微特電機行業(yè)原材料價格波動人力成本上升分析

微特電機行業(yè)原材料價格波動，人力成本上升分析微特電機行業(yè)原材料價格波動，人力成本上升微特電機及組件產(chǎn)品的主要原材料為漆包線、鋼材、磁性材料、電子線、塑料件、電子元器件、齒輪件等，原材料成本占生產(chǎn)成本比重較大，近年來漆包線和鋼材等原材料價格隨市場需求的起伏波動較大。同時，隨著國內(nèi)整體物價水平有所上揚，勞動力成本也持續(xù)增長。兩方面成本的上升對行業(yè)經(jīng)營造成較大壓力，如企業(yè)不具備較強的技術(shù)優(yōu)勢、規(guī)模優(yōu)勢、成本控制能力或是創(chuàng)新拓展能力，其盈利能力將受到較大影響?？招谋姍C：結(jié)構(gòu)緊湊，能量轉(zhuǎn)換效率高空心杯電機屬于直流、永磁、伺服電機?？招谋姍C與傳統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，采用無鐵芯轉(zhuǎn)子，線圈通過連接板，和換向器、主軸鏈接到一起，共同組成轉(zhuǎn)子。由于線圈形狀像個杯子，因此稱為空心杯。無鐵芯結(jié)構(gòu)消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，能量轉(zhuǎn)換效率提高，最高可達90%+，同時降低電機重量和轉(zhuǎn)動慣性，可達到更高的控制和拖動特性?？招谋姍C分為有刷和無刷兩種。1）空心杯有刷電機：采用電刷換向，轉(zhuǎn)動過程中會摩擦碳刷，造成損耗，需要定期更換碳刷，電機壽命有限，平均為幾千小時；容易產(chǎn)生電火花和電磁波，干擾電子設備；優(yōu)勢在于，有刷電機不存在渦流損耗，特別是在高速運轉(zhuǎn)下，相比無刷電機的損耗顯著更低；結(jié)構(gòu)更簡單，成本更低；2）空心杯無刷電機：采用電子換向，通過霍爾元件感知永磁體位置，電子線路切換線圈中電流的方向，進而改變磁力，其優(yōu)勢在于消除了電刷的損耗和電火花對電子設備的干擾，壽命可達到數(shù)萬小時，但無刷電機存在渦輪損耗，渦輪功率損耗隨速度的平方增加；另外添加了換向器和控制器等，增加了系統(tǒng)的組件和成本?？招谋姍C具有節(jié)能、控制性能好、能量密度高等優(yōu)點，但功率較低?？招谋姍C的優(yōu)點在于：1）節(jié)能：能量轉(zhuǎn)換效率很高，其最大效率一般在70%以上，部分產(chǎn)品可達到90%以上（鐵芯電動機一般在70%）；2）控制性能好：起動、制動迅速，響應極快，機械時間常數(shù)小于28毫秒，部分產(chǎn)品可以達到10毫秒以內(nèi)（鐵芯電動機一般在100毫秒以上）；在推薦運行區(qū)域內(nèi)的高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可以方便地對轉(zhuǎn)速進行靈敏的調(diào)節(jié)；3）拖動性能好：運行穩(wěn)定性十分可靠，轉(zhuǎn)速波動能控制在2%以內(nèi)；4）能量密度高：與同等功率的鐵芯電動機相比，其重量、體積減輕1/3-1/2；5）散熱效果好：銅板線圈內(nèi)外表面都有空氣流動，溫升較小。但缺點在于功率上限低：由于沒有牢固的鐵芯支撐，線圈厚度較薄，且線圈和輸出軸的連接強度有限，因此體積、功率等無法做到很大，一般空心杯電機最大功率僅幾百瓦，屬于一種微特電機?？招谋姍C在高精度、高速響應、緊湊高效場景得到廣泛應用。1）需要快速響應的系統(tǒng)：領域?qū)椃较虻目焖僬{(diào)節(jié)、高靈敏度的記錄和檢測設備、工業(yè)機器人、仿生義肢；2）對重量和能耗要求的飛行器，包括無人機、航模等；3）其他家電、工業(yè)產(chǎn)品，可以替代傳統(tǒng)電機，提高產(chǎn)品性能。根據(jù)國際咨詢機構(gòu)QYResearch統(tǒng)計數(shù)據(jù)，預計2022年全球空心杯直流電機市場規(guī)模為7．5億美元，2022-2028年復合增速8%，至2028年增加至11．9億美元；2021年中國、歐洲市場份額分別為35%、26%?？招谋袌鲩L期被外資壟斷，蘊藏大量機遇。空心杯電機的產(chǎn)品制造和量產(chǎn)的難度高，繞線和自動化工藝復雜，對繞線工人的技能水平要求高，難以實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。目前空心杯市場被德國FAULHABER與瑞士Maxon主導，隨著國內(nèi)市場對空心杯電機認知程度不斷提高，國產(chǎn)廠商的量產(chǎn)工藝水平不斷突破，未來有望實現(xiàn)。電機行業(yè)發(fā)展方向及前景在一系列市場因素的影響下，我國大部分電機企業(yè)利潤空間被進一步壓縮。