【一、机器之“腹黑”,紧凑而高效的艺术】
电机居品有好多种类,性能特质也各不相通。
电机的种类极端多,一般有两种分类法:按适度相貌分的话,有伺服电机、步进电机、力矩电机等;按驱动相貌分呢,有直流电机和交流电机,在交流电机里,按照转子和定子动弹是否同步,又能分为同步电机和异步电机(感应电机)。
伺服电机和步进电机主要有适度相貌、适度精度、速率反馈和过载能力这些方面的区别。伺服电机是在伺服系统里适度机械元件运行的发动机,通常用闭环/半闭环适度,靠编码器和反馈机制来确保高适度精度,上下速切换也很洞开,在半导体、光伏、锂电、工业机器东谈主这些精密适度行径欺诈无为。步进电机能径直把脉冲信号变成角动量,步距角是固定的,一般是开环适度,精度不如伺服电机,不外它结构纰漏、本钱低,在工业自动化、办公自动化、家用电器等范围无为欺诈。
直流无刷电机和有刷电机:无刷电机是用电子换向器(像霍尔元件之类的)来取代电刷的。直流电机跟交流电机比起来,启动和调速的性能好,转矩也相比大,在机器东谈主之类的场景里用得好多。无刷电机因为莫得机械电刷装配,上风更隆起,像莫得电刷火花、效用高、能耗低、杂音小、寿命长、可靠性强这些。交流同步电机和异步电机:是按照定子和转子磁场转速是不是同步来分离的。异步电机的使命旨趣是“电磁感应”,定子旋转换化的磁场会让转子感应出电流,这个电流在磁场里受力,就带动转子转起来了,电机转子和定子磁场有转速差,是以才叫异步电机。异步电机结构纰漏,保养起来肤浅,运行可靠,价钱也低廉,在传送带之类的工业传动场景里用得相比多。同步电机的转子产生恒定磁场,定子产生旋转磁场,转子磁场和定子磁场靠“互锁”来同步运行,效用和精度更高,也更容易适度,在电扇等恒速负载范围欺诈很无为。
(二)在选电机的时期,得议论驱动模式、枢纽类型这些方面。
明确驱动模式:电动、液压或者气动。
机器东谈主的驱动相貌有电动、液压缓和动这几种。电动驱动在畅通适度上更纯真、精确又肤浅,不外要进行重担载行径就遏止易了,电机是它的中枢部件,大部分机器东谈主公司皆无为使用这种驱动相貌;液压驱动效用更高,还能婉曲转换,驱能源强、出力大,但是不够纯真,得当弹跳和重担载的行径,像液压缸、液压阀等是它的中枢部件,波士顿能源即是聘用这种驱动相貌的代表企业;气动驱动靠压缩空气来使命,节能又肤浅,但是精度相比低,得当中、小负荷的机器东谈主,主要用于像拣选、装载之类的仓储任务,气缸等是其中枢部件,费斯托是这方面的代表企业。
2. 枢纽选型有刚性、柔性或者准直驱这几种。
机器东谈主枢纽的驱动相貌有刚性驱动、弹性驱动、准直驱驱动等不同类型。(1)刚性驱动:1971年运转出现,元件与负载是刚性勾通的,结构纰漏且精确度高,行家首台三维双足机器东谈主就用过。刚性枢纽是双足机器东谈主枢纽里最传统的一种,优点是适度框架雄厚、扭矩密度大,污点是输出转速低。(2)弹性驱动:1995年起步,在驱动元件和负载之间加了个弹性单位,用来模拟肌肉系统功能,这么枢纽就有了一定的柔性、安全性和高能效的脾气,还加多了容错性。弹性枢纽的克己是能屈膝外部冲击、能储能节能,不外机构复杂,不好适度,是以欺诈未几。(3)准直驱驱动:2016年运转的,靠驱动器电机开环力控,无谓附加力或者力矩传感器就能让机器东谈主实践感知脚部和外界的交互力。最理思的是电机径直驱动,但是受电机工艺和时代的松手,电机直驱驱动器的扭矩密度够不上机器东谈主欺诈的要求,是以就折中的聘用电机加低传动比延缓器的决策。准直驱枢纽一般是由高扭矩密度电机、低传动比延缓器、编码器和适度板等组成的,优点是功率密度高、力控带宽大、抗冲击能力强、爆发力强,不外适度机制相比复杂,刻下主要用在四足机器东谈主上。
