深度报告-20221216-开源证券-机械设备行业深度报告_工控电机_国产替代加速_消费级机器人有望带来百亿级增量_66页_2mb

机械设备行业总结

核心内容

机械设备行业聚焦于电动机及其相关技术应用，尤其关注工业控制级电机。2022年12月发布的报告指出，当前行业投资评级为“看好”，并强调国产替代与消费级机器人市场对伺服电机带来的增量空间。

主要观点

• 电机分类与市场：电机分为工控级、消费级和车载电机。2021年，国内工控级电机市场规模约300亿元，总市场规模约740亿元。伺服电机与步进电机是工业控制级电机的两大类型，其中伺服电机精度高、市场价值大，国内市场规模约250亿元，而步进电机则成本低、精度要求不高，全球市场规模约200亿元。

• 国产替代趋势：在政策支持与技术进步的推动下，国产伺服系统在中高端市场的渗透率正在提升，2022年1-9月国产化率约40%，但中高端应用领域（产品单价高于2000元）的国产化率仍低于10%。国内厂商如汇川技术、禾川科技、信捷电气等具备较强竞争力，有望在中高端市场获得更大份额。

• 消费级机器人市场潜力：特斯拉人形机器人将带动伺服电机市场增长，预计2023-2027年伺服电机需求规模复合增速达315%。预计2027年伺服系统增量市场空间约893亿元，国内厂商有望受益于规模效应提升盈利水平。

• 电机技术壁垒与产业链：电机行业进入壁垒较低，但高端产品开发存在资金、技术和客户壁垒。上游包括芯片、编码器、磁性材料和轴承等结构件，其中钕铁硼因磁性强、性能高被看好为未来主要原材料。中游为电机本体，下游应用广泛，包括工业自动化、机器人、医疗器械、航天等。

• 海外电机企业经验：瑞士Maxon集团凭借技术创新与高精度产品，长期占据高端市场，客户包括NASA、医疗设备厂商等。日本电产通过并购扩张产品线，覆盖精密小型电机、汽车电机、家电电机等领域，其并购策略有助于技术积累和市场拓展。

• 国内电机企业发展潜力：国内电机企业正在积极布局高附加值市场，如伺服电机、空心杯电机等。鸣志电器、汇川技术、信捷电气、禾川科技、兆威机电等企业具备较强竞争力，有望在中高端市场获得突破。

关键信息

电机分类与市场结构

• 工控级电机：包括伺服电机（250亿元市场）和步进电机（50亿元市场），是工业自动化核心。
• 消费级电机：用于玩具、家电等，技术壁垒低、利润率低。
• 车载电机：主要用于新能源汽车，市场规模约140亿元。

国内电机市场趋势

• 中低端市场：国内厂商占据主导，具备总成本优势的企业盈利较高。
• 中高端市场：主要由外资品牌主导，国产替代空间广阔。
• 政策支持：国家多次出台政策鼓励伺服系统发展，推动产业链自主可控。

伺服电机市场增量

• 特斯拉机器人：预计带动伺服电机市场复合增速达315%，2027年市场空间约893亿元。
• 电机需求结构：人形机器人使用28套伺服系统（不含手指），其中部分关节可能使用空心杯电机。

电机技术与性能

• 伺服电机：具有高精度、高响应能力，适用于数控机床等高精度场景。
• 空心杯电机：无铁芯、高转速、小功率，适用于医疗器械、航天、机器人外骨骼等。
• 无框力矩电机：大扭矩、结构紧凑，适用于机器人关节、传感器万向节等。

海外企业经验

• Maxon集团：瑞士领先的电机企业，专注于高端市场，产品应用于航天、医疗、机器人等。
• 日本电产：通过并购实现快速成长，覆盖精密小型电机、汽车电机、家电电机等领域。

国内企业布局

• 鸣志电器：混合式步进电机全球前三，切入伺服电机市场，具备较强定制能力。
• 汇川技术：国内通用伺服电机龙头，新能源汽车业务持续增长。
• 信捷电气：以PLC起家，伺服系统成为第二增长点。
• 禾川科技：伺服系统业务高增长，具备较强市场拓展能力。
• 兆威机电：布局微型传动系统，应用于汽车电子、智能家居等领域。

