武汉机器人用伺服电机供应（人形机器人行业专题报告）

武汉机器人用伺服电机供应（人形机器人行业专题报告）海外品牌占据高端市场，国内产品性价比优势明显。由于空心杯电机属于微特电机 的一种，而微特电机属于技术密集行业，其兴起于瑞士，发展于日本，而后随技术 扩散逐步向发展中国家转移，因此我国的空心杯电机产品较国外还存在一定差距。 从微特电机的下游看，信息处理、家用电器和武器、航空等领域占据主要份额，而 目前在 IT 微特电机领域，日本企业相对领先，其中硬盘主轴电机是技术含量较高 的微电机，Nidec（电产）、inebea（美蓓亚）都是代表厂商，手机用线性震动电机 仅 SEMCO（三星电机）等少数企业可以供货。在汽车微特电机领域，同样是日本 企业主导市场，Nidec（电产）、ASMO（阿斯莫）、Mitsuba （三叶）、Denso（电装） 占据主要市场份额，空心杯电机作为电机的新的发展方向，国外厂商也纷纷加强产 品布局，如 Maxon（瑞士）、Faulhaber（德国）等著名微电机厂商都已经大量申请

2.2 仿真人形结构带动伺服电机用量迎来指数级增长

特斯拉 Bot 即将推出，人形机器人带来更大想象空间。特斯拉预计在 9 月 30 日的特斯 拉第二个人工智能日（AI Day）发布人形机器人产品。这款机器人运用了特斯拉最先进 的 AI 技术，基于特斯拉在自动驾驶领域的技术积累进行开发，被称为是 2022 年最重要 的产品开发项目，甚至可能比汽车业务更重要。从已公布的参数看，特斯拉人形机器人 主要配臵包括：1）身高 5 尺 8 寸（约 1.73 米）；2）头部带有显示屏，用以展示信息； 3）采用 Autopilot 的摄像头作为视觉感知传感器，共八个摄像头；4）采用 FSD Computer 作为计算核心；5）脖子、胳膊、手、腿、躯干累计搭载了 40 个机电传动器；6）搭载 多相机神经网络、基于神经网络的规化、自动标记、算法训练等；7）以轻量材料打造， 最高时速达 5 英里/小时。

单台人形机器人电机用量超 40 个，较传统工业机器人的电机用量大幅增长。从传统工 业机器人看，其可以分为多关节、SCARA、delta、协作机器人几大类，我们按照其各自 的自由度（关节数量）进行细分，多关节机器人和协作机器人多以六轴为主，单台六轴 机器人的六个自由度对应 6 台电机需求，SCARA 机器人拥有三个互相平行的旋转轴和一 个线性轴，故 4 个自由度对应 4 台电机，delta 机器人为并联结构，由三条从动臂组成， 对应 3 台电机，同时在旋转末端执行器位臵配备第四台电机，目前新一代的 Delta 机器 人一般是用直驱力矩电机取代伺服电机的设计，但数量上看单台机器人电机用量仍为 4 个。而特斯拉 Optimus 将搭载约 40 个电机，实现对颈部、手臂、手指、躯干、腿部等 部位的控制，电机数量较传统工业机械人和服务机器人有大幅提升。

工业机器人：伺服电机用量需求保持稳定增长。根据 MIR 数据，2021 年我国工业 机器人销量为 25.7 万台，其中多关节/SCARA/delta/协作机器人占比分别为 61.9%/29.1%/6.0%/3.0%。假设各类机器人销量占比保持基本稳定，预计 2025 年 我国工业机器人销量有望突破 45 万台。同时，我们做出如下假设：1）假设多关节 机器人和协作机器人均为六轴机器人；2）delta 机器人均采用伺服电机而非新一代 的力矩电机；3）按照多关节/SCARA/delta/协作机器人的单台伺服电机用量 6/4/4/6 台进行计算。在此假设下，预计 2025 年我国工业机器人电机用量有望超过 240 万 台，整体需求保持稳定向上增长。

