合金零部件行业，是业内少有的同时掌握了压铸、锻造、挤出三大铝合金成型工艺的企业。公司主要业务包括汽车类、工业类、模具类等，其中核心业务为新能源汽车领域，2022年汽车类业务占比已突破90%，产品实现多类别覆盖，包括传动系统、控制系统、悬挂系统、电池系统等。此外，公司依托在铝合金零部件领域的技术积淀和经验积累，实现业务横向拓展，发展了储能类的金属结构件、消费类的铝瓶等新业务。

公司业务发展经历了业务主导由工业类向汽车类转型、客户结构由依赖特斯拉到多客户共同贡献的两方面结构性变化。从公司发展历程和营业收入贡献的变化，可以将公司的发展划分为三个阶段：1）2014年以前：工业类产品收入为主，期间持续精进技术并积累经验；2）2015-2017年：与特斯拉的合作关系不断深入，逐渐从配件加工供应商升级到共同设计、研发和加工供应商，伴随着特斯拉多款车型陆续落地放量，公司汽车业务进入增长期；3）2018年至今：2018年之前，特斯拉带动了公司汽车类业务大幅提升，但同时公司也面临下游客户集中度高的风险。2018年以来，得益于新能源汽车行业的爆发式增长以及下游客户如采埃孚、长城汽车、北极星等持续放量，汽车类成为公司核心业务，结构持续改善。

横向拓展户储、铝瓶行业，贡献业绩增量。户用储能具有用电积极性、稳定、改善电网负荷等优势，在地缘政治、政策补贴等因素刺激下，全球户用储能迎来爆发增长期。公司依托铝合金零部件领域的技术沉淀和经验积累，开发了储能配套金属结构件并获得客户定点。铝瓶具有耐腐蚀、可回收、经济环保等优点，下游应用广泛，公司成立相关子公司、获得多项相关专利，并获得欧洲某快消行业铝瓶定点。户储、铝瓶等行业是公司在基础业务上凭借自身优势实现的横向拓展，后续有望为公司贡献业绩增量。

3.鸣志电器

鸣志电器是全球领先的电机及驱动系统制造商，在步进电机、伺服电机、空心杯电机及前述电机的驱动系统等方面实现了深入布局，同时掌握了运动控制领域的控制电机研发、驱动控制、尖端制造、产品系统集成等技术，核心优势明显。

22年业绩短期承压，长期增长趋势稳定。22年鸣志电器实现收入29.6亿元，同比+9.05%，增速放缓；归母净利润2.47亿元，同比-11.58%，主要系疫情防控停工停产所致。长期来看，公司增长趋势稳定，17-22年收入、归母净利润复合增速分别为12.7%和8.27%。

17-22年，控制电机及其驱动系统产品为鸣志电器最主要的业务板块，此板块的营收占比稳定增加，22年已接近80%。

差异化竞争提高产品竞争优势。鸣志电器立足于应用的高技术领域、高附加值领域和新兴市场，通过与国内外主要客户的广泛磨合与认证，与全球客户之间培养长期、稳定的战略供应链，充分发挥鸣志电器产品的品牌美誉度。鸣志电器产品重点布局高端应用领域，以满足各种应用的设计需求为出发点，特别是满足客户对各种严酷使用场景的苛刻要求。鸣志电器在全球最主要的工业区设立分支机构，现已在国内设立了11家办事处，在美国、意大利、新加坡、日本、德国分别设立了公司，业务已经覆盖北美、欧洲、东亚及东南亚的主要国家和地区。

4.兆威机电

微型传动系统领先供应商，下游应用多点布局：公司深耕微传动系统，立足核心精密齿轮制造能力向微驱动系统拓展，凭借“一站式”解决方案持续开拓多领域应用，获得了下游行业知名企业的广泛认可。过去几年，公司受产品结构调整、宏观冲击、研发投入等多因素影响业绩承压，2022年前三季度公司归母净利润1.03亿元，同比下滑21.71%。未来，公司将重点聚焦汽车电子、智慧医疗、AR/VR、工业装备等领域的开拓，传统通信业务预计稳健，整体业绩有望迎来拐点，重回增长趋势。

