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减速机行业展望分析报告

2018年减速机行业分析

报告

正文目录

一、工业机器人的肌肉——减速机5

1.1伺服系统离不开的减速机5

1.2细看减速机内部精密结构7

二、从0到1，国产减速机突破在即11

2.1再回首，看日本巨头发家之路12

2.1.1纳博特斯克，持续前行的巨人12

2.1.2哈默纳科，谐波减速器制造工匠17

2.2国产机器人本体放量，减速机迎来发展良机18

2.2.1国内本体制造厂商减速机需求高速成长19

2.2.2国产减速机竞争格局有望逐渐明朗20

2.2.3今明两年，国产减速机迎来扩产高峰期21

2.2.4放量预期下，优质厂商价格承压能力强23

三、减速机国产化预期下带动行业整体向上25

四、风险提示27

图表目录

图表1：

工业机器人各核心零部件价值量份额5

图表2：

固高GTSP系列驱动一体化步进电机参数6

图表3：

埃斯顿ER6-1600主要工作参数6

图表4：

低速交流伺服电机输出值和机器人本体需求值不匹配7

图表5：

汽车变速箱复杂的齿轮传动结构系统8

图表6：

普通齿轮副与RV减速器传动比对比9

图表7：

RV减速器内部结构示意图10

图表8：

谐波减速器内部结构示意图11

图表9：

RV减速器及谐波减速器对比11

图表10：

日本精密减速器制造成长史12

图表11：

纳博特斯克收入构成（2017）13

图表12：

纳博精密减速器业务收入维持稳定增长14

图表13：

纳博精密设备营业利润率维持在15%附近14

图表14：

纳博在全球工业机器人用精密减速器市场份额超60%15

图表15：

纳博在日本ATC驱动机床用精密减速器市场份额超60%15

图表16：

精密减速器下游应用广泛16

图表17：

2020年纳博中国常州产能预计提升至20万台/年17

图表18：

2020年纳博日本津工厂产能预计提升至100万台/年17

图表19：

哈默纳科精密减速器业务收入总营收份额超80%18

图表20：

哈默纳科精密减速器收入超14亿元18

图表21：

国内机器人本体厂商减速器需求测算19

图表22：

2018年国内各厂商市占率估算20

图表23：

国内各厂商扩产计划21

图表24：

扩产背景下国内RV减速器产能-需求差逐步攀升22

图表25：

RV生产线设备投资额估算22

图表26：

近两年中大力德RV减速期业务收入测算24

图表27：

近两年双环传动RV减速期业务收入测算25

图表28：

工业机器人用核心零部件的国产化是贯穿全环节的26

图表29：

核心零部件国产化将促进工业机器人产业链自下而上正反馈机制的形成27

图表30：

重点关注公司介绍27

一、工业机器人的肌肉——减速机

工业机器人主要包括控制系统、动力系统及本体机械结构三大部分。

减速机是动力系统子结构传动装置的核心零部件，其主要功能是达到减速增矩的作用，从价值量看，减速器占比机器人本体制造成本的30%以上。

图表1：

工业机器人各核心零部件价值量份额

1.1伺服系统离不开的减速机

首先，机器人完成工作，简单理解，无非是终端以最快的速度达到指定位置，这里面涉及到三个物理变量，即运动学里的速度、位移及动力学里的加速度。

机器人每个关节均受单独的一个伺服电机驱动，因此伺服电机的输出转速决定了相应机械关节能达到的运动速度上限，而输出弯矩则决定了机械关节达到速度上限的时间（即加速度的概念）。

机器人等精密机械用交流伺服电机具有输出转速大、输出扭矩小的特点。

以埃斯顿用于机械手的EMJ系列伺服电机为例，其额定转速达50rps，额定扭矩最大仅20Nm、以固高科技GTSP系列驱动一体化步进电机为例，其最大输出扭矩仅6Nm、额定转速20rps。