人形机器人：伺服电机需求量呈指数级增长，产业链迎来黄金时代。人形机器人关 节预计在 40 个以上，我们按照 40 个关节数量计算，对应 40 台电机用量，包括颈 部、手臂、手指、躯干、腿部等各个部位，我们在人形机器人销量达到 100 万台的 中性假设下，预计对应人形机器人电机用量达到 4000 万台，较传统工业机器人电 机需求量大幅增长。考虑到不同部位配臵的电机功率、大小存在差异，其价格也存 在差异，我们假设单台电机均价 1200 元，则单台人形机器人电机价值量有望达到 4.8 万元，按 100 万台销量计算，人形机器人有望带来 480 亿的增量市场空间。

2.3 人形机器人手指关节自由度提升，空心杯电机具备较强契合度

更加灵活的应用场景驱动下人形机器人手指应具备更高的自由度。人形机器人的重点在 于替代人的部分工作场景，同时进行更好的交互以辅助人进行工作，因此其会面临更加 多样化、更加复杂的应用场景，故赋予其手指关节更高自由度使得其具备抓取、传递等 基本功能是关键。考虑到人形机器人的仿真性，其手指关节处需要配备体积小且能输出 较大力的电机。我们认为，具备节能、灵敏且体积较小的空心杯电机和将伺服电机与丝 杠集成的模块化产品电缸，天然适配于人形机器人手指关节。

空心杯电机：优点明显，与人形机器人完美适配。空心杯电动机属于微型直流永磁 伺服电动机，它可以利用永磁铁产生磁场，从而实现直流供电。与传统电机的不同 之处在于，空心杯电机结构为转子无铁芯，转子无铁芯的结构设计一是可以降低电 机质量，二是可以降低电机的机械损耗，便于延长电机寿命，从根本上杜绝了因铁 芯而产生的铁耗，提升效率。空心杯电机可以分为无刷空心杯电机和有刷空心杯电 机，作为高效率的能量转换装臵，优点明显：1）节能性：能量转换效率高，其最大 效率一般在 70%以上；2）控制特性：起动、制动迅速，响应极快，在高速运转状 态下，可以方便地对转速进行灵敏的调节；3）运行稳定且十分可靠，转速波动很小， 能够容易的控制在 2%以内；4）重量轻，体积小：空心杯电动机的能量密度大幅度 提高，与同等功率的铁芯电动机相比，其重量、体积减轻超过三分之一。由于空心杯电动机克服了有铁芯电动机不可逾越的技术障碍，其在军事、各类工业产品、高 科技、民用电器等各领域应用广泛。而对工业机器人、仿生义肢等，空心杯电机凭 借其快速响应的随动系统能够很好发挥作用。对于人形机器人而言，空心杯电机除 快速响应外，体积小、重量轻、节能等各种特点都符合人形机器人需要，随着人形 机器人大时代来临，空心杯电机有望迎来需求爆发。

海外品牌占据高端市场，国内产品性价比优势明显。由于空心杯电机属于微特电机 的一种，而微特电机属于技术密集行业，其兴起于瑞士，发展于日本，而后随技术 扩散逐步向发展中国家转移，因此我国的空心杯电机产品较国外还存在一定差距。 从微特电机的下游看，信息处理、家用电器和武器、航空等领域占据主要份额，而 目前在 IT 微特电机领域，日本企业相对领先，其中硬盘主轴电机是技术含量较高 的微电机，Nidec（电产）、inebea（美蓓亚）都是代表厂商，手机用线性震动电机 仅 SEMCO（三星电机）等少数企业可以供货。在汽车微特电机领域，同样是日本 企业主导市场，Nidec（电产）、ASMO（阿斯莫）、Mitsuba （三叶）、Denso（电装） 占据主要市场份额，空心杯电机作为电机的新的发展方向，国外厂商也纷纷加强产 品布局，如 Maxon（瑞士）、Faulhaber（德国）等著名微电机厂商都已经大量申请 空心杯电机相关的专利技术。目前，国内厂商在微特电机，尤其是空心杯电机领域 开始奋起直追，不断加速国产替代，从价格上看，国内厂商微特电机产品价格在几 百元不等，且性能上开始逐步收敛国外同类型产品，性价比优势凸显。