风险提示

• 消费级机器人量产进度不及预期。
• 国内电机企业研发、新品落地、市场推广进度不及预期。
• 原材料价格上涨与全球供应链波动。

图表与数据支持

• 图1：电动机分类（工控级、消费级、车载电机）。
• 图2：工控级电机分类（步进电机与伺服电机）。
• 图3：国内电机市场总规模约740亿元，其中工控级市场约300亿元。
• 图4：工控电机上游国产化率高，伺服系统本体国产化率约35%。
• 图5：光编码器精度高于磁编码器。
• 图6：MCU与驱动芯片控制功率器件驱动电机。
• 图7：全球直流无刷电机驱动芯片市场规模约253亿元。
• 图8：伺服电机闭环反馈控制原理。
• 图9：无槽电机转矩脉动原因。
• 图10：空心杯电机绕线工艺。
• 图11：空心杯电机无铁芯结构。
• 图12：空心杯电机应用领域（医疗器械、航天、机器人等）。
• 图13：无框力矩电机结构紧凑、散热性好。
• 图14：协作机器人关节使用Maxon无框电机。
• 图15：步科股份无框电机性能。
• 图16：常州精纳净利润增速。
• 图17：步进电机结构与伺服电机相似。
• 图18：步进系统为开环控制。
• 图19：旋转关节结构（谐波减速器+无框电机+传感器）。
• 图20：特斯拉人形机器人大量使用滚珠丝杠。
• 图21：特斯拉机器人关节与协作机器人关节模组相似。
• 图22：特斯拉机器人带动伺服电机增量。
• 图23：通用伺服系统国产化率提升。
• 图24：瑞士创新力全球领先。
• 图25：瑞士知识、技术产出高。
• 图26：瑞士研发投入占比高。
• 图27：瑞士每百万人专利申请数量高。
• 图28：瑞士营商环境优越。
• 图29：瑞士科技从业者占比高。
• 图30：Maxon发展历史与全球布局。
• 图31：Maxon自研与产品线拓展。
• 图32：瑞士专利占GDP比例高。
• 图33：瑞士研发支出占GDP比例高。
• 图34：美国制造业出口占比高。
• 图35：美国机械设备出口占比高。
• 图36：美国成为全球第一出口大国。
• 图37：Maxon六次登陆火星，确立高端品质。
• 图38：Maxon飞轮效应助力长青。
• 图39：Maxon应用于半导体、核电站救援、医疗设备等领域。
• 图40：日本电产营收与净利润增长。
• 图41：日本电产研发费用率稳定。
• 图42：日本电产车载事业部毛利率下降。
• 图43：中国新能源汽车渗透率上升。
• 图44：新能源车、节能家电、协作机器人、工业无人机带动电机市场。
• 图45：鸣志电器并购策略。
• 图46：鸣志电器三次并购后业绩增长。
• 图47：被收购公司具备技术积累。
• 图48：鸣志电器境内外市场发展。
• 图49：鸣志电器驱动业务毛利率领先。

表格数据

• 表1：钕铁硼磁性强，未来电机原材料以钕铁硼为主。
• 表2：混合式步进电机比永磁式技术壁垒高。
• 表3：步进电机适用于精度要求不高的场景。
• 表4：特斯拉机器人伺服电机需求复合增速达315%。
• 表5：伺服系统四大阵营竞争激烈。
• 表6：十年间国家多次出台政策支持国产伺服系统发展。
• 表7：日本电产并购战略符合三点原则。
• 表8：鸣志电器主要下游包括医疗、工业自动化、太阳能、移动机器人等。

总结

文档总结了电动机行业，重点分析了工控级电机的市场结构、技术特点、国产替代趋势以及消费级机器人带来的增量机会。同时，对比了海外电机企业如Maxon和日本电产的成功经验，指出国内电机企业在技术、客户资源和市场拓展方面的不足，并强调了通过并购、自主研发等路径提升竞争力的必要性。文档还分析了国内主要电机企业如鸣志电器、汇川技术、信捷电气等的发展潜力，并指出政策支持和市场趋势对国产电机行业的重要影响。