在成本高居不下，環(huán)保監(jiān)管進一步加強的背景下，高效節(jié)能電機是電機產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然方向。在此前發(fā)布的《工業(yè)節(jié)能十三五規(guī)劃》和《十三五節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中明確將電機系統(tǒng)節(jié)能列入重點節(jié)能九大工程，更明確提出示范推廣稀土永磁無鐵芯電機、電動機用鑄銅轉(zhuǎn)子技術(shù)等高效節(jié)能電機技術(shù)和設備。電機是重點耗能設備，2020年我國電機保有量29．5億千瓦，具有較大的節(jié)能潛力。2021年11月，工信部、市場監(jiān)管總局聯(lián)合發(fā)布《電機能效提升計劃（2021-2023年）》，明確提出到2023年高效節(jié)能電機產(chǎn)量達到1．7億千瓦，在役高效節(jié)能電機占比達到20%以上。以電機系統(tǒng)生產(chǎn)制造、技術(shù)創(chuàng)新、推廣應用和產(chǎn)業(yè)服務為重點方向，積極實施節(jié)能改造升級和能量系統(tǒng)優(yōu)化，不斷提升電機系統(tǒng)能效，支撐重點行業(yè)和領域節(jié)能提效，助力實現(xiàn)碳達峰碳中和目標。步進電機：經(jīng)濟性更高，適合低精度要求場景步進電機也是一種控制電機。步進電機源于自英語單詞Step，意為走一步，是一種形象的翻譯。步進電機能將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移/直線位移，并且位移量與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速或線速度與脈沖頻率成正比。通過調(diào)整電脈沖信號或脈沖頻率就可以實現(xiàn)對電機的運動控制。步進電機能根據(jù)控制脈沖的要求迅速啟動、反轉(zhuǎn)、制動和無極調(diào)速；工作時能不失步，精度高，停止時能鎖住。步進電機包括VR、PM、HB三種。1）VR步進電機，即反應式（VariableReluctance），由繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但動態(tài)性能差，效率低，發(fā)熱大，已逐步被歐美國家淘汰。2）PM步進電機，即永磁式（PermanentMagnet），由永磁材料制成，動態(tài)性能好，體積相對較小，但精度較差，輸出力矩較小，是一種成本較為經(jīng)濟的選擇。3）HB步進電機，即混合式（Hybrid），綜合了前兩者的優(yōu)點，可以實現(xiàn)精確的小增量步距運動，轉(zhuǎn)子和定子上有多個小齒以提高步矩精度，輸出力矩大，動態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)相對復雜，成本相對較高。步進電機控制方式類似于伺服電機，包括驅(qū)動器和編碼器。驅(qū)動器在負載能力的范圍內(nèi)，通過改變脈沖頻率來調(diào)速；編碼器信號檢測轉(zhuǎn)子位置，進行控制信號的反饋和電流調(diào)節(jié)。作為開環(huán)的控制系統(tǒng)，由于過載能力較低、調(diào)速范圍相對較小、低速運動有脈動、不平衡等問題，一般應用于小型或簡易型機器人中。步進電機VS伺服系統(tǒng)，可靠性低，經(jīng)濟性高。步進電機相比伺服電機，不足之處在于：精度略低；開環(huán)系統(tǒng)的低可靠性，低速存在共振區(qū)；運行噪音較高；無過載能力，易失步；能量轉(zhuǎn)化效率低，自身損耗及發(fā)熱較高；動態(tài)響應慢，加減速低；優(yōu)勢在于：調(diào)試較為簡單，伺服驅(qū)動器涉及的參數(shù)多、使用手冊長，且不同品牌的驅(qū)動器區(qū)別可能很大；成本更低；精度方面，在大多數(shù)場合，步進的分辨率已遠高于機械要求的精度，對于高要求場合，通過細分驅(qū)動、添加閉環(huán)控制等方式，也可以達到很高的控制精度。因此，伺服電機更適用于要求高效率、高速高響應、高可靠性的場合，步進電機用于要求不高、成本敏感的場合，控制系統(tǒng)的設計須綜合考慮控制要求、成本等因素，選擇適當?shù)目刂齐姍C。伺服電機：控制精度高，廣泛應用于工業(yè)自動化伺服電機是工業(yè)自動化行業(yè)中應用最廣的電機。伺服來自英文servo，指系統(tǒng)跟隨外部指令進行人們所期望的運動，實現(xiàn)對位置、速度、加速度和力矩的精準控制。