半导体周报0825—减速器

创建时间:2024-08-26 18:50

导体周报-0825

一、行业新闻及动态

1、半导体设计:

《科创板日报》7日讯,英特尔宣布其基于Intel 18A 的 Panther Lake(客户端用)、Clearwater Forest(服务器用)两款处理器已在流片后不到6个月实现点亮并可运行操作系统,首位外部客户的芯片将于2025年上半年流片。

 

《科创板日报》8日讯,比利时微电子研究中心(imec) 宣布,其与ASML的联合实验室在电脑芯片制造方面取得多项突破。据imec介绍,使用imec及其合作伙伴在imec高级图案化计划框架内针对High-NA EUV优化的材料和基线工艺,已成功单次印刷出逻辑芯片和DRAM电路,其尺寸等于或小于目前商业生产中最先进的电路。这一进展表明,芯片制造商能够按照计划在未来几年内使用ASML最新设备制造出更小、运算速度更快的芯片。

 

2、       半导体制造及封测:

《科创板日报》8日讯,佰维存储在互动平台表示,公司为Meta最新款AI智能眼镜Ray-Ban Meta提供ROM+RAM存储器芯片,Ray-Ban Meta智能眼镜系列搭载高通第一代骁龙AR1平台,该平台专门针对散热限制在功耗方面进行独特设计优化,以打造轻量化的智能眼镜。公司研发封测一体化的布局,在智能可穿戴领域具有较强的竞争优势,能够在低功耗、快响应等方面进行固件算法优化设计的同时,通过先进封测工艺能力,助力产品的轻薄小巧。

 

财联社8月8日电,德国芯片巨头英飞凌在马来西亚居林建设的全球最大的200毫米碳化硅 (SiC) 功率半导体晶圆厂新工厂(3号工厂)一期项目开业,将生产以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带半导体,预计2025年开始量产。这也是目前为止全球最大的200毫米碳化硅晶圆厂。

 

3、       其他:

财联社8月8日电,苹果公司计划推出一款新版Mac mini,这将是该公司迄今为止最小的台式电脑。这款新产品将于今年晚些时候推出,是自2010年史蒂夫·乔布斯改革Mac mini以来,该产品首次在设计上有了重大变化。不具名知情人士透露,新设备的尺寸远小于前一代产品,体积接近于苹果电视盒。更新版mini是未来几个月推出的几款新Mac之一。该公司正在准备让iMac台式机和MacBook Pro配备M4芯片,最早今年推出。MacBook Airs正在开发,拟春季推出。Mac Pro 和Mac Studio计划明年年中推出。

 

财联社8月7日电,IDC研报指出,随着高级驾驶辅助系统(ADAS)、电动汽车(EVs)以及车联网(Connections)的普及,对高性能计算芯片、图像处理单元、雷达芯片及激光雷达传感器等半导体的需求正日益增加,为汽车半导体行业带来新的增长机遇。IDC预计,到2027年,全球汽车半导体市场规模将超过880亿美元。随着单车半导体的价值不断增长,半导体企业在汽车产业链中的关注度和重要性进一步提升。

 

2.       本周话题——人形机器人之减速器

减速器是连接动力源和执行结构的中间结构。减速器是由多个齿轮组成的常用传动零部件,其通过不同大小齿轮的啮合传递动力,从而降低驱动设备的转速并提供更高的扭矩输出和承载能力。

精密减速器主要分为谐波减速器、RV 减速器和精密行星减速器。精密减速器具备体积小、重量轻、精度高、稳定性强等特点,能够对机械传动实现精准控制,主要用于机器人、新能源设备、高端机床、电子设备、印刷机械等高端制造领域。一般传动减速器可以分为通用减速器和专用减速器:通用减速器通常以中小型为主,可广泛应用于各个行业,包括蜗轮蜗杆减速器、圆柱齿轮减速器等;专用减速器通常以大型、特大型为主,多为非标、行业专用产品,包括船用齿轮箱、冶金齿轮箱、风力发电齿轮箱、工程机械齿轮箱等。