人形机器人有望带动空心杯电机用量大幅增长。考虑到空心杯电机体积较小，更易 于装配在机器人小关节处，保守假设下，我们假设空心杯电机仅用在人形机器人手 指关节处，且仅考虑三根手指装配空心杯电机（一只手臂），则单台机器人所需空心 杯电机数量为 6 台，中性假设人形机器人销量达到 100 万台，对应空心杯电机需求 量为 600 万台。

2.4 伺服电缸符合人形机器人降能耗目标，产品需求有望持续推升

动力问题是机器人的核心问题，波士顿动力采用液压执行器进行辅助驱动。波士顿动力 早期机器人主要是电机通过齿轮驱动连杆机构，对于没有载荷要求的机器人而言足够， 但 BigDog 这类以内燃机为动力且需搭载较大负荷的机器人产品系统能耗高，能量的多 次转换、多环节传递造成了大能量损失，原有设计方案无法满足。为了提高机器人运行 的效率、减小功率消耗以及提高运动稳健性，波士顿动力通过判断关节承受的载荷类型 和大小，以选择适当的液压或电动制动器，使得机器人的功率消耗最低。但从其动力来 源看，最主要依靠的驱动方式仍为液压驱动，在腿部上肢和下肢的连接处采取的多以液 压执行器为主，相比于纯电动执行器，在降功耗、提效率上仍存在一定不足。

伺服电缸：有望替代液压执行器，完美符合人形机器人产品需求导向。伺服电缸是 将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运 动。伺服电缸通过结构上的改造将伺服电机自身优势转变成精确速度控制，精确位 臵控制和精确推力控制，从而实现高精度直线运动。从优点上看，伺服电缸能够快 速与 PLC 等控制系统连接，实现高精密运动控制，同时具备噪音低，节能，干净， 高刚性，抗冲击力，超长寿命，操作维护简单等优势，并且可以适应在恶劣环境下 的工作，广泛适用于造纸行业，化工行业，汽车行业，电子行业，机械自动化行业， 焊接行业等各领域。对于人形机器人而言，伺服电缸的节能、轻量化特点相比于液 压驱动具备较好的优势，符合特斯拉本身的电动化导向，也符合人形机器人产品未 来的要求。

伺服电缸契合人形机器人未来多方位的应用场景，需求量有望随之提升。伺服电缸 高精密运动控制的特点符合人形机器人的要求，同时低噪、节能、高刚性以及能够 适应恶劣环境工作的特点符合当前用户端对人形机器人应用场景的期望。从产品适 配上看，伺服电缸主要针对人形机器人膝关节、肘关节和肩关节的连接处，起到辅 助驱动的作用，使用伺服电缸相比于采用液压执行器，在控制成本的同时，也能够 降低机器人的重量，降低耗电量。我们按照保守情况做出预测，假设伺服电缸仅用 在人形机器人膝关节、肘关节和肩关节三处使用，则单台机器人所需伺服电缸数量 为 6 台，中性假设人形机器人销量达到 100 万台，对应空心杯电机需求量为 600 万 台。

三、重点公司分析

3.1 江苏雷利：中高端微特电机领军企业

公司是全球家用微特电机领军企业，通过外延并购切入医疗器械、新能源汽车零部件、 工控等高景气赛道，打开新的成长空间。通过横向拓展应用领域，公司 2021 年实现收 入 29.2 亿元，同比增长 20.5%，收入增速边际改善。公司经过多年经营，已成为全球 知名的微特电机供应商。公司借鉴海外龙头经验，通过并购等方式切入医疗器械、新能 源、工控等高端应用场景。2021 年公司“多应用领域”战略成效显著，实现了工控市场 的重大突破，同时新能源、医疗器械领域也取得快速增长，实现营业收入 29.2 亿元，同 比增长 20.5%，收入增速边际改善。