电机有动弹惯量、扭矩、功率等基本参数,细长电机和扁平电机功能脾气不相通。惯量是刚性物体绕轴畅通时惯性大小的权衡,就跟线性力学里的质料差未几,它能决定电机的反应快慢;扭矩能让物体绕着固定的轴作念角加快旋转,这就好比线性力学中的力;功率是由扭矩和速率这两个方面来决定的。在质料调换、定子/转子截面厚度相通的情况下,扭矩和转子半径是正关联的策划。是以细长电机的半径小,转矩也小,惯量小,反馈快,转速快;扁平电机则是半径大,转矩大,惯量大,反馈慢,转速慢。枢纽架构会影响电机的弃取,刚性驱动相比可爱转速高的细长电机,准直驱枢纽更倾向于扭矩大的扁平电机。在输出功率调换的时期,刚性驱动配上高转速电机和高延缓比延缓器能有较高的扭矩密度,输出的力矩就大;准直驱驱动搭配大扭矩电机和低延缓比延缓器能杀青更好的功率密度,也即是爆发力更强。
3. 电机的弃取:直流电机所占的比例是最高的,伺服电机的增长速率最快。
电机选型得和机器东谈主枢纽十足适配,要详细考量机器东谈主枢纽的尺寸功率比、负载量、精确度、可靠性、资源耗尽等多方面身分。机器东谈主用的电机主要有交流、直流、伺服和步进电机这几种。Skyquest的数据泄露,按电机类型来看,行家机器东谈主里直流电机的占比是最高的,它尺寸紧凑,而况有高效用、高扭矩的能力,在工业、合作、做事机器东谈主范围欺诈很无为;伺服电机的增速是最快的,这主淌若因为数控机床、工业自动化等行业对高精度、精密适度的机器东谈主系统的需求一直在加多。
(三)东谈主形机器东谈主电机:传统电机的变形,紧凑又高效的艺术。
东谈主形机器东谈主里用的微特电机,是在传统电机基础上优化出来的,既紧凑又高效。
东谈主形机器东谈主用到的电机居品有像无框力矩电机、空腹杯电机之类的。力矩电机是直驱电机,莫得机壳,是多级对的,它扭矩大还结构紧凑。平淡电机主要看功率这个规格,力矩电机不相通,它规格和选型主要看扭矩。力矩电机的极对数好多,哪怕电机转得慢致使不转(堵转)了,也能接着运转,还能雄厚地给负载提供力矩。而况,力矩电机是直驱的,负载径直连转子,不需要传动件,这么摩擦损耗就少了,结构也紧凑。还有啊,力矩电机是无框架的永磁电机,就定子和转子两个部件,莫得机壳,中间的孔大,走线肤浅。当今,无框力矩电机主要用在合作机器东谈主这些范围。
空腹杯电机属于微特电机,它的转子莫得铁芯,分量轻,效用还高。在结构方面,空腹杯电机遏止了传统电机的转子结构模式,用的是无铁芯转子,也被叫作念空腹杯型转子。这种新的转子结构十足幸免了因铁芯产生涡流而出现的电能损耗。莫得铁损,它的效用就比平淡微型直流电机高。而况,转子分量削弱了好多,动弹惯性就变小了,跟传统铁芯电机比起来,大扭矩下急加快和急延缓的性能很出众。除此除外,空腹杯电机还有体积小、可控性强、杂音低等优点。是以,空腹杯电机主要欺诈在需要快速反应(像军工、检测这些)以及对分量和能耗要求相比高(像无东谈主机、机器东谈主这么)的范围。
2. 无框力矩电机:定制打算,电机和枢纽高度整合。