精密减速器主要分类及相关技术指标

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资料来源:科峰智能招股书,国联证券研究所

精密减速器的性能直接决定机器人的整体性能水平。精密减速器是工业机器人最重要的基础部件,直接关系到机器人的反应速度和功能实现精度。工业机器人主要使用的精密减速器有谐波和 RV 两种。由于体积小巧,承载能力相对较低,谐波减速器主要用于腕部、手部和小臂等执行机构的末端位置。相比之下,由于 RV 减速器的体积、质量较大但稳定性强,并拥有更大的承载能力,它通常应用于基座、肩膀、大臂等部位。对于一个拥有六个关节的机器人来说,关节 A1-A3 通常采用 RV 减速器,而末端执行关节A4-A6 则主要选用谐波减速器。移动机器人的轮部可使用精密行星减速器。

谐波减速器

谐波减速器是一种基于圆柱弹性壳体理论的新型齿轮传动。它通常由柔轮(Flexspline)、刚轮(Circular Spline)和波发生器(Wave Generator)三个主要构件组成。谐波减速器的工作原理是通过柔轮的周期性波动变形,迫使柔轮与刚轮之间的少齿差内啮合,从而实现动力和运动的传递。由于柔轮和刚轮的齿数之间的差距很小,因此可以获得大的传动比。谐波减速器相对于传统减速器具有多个优点。它已从最初的航天航空装备领域迅速扩展到其他领域,包括仪器仪表、机床、仿生学(机械手、机器人、假肢)、医疗器械、能源、光学系统和原子反应堆等。这种广泛的应用领域使得谐波减速器成为一种非常有价值的传动装置。

谐波减速器由波发生器、柔轮和刚轮三大基本零件组成。谐波减速器是一种靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波,通过柔轮与刚轮的相互作用实现运动和动力传递的传动装置。谐波减速器在机器人应用中常用于小臂、腕部和手部等小关节部位。

波发生器:由一个组装在椭圆状凸轮的外周的薄壁滚珠轴承组成;轴承的内周固定在凸轮上,外圈通过滚珠弹性变形;通常安装在输入轴。

柔轮:薄壁杯状金属弹性体,开口部外周刻有齿;柔轮杯状底部称为膜片;通常安装在输出轴。

刚轮:环状刚体,内周可有齿;齿数比柔轮多 2 片;通常固定在外壳。

谐波减速器使用柔性构件,利用少齿差原理实现机械传动。谐波减速器采用的是波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出的形式,当波发生器连续转动时,柔轮不断产生弹性形变,与刚轮产生了错齿运动,实现了波发生器与柔轮的运动传递。当波发生器装入柔轮内圈时,柔轮被波发生器弯曲成椭圆状,柔轮齿轮插入刚轮的轮齿槽内,在波发生器长轴处处于完全啮合状态;而波发生器短轴处两轮轮齿完全不接触,处于脱离状态。固定刚轮,使波发生器按顺时针方向旋转后,柔轮发生弹性形变,且与刚轮啮合的齿轮位置顺次移动。当波发生器向顺时针方向旋转 180 度后,柔轮仅向逆时针方向移动 1 齿。当波发生器旋转 360 度后,由于柔轮比刚轮减少 2 齿,柔轮向逆时针方向移动 2 齿;该动作一般被视为输出执行。该方式突破了机械传动采用刚性构件的模式。

谐波减速器凭借其多项优点在轻负载精密减速器领域中占据主导地位,且应用广泛。除了机器人领域外,其在医疗器械、数控机床、光伏设备和半导体设备等领域均有应用前景。谐波减速器的主要优点有:传动精度高:多齿在两个 180 度对称位置同时啮合,使得齿轮齿距误差和累计齿距误差对旋转精度的影响较为平均,可得到极高的位置精度和旋转精度。