伺服電機具有響應速度快、精度高、加減速度快、速度不受負載影響等優(yōu)點，且轉(zhuǎn)速范圍寬、高速性能好、低速運行平穩(wěn)，同時抗過載能力強，能承受3倍于額定轉(zhuǎn)矩的負載，適用于對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合。伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動器、電機、編碼器構(gòu)成。①伺服驅(qū)動器（指令裝置）屬于驅(qū)動層，又稱伺服控制器、伺服放大器，一般通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位；改變控制電壓可以變更伺服電機的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。②伺服電機屬于執(zhí)行層，伺服電機在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，把輸入的電壓信號變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。③編碼器（反饋裝置）通常內(nèi)置在伺服電機末端，用來測量電機的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和位置，對控制精度具有關鍵作用。驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度，達到伺服控制的目的。伺服電機分為直流和交流伺服電動機。1）直流伺服電機分為有刷和無刷電機：①有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對使用環(huán)境有要求（無塵、易爆環(huán)境不宜），通常用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合；②無刷電機體積小重量輕，出力大響應快，速度高慣量小，力矩穩(wěn)定轉(zhuǎn)動平滑，控制復雜，智能化，電子換相方式靈活，可以實現(xiàn)方波或正弦波換相，電機免維護，高效節(jié)能，電磁輻射小，溫升低壽命長，適用于各種環(huán)境。2）交流伺服電動機又分為異步伺服電動機和同步伺服電動機。交流伺服電機優(yōu)點在于速度控制特性良好，在整個速度區(qū)內(nèi)可實現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發(fā)熱少，高速控制，高精確度位置控制，額定運行區(qū)域內(nèi)可實現(xiàn)恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護。缺點在于控制較復雜，驅(qū)動器參數(shù)需要現(xiàn)場調(diào)整PID參數(shù)確定，需要更多的連線。高性能的伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步交流伺服電動機，控制驅(qū)動器多采用快速、準確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。伺服電機作為工業(yè)自動化的核心零部件，市場規(guī)模隨產(chǎn)業(yè)自動化升級穩(wěn)步增長。1）替代需求：在機床、紡織機械、印刷機械和包裝機械等領域，伺服電機相比步進電機具有精度、扭矩、過載等性能方面的優(yōu)勢，滲透率不斷提升；2）新增需求：工業(yè)機器人、電子智造裝備等行業(yè)對精度性能要求較高，其迅速增長為伺服電機市場貢獻較大增量。根據(jù)GrandViewResearch與MIR數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年全球伺服電機市場規(guī)模367億元，預計2026年有望達到539億元。我國伺服電機起步較晚，尚處于成長階段，2020年我國伺服電機市場規(guī)模約149億元，預計2026年有望達到225億元。伺服電機的核心難度，即導致各國差距之處，主要在于電機的基礎性研究、高精度伺服驅(qū)動器和編碼器。1）基礎性技術(shù)研究：包括高端電機的結(jié)構(gòu)設計、產(chǎn)業(yè)化制造技術(shù)、生產(chǎn)工藝的突破、性能指標的實用性檢驗，導致高端伺服電機的性能、質(zhì)量和穩(wěn)定性的差異；2）材料，特別是適應高溫的材料；磁材和絕緣性材料等，國內(nèi)的磁材總體性能差，伸縮長度會發(fā)生變化；3）驅(qū)動系統(tǒng)：目前的伺服系統(tǒng)標準仍然依靠國外定義，包括共目線結(jié)構(gòu)體系，先進的控制算法，自適應振動抑制，自適應參數(shù)整定，齒槽轉(zhuǎn)矩補償，磁飽和控制，弱磁控制、安全控制等，需要時間和經(jīng)驗的積累、大量的數(shù)據(jù)逐步實現(xiàn)各項功能；4）編碼器：目前高精度編碼器嚴重依賴進口，小型化仍待突破，而編碼器對定位精度影響很大。