电动机行业分类、壁垒及产业链介绍

分为工控级、消费级、车载电机，国内总规模 740 亿元。

电动机（下称电机）由线圈和磁铁构成，是指依据电磁感应定律实现电能的转 换或传递的一种电磁装置。其主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的 动力源。电机本身所带来的机械运动为圆周运动或直线运动。

电机输出扭矩大小和转速高低通常呈负相关，增加电机的尺寸可提升输出 扭矩，同时会降低电机转速。 客户选择电机时，主要是根据不同应用场景对电机的转矩性能、惯量匹配、 准确性、轴间协调、布线等要素的要求进行选择。电机的名称纷繁复杂，原因 是电机作为一种执行机构，其形态需要适应不同应用场景带来的差异化需求而发生改变。市面上有几百种不同名称的电机，但很多电机之间的差异很小。

按应用领域分，电机可分为消费级电机、工业级电机，以及车载电机。我们测 算，2021 年，国内消费级电机市场规模约 300 亿元，伺服电机市场规模约 250 亿元， 新能源汽车电机约 140 亿元规模，步进电机国内约 50 亿元规模，国内电机总市场规 模约为 740 亿元。

由于电机的结构、加工方式相对简单，应用领域非常广泛，从简单低端的普通 铁芯电机到航天军工用的特种电机都存在市场需求，因此电机行业的进入壁垒低， 中低端应用场景玩家众多，低价竞争的后果是利润率水平低。但电机应用领域向高 端升级的壁垒很高，主要在于以下三点：

第一，资金壁垒高，前期大量投入研发以满足不同领域的标准。如，新能源汽 车使用的电机需满足 IATF16949 和 ISO26262 国际标准。截至 2022H1，汇川技术的 新能源汽车电驱业务目前已经投入 30-40 亿元，常州工厂还需再投入 20-30 亿，截至 2022H1 公司新能源电驱业务仍然亏损。此外，进入医疗领域的产品需满足 ISO13485 认证，进入航天领域的产品需满足 EN9100 标准认证。

第二，技术壁垒高，高端领域的客户看重电机厂商在标准品基础之上以更低的 成本满足其定制化要求的能力。 电机设计的主要组成部分是机械和电气。机械改动层面，缩小输出轴径较简单， 增大轴径却更复杂。电气修改层面，调整电机绕组的电气特性更为简单，但增加设 计电压更为复杂，需要更改绝缘材料甚至槽设计。设计一个应用在全新领域的电机 要求工程师真正掌握电磁学、电机学、动力学的底层逻辑，考虑电磁转换效率、磁 场分布、涡流最小化等诸多因素，经过精密的计算最终完成设计，难度很高。 电机应用环境是决定定制化复杂程度的重要因素。在极端温度/真空/无尘/潮湿/ 易爆/辐射/高振动冲击等偏离典型工业环境下，对电机材料、结构设计等要求大幅提 升，定制化成本会大幅增加，实力越强的公司越能做到压缩定制成本。

第三，客户壁垒高。航天、手术机器人、高端医疗器械等应用领域的用户倾向 于选择已经树立高品质品牌的厂商，基本不会切换供应商。比如，火星探测领域， NASA 连续六次火星探测活动使用 Maxon 的电机。在医疗技术领域，瑞士胰岛素泵 供应商 Ypsomed 通过不断向患者说明其选用 Maxon 的高品质驱动器来赢得患者信任。

国内工控级电机产业链上游为磁性材料、编码器（伺服电机为电机和编码器集 成）、芯片以及轴承等结构件；中游为工控电机本体（伺服电机与步进电机），下游 应用领域主要为各行业通用自动化设备。

生产电机需要用到磁性材料，以永磁体为主。永磁体主要分为塑磁、铁氧体和 钕铁硼。我们认为未来电机原材料以钕铁硼为主。中国是稀土大国，相较国外具备价格 优势。稀土含量越高，材料的磁性就越好。相同体积的钕铁硼性能远高于铁氧体。我们认为，未来人形机器人使用钕铁硼的概率更高。 编码器是伺服电机内部集成的传感器。从物理介质的不同来分，伺服电机编码 器可以分为光编码器和磁编码器。磁编码器成本相较光编码器可以下降 100 多元。 整体来看，国内编码器的精度和综合性能较国外仍有差距，国内运控厂商使用的编 码器，尤其是应用于高精度领域的大多需要进口。

以驱动一个直流无刷电机为例，必备要素包括 MCU（控制芯片）+Gate Driver 或 Pre- Driver（预驱）和功率器件(MOSFET)，MCU 芯片通过 PWM 波控制预驱芯片， 进而预驱芯片控制功率器件（MOS、IGBT）。 根据 Grandview Research 测算，预计 2022 年全球直流无刷电机驱动芯片总市 场规模约为 252 亿元。意法半导体、德州仪器等国际大厂主导电机驱动控制芯片市 场，国内厂商的全球市占率较低。海外大厂多采用 ARM 架构电机主控芯片 MCU， 提供从控制器到功率器件的完整电机芯片解决方案。