传动比大:单级谐波齿轮传动的传动比可达 30-500,且结构简单,三个在同轴上的基本零部件就可实现高减速比。

承载能力强:在谐波传动中,齿与齿的啮合是面接触,加上同时啮合齿数比较多,因而单位面积载荷小,承载能力较其他传动形式高。

体积小、重量轻:相比普通的齿轮装置,该齿轮结构体积和重量可以大幅降低,实现小型化、轻量化。在输出力矩相同的前提下,相较一般减速器,其体积可减少 2/3,重量可减轻 1/2。

国产谐波减速器技术自主化能力逐步增强。中国国内的技术发展之路通常是基于国外相关产品进行逆向工程研究,从而了解产品所需技术并进行突破。近年来,以绿的谐波为首的国内厂商在谐波减速器技术实现了自主性的突破。以专利技术中的齿形为例,国际 Harmonic 采用的“S”齿形是在空载条件下基本实现了连续接触,突破了传动齿形只有在负载条件下才能实现多齿啮合的连续接触的状况;来福谐波研发出“δ”齿形;而绿的谐波跳出了传统上以 willis 定理为基础的渐开线齿轮设计理论,基于曲线/面的几何映射理论退出共轭齿形,并研发出“P”齿形;国内部分高校也有新型齿形设计,但目前应用范围较为狭窄。

谐波减速器工作原理

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资料来源:财通证券

RV减速器:

RV(rotate vector)减速器是由摆线针轮行星减速器发展而来,主要由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构两个部分构成。比摆线行星减速器具有更紧凑的结构设计和更优越的使用性能以及更高的传动精度,被广泛用于机器人、医疗和军事等工程领域,尤其在机器人领域RV 减速器占有越来越大的比重。与机器人关节常用的谐波减速器相比,RV 精密减速器具有很高的疲劳强度、刚度和寿命,最大的特点是回差精度稳定,不会像谐波减速器那样随着使用时间的增加运动精度会显著降低,因此满足类似机器人关节等对运动精度要求长期稳定的传动场合。现今世界上大部分国家高精度的机器人传动多采用 RV 减速器作为关键零部件。随着机器人技术的发展,RV 精密减速器已成为现代机器人关键技术之一,对于机器人的性能具有重要影响。

RV 减速器结构复杂,主要三大零部件为中心轮和行星轮、摆线轮和曲柄轴。RV 减速器,全称旋转矢量(Rotary Vector)减速器,与摆线针轮减速器同源,由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成,因此内部结构会比谐波减速器更加复杂。RV 减速器在机器人应用中常用于转矩大的腿部、腰部和肘部等关节部位。

中心轮和行星轮:中心轮一般采用渐开线齿轮,可做成齿轮轴或通过花键结构与输入轴链接;行星轮与曲柄轴固连,一般在中心轮外周均匀分布 2-3 个,从而对称分流功率。

摆线轮:也称为 RV 齿轮,是最为核心零部件,其齿廓曲线精度对摆线针轮的接触状态影响很大。一般在曲柄轴上安装 2 个完全相同的摆线轮,且两轮偏心位置互成 180 度,使得在摆线轮传动时实现径向力的平衡。

曲柄轴:一端连接减速器输出轮,另一端装配行星轮,中间部分支撑摆线轮。曲柄轴转动时,可以带动摆线轮产生公转,且支撑摆线轮的自转。

RV减速器结构图

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资料来源:财通证券

RV 减速器作为工业机器人关节的高精密减速传动装置具有多项优点且应用广泛。除了机器人领域外,其在医疗检测设备、机床和卫星接收系统等领域均有应用广泛应用。

RV 减速器的主要优点有:传动效率高:摆线针轮行星减速装置中的传动零件刚度高、接触应力小,零件加工和安装精度易于实现高精度。体积小、质量轻:行星传动结构与紧凑的 W 输出结构组合,使得整个摆线针轮减速装置结构十分紧凑。传动比大:采用一齿差或少齿差传动,摆线针轮传动的传动比大小摆线针轮的齿数,齿数越多,传动比越大。   摆线针轮传动同时啮合的齿数要比渐开线外齿传动同时啮合的齿数多。寿命长:摆线轮和针轮的轮齿均淬硬、精磨,比渐开线少齿差传动中内齿轮的加工性能更好、齿面硬度更高。

