电力设备与新能源行业机器人系列报告（四）：精密减速器&轴承，国产突围在即

来 机器人系列报告（四）：精密减速器&轴承，国产 突围在即 2023年9月14日 证券研究报告 行业深度研究 精密减速器&轴承，国产突围在即 2023年9月14日 本期核心观点 武浩电力设备与新能源行业首席分析 师 执业编号：S1500520090001联系电话：010-83326711 邮箱：wuhao@cindasc.com 看好 上次评级 看好 投资评级 电力设备与新能源 精密减速器应用领域广泛，国产减速器蓄势待发。精密减速器是传动领域核心部件之一，可以改变原动机与执行机构之间的转速和转矩，增加输出的扭矩。减速器下游应用广泛，在起重设施、建材、机器人等领域有所应用，主要产品可以分为谐波减速器、RV减速器、行星减速器、滤波齿轮减速器等。减速器壁垒主要在原材料、加工工业和热处理技术等，2021年国内减速器市场规模千亿，日系企业占据较大市场份额，经过我国减速器近年的发展，与海外头部减速器企业产品差距逐渐收敛，未来份额有望提升。 孙然电力设备与新能源行业研究助理 联系电话：18721956681 邮箱：sunran@cindasc.com 人形机器人催化，机器人减速器市场风起云涌。减速器作为工业机器人、协作机器人和人形机器人的核心部件，应用领域广阔、发展潜力大。谐波减速器、RV减速器在机器人应用中占比较多，在机器人中成本占比较高，2022年全球机器人减速器市场规模约为14.92亿美元，前景广阔。人形机器人方面，考虑一体化关节构成和承载因素，特斯拉人形机器人可能使用谐波减速器、类RV减速器和行星减速器，而国产机器人方案可能采用行星减速器方案。我们认为随着人形机器人的加速落地，机器人减速器市场规模空间有望打开，相关减速器市场增速有望提升。 轴承为机器人减速器、电机、丝杠组成部件之一，国产化在即。轴承种类繁多，下游应用包括汽车、家电、电机等多个场景，2021年全球轴承行业的市场规模为1213亿美元，市场份额主要由国际厂商所占据。在机器人上，轴承在机器人电机、减速器和丝杠上均有应用，若人形机器人减速器均由谐波减速器构成，我们判断单个机器人轴承价值量较大，有望随着人形机器人落地，快速提升整体市场空间。我们认为，随着机器人打开新应用空间，叠加轴承国产化政策+国内企业发力，国产轴承相关企业有望迎来新机遇。 投资建议：我们认为近期人形机器人尤其是国内机器人厂商+海外大厂的跟进，落地有望加速，相关减速器+轴承企业有望进一步催化。建议关注长盛轴承、五洲新春、双环传动（信达证券研发中心汽车组覆盖）、绿的谐波。 风险因素：核心技术发展不及预期；人形机器人量产不及预期；地缘政治风险&宏观经济下行风险等。 信达证券股份有限公司 CINDASECURITIESCO.,LTD 北京市西城区闹市口大街9号院1号楼邮编：100031 目录 一、减速器：传动领域核心部件，受益机器人市场增长5 1.1减速器：传动领域核心之一，应用领域广泛5 1.2国产减速器与海外差距收敛，市场规模稳步增长10 1.3人形机器人催化，机器人减速器市场风起云涌13 二、轴承：风起人形机器人，群雄逐鹿谁主浮沉20 2.1轴承种类繁多，下游应用广泛20 2.2机器人组成部件之一，有望打开成长空间21 2.2.1机器人减速器轴承情况22 2.2.2电机相关轴承情况23 2.2.3丝杠：人形机器人有望催化轴承需求24 2.3群雄逐鹿，千亿市场谁主浮沉26 三、投资建议31 四、风险因素32 图表目录 图表1：精密减速器机电一体化模组示意图5 图表2：2019年中国减速器产品下游行业分布6 图表3：谐波减速器下游应用领域6 图表4：谐波减速器结构图6 图表5：谐波齿轮传动原理图6 图表6：RV减速器结构示意图7 图表7：行星减速器结构示意图8 图表8：摆线针轮行星传动示意图8 图表9：滤波减速器结构示意图9 图表10：滤波减速器外形图9 图表11：不同种类减速器产品对比（单级）9 