图表2：

固高GTSP系列驱动一体化步进电机参数

工业机器人工作过程中，各关节的实际转速量级仅为1rps左右。

以埃斯顿ER6-1600机器人为例，其轴1至轴6的最大转速分别为0.41rps、0.30rps、0.59rps、1.22rps、1.20rps、1.44rps。

机械轴最大转速和伺服电机的额定转速比约1/30-1/100。

（不同关节匹配的电机转速参数实际均有差别，仅供大致参考）

图表3：

埃斯顿ER6-1600主要工作参数

本体机械转动惯量大，需要更大扭矩（加速度）作用。

同样以ER6-1600机器人为例，以其上臂3轴以上的结构转动做个简单的计算，上臂以上结构约50kg（整体164kg），上臂展约800mm（结构整体臂展1600mm），首先要想让其转动需要转矩400Nm，如若考虑转动加速度达3rps^2（即0.25s内将转速提升至0.65rps），则转矩需达到500Nm以上。

交流伺服电机基本是高转速电机，而关节结构实际上转速较低但转动扭矩需求大，二者是无法匹配的。

所以现有伺服电机的输出不能满足终端机械本体的运动需求。

图表4：

低速交流伺服电机输出值和机器人本体需求值不匹配

而直接降低伺服电机本身的额定输出转速、增大输出扭矩仅仅局限于理论上。

伺服电机额定转速和输出扭矩及额定功率的关系满足：

P（功率）=μ（转速）×T（扭矩），在相同功率等级下，高速电机的额定输出转矩必然要小于低速电机的输出转矩。

而根据磁阻原理，在气隙磁密度相差不大的情况下，想要输出较大的转矩必然要求有较大的电流密度，即要求较粗的铜线圈，亦即伺服电机的体积需要更大，对于机器人等精密机械结构来说，这种需求性价比低。

在通用工业中，通常便会见到较多的大体积的低速电机。

因此，伺服系统需要减速机这一结构件进行减速增矩。

1.2细看减速机内部精密结构

机械传动方式，通常包括带传动、链传动及齿轮传动。

其中齿轮传动具有传动精度高、功率使用范围宽、使用寿命长等优点，是现代机械结构中应用范围最广的传动方式。

我们所讲的减速机一般均采用齿轮啮合减速的机械结构形式。

日常生活中最为直接的接触便是汽车变速箱了，比如，爬坡时我们需要换低速挡增加爬坡能力。

图表5：

汽车变速箱复杂的齿轮传动结构系统

传动结构一个重要的参数指标便是传动比，其反应的是结构减速增矩的能力。

一对定轴齿轮组成的简单传动结构称为齿轮副，其传动比为大小齿轮齿数的反比，简单理解，从动轮尺寸越大、齿数越多，则减速增矩效果越好（反之亦然）。

若仅采用简单齿轮副进行减速，减速比需达到100及以上，则从动轮的直径得是主动轮的100倍。

即使不考虑小齿轮啮合刚度问题，机械结构中也不可能有这么多冗余的空间，于是便有了由一系列齿轮组成的齿轮系，这一更为复杂的传动系统。

其便是利用一堆齿轮，按照最优化的空间位置、结构形式，达到利用最小的空间实现最大的减速比等目标。

按空间结构形式，齿轮系可以分为平面齿轮系和空间齿轮系；按齿轮轴是否固定，齿轮系亦分为定轴齿轮系和行星齿轮系。

图表6：

普通齿轮副与RV减速器传动比对比

目前工业机器人领域应用的减速机分为RV减速器和谐波减速器两种形式。

首先，RV减速器仅是纳博特斯克公司一类减速机产品的型号，因其产品生产较早、产销规模大，占据全球工业机器人用关节减速器近60%的份额，因而成为机器人减速器一类产品的代称。

RV减速器是在传统针摆行星传动的基础上发展而来的，其有两级减速结构：

一级为行星减速结构，顾名思义就是2-3个行星从动轮与一个主动轮啮合传动，按齿数比进行减速；二级为摆线针轮减速结构，一级传动结构中的从动轮与曲柄轴相连，变为二级减速结构中的输入，在曲柄轴的偏心部分（凸轮），通过滚动轴承安装RV齿轮。