精密行星减速器是一种紧凑的减速装置,由行星轮、太阳轮和内齿圈组成。其结构相对简单,传动比通常在 10 以内,减速级数一般不超过 3 级。在精密行星减速器的运行过程中,一个太阳轮通常会驱动 3个行星轮绕行星轴旋转,这使得它的体积小、质量轻,启动更加平稳。此外,精密行星减速器具有卓越的刚性、高精度和高扭矩传递能力。精密行星减速器主要应用于步进电机和伺服电机,用于减小转速并提高扭矩输出。这种减速器广泛应用于工业机器人、精密机床、医疗设备等领域。

减速器:上游供应链较为简单,下游通用性较强从 2023 年中国减速器产业链来看,减速器上游主要为齿轮、轴承、箱体等基础零件,上游供应链较为简单;下游行业应用较为广泛,包括工业机器人、精密机床、工程机械、冶金设备、矿山机械等多个行业,具备较强通用性。以 2022 年工业机器人成本拆分为例,减速器占工业机器人成本的 35%,高于伺服系统、控制系统、本体,对工业机器人成本影响较高。

减速器产业链上下游

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资料来源:国海证券

行业壁垒:

精密减速器的制造难点体现在材料、齿形设计/修形、齿形加工、热处理、零部件装配、测试、批量生产等多方面。与国外先进产品相比,国产机器人精密减速器主要差距在精度寿命和传动效率,此外,国产产品质量参差不齐、性能不够稳定等问题也有待改善。

材料:减速器材料一般使用合金钢,高性能材料优选是关键。球墨铸铁是指铁液在凝固过程中碳以球型石墨析出的铸铁,与钢材相比,球墨铸铁成本相对较低,但是基体组织粗大,力学性能欠佳。柔轮作为减速器的核心部件之一,目前国内外主要采用 40CrMoNiA、40CrA、30CrMoNiA、38Cr2Mo2VA 等中碳合金钢。

齿形设计:齿形设计/修形为核心。谐波减速器的柔轮和刚轮的齿形通常采用渐开线,渐开线谐波齿轮传动啮合参数合理选择所应遵循的基本原则是:在保证传动不发生啮合干涉的前提下,获得较大的啮入深度和啮合区,且保证有合理的啮合侧隙。齿轮齿形修形能提高齿轮传动工作的平稳性、降低动载荷和噪声。例如绿的谐波在传统谐波传动的理论基础上提出了基于曲面几何映射的非共轭谐波啮合齿形设计方法,发明了全新的“P 型齿”结构,与国外主流齿形技术路线实现了差异化(哈默纳科采用 IH 形齿轮结构)。

齿形加工:齿轮的加工制造包括慢走丝/滚插磨齿两大类型工艺,滚插磨齿较为常用。慢走丝工艺使用的线切割机是采取线电极连续供丝的方式,加工精度较高,但是因其多次切割技术的应用,导致生产效率低,更适合运用在产品的打样阶段。滚齿工艺运用展成法原理用滚刀来加工齿轮,相当于一对交错螺旋轮啮合,插齿则是用插齿刀按展成法或成形法加工内、外齿轮或齿条等的齿面,磨齿属于齿形的精加工方法。目前我国高端关键精密加工设备仍然依赖进口。

热处理为关键工序,目的在于增加材料硬度和韧性以便切削加工。热处理的方法包括表面淬火、渗碳淬火、调质等,选定合适的淬火介质和制定合适的热处理工艺以达到要求的显微组织、力学性能及热处理变形等要求是关键所在。热处理目的:增加材料硬度方便公司切削加工,磨削要保持足够硬度,提高硬度的同时保证组织足够的韧性,金相组织要达到要求,从而保证精度。

