工业行业传动系列二：电气传动_灵活多面手

免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 1 证券研究报告 工业 传动系列二：电气传动-灵活多面手 华泰研究 机械设备 增持 (维持) 通用机械 增持 (维持) 研究员 倪正洋 SAC No. S0570522100004 SFC No. BTM566 nizhengyang@htsc.com +(86) 21 2897 2228 研究员 史俊奇 SAC No. S0570522110002 SFC No. BTM901 shijunqi@htsc.com +(86) 21 2897 2228 研究员 杨云逍 SAC No. S0570523070001 yangyunxiao@htsc.com +(86) 21 2897 2228 研究员 杨任重 SAC No. S0570522110003 yangrenzhong@htsc.com +(86) 21 2897 2228 联系人 王自 SAC No. S0570123070064 wangzi022582@htsc.com +(86) 21 2897 2228 联系人 张瑶珈 SAC No. S0570122090160 zhangyaojia@htsc.com +(86) 755 8249 2388 行业走势图 资料来源：Wind，华泰研究 2023 年 10 月 01 日│中国内地 专题研究 电气传动：灵活多面手，应用广阔市场分散 电气传动为机械设备三大传动方式之一，其使用电动机将电能转换成机械能，带动各类型生产机械、交通车辆及运动物品。电动机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。电动机行业呈现竞争格局分散，下游应用广泛的特点，其复杂性在于技术路径多样，对应电机不同的特性，适用于下游不同场景。本报告系统阐述了电气传动行业市场概况、电动机六大技术路径选择，并以人形机器人、矿山机械、数控机床应用为例分析电气传动系统在主要产品中的应用，以及未来定子扁线化和碳化硅应用对电机性能的提升，全面覆盖电气传动原理、市场、应用分析。 电机六大技术路线选择排列组合，顺势而生各有千秋 我们总结电机有六大关键技术选择，分别是交流/直流、同步/异步、永磁/电磁、单相/三相、控制方式步进/伺服、直线/旋转。各种电动机产品是不同技术路线排列组合后的产物。不同技术路径组合的电机各有所长，适用于不同应用场景。直流电机调速简单，变频器发展提升交流电机调速能力；永磁电机一般表现同步特性，高功率高效率且低速运行表现好，异步交流电机无需永磁体成本较低，性价比高应用广泛；伺服电机相比步进控制精度更高，永磁同步伺服控制简单且效率较高，成为主流之选。直线电机可视为旋转电机的结构变形，线性运动中需传动装置，响应快精度高。 典例：人形机器人/矿山机械/数控机床中多种电机“各司其职” 人形机器人执行器主要使用无框力矩电机和空心杯电机。人形机器人具有结构紧凑、关节扭矩大的特点，因此目前身体关节选用无框力矩电机；而手部电机要求体积小、精度高，主流应用为直流永磁伺服的空心杯电机。矿山机械行业中高性价比的交流电机主要用于传输设备，直流电机调节简单，主要用于挖掘机械，而永磁同步电机凭借其优良综合性能及节能特性应用场景逐渐增多。数控机床方面，交流异步电机为主轴电机主流应用，而机床进给电机精度控制要求较高，永磁伺服电机为主流应用。进给电机的新方案为直线电机驱动数控工作台，可达到高效率快响应目的。 未来：定子扁线化与碳化硅应用成为提升电机能效新方向 电机未来向着更高功率和效率不断发展，定子扁线化和碳化硅的应用是热门方向。扁线定子设计通过增加槽满率提升电机效率、功率密度、散热能力，目前主要应用于新能源汽车。多个企业已经布局扁线业务，但扁线电机工艺复杂、设备精度要求高，大规模量产存在一定难度。碳化硅为电机提升能效提供新方向，其属于宽禁带材料，介电击穿强度和热导率高，开关速度更快，能够大大提高电机的效率和功率密度，有望成为电机逆变器的主流材料。 风险提示：电机技术路径发生改变，电机上游原材料价格波动风险，未来技术迭代不及预期。 (6)2101725Oct-22Feb-23Jun-23Sep-23(%)机械设备通用机械沪深300 免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分，请务必一起阅读。 2 工业 正文目录 电气传动：灵活多面手，应用广阔市场分散 ................................................................................................................. 5 电气传动系统概览：灵活多面手 ........................................................................................................................... 5 电机行业格局分散，国内电机 “量增”到“质提”走向高端 ............................................................................... 6 电机六大技术路线选择排列组合，顺势而生各有千秋 .................................................................................................. 9 直流 or 交流：换向/调速为核心问题，霍尔元件/变频器助推无刷替代有刷 .......................................................... 9 永磁 or 励磁：交替并行发展，高性能永磁体提升电机功率和效率 ..................................................................... 13 同步 or 异步：同步电机节能高效高功率，异步电机具有成本优势 ..................................................................... 16 单相 or 三相：三相电机稳定高效，单相电机需使用电容器/罩极启动 ................................................................. 19 步进 or 伺服：伺服闭环相较步进开环控制精度较高，经济性较低 ..................................................................... 21 旋转 or 直线：直线电机可视为旋转电机的结构变形，高速响应高精度 .............................................................. 24 典例：人形机器人/矿山机械/数控机床中多种电