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高速电机行业报告:高速电机的永磁化成为电机驱动技术的重要发展方向之一

国内高速电机企业在一些细分领域还是有所突破。例如,在新能源汽车领域,国内企业已经开始研发和生产高性能的永磁同步电机,以满足新能源汽车对高效率和低能耗的需求。此外,在工业机器人、航空航天等高端领域,国内企业也在逐步提高产品的技术水平和质量,取得了一定的

高速电机通常是指转速超过10000r/min的电机。它们因为转速高,体积远小于功率普通的电机,与原动机相连,取消了传统的减速机构,高速电机转动惯量小等原因,所以具有电机功率密度高,可以有效的节约材料,传动效率高,噪音小,动态响应快等优点。国内高速电机所需的高端材料和零部件主要依赖进口,国内供应链体系相对薄弱。这使得国内高速电机企业在高端产品的生产方面受到限制,难以实现自主生产,影响了中高端产品的竞争力。

高速电机行业报告

国内高速电机企业在一些细分领域还是有所突破。例如,在新能源汽车领域,国内企业已经开始研发和生产高性能的永磁同步电机,以满足新能源汽车对高效率和低能耗的需求。此外,在工业机器人、航空航天等高端领域,国内企业也在逐步提高产品的技术水平和质量,取得了一定的市场份额。据统计截至2022年末,中国高速电机行业市场规模达324.4亿元,同比上年增长30.91%,主要受新能源产业影响,整体市场量价齐升,带动国内高速电机市场规模大幅增长。

高效化与电机的转换效率、温升有直接的关系。效率高,能源的利用率就高,在当今节能减排、可持续发展的时代背景下显得尤为重要。另外,效率高意味着损耗小,损耗转换成的热能也随之降低,电机的温升就可以得到有效控制,温升的有效控制对电机绝缘性能大有益处。电机的效率跟材料学科的发展也密切相关,例如性能优异的钕铁硼材料应用在永磁电机中,提升了电机的效率,并且使电机的功率因数、最大转矩倍数都有所改善。在技术发展和高性能永磁材料的不断降价趋势下,高速永磁电机在很多的领域必将占有越来越大的份额,不可否认的是永磁电机设计技术与制造工艺的突破和跟进。高速永磁电机转子磁钢固定工艺难度大,需采用新材料、新结构并结合多种磁钢固定方法行程优势互补。高速永磁电机具有效率高、比功率较大、功率因数高、可靠性高和便于维护的优点。高速电机的永磁化成为电机驱动技术的重要发展方向之一。

中研普华产业院研究报告《2024-2028年中国高速电机行业深度分析及投资战略咨询报告分析

第三章 中国高速电机行业市场发展现状分析

第三节 高速电机行业供需状况分析

一、高速电机行业供给状况分析

(一)全国高速电机制造行业市场规模分析

据统计截至2022年末,中国高速电机行业市场规模达324.4亿元,同比上年增长30.91%,主要受新能源产业影响,整体市场量价齐升,带动国内高速电机市场规模大幅增长。

图表:2020-2022年中国高速电机行业市场规模

数据来源:中研普华产业研究整理

(二)全国高速电机制造行业产成品分析

高速电机在优必选机器人的应用

1、一体化驱动单元:精密谐波减速、无框力矩电机、驱动控制器、双编码器

优必选科技专注于人工智能及机器人核心技术的应用型研发、前瞻性研发与商业化落地,提供包括商业服务、智慧康养、公共卫生防疫在内的多行业解决方案,赋能新基建,推动各行各业服务智能化转型升级。近年来,优必选科技不断深入大型人形机器人Walker的商业化应用新探索。

Walker采用了优必选完全自研的全新高性能伺服舵机,该伺服舵机是一体化驱动单元,由无框力矩电机、精密谐波减速、驱动控制器及双编码器组成。拥有从4.5Nm到200Nm的系列伺服舵机作为驱动单元,速度可以达到60转/分钟,支持位置模式、速度模式和力矩模式三种控制方式。