装配环节依赖人工,直接影响减速器的精度。由于减速器的零部件的种类较多、大小不一,因此目前装配这一环节仍然依赖于人工,经验丰富的老师傅更具有优势。例如 RV 的摆线轮、曲轴、针齿壳等零部件精度要求很高,只有几微米,而温度会对零部件产生热胀冷缩影响,因此装配环节直接影响减速器最后的精度。

检测测试环节检测减速器寿命、传动精度、刚性等各种性能,有助于提升产品的一致性可靠性,负载测试为难点。利用检测装置,检测减速器寿命、传动精度、刚性等各种性能,其中负载测试的测试成本大,对装备要求较高。测试有助于提升产品的一致性、可靠性。

批量生产的一致性和稳定性。目前国产减速器厂商的产能和产量大多数在 10 万台以下,未来大批量生产后如何保证生产的一致性和稳定性也是较大的难点。

 

市场空间:

全球工业机器人市场相对稳定,亚澳地区是最大市场。根据 IFR 数据,2021 年全球工业机器人装机量51.7 万台,2016~2021 年 CAGR 为 11%,2022 年安装量增速放缓至 10%,2023-2025 年增速预计稳定在 7%。全球工业机器人保有量约 347.7 万台,2016-2021 年 CAGR 为 14%,全球工业机器人稳步增长。亚澳是最大的市场,2021 年亚澳地区销量为 38.1 万台,占全球市场的 73.8%,增速远超其他地区,未来发展潜力较其他地区大。2021 年全球协作机器人安装量为 3.9 万台,同比增长 50%,在以传统工业机器人为主的市场中增长潜力强劲,带动谐波减速器的需求。

我国谐波减速器市场规模增长迅速。根据头豹研究院数据,2016-2020 年我国谐波减速器市场规模由9.5 亿元增长至 19.3 亿元,CAGR 为 19.4%;预计 2025 年我国谐波减速器市场规模将达 41.0 亿元,2021-2025 年 CAGR 为 17.2%。我国机器人用谐波减速器市场规模未来将进入高速发展阶段。根据华经产业研究院数据,2017-2021 年我国机器人用谐波减速器市场规模由 8.6 亿元增长至 12.1 亿元,CAGR 为 8.9%;预计 2025 年我国机器人用谐波减速器市场规模将达 30.0 亿元,2022-2025 年 CAGR 为 23.6%。

中国市场远超其他各国,机器人密度仍有提升空间。2021 年,中国、日本、美国、韩国、德国工业机器人装机量分别为 26.82 万台、4.72 万台、3.5 万台、3.11 万台、2.38 万台,中国工业机器人装机量比世界其他地区的装机量总额更多。2021 年中国工业机器人同比增长 51%,2016-2021 年 CAGR 为 23%,远超日本、美国、韩国、德国同期 CAGR,中国工业机器人行业表现出了更好成长性。

人形机器人的量产将为谐波减速器开辟百亿级新市场。特斯拉 Optimus 躯干共有 28 个关节执行器,其中旋转关节 14 个,包括肩部 6 个、肘部 2 个、腰部 2 个、髋部 4 个。旋转关节由无框力矩电机+谐波减速器+力矩传感器+双编码器构成,其中谐波减速器规格为 3 种,分别为 20Nm/110Nm/180Nm。参考该方案,假设 2024 年起人形机器人将实现从 0 到 1 的跨越,且谐波减速器价格随着产量的提升呈逐步下降趋势预计 2024-2030 年人形机器人用谐波减速器市场将由 0.2 亿元增长至 267.4 亿元。

人形机器人用谐波减速器市场规模预测

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资料来源:华创证券

 

行业格局:

谐波减速器:

全球谐波减速器市场龙头为日本厂商哈默纳科。根据科峰智能招股说明书数据,2021 年全球谐波减速器市场主要参与者包括哈默纳科、日本新宝、绿的谐波等,其中哈默纳科全球销售额市占率达 82%,绿的谐波全球销售额市占率为 7%,其余厂商销售额市占率约为 11%。

