微特电机行业面临的机遇

微特电机行业面临的机遇 一、 微特电机行业面临的机遇 1、人口老龄化促进国内医疗需求增长和微特电机行业发展 当前，我国人口现状呈现出老龄化趋势下的三个特征，总人口增速进一步减缓、劳动年龄人口占比下降、老龄人口占比显著提升。2021年5月，国家统计局公布了第七次全国人口普查结果，老龄人口占比不仅首次突破10%（达到13．5%），而且增幅高达4．63个百分点，显示人口老龄化正在加速。这也意味着对疾病尤其是糖尿病、心血管疾病、骨质疏松等老年慢性病的诊治、用药及康复需求均将持续增长。根据国家统计局数据，除2020年受新冠疫情影响外，我国人均医疗保健投入呈快速增长态势，2015-2020年期间年均复合增长率达到8．52%。 2、微特电机下游应用市场广阔 微特电机的下游应用市场极其广阔，深入各行业产业链的方方面面。在家用电器、汽车、工业控制等应用领域保持着稳定增长的同时，医疗器械、可穿戴设备、机器人、无人机、智能家居等新兴领域的快速发展将为微特电机行业带来新的增长动力。随着各行业终端产品本身市场容量的不断增长，微特电机产品的制造企业也将从中获得巨大的市场机遇。 二、 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。 三、 电机行业市场重要的驱动源 电机行业市场容量大，作为重要的驱动源，广泛应用于不同领域。我国电机企业数量较多，但是行业高端市场被国外发达国家占据，我国厂商大多集中在微电机领域，市场竞争较为激烈。目前，中国电机行业属于劳动密集型加技术密集型产业，大中型电机市场集中度较高，中小型电机市场的集中度较低，竞争激烈。电机行业内部存在较大的分化，上市企业、大型国有企业因资金充足、产能规模较大、品牌知名度较高等原因，在整个行业的发展中占据了先机，逐步扩大了市场占有率。而数量众多的中小型的、同质化的电机生产企业只能分享剩余的市场份额，在行业内形成马太效应，促使行业集中度有所提升，部分弱势企业被淘汰。 四、 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。 五、 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%。 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、 电机行业发展方向及前景 在一系列市场因素的影响下，我国大部分电机企业利润空间被进一步压缩。在成本高居不下，环保监管进一步加强的背景下，高效节能电机是电机产业发展的必然方向。在此前发布的《工业节能十三五规划》和《十三五节能环保产业发展规划》中明确将电机系统节能列入重点节能九大工程，更明确提出示范推广稀土永磁无铁芯电机、电动机用铸铜转子技术等高效节能电机技术和设备。 电机是重点耗能设备，2020年我国电机保有量29．5亿千瓦，具有较大的节能潜力。2021年11月，工信部、市场监管总局联合发布《电机能效提升计划（2021-2023年）》，明确提出到2023年高效节能