无框力矩电机当今大多用在合作机器东谈主之类的范围,电机其实即是为了适配机器东谈主的功能。合作机器东谈主有几个主要特质,像有东谈主机交互能力,使命空间更复杂,对空间的稳妥能力也更强,是以在紧凑袖珍化、空间避障、轻量化这些方面特征相比彰着。因为这么,合作机器东谈主就聘用无适度柜、轻量化这种打算,这也会影响到零部件的弃取,比如会用紧凑的伺服驱动器和编码器、中空走线、高输出密度的伺服枢纽等。无框力矩电机能欺诈在合作机器东谈主范围,说到底即是为了杀青它紧凑、大扭矩、中空走线这些功能。拿Universal Robots推出的UR5合作机器东谈主来说,电机和枢纽高度集成,抱闸、驱动器、编码器、无框力矩电机、中空套筒、谐波延缓器、输出法兰这些部件一环扣一环,精密地交融在全部。
东谈主形机器东谈主能被算作合作机器东谈主功能的进一步拓展和升级。在东谈主机互动这块,东谈主形机器东谈主被装上了“大脑”,还有视觉、听觉、触觉等不少功能;在空间稳妥能力上也更种种化了。是以东谈主形机器东谈主和合作机器东谈主在枢纽打算上有着调换的居品脾气基础,东谈主形机器东谈主用无框力矩电机,实践上亦然为了杀青大扭矩、高效用、轻量化、集成化这些功能。
3. 空腹杯电机:这是高精尖居品,运转走向工业和民用范围了,是微型实施器的遑急组成部分。
空腹杯电机本来用在军事、航空航天这些范围,其后迟缓投入到大工业和民用范围了。空腹杯电机是20世纪50年代发明的,打那以后,因为它寿命长、反馈快、体积小、精度高这些特质,就在军工、航空航天等范围迟缓扩充开了,像导弹遨游时的快速转换、火星探伤器、航天飞机上皆灵验到。跟着时代越来越纯属,空腹杯电机也渐渐扩充到工业自动化之类的民用范围了,比如机器东谈主、微型泵这些。
空腹杯电机是微型实施器的遑急组成部分,在机器东谈主机械手中无为使用。拿Orbray研制的K3 Hand合作机器东谈主来说,它仿照东谈主的手部结构,有3根手指,共8个解放度,拇指占4个解放度,其余手指各有2个解放度,这个机器东谈主能持取不同表情、位置以及柔嫩度的东西,可用于实验等方面。K3 Hand搭载着Orbray开发的微型伺服实施器,它由直径10mm的无刷空腹杯电机、精密传动齿轮、聚散器、电位器这四部分组成,各部分紧凑地组合在全部,高效又纯真,实施器的尺寸只须12mm24mm14mm,分量仅12g,输出扭矩能达到147mNm,在这当中空腹杯电机对实施器的幽静运行起到了遑急的作用。特斯拉智谋手单手具备6个主动解放度,其实施器采选空腹杯电机加微型齿轮的模式,能够杀青轻巧又高效的效果。
【二、东谈主形机器东谈主风起,电机赛谈扩容】
(一)机器东谈主电机的增速比行业快,东亚是主力市集。
电机是工业社会里的基础居品,行家市集限制超千亿好意思元。precedence research的数据泄露,2020年行家电机市集限制好像是1630亿好意思元,揣度会以7%的复合年增长率(CAGR)增长,到2030年能达到3226亿好意思元。从卑劣方面来看,电动汽车、工业斥地、暖通空调是主要的欺诈范围。机器东谈主在电机通盘这个词市集里占的比例还不到1%,不外增长速率相比快,东亚是主要市集。future market insights和skyquestt的数据标明,2022年机器东谈主电机的市集限制是11亿好意思元,揣度以后会以12%的复合年增长率增长,到2030年能达到28亿好意思元,这个增速比通盘这个词行业的增速要快好多。从区域方面来看,东亚地区因为机器东谈主数目多、自动化水平高,是以在机器东谈主电机这个细分范围占的比例更大。grand view research的数据泄露,亚洲在行家电机市集里的占比只须40%;而future market insights的数据标明,2022年东亚地区机器东谈主电机的市集限制在行家市集里的占比达到了61%。