优必选科技在成立前就开始攻克伺服驱动器的难关。截止目前,公司已设计和生产了40多种不同的伺服驱动器,掌握了从0.2Nm小型伺服驱动器,到120Nm大型伺服驱动器的量产能力,并在不同系列机器人上实现大规模应用,做到研产销链一体化。2016年,优必选科技累计生产伺服驱动器100万台,2019年,累计交付含伺服驱动器的机器人100万台,截至2022年末公司累计交付含伺服驱动器的机器人达350万台。

2、优必选大扭矩伺服舵机系统

目前,优必选科技已能自主开发和量产多款小扭矩及大扭矩伺服驱动器,打破了机器人核心零部件的国际垄断,实现国产化替代。公司还布局了包括高性能伺服驱动器、机械传动、运动规划与控制、计算机视觉与感知、智能语音交互、SLAM与导航、人机交互和手眼协调等核心技术,同时推出了机器人操作系统应用框架ROSA。

截至2022年末,优必选科技在国内外布局专利近3000件,其中发明专利占比超过70%,涵盖了人工智能和人形机器人核心技术领域,人形机器人专利数量中国领先。

关于机器人的中空设计,在一些机械臂的应用中需要走线,因为机械臂可能要串4-7个伺服驱动器,尤其是家庭应用或服务机器人,不可能在外部走线,线就要想办法从中间穿过去,伺服驱动器做成中空是最方便的。如果是中空再加上滑环结构,就可以实现伺服驱动器的多圈输出,功能也可以扩展。

图表:优必选大型伺服驱动器

资料来源:公司官网

当前,优必选研发生产的大型伺服驱动器扭矩最大为200Nm,最小的是右下角15Nm。电压基本上都是48V,设计方式基本上以谐波减速电机、高精度位置传感器为主。

3、优必选大扭矩伺服舵机及驱动器应用示例

未来的研究重点在大型的伺服驱动器,因为小型伺服驱动器可以实现量产,可优化的点不多,而对于大型伺服驱动器,像Walker等大型双足机器人的应用上还有很大的改进空间。比如现在大型机器人比较重,它的运动控制性能还比不上液压等的方式的运动能力。从电驱的方向上看,还有很多要改进的地方,比如减小体积、外观流畅、提升功率密度,达到跑和跳的动作需求等。同时伺服驱动器也有IMU功能,可以使得运动控制更加灵活。双自由度的设计也是方向之一,比如一个自由度要加一个伺服驱动器,但可以把两个自由度放在一个伺服驱动器里,就是一个伺服驱动器有两个垂直的输出,例如髋部,可以把前后的运动和侧向的运动做成一体,双自由度用来节约体积和重量。多圈旋转模式、带有力控功能的伺服驱动器、具有刹车/离合功能的伺服驱动器、具有弹性储能装置的伺服驱动器,采用新材料,降低重量等等,这些都是未来伺服驱动器的发展方向。

二、高速电机行业需求状况分析

(一)全国高速电机制造行业销售产值分析

从行业协会的数据来看,近年来国内电机企业不断加大对高速电机产品的研发投入,国内高速电机产品在产能产量和产品性能表现上都大幅提升,2022年全国高速电机制造行业销售产值为303.7亿元,同比增长33.61%。

图表:2020-2022年全国高速电机制造行业销售产值分析

数据来源:中研普华研究院

(二)全国高速电机制造行业销售收入分析

高效性、高可靠性、轻量化、小型化、智能化将是高速电机技术未来发展趋势,将进一步为行业内公司在高速电机新技术、新产品开发以及新市场拓展方面带来新的机遇,2022年全国高速电机制造行业销售收入为313.5亿元,同比增长32.21%。

图表:2020-2022年全国高速电机制造行业销售收入分析

数据来源:中研普华研究院

高速电机行业研究报告旨在从国家经济和产业发展的战略入手,分析高速电机未来的政策走向和监管体制的发展趋势,挖掘高速电机行业的市场潜力,基于重点细分市场领域的深度研究,提供对产业规模、产业结构、区域结构、市场竞争、产业盈利水平等多个角度市场变化的生动描绘,清晰发展方向。

欲了解更多关于高速电机行业的市场数据及未来行业投资前景,可以点击查看中研普华产业院研究报告《2024-2028年中国高速电机行业深度分析及投资战略咨询报告》。


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