微特电机行业认证壁垒

微特电机行业认证壁垒 一、 微特电机行业认证壁垒 微特电机是机电产品的关键部件。出于使用安全和消费者权益考虑，很多大型客户要求生产商需进行质量管理体系、环境管理体系等体系认证，对于各类产品还根据不同销售区域的法规及客户质量要求需要取得CQC、UL、VDE等认证。各类产品根据客户要求，需持续通过第三方检测机构（经CNAS/CMA合格认证）对有害物质、产品性能的检测并出具合格报告。 二、 电机行业市场容量及竞争格局 随着高能效电机在汽车、农业、空调和洗衣机等领域的广泛使用，全球的电机市场得到了很大的增长。据统计，2019年全球电机市场的规模为1220亿美元。2020年全球电机市场规模达到1505亿美元，2021年市场规模达到1640亿美元，而2021至2028年复合增长率有望保持在6．4%的速度。2028年销售额达到2325亿美元。 电机是用电量最大的终端耗电设备，根据统计，电机的总用电量占全社会的64%左右，其中，工业领域的电机用电量占工业用电的80%左右。近年来，工业和信息化部与有关各方共同努力，组织实施电机能效提升计划，积极推广应用高效节能电机技术和产品，加快完善电机能效标准体系，大力开展工业节能监察，推动低效电机加快淘汰，推动我国电机能效水平显著提高。当前我国高效电机市场占有率已比2013年约提高20个百分点。 据统计，发达国家每个家庭平均拥有的电机数量是80到130台，而我国大城市家庭平均拥有的电机数量大约在20到40台之间，目前还远低于发达国家的平均水平，因此，国内的电机产业还有很大的发展空间。2021年，尽管全球疫情带来国际海运、原材料价格大幅波动，电力供应紧张等多重困难，我国电机行业以完整的供应链、庞大产能、效率与价格优势，仍展现出较强的行业韧性与活力，电机产品出口总额破200亿美元，创历年新高。受益于各国制造业明显恢复，国际市场需求普遍增长，2021年我国电机行业出口的持续增长。据我国海关统计，2021年我国电机产品出口额约为213．9亿美元，同比增长35．8%，创近年新高;进口额约53．3亿美元，同比增长19．9%。贸易顺差约160．5亿美元，同比增长42%。 三、 电机分类 根据用途不同，分为非控制电机和控制电机。非控制电机用于电动工具、家电和其他通用小型设备中，侧重电机在启动和运行过程中的力能指标；控制电机可以对电机的转速、位置和转矩进行精准控制，更侧重于高精度和快速响应，因此多用于自动化设备中。常见的控制电机包括步进电机和伺服电机两种。步进电机利用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移，也称脉冲电机；伺服电机利用输入的电压信号转换成角位移或角速度输出，通过改变控制电压改变电机的转速和转向。伺服电机在精度、可靠性、噪音、过载能力、能量转换效率等方面性能优于步进电机，但是成本较高，因此两者呈互补关系。 电机核心指标为转速、功率、扭矩等。电机参数指标是选择电机的重要参考，包括：输入功率，输出功率，额定电流，堵转电流，额定转速，加速度，减速度，震动，噪音，功率因素，效率，堵转转矩，额定转矩，最大转矩，转动惯量，相间绝缘电阻，相对地绝缘电阻等。其中，重要参数以及含义分别为：1）额定功率：电机设计时的理想功率也是最大功率；2）额定电压：该电机的建议工作电压，电压决定了转速和一系列参数，超过电压可能会出现局部过热问题，不可以长期运行；3）额定转速：额定功率下电机的转速；4）额定转矩：力矩=里×力臂，相当于电机的力气，在机器人领域，转矩一般用于使得机器人移动或者使得机械臂完成各种动作；5）电机效率：电机输出的机械能与消耗的电能的之比；6）噪音：电动机在空载稳态运行时的分贝数；7）物理参数：尺寸、重量、固定孔的位置等；8）寿命；9）价格。此外，控制电机还需考虑控制精度和响应时间等。1）响应时间：电机的转速从零开始增长的过程。为了满足自动控制快速响应的要求，转速变化时间应尽可能短，即电机转速变化应迅速跟上控制信号的要求。2）控制精度：电机运行的实际位置与控制器输出位置之间的偏误程度。不同应用场景的侧重点不同，因此关注的核心指标也有差别。