图表12：全球减速器市场规模（亿美元）10 图表13：中国减速器市场规模（亿元）及增速10 图表14：我国RV减速器市场规模（亿元）10 图表15：我国行星减速器销售额情况（亿元）10 图表16：我国谐波减速器市场规模（亿元）11 图表17：全球精密减速器市场格局11 图表18：2022年我国谐波减速器市场份额占比11 图表19：2022年我国RV减速器市场份额占比12 图表20：2022年我国行星减速器市场份额占比12 图表21：工业机器人减速产品国内外对比12 图表22：(a—c)国产和(d—f)日本柔轮显微组织光学显微镜照片和SEM照片13 图表23：人形机器人三种驱动方式简图14 图表24：LOLA人形机器人CAD模型和整体关节结构图15 图表25：LOLA髋关节结构示意图15 图表26：WALK-MAN弹性驱动单元结构图15 图表27：ARTEMIS下体关节和执行器位置16 图表28：ARTEMIS髋关节驱动单元16 图表29：三种驱动单元及减速器对比16 图表30：全球机器人领域精密减速器不同产品占比17 图表31：全球工业机器人市场规模及增速17 图表32：我国50kg工业机器人成本构成17 图表33：全球机器人用减速机市场规模（亿美元）18 图表34：我国工业机器人减速器需求趋势预测图18 图表35：一体化关节可以采用谐波减速器18 图表36：智元远征A1机器人核心关节采用行星减速器方案18 图表37：国内减速器代表相关布局19 图表38：轴承分类情况20 图表39：2021年轴承下游占比情况21 图表40：轴承在汽车上的应用情况21 图表41：工业机器人减速器对应轴承需求情况21 图表42：人形机器人部件轴承情况22 图表43：谐波减速器柔性轴承22 图表44：RV减速器滚针轴承22 图表45：工业机器人减速器对应轴承需求情况23 图表46：电机对应轴承情况23 图表47：卧式电机选择轴承情况24 图表48：滚珠丝杠两端单向固定支承系统图25 图表49：数控机床对应滚动轴承情况25 图表50：特斯拉人形机器人线性执行器25 图表51：角接触轴承26 图表52：四点接触球轴承26 图表53：深沟球轴承26 图表54：全球轴承市场规模（亿美元）27 图表55：2020年全球轴承市场份额情况27 图表56：中国轴承企业主营收入（亿元）27 图表57：2021年全球轴承市场份额情况27 图表58：国家轴承相关国产化政策28 图表59：各类轴承攻关单位情况28 图表60：国产轴承布局情况30 图表61：主要标的情况31 一、减速器：传动领域核心部件，受益机器人市场增长 1.1减速器：传动领域核心之一，应用领域广泛 减速器的主要作用是改变原动机与执行机构之间的转速和转矩。根据徐彪《行星齿轮减速器传动装置分析与研究》，减速器是一种通过联轴器将原动机与工作机连接起来闭式变速传动装置，大部分情况是降低输出端的旋转速度同时增大输出端的转矩，在某些特定的情况下，亦可用它来提升转速降低转矩，此时则称之为增速器。减速比，也称减速装置的传动比，是指减速机构中瞬时输入速度与输出速度的比值，是减速器选型过程中参考的重要指标。 电机可以通过减速器来降低输出轴的转速、增加扭矩输出、减少噪音和振动：1）在需要精确控制转速的设备中，如工厂生产线、机器人等，一些电机（如步进电机）在低转速下效率不高，因此需要减速器降低电机输出轴的转速；2）在需要输出较大扭矩的设备中，如起重机、输送带、石材加工机械等，电机直接驱动难以实现所需的扭矩输出，需要减速器来增加扭矩输出；3）在一些对噪音和振动要求较高的设备中，如飞机、高速列车等，电机直接驱动会产生较大的噪音和振动，影响设备的正常运行和使用寿命，因此需要减速机通过减少电机的转速来降低噪音和振动。 图表1：精密减速器机电一体化模组示意图 资料来源：绿的谐波公告，信达证券研发中心 减速器在下游行业应用中具有难以替代的配套地位，是机器人的重要组成部分。