工业行业传动系列二：电气传动_灵活多面手-20231001-华泰证券-39页_5mb

电气传动行业总结

核心内容

电气传动是机械设备三大传动方式之一，主要通过电动机将电能转换为机械能，广泛应用于生产机械、交通车辆和运动物品。电动机基于电磁感应原理，主要由定子和转子组成，具有高精度、节能、环保和低噪音等优势，但也存在运动平稳性差、成本高等问题。电气传动在工业机械中具有显著的运动控制优势，其控制精度、响应速度和节能效果均优于机械传动和流体传动。

主要观点

1. 电机技术路径多样：电机技术路线涵盖交流/直流、同步/异步、永磁/电磁、单相/三相、步进/伺服、直线/旋转等组合，不同技术路径适用于不同应用场景。
2. 行业竞争格局分散：电机行业总量大但单品产量小，定制属性强，市场参与者众多，竞争格局高度分散。
3. 技术发展推动行业升级：随着技术进步，电机正从“量增”走向“质提”，向高端市场发展。
4. 应用场景差异明显：
   • 人形机器人使用无框力矩电机和空心杯电机；
   • 矿山机械中，交流电机为主流，永磁电机因其节能特性逐渐普及；
   • 数控机床中，主轴多采用感应电机，进给电机多采用永磁伺服电机。
5. 未来发展方向：
   • 定子扁线化提升电机效率、功率密度和散热能力；
   • 碳化硅材料的应用有助于提高电机效率和功率密度，成为未来电机逆变器的重要发展方向。

关键信息

电机技术路线选择

• 直流 vs 交流：直流电机需机械换向，易磨损；交流电机通过变频技术实现调速，结构更简单。
• 永磁 vs 励磁：永磁电机具有高效率和功率密度，但成本高；励磁电机成本低但效率低。
• 同步 vs 异步：同步电机节能高效，适用于精密控制；异步电机成本低，应用广泛。
• 单相 vs 三相：三相电机稳定高效，适用于工业场景；单相电机使用方便，适用于生活化场景。
• 步进 vs 伺服：伺服电机闭环控制，精度高，但成本高；步进电机开环控制，成本低但精度有限。
• 旋转 vs 直线：直线电机结构类似旋转电机，但直接驱动，响应快、精度高，适用于高精度线性运动场景。

电机市场概况

• 全球市场规模：2020年全球电机市场规模为1427亿美元，预计2021-2028年复合增长率（CAGR）为6.4%。
• 应用领域分布：交流电机占比最大，汽车、工业机械、HVAC设备等为主要应用领域。
• 国内电机市场：2020年中国工业电机市场规模为765亿元，占整体市场18%。出口产品以低端为主，进口产品则以高端电机为主。

未来趋势

• 定子扁线化：提升槽满率、功率密度和散热能力，主要应用于新能源汽车。
• 碳化硅材料：具有高击穿强度和热导率，可提升电机效率和功率密度，有望成为逆变器主流材料。
• 伺服电机发展：交流伺服电机因其高精度和高响应性能成为主流，永磁同步伺服电机尤为突出。

风险提示

• 技术路径变化：电机技术路线可能发生变化，影响现有产品。
• 原材料价格波动：永磁体等关键材料价格波动可能影响成本。
• 技术迭代不及预期：未来技术发展可能不如预期，影响电机性能提升。

应用实例

• 人形机器人：无框力矩电机用于旋转关节，空心杯电机用于手部控制。
• 矿山机械：交流电机为主，永磁电机因节能特性逐渐增多。
• 数控机床：主轴电机多为交流异步电机，进给电机多为永磁伺服电机，直线电机用于高精度工作台。

公司布局

• 卧龙电驱、大洋电机：国内电机龙头企业，布局多种电机产品。
• 西门子：提供永磁同步伺服电机和交流异步伺服电机，覆盖多个功率等级。
• Maxon、佳电股份、科汇股份：在高端电机和同步磁阻电机方面有所布局。

图表说明

• 图表10：展示不同技术路径的电机结构及应用场景。
• 图表25：对比同步电机和异步电机的性能指标。
• 图表30：说明单相电机的启动原理。
• 图表40、41：展示西门子伺服电机产品线及性能。
• 图表43：说明直线电机与旋转电机的结构相似性及工作原理。

总结

电气传动系统因其灵活性和广泛的应用场景，成为工业自动化和精密控制的重要组成部分。电机技术路径多样，适应不同需求，未来随着定子扁线化和碳化硅材料的应用，电机性能将进一步提升。国内电机行业正从“量增”向“质提”转变，高端市场逐步向外资品牌和国内龙头企业集中，而低端市场仍由中小企业占据。行业发展趋势表明，电机将向更高效率、更高功率密度和更广泛应用方向发展。