中国厂商在国内谐波减速器市场中具备一定竞争力。根据科峰智能招股说明书数据,2021 年我国谐波减速器市场位于第一梯队的厂商包括哈默纳科与绿的谐波,销售额市占率分别为 35.5%与 24.7%,第二梯队厂商包括来福谐波、日本新宝、大族传动、德福机器人,销售额市占率分别为 7.7%/7.4%/4.5%/4.2%。目前国内厂商如绿的谐波在减速比、额定扭矩、传动效率、精度方面已接近或达到国际先进水平,但使用寿命方面与国际龙头产品仍有一定的差距。

 

 

 

我国不断加强精密减速器的研发,专利申请数量持续提升。近年来,我国正不断加强精密减速器的研发,从专利申请情况来看:RV 减速器方面,1985-2020 年我国专利申请数量为 433 件,且在 2007 年开始显著增加;谐波减速器方面,截至 2020 年我国专利申请量仅次于日本,达到为 657 项。 同 RV 减速器,我国研发起步较晚,但逐年申请量持续提升。

精密减速器部分产品性能已达国际前沿水平。以行星减速器为例,国际领先的单级精密行星减速器的精度可在 1′以内,保持高精度的稳定使用寿命达到 2 万小时,科峰智能(拟上市)成功实现了 0.5-1′超高精密级行星减速器的批量化生产、销售,中大力德则普遍实现 3-5′精密行星减速器量产能力。国产减速器与世界先进水平仍有一定差距,但部分产品性能已经相当。

国产品牌从国内市场开始逐步突破。目前,主流国际品牌仍在全球精密减速器市场中占据主导地位,随着国内精密减速器的企业数量逐渐增多,且技术逐步提升,部分厂商已经实现量产并推向市场。行星减速器领域,科峰智能为国内市占率靠前的大陆本土品牌;RV 减速器领域,双环、中大力德、秦川机床等众多国产品牌快速导入;谐波减速器领域,2022 年绿的谐波国内市占率为 26%。

人形机器人带来赛道变革,精密减速器材料端/结构端均可能出现创新。由于人形机器人在重量、体积、精度等方面对减速器提出更高的要求,预计精密减速器材料、结构设计等方面均存在革新的可能性。举例来看,材料端以谐波减速器为例,用连续铸造的球墨铸铁空心型材,并经过等温淬火的 ADI 材料制作内齿刚性轮,从而达到减重、增刚度等;结构设计端,可能开发类 RV 减速器,采用内啮合少齿差减速机构来代替摆线针轮减速机构,从而具备相对体积小、制造成本较摆线针轮低、对机床等设备要求较低等优点。

赛道变革往往带来行业竞争格局的调整,有望为国产品牌进一步打开突破口。国际品牌减速器生产商供货交期长达数月,产品销售价格亦高于同期本土品牌售价,人形机器人降本诉求同样赋予国产品牌发展机遇。未来,随着我国本土品牌研发的不断投入、技术水平的成熟、产品性能和质量的提升,国内厂商能够凭借技术积累、更高的产品性价比、更优的现场服务能力、更短的交货周期、更快的售后响应速度等优势形成国内自主品牌减速器与国际品牌同台竞争的市场格局。

国内外厂商对比

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资料来源:光大证券

 

RV 减速器:

国产制造设备落后造成 RV 减速器生产成本较高。核心零件针齿壳和摆线轮的加工设备从欧洲进口,单台均在 1500 万元以上,日本设备相对便宜,但对我国减速器企业禁售。国产机床精度与国外差距不大,但是对 RV 减速器零件加工工艺缺乏经验。