(二)力矩和空腹杯电机市集是“小而精”的,正迟缓朝着工业、民用标的拓展。
力矩电机的上风迟缓突显出来了,2022年它的市集限制达到了6亿好意思元。力矩电机能用在军工、机器东谈主(主淌若合作机器东谈主,每个合作机器东谈主得配6 - 7个无框电机)、机床等好多场景里。它容易集成,动态性能好,扭矩速率范围宽,就靠这些优点在市集上很受接待。按照technavio的数据,2022年力矩电机的市集限制好像是6.1亿好意思元,而况有望按照8.0%的复合年增长率增长,到2027年能达到9.0亿好意思元。从结构方面来说,直流电机占的比例相比高。从区域来看,2023 - 2027年亚太地区对行家市集增长的孝敬率是48%,主淌若因为亚太地区制造业发展,让集成力矩电机的机床需求抑制加多,与此同期,工业机器东谈主和自动化机械的限制也在连续扩大。
原土企业投入第二梯队了。QYResearch的数据泄露,在力矩电机方面,行家第一梯队的厂商主要有Parker Hannifin(派克汉尼汾)、Nidec(尼得科)、Aerotech(艾罗德克)和Kollmorgen (科尔摩根 ),而第二梯队的厂商包括绿的谐波、西门子、Pranshu Electricals等。
空腹杯电机最早出当今欧洲,在中国得到扩充,22年的时期其市集限制杰出7亿好意思元。据GII的数据,22年空腹杯电机在行家的市集限制好像是7.5亿好意思元,揣度会以8.0%的复合年增长率(CAGR)增长,到2028年能达到11.9亿好意思元。这个市集增长的主要原因是空腹杯电机在医疗斥地、航空航天、军工、机器东谈主这些范围的使用变多了。另外,对那种能高速、低振动、低杂音运行的高性能电机的需求一直在加多,这亦然鼓励市集增长的一个重要身分。从居品结构来看,有刷空腹杯电机的占比相比高。从地区来看,21年中国空腹杯电机的市集限制排在第一位,有2.4亿好意思元,占比是34.8%,欧洲市集占比25.9%。原土企业的空腹杯电机在工业范围也曾有相比无为的欺诈了,和国外的差距正在缩短。行家主要的空腹杯电机制造商有Faulhaber(冯哈伯)、Portescap、Allied Motion(艾莱德摩新)、Maxon(马克森)、鸣志电器、拓邦股份等。凭据GII的数据,排行前三的企业占据了行家55.4%的市集份额。国外公司在高端居品上相比率先,像冯哈伯的居品被用在手术机器东谈主、呼吸机、两栖飞机上,马克森的居品被用在火星探伤器上,能很好地承受火星名义的地震以及 -120℃到 +25℃的温差变化。在原土企业里,鸣志电器的空腹杯电机被用在东谈主工智能、高端医疗器械和生化分析仪器、智能汽车电子、半导体制造、工控等范围,竞争力也挺强的。详细相比海表里的公司,原土居品主要在材料选用(比如加工镀膜工艺)、实践打算(比如最小尺寸)、机电适度(定制化开发能力)这些方面存在差距。
(三)东谈主形机器东谈主淌若放量坐褥的话,电机市集揣测会扩容。