XR方兴未艾，积极布局创新前沿：2023年作为苹果MR入局下的硬件大年，行业有望重回高增长趋势。根据我们测算，2026年XR产品微传动系统潜在市场空间或达26.9亿元。公司积极布局XR瞳距调节所用微传动系统，已被国内龙头PICO所采用并量产出货，未来有望被苹果MR等更多终端采用，公司凭借先发优势与精密制造能力所构筑的壁垒，长期有望在XR微传动系统市场中占据重要地位。

智能汽车长坡厚雪，微传统系统望迎价量齐升：2022年全球智能汽车累计销售465万辆，累计渗透率22.5%，其中新能源汽车智能化累计渗透率46.09%。汽车智能化带动微传动系统价量齐升，公司产品覆盖智能屏、门把手、尾翼、尾门等20余环节，单车价值量合计有望达到千元级别。公司凭借自身行业Know-How沉淀，与博世、比亚迪、长城及其他国内主要汽车合作稳固，未来随着新客户、新产品的持续拓展，该领域有望成为公司重要成长驱动之一。

5.伟创电气

伟创电气：聚焦工控细分赛道，发展步入快车道。公司前身深圳伟创成立于2005年，自设立以来一直专注于电气传动和工业控制领域，业务遍及多个国家和地区。公司的产品种类丰富，主要包括0.4kW至5600kW的变频器、50W至200kW的伺服系统、运动控制器、PLC和HMI等，广泛应用于起重、矿用设备、轨道交通、光伏扬水、石油、化工等多种行业。

工控行业拐点将至，国产替代加速进行。2022年中国工业自动化产品和服务整体市场规模达到2629亿元，制造业的逐渐复苏带动主要工控产品需求增长，整个工控市场未来仍有较大的成长空间。国产品牌凭借快速响应、成本、服务等本土化优势不断缩小与国际巨头在产品性能、技术水平等方面的差距，市场份额逐渐增长，工控行业正进入一个国产品牌全面替代进口品牌的快速发展阶段，国内厂商市场占有率将不断提高。变频器、伺服、PLC作为工业控制的代表性产品，下游应用领域广泛，在新兴行业如新能源、半导体的推动下市场规模均快速增长。但同时海外龙头厂商凭借自身优势占据主要市场份额，国产替代需求迫切。

立足优势产品，聚焦机器人核心零部件国产突破。通过多年技术攻关和产业化建设，公司在低压变频器等细分市场取得了较强的产品竞争力，市场份额逐年提升。在巩固自身优势产品基础上，公司向伺服系统和控制系统拓展，形成工控整体系统解决方案的能力，实现产品线协同，进一步带动整体业绩快速增长；2022年公司成立机器人部门致力于空心杯电机、谐波减速器等机器人核心零部件的研制，公司自研的空心杯电机性能领先，可应用于人型机器人等众多领域。公司采用深耕细分行业的差异化战略，积极把握下游客户需求，形成从前期客户需求调研到产品按期、高质量交付的全流程定制化产品交付能力，打开更广阔的下游成长空间。

拓展海外市场卓有成效，募投项目加码新兴行业。凭借着性价比高、供应及时等优势，公司加快了进军海外市场的步伐，积极布局印度、欧洲、东南亚等多个地区，开拓新的业务版图。2022年公司海外营业收入为2.03亿元，同比增长185.92%，增长势头良好。公司募投项目聚焦光伏逆变器、锂电池设备、碳化硅等新产品、新技术研发，助力公司优化产业布局，加速向半导体材料、光伏发电等高景气赛道拓展，增加全新的盈利增长点。