RV 减速器核心零部件轴承仍受制于国外。国产轴承在 RV 减速器装机时间短,精度和寿命不及进口产品。鉴于欧洲轴承价格昂贵,日产 RV 减速器轴承对我国禁售,RV 减速器轴承国产化迫在眉睫。热处理技术不过关,这样造成了零件变形较大的后果,需提高热处理工艺和国产热处理设备制造水平,替代高价进口设备。

根据 QYResearch,2020 年全球 RV 减速机市场前十厂商份额占比超过 83%。Nabtesco,SumitomoDrive 和 SPINEA 占据了全球市场的前三份额。其中 Nabtesco 占据全球市场 61.41%的市场份额,Sumitomo Drive 和 SPINEA 分别占据了 17.49%和 4.12%。日系企业在 RV 减速机领域处在领先地位。

作为全球最大的 RV 减速机厂商,纳博特斯克目前全球有两家 RV 减速机工厂,日本津工厂和中国常州工厂,两家工厂目前年产能已经达到 106 万台。为了应对市场需求的不断扩大,纳博特斯克于 2022 年9 月开工建设全球第三大工厂——日本浜松工厂,该工厂设计年产能 120 万台,相当于现有两家工厂的产能之和,并计划于 2023 年 9 月竣工,2024 年开始陆续投产。

与此同时,本土玩家在市场中表现出了不同的竞争力,从产能投资上来看,本土减速机企业扩产积极。环动科技在 2022 年提交的“RV 减速机研制及年产 20 万台减速机智能生产线技改项目”在 2023 年一季度已开始实施;南通振康计划总投资约 10 亿元,预计项目建成后年产 10 万台精密 RV 减速机,新增产值 5 亿元;秦川机床的 RV 减速器已突破关键零件的瓶颈工序及核心工艺装备,产能 6-9 万台;2022 年北京智同科技 RV 减速机出货量超过 1.1 万台,2019~2022 年复合增速达 177%。

国内 RV 减速器市场众多国内厂商位于第二梯队。根据华经产业研究院数据,2021 年国内 RV 减速器市场同样被纳博特斯克垄断,销售额市占率为 53%。剩余市场被双环传动、日本住友、珠海飞马、中大力德、南通振康等所占据,销售额市占率分别为 14%/5%/4%/4%/3%。目前国内 RV 减速器厂商如中大力德在减速比、传动精度方面已达到或接近国际先进水平。

精密行星减速器:

精密行星减速器整体行业进入壁垒较高,产品结构复杂,制造安装难度较大。精密行星减速机制造是以渗碳钢(20CrMnTi)为主要材料,产品具有结构紧凑,回程空隙小、精度较高、驱动功率高,耗能低,减速规划广、输出扭矩大、运用寿命长等特点,但是作为高精密产品,产品安装难度较大,研发周期长,对企业的资金、人才、技术等要求高,在生产时对企业的工艺、品控等要求高,综合来看行业进入壁垒高。在全球范围内,德国、日本等国家的精密行星减速器产品在材料、设计水平、质量控制、精度、可靠性和使用寿命等方面处于行业领先地位。精密行星减速器国产厂家以科峰智能、纽氏达特、中大力德为主要代表,国外精密行星减速器主要厂家为日本新宝、纽卡特、威腾斯坦等。

根据 QYResearch 统计的销售金额数据,2022 年日本新宝、纽卡特、威腾斯坦是全球精密行星减速器市场的主要供应商;日本新宝、科峰智能及纽氏达特是中国精密行星减速器市场的主要供应商,2022年中国市场占有率分别为 20.4%、11.7%、9.4%。

整体来说,全球及国内精密行星减速器市场竞争格局较为分散。根据 QYResearch 数据,2022 年全球精密行星减速器市场份额前五的厂商分别是新宝(日本)、纽卡特(德国)、威腾斯坦(德国)、精锐科技(中国台湾)、科峰智能(中国),销售额市占率分别为 12.9%/10.9%/10.7%/7.5%/5.4%;2022年中国精密行星减速器市场份额前五的厂商分别是新宝(日本)、科峰智能(中国)、纽氏达特(中国)、精锐科技(中国台湾)、利茗(中国台湾),销售额占比分别为 20.4%/11.7%/9.4%/7.1%/5.3%。