转头特斯拉新能源汽车的产业化进度,就会发现产业化会让中枢零部件的限制大幅延迟。新能源车的第一个五年是从无到有的经过,这时代有新址品的研发、市集模式的探索,还有策略补贴的参与,特斯拉新能源汽车的销量在2012年还不到1万台,到了2017年就增长到了10万台;第二个五年则是居品限制化后从有到多的经过,这个经过中有电板、电驱等产业链的培育、产业竞争方式的变成,居品限制化后价钱下跌等情况,特斯拉新能源汽车的销量在2022年突破了100万台。淌若改日东谈主形机器东谈主能达到消费等第别的限制,就会让机器东谈主电机市集扩大限制。当今东谈主形机器东谈主正处在居品研发和策略探索的从无到有的经过,这和新能源汽车产业化早期有相似之处,这个阶段是零部件居品的导入考证阶段。预测以后,揣度东谈主形机器东谈主会靠着性能上风在工业、生涯等各个范围快速浸透,改日潜在的市集限制能达到上百亿好意思元,如果东谈主形机器东谈主产业化推崇顺利,力矩、空腹杯电机作为其中枢零部件,需求量会连续加多。
【三、居品+平台加持,原土电机企业蓄势待发】
(一)居品基础:原土企业在居品方面也曾准备得很充分了,达到了能够被考证的条目。
咱们合计,像国外的科尔摩根、日本电产这么的企业,在高端居品和营收限制上如实相比率先,不外它们的居品价钱也不低。东谈主形机器东谈主和军工、航天那些高精尖产业不相通,东谈主形机器东谈主的产业化进度更敬重性价比和供应保险能力,中国企业在居品方面也曾有一定基础了。国内无框力矩电机的主要参与者有步科股份、昊志机电。步科股份的无框力矩电机居品有完好意思的系列化居品线,收入能达到百万级;昊志机电的居品在合作机器东谈主和轻型机器东谈主范围也曾得到无为欺诈,而况昊志机电现存的谐波延缓器、无框力矩电机、驱动器、编码器、力矩传感器等居品皆能欺诈到东谈主形机器东谈主上。空腹杯电机的主要参与者是鸣志电器、江苏雷利、伟创电气。鸣志电器在畅通适度范围是很优质的出口企业,它的空腹杯电机在国表里皆很畅销;江苏雷利和鼎智科技共同研发坐褥空腹杯电机,居品在军工、半导体、医疗等范围无为欺诈,而况当今有不少样品正处于测试阶段。汇川时代和禾川科技是国内伺服居品的主要供应商。汇川时代有工控和工业机器东谈主这两方面的业务上风,还在抑制研发来擢升直驱电机的竞争力;禾川科技的无框力矩直驱电机在工业机器东谈主、激光等范围欺诈无为。
(二)平台的上风:企业有实力给居品作撑持,在行家得到的招供度很高。
原土企业发展多年后,在居品、卑劣和市集方面迟缓积存起上风。(1)居品种类方面:聘用居品组合策略,有多种居品打入供应链的后劲。鸣志电器在空腹杯电机范围实力强盛,其伺服系统等居品的实力也遏止小觑,具备组合欺诈的后劲;鼎智科技和江苏雷利在空腹杯电机范围合作研发,而况在直线驱动范围的行星滚柱丝杠赢得了里程碑式的松手,能够欺诈于东谈主形机器东谈主的直线驱动器。(2)卑劣欺诈方面:有工业机器东谈主的欺诈基础,领导丰富。昊志机电的无框力矩电机在合作机器东谈主范围无为欺诈,东谈主形机器东谈主和合作机器东谈主枢纽实施器有较强的可比性,居品具备可迁徙性;伟创电气在22Q2成立机器东谈主功绩部来抑制开拓市集;汇川时代从工业自动化适度的底层时代向SCARA机器东谈主等范围拓展,使用自研的伺服和适度器,22年在中国的市占率排第二。(3)国外招供度方面:皆是优质出口企业,行家招供度高。就2022年国外收入占比来说,鸣志电器、江苏雷利、鼎智科技占比皆超40%,昊志机电好像30%,伟创电气、步科股份约20%,主要企业的出口能力皆相比强。同期,像鸣志电器这么的企业在好意思洲、欧洲、东南亚等行家多地成立子公司,渠谈栽植纯属,能更好地做事行家化坐褥。
(这篇著作仅仅用来参考的,不代表咱们的任何投资方面的提议。淌若思使用关联的信息,就去看禀报原文吧。)
精选禀报起头:【改日智库】。「勾通」