6.步科股份

步科股份主营工业自动化设备控制核心部件与数字化工厂软硬件。（1）工业自动化设备控制核心部件包括工业人机界面、伺服系统、步进系统等，广泛应用于物流设备、工业机器人等领域。其中工业人机界面产品19年市占率国内第八，国产品牌中排名第二。（2）数字化工厂产品包括产线智能终端、智能网关、数据采集器、智能电子看板等，主要应用于制造设备的联网与上云、数字化工厂建设与改造，中小企业产销协同制造等领域。

收入、利润增长稳健，盈利能力保持稳定。18-22年，步科股份收入从3.19增长至5.39亿元，CAGR达14.01%；归母净利润从0.36增长至0.91亿元，CAGR达26.09%。公司毛利率相对稳定，18-1Q23维持在40%左右。

推出第三代无框力矩电机，产品性能持续提升。步科股份于16年推出首代无框力矩电机，其后公司持续进行产品研发和技术迭代，并在第二代无框力矩电机中采用多槽分瓣式结构，极大提高了槽满率，降低了温升。22年步科推出第三代无框力矩电机FMC系列，产品优化了电磁方案，转矩密度进一步提升。目前有52mm-132mm10种框架尺寸，覆盖3-25kg负载需求，相同转矩下，尺寸更小，温升更低。

7.拓邦股份

拓邦股份为智能控制系统领导者，布局新能源构建增长新引擎。拓邦股份主营智能控制系统解决方案，以电控、电机、电池、电源、物联网平台的“四电一网”技术为核心，面向家电、工具、新能源、工业、智能解决方案等五大行业提供各种定制化解决方案。拓邦股份是全球领先的智能控制解决方案商，是家电和工具行业智能控制解决方案的领导者，是新能源和工业行业的创新引领者。

拓邦股份收入、利润长期增势稳健，17-22年收入、归母净利润复合增速分别为27.03%和22.66%。工具和家电业务为公司基本盘，22年合计占比超70%。新能源业务近几年维持高增，22年实现收入20.36亿元，同比+63.98%。拓邦股份新能源业务拥有“一芯3S”（电芯、BMS、PCS、EMS）核心技术，主要聚焦于中小储能及新能源车应用领域，助力公司构建增长新引擎。

在电机方面，拓邦股份重点围绕电机的高效、低噪声、高精度、高稳定持续创新，建立了从电机设计和仿真、测试和验证到规模化制造的完整技术能力，形成了直流无刷电机（BLDC）、步进电机、伺服电机等数十个先进的电机产品平台，电机技术已经成功应用于电动工具、自动化设备、智能电器、新能源汽车、机器人等多个领域。

8.江苏雷利

江苏雷利是微特电机领域龙头，电机产品种类丰富。江苏雷利主营家用电器、汽车微特电机、医疗仪器用智能化组件、工控电机及组件及相关零部件，覆盖家电、工业、汽车、运动与健康四大领域。公司产品包括空调电机及组件、洗衣机电机及组件、OA金融设备电机、工业设备电机、新能源汽车电机及组件、商用车电机及组件、医疗器械电机、运动器材电机等。公司是微特电机产品及智能化组件制造行业的领先企业。

18-22年，江苏雷利营收、归母净利润复合增速分别为6.56%和6.68%，整体保持稳定增长态势。21年公司归母净利润同比减少10.53%，主要系原材料价格大幅上涨，毛利率降低所致。22年得益于产品结构优化，组件化新产品推广加速，叠加美元升值影响，毛利率提升2.93pct至28.5%，1Q23毛利率进一步提升至32.91%。

公司重点发展空心杯电机业务，已实现批量生产。空心杯电机业务由江苏雷利及子公司鼎智科技共同开展，在医疗领域产品的开发与销售主要由鼎智科技全面承接。空心杯电机是江苏雷利重点发展业务，目前无刷空心杯电机及其精密传动组件处于样品测试阶段。根据投资者关系活动记录表，江苏雷利现已实现空心杯电机的批量生产，并在绕线工艺、生产效率、精度方面存在领先优势。江苏雷利未来将围绕“编码器+控制器+空心杯电机+精密齿轮箱”加大研发投入，做好产品技术储备，形成能提供系统解决方案的能力。