由于减速器能够改变原动机与执行机构之间的转速和转矩，因此广泛分布于起重运输、水泥建材、数控机床、光伏设备、医疗器械等多个行业和领域。同时，减速器是工业机器人、协作机器人和人形机器人的核心零部件，在工业机器人的生产成本中占35%左右，应用领域广阔、发展潜力大。 冶金 9% 电力 5% 其他 25% 机器人 11% 水泥建材 15% 起重运输 25% 图表2：2019年中国减速器产品下游行业分布图表3：谐波减速器下游应用领域 重型矿山 10% 资料来源：中国机械工业联合会，前瞻产业研究院，瞻研究公众号，信达证券研发中心 资料来源：绿的谐波招股说明书，信达证券研发中心 按照控制精度划分，减速器产品可分为一般传动减速器和精密减速器。一般传动减速器控制精度低，可满足机械设备基本的动力传动需求。精密减速器回程间隙小、精度较高、使用寿命长，更加可靠稳定，应用于机器人、数控机床等高端领域。精密减速器种类较多，包括谐波减速器、RV减速器、摆线针轮行星减速器、精密行星减速器、滤波减速器等。 谐波减速器：精密度高、体积小，但承载能力弱、易疲劳，适用于追求精度和轻量化的场合。 谐波减速器是一种利用柔性构件的弹性变形波来进行动力传动变换的新型齿轮减速器。其组成部分主要包括谐波发生器、柔性轮和钢轮。当波发生器装入柔轮后,迫使柔轮在长轴处产生径向变形成椭圆状。当长轴不断旋转时，柔轮相继由啮合转向啮出，由啮出转向脱出,由脱开转向啮入，由入转向啮合，从而迫使柔轮进行连续旋转。谐波减速器基于错齿运动，将高速的输入变为低速的输出，从而达到减速的目的。 图表4：谐波减速器结构图图表5：谐波齿轮传动原理图 资料来源：张余德龙《谐波减速器柔轮空间齿廓设计与啮合特性研究》，信达证券研发中心 资料来源：韦乐余《谐波减速器柔轮疲劳特性分析及啮合刚度研究》，信达证券研发中心 谐波减速器由于其体积小、重量轻，结构简单紧凑，传动精度高，更适合应用于3C、半导体、医疗器械等行业的工业机器人之中，以及其他对精度要求高的场合。如今，机器人行业对新一代轻量级协作机器人的需求不断扩大，尤其是在移动和可穿戴机器人领域，其柔性关节的主要来源是关节存在的柔性减速元件，如谐波减速器等传动装置。此外，以谐波减速器和伺服电机为主要组件的谐波转台能够适应大多数机床的生产需求，近年逐渐受到关注。 RV减速器：承载能力强、高刚度，但体积较大、结构复杂，适用于重负载的场合。 RV(Rotary-Vector)减速器在摆线针轮传动基础上发展起来的。RV传动由两部分串联而成，分别是第一级渐开线行星齿轮传动和第二级摆线针轮传动。中心齿轮由电机带动，行星齿轮由中心齿轮驱动。此时，中心齿轮以第二级减速的输入速度反向旋转。行星齿轮的转速通过曲轴传递给摆线齿轮，摆线齿轮是偏心的。同时，摆线销是啮合的，使其绕中心轴旋转，转速从轴承两端的曲轴传递到轴承座上，从而达到减速的目的。 图表6：RV减速器结构示意图 资料来源：宋松《工业机器人RV减速器关键部件制造及对我国精密机床发展思考》，信达证券研发中心 RV减速器多应用于汽车制造、交通运输、港口码头等的重载荷机器人，以及其他重载场合中。根据林江海等《工业机器人用精密减速器研究现状》，RV减速器具有高传动精度、高传动效率、高刚性和高承载能力等特点，既适用于通用传动又适用于专业机器人传动，并通常放置于机座、大臂、肩部等重负载的位置。 行星减速器；传动效率高、成本低，但精密度低、减速比小，通常配合步进电机或伺服电机应用于工业机器人关节中。 在行星减速器中，行星齿轮减速器中心由太阳轮组成，三个行星以太阳轮为中心进行旋转运动。其运动方式类似于地球围绕太阳旋转。行星齿轮减速器的动力来源是电机，电机带动输入轴旋转，其通过浮动齿套使中心轮转动，中心轮与行星轮啮合带动行星轮转动，行星轮通过周转驱动行星架旋转，行星架与输出轴通过螺栓联接在一起，带动输出轴输出扭矩。由于行星轮齿数多于中心轮齿数，从而能够达到减速的目的。 行星齿轮减