例如汽车电机更侧重功率密度（单位体积对外输出密度），机器人电机更侧重控制精度，重型机械电机更侧重扭矩等。 四、 伺服电机：控制精度高，广泛应用于工业自动化 伺服电机是工业自动化行业中应用最广的电机。伺服来自英文servo，指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动，实现对位置、速度、加速度和力矩的精准控制。伺服电机具有响应速度快、精度高、加减速度快、速度不受负载影响等优点，且转速范围宽、高速性能好、低速运行平稳，同时抗过载能力强，能承受3倍于额定转矩的负载，适用于对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合。 伺服系统一般由驱动器、电机、编码器构成。①伺服驱动器（指令装置）属于驱动层，又称伺服控制器、伺服放大器，一般通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位；改变控制电压可以变更伺服电机的转速及转向。②伺服电机属于执行层，伺服电机在自动控制系统中作为执行元件，把输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出。③编码器（反馈装置）通常内置在伺服电机末端，用来测量电机的转角、转速和位置，对控制精度具有关键作用。驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度，达到伺服控制的目的。 伺服电机分为直流和交流伺服电动机。1）直流伺服电机分为有刷和无刷电机：①有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对使用环境有要求（无尘、易爆环境不宜），通常用于对成本敏感的普通工业和民用场合；②无刷电机体积小重量轻，出力大响应快，速度高惯量小，力矩稳定转动平滑，控制复杂，智能化，电子换相方式灵活，可以实现方波或正弦波换相，电机免维护，高效节能，电磁辐射小，温升低寿命长，适用于各种环境。2）交流伺服电动机又分为异步伺服电动机和同步伺服电动机。交流伺服电机优点在于速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡，90%以上的高效率，发热少，高速控制，高精确度位置控制，额定运行区域内可实现恒力矩，惯量低，低噪音，无电刷磨损，免维护。缺点在于控制较复杂，驱动器参数需要现场调整PID参数确定，需要更多的连线。高性能的伺服系统大多采用永磁同步交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。 伺服电机作为工业自动化的核心零部件，市场规模随产业自动化升级稳步增长。1）替代需求：在机床、纺织机械、印刷机械和包装机械等领域，伺服电机相比步进电机具有精度、扭矩、过载等性能方面的优势，渗透率不断提升；2）新增需求：工业机器人、电子智造装备等行业对精度性能要求较高，其迅速增长为伺服电机市场贡献较大增量。根据GrandViewResearch与MIR数据统计，2020年全球伺服电机市场规模367亿元，预计2026年有望达到539亿元。我国伺服电机起步较晚，尚处于成长阶段，2020年我国伺服电机市场规模约149亿元，预计2026年有望达到225亿元。 伺服电机的核心难度，即导致各国差距之处，主要在于电机的基础性研究、高精度伺服驱动器和编码器。1）基础性技术研究：包括高端电机的结构设计、产业化制造技术、生产工艺的突破、性能指标的实用性检验，导致高端伺服电机的性能、质量和稳定性的差异；2）材料，特别是适应高温的材料；磁材和绝缘性材料等，国内的磁材总体性能差，伸缩长度会发生变化；3）驱动系统：目前的伺服系统标准仍然依靠国外定义，包括共目线结构体系，先进的控制算法，自适应振动抑制，自适应参数整定，齿槽转矩补偿，磁饱和控制，弱磁控制、安全控制等，需要时间和经验的积累、大量的数据逐步实现各项功能；4）编码器：目前高精度编码器严重依赖进口，小型化仍待突破，而编码器对定位精度影响很大。 