伺服電機行業(yè)65%份額為外資品牌，高端市場基本被外資壟斷。根據(jù)MIR數(shù)據(jù)，我國伺服電機競爭格局中外資品牌占65%，國產(chǎn)品牌占35%。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院報告，目前主流品牌可分為歐系、日系和國產(chǎn)品牌等類別，其中歐系日系占據(jù)中高端市場，國產(chǎn)主要集中在中低端市場。①歐系品牌占比20%：如西門子、倫茨、博世力士樂等，過載能力高、動態(tài)響應好、驅(qū)動器開放性強，但價格昂貴、體積重量大；②日系品牌占比45%：如安川、三菱、松下等，品牌性能和價格相對低、體積小、重量輕、可靠性和穩(wěn)定性強，但動態(tài)響應能力較弱、開放性較差低，總體上性價比更高，最適合中端需求；③國產(chǎn)伺服占比35%：如中國臺灣臺達、匯川技術(shù)、華中數(shù)控等，產(chǎn)品基本成熟，精度和可靠性較差，中小功率居多，中低端伺服系統(tǒng)已實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，但高端伺服系統(tǒng)尚未形成商品化和批量生產(chǎn)能力。電機行業(yè)總量需求分析電機行業(yè)總量大、單品產(chǎn)量小、需求長尾化、定制屬性強，導致電機行業(yè)不存在贏家通吃的情況，大多表現(xiàn)為深耕細分領域的中小型公司，競爭格局高度分散。電機行業(yè)涌現(xiàn)出的優(yōu)秀公司主要有三類：1）聚焦于單品銷量較大的下游行業(yè)，例如汽車電機、空調(diào)電機、洗衣機電機等，公司產(chǎn)品具有性價比優(yōu)勢，國內(nèi)上市公司如大洋電機、江蘇雷利、微光股份、方正電機、祥明智能等；2）電機平臺型公司，電機SKU多+快速定制化能力強，產(chǎn)品具有價格優(yōu)勢、快速響應客戶需求，國內(nèi)外上市公司如瑞士Maxon、鳴志電器、兆威機電等；3）電機產(chǎn)品與其他產(chǎn)品產(chǎn)生協(xié)同效應，作為核心競爭力為下游產(chǎn)品賦能，如安川電機、匯川技術(shù)、金龍機電等。電機分類根據(jù)用途不同，分為非控制電機和控制電機。非控制電機用于電動工具、家電和其他通用小型設備中，側(cè)重電機在啟動和運行過程中的力能指標；控制電機可以對電機的轉(zhuǎn)速、位置和轉(zhuǎn)矩進行精準控制，更側(cè)重于高精度和快速響應，因此多用于自動化設備中。常見的控制電機包括步進電機和伺服電機兩種。步進電機利用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應的角位移，也稱脈沖電機；伺服電機利用輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換成角位移或角速度輸出，通過改變控制電壓改變電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。伺服電機在精度、可靠性、噪音、過載能力、能量轉(zhuǎn)換效率等方面性能優(yōu)于步進電機，但是成本較高，因此兩者呈互補關系。電機核心指標為轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等。電機參數(shù)指標是選擇電機的重要參考，包括：輸入功率，輸出功率，額定電流，堵轉(zhuǎn)電流，額定轉(zhuǎn)速，加速度，減速度，震動，噪音，功率因素，效率，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，額定轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動慣量，相間絕緣電阻，相對地絕緣電阻等。其中，重要參數(shù)以及含義分別為：1）額定功率：電機設計時的理想功率也是最大功率；2）額定電壓：該電機的建議工作電壓，電壓決定了轉(zhuǎn)速和一系列參數(shù)，超過電壓可能會出現(xiàn)局部過熱問題，不可以長期運行；3）額定轉(zhuǎn)速：額定功率下電機的轉(zhuǎn)速；4）額定轉(zhuǎn)矩：力矩=里×力臂，相當于電機的力氣，在機器人領域，轉(zhuǎn)矩一般用于使得機器人移動或者使得機械