目前国内精密行星减速器厂商科峰智能在性能方面已达到国际领先的水平。目前全球与国内精密减速器市场中,谐波减速器与 RV 减速器市场龙头分别为日本龙头企业哈默纳科与纳博特斯克,精密行星减速器市场虽然相对较为分散,但国内厂商市占率仍有较大提升空间。伴随国内下游客户需求走强,及自身技术逐步进步后产品质量提升,部分企业的减速器产品已达到国际先进水准,国内减速器企业逐渐打破国外企业的垄断并在市场上占据一席之地。随着国家在政策层面对国产精密减速器的支持力度不断加强,精密减速器产品国产化已成为产业发展的必然趋势。

 

大陆相关企业:

绿的谐波

深耕谐波传动领域 20 年,全新齿形结构助力谐波减速器实现国产替代。绿的谐波成立于 2011 年正式成立,专业从事谐波减速器的研发、设计、生产和销售,产品包括谐波减速器、机电一体化执行器及精密零部件。但早在 2003 年,公司核心团队就已从事机器人用精密谐波减速器理论基础的研究,并在传统谐波传动的理论基础上提出了基于曲面几何映射的非共轭谐波啮合齿形设计方法,发明了全新的“P 型齿”结构,与国外主流齿形技术路线实现了差异化,并大幅提升了谐波减速器的输出效率和承载扭矩。从 2009 年制造出第一台谐波减速器,到 2022 年实现销售 25.7 万台,公司已发展成国产谐波减速器龙头,在国内率先实现了谐波减速器的工业化生产和规模化应用,是实现谐波减速器国产替代的中坚力量。

 

双环传动:

公司是国内精密齿轮的重要生产商。基于公司精密齿轮业务,公司子公司环动科技专注于 RV 减速器等精密减速器的生产销售,并已有拟分拆上市计划,体现公司对精密减速器业务的重视。从公司业务看,齿轮业务的重要驱动力来自新能源汽车行业,2020-2022 年公司用于新能源汽车的齿轮营收由 1.87 亿元增长至 19.14 亿元。此外公司 RV 减速器已在 2022 年中国工业机器人用 RV 减速器市场份额位居第二,公司目前约有 10 万台/年 RV 减速器产能,未来有望受益国产化和人形机器人商业化机遇。

 

中大力德:

深耕精密传动领域,由单一产品向模组化产品演进。中大力德成立于 1998 年,深耕自动化传动与驱动装置的研发和制造,相继推出微型无刷直流减速电机、精密行星减速器、滚筒电机、RV 减速器、谐波减速器、伺服驱动、永磁直流减速电机等产品。且顺应行业小型化、集成化、一体化的发展趋势,整合核心零部件系统,围绕工业自动化和工业机器人推出“精密行星减速器+伺服电机+驱动”一体机、“RV 减速器+伺服电机+驱动”一体机、“谐波减速器+伺服电机+驱动”一体机等模组化产品,产品结构实现升级。RV 减速器打破外资垄断,切入谐波减速器市场。公司先后开发行星/RV/谐波减速器,且在 RV 减速器方面跻身第一梯队,逐步实现进口替代。公司对谐波减速器的研发相对较晚,2016 年进行开发,2020年实现批量供货。目前公司可同时提供 RV、谐波、行星减速器和电机、伺服驱动、机电一体化等全系列产品,25kg 以下的“半个机器人”已批量生产,50kg 和 100kg 的已经完成组装并进入测试阶段。

 

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参考资料:

财通证券:精密减速器行业深度报告:行业成长性较好,国产化替代空间巨大

国联证券:人形机器人扩容市场,国产减速器进军国际

光大证券:工业机器人核心零部件,人形机器人打开精密减速器增量空间

中泰证券:减速器专题研究,人形机器人带来产业深度变局