伺服电机行业65%份额为外资品牌，高端市场基本被外资垄断。根据MIR数据，我国伺服电机竞争格局中外资品牌占65%，国产品牌占35%。根据前瞻产业研究院报告，目前主流品牌可分为欧系、日系和国产品牌等类别，其中欧系日系占据中高端市场，国产主要集中在中低端市场。①欧系品牌占比20%：如西门子、伦茨、博世力士乐等，过载能力高、动态响应好、驱动器开放性强，但价格昂贵、体积重量大；②日系品牌占比45%：如安川、三菱、松下等，品牌性能和价格相对低、体积小、重量轻、可靠性和稳定性强，但动态响应能力较弱、开放性较差低，总体上性价比更高，最适合中端需求；③国产伺服占比35%：如中国台湾台达、汇川技术、华中数控等，产品基本成熟，精度和可靠性较差，中小功率居多，中低端伺服系统已实现大规模量产，但高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力。 五、 步进电机：经济性更高，适合低精度要求场景 步进电机也是一种控制电机。步进电机源于自英语单词Step，意为走一步，是一种形象的翻译。步进电机能将电脉冲信号转换为角位移/直线位移，并且位移量与脉冲数成正比，转速或线速度与脉冲频率成正比。通过调整电脉冲信号或脉冲频率就可以实现对电机的运动控制。步进电机能根据控制脉冲的要求迅速启动、反转、制动和无极调速；工作时能不失步，精度高，停止时能锁住。步进电机包括VR、PM、HB三种。1）VR步进电机，即反应式（VariableReluctance），由绕组、转子由软磁材料组成，结构简单，成本低，但动态性能差，效率低，发热大，已逐步被欧美国家淘汰。2）PM步进电机，即永磁式（PermanentMagnet），由永磁材料制成，动态性能好，体积相对较小，但精度较差，输出力矩较小，是一种成本较为经济的选择。3）HB步进电机，即混合式（Hybrid），综合了前两者的优点，可以实现精确的小增量步距运动，转子和定子上有多个小齿以提高步矩精度，输出力矩大，动态性能好，步距角小，但结构相对复杂，成本相对较高。 步进电机控制方式类似于伺服电机，包括驱动器和编码器。驱动器在负载能力的范围内，通过改变脉冲频率来调速；编码器信号检测转子位置，进行控制信号的反馈和电流调节。作为开环的控制系统，由于过载能力较低、调速范围相对较小、低速运动有脉动、不平衡等问题，一般应用于小型或简易型机器人中。步进电机VS伺服系统，可靠性低，经济性高。步进电机相比伺服电机，不足之处在于：精度略低；开环系统的低可靠性，低速存在共振区；运行噪音较高；无过载能力，易失步；能量转化效率低，自身损耗及发热较高；动态响应慢，加减速低；优势在于：调试较为简单，伺服驱动器涉及的参数多、使用手册长，且不同品牌的驱动器区别可能很大；成本更低；精度方面，在大多数场合，步进的分辨率已远高于机械要求的精度，对于高要求场合，通过细分驱动、添加闭环控制等方式，也可以达到很高的控制精度。因此，伺服电机更适用于要求高效率、高速高响应、高可靠性的场合，步进电机用于要求不高、成本敏感的场合，控制系统的设计须综合考虑控制要求、成本等因素，选择适当的控制电机。 六、 行业特征：市场容量万亿级，诞生细分领域龙头 电机的下游应用市场极为广泛，空间千亿美元。电机作为必不可少的关键基础机电部件，广泛应用于家电、汽车、信息处理器、视听设备、工业自动化等领域。发达国家微特电机的家庭平均拥有量为80-130台，而中国大城市家庭平均拥有量大约在20-40台；汽车为最主要电机细分市场，一辆商用车采用超过40个电动机，从低功率到高功率不等。根据GrandviewResearch的研究数据，2020年全球电机市场规模为1427亿美元，预计2021-2028年全球电机市场规模复合增长率将达到6．40%。从下游细分市场来看，汽车占比最高，占40．5%，其次为工业机械、HVAC设备（供热、通风与空气调节）、空调、运输、家电等。 电机需求分散化和长尾化，选型考虑因素众多。电机的选择取决于终端产品设计，电机选型贯穿于工程师设计和生产产品的全过程中，与产品特征和工程师设计理念紧密相关，因此其需求表现出极强的分散和长尾特征。 七、 电机行业市场重要的驱动源 电机行业市