当曲柄轴转动时，两个RV齿轮在凸轮带动下会做交错的圆周摆动。

一般外壳内侧仅比RV齿轮数多一个针齿，曲轴转1圈，针齿外壳旋转1个齿，此时减速比为外壳内侧的针齿数。

通过两级减速结构，RV减速能轻易实现大范围传动比。

图表7：

RV减速器内部结构示意图

谐波减速器，结构更为简单，核心部件为内齿刚轮、可产生较大弹性变形的柔轮及波发生器（椭圆形齿轮）。

当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与钢轮的齿完全啮合。

在波发生器转动过程中，柔轮上长轴点位置逐步发生变化，柔轮各点与钢轮的啮合状态不断发生改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入，周而复始，带动负载运动。

和RV减速器二级传动类似，一般钢轮仅比柔轮多一个针齿，此时减速比为外壳内侧的针齿数，因此谐波减速器也能获得较大的传动比。

图表8：

谐波减速器内部结构示意图

虽然谐波减速器结构简单，传动比也很大，但无法替代RV减速器。

谐波减速器，需要通过柔轮不断的变形，与钢轮啮合传动。

柔轮，抗扭刚度低、承载能力较弱。

此外，周期性啮合力作用下，疲劳寿命亦较低。

因此，谐波减速器主要用于负载较轻的腕关节。

图表9：

RV减速器及谐波减速器对比

二、从0到1，国产减速机突破在即

RV减速器被称为精密机械工业的巅峰之作，且当前全球精密减速器行业基本由纳博特斯克和哈默纳科所垄断，产业门槛可见一斑。

2.1再回首，看日本巨头发家之路

2.1.1纳博特斯克，持续前行的巨人

回顾纳博的成长，虽然其是全球精密减速机制造巨擘，龙头地位难以撼动，但追本溯源，其明星产品RV减速器，也是在消化、吸收别国产品的基础进行再创新而成型的。

摆线针轮行星传动原理最早由德国人劳伦兹·勃朗于1926年提出，之后其创立了“赛古乐”公司，并开始了摆线减速器的生产和销售。

日本住友公司随后与其签订技术合作协议，摆线减速被引进日本。

六十年代，随着摆线磨床的出现，摆线齿形的精度难度得以解决，摆线传动得到进一步发展。

1944年日本帝人精机成立；1980年，帝人精机提出RV传动概念，开始着手将其应用于机器人行业，并于1986年实现RV减速器大规模生产。

2003年，帝人精机和纳博克强强联合，成为全球运动控制精密设备制造巨人。

图表10：

日本精密减速器制造成长史

依托强大的制造能力，纳博特斯克目前正逐步向系统解决方案供应商角色转变。

公司经过重整后，现已形成新的四大业务板块：

核心零部件、运输、无障碍解决方案及以及其他业务。

2017年公司总营收为165.36亿元，其中核心零部件解决方案板块收入66.68亿元，占公司收入总额的40.32%。

该板块囊括精密减速器、新能源设备及液压设备。

图表11：

纳博特斯克收入构成（2017）

纳博特斯克精密减速器营收超30亿元，产品盈利能力稳定。

在全球经济回暖大背景下，工业机器人销量增速回升、一般工业制造设备需求增长，受此推动纳博特斯克精密减速器业务在2015年迎来拐点，当期营收增速近30%，营业利润率达16.29%。

2016年，纳博精密减速器收入达30.97亿元，较前期小幅增长。

从近年业绩看，纳博特斯克精密设备营业利润率维持在15%附近，盈利能力较稳定。

图表12：

纳博精密减速器业务收入维持稳定增长

图表13：

纳博精密设备营业利润率维持在15%附近

巨头地位巩固，全球工业机器人用减速器市场份额约60%；日本国内ATC驱动机床用减速器市场份额亦达60%左右。

除关注度比较高的工业机器人应用场景，精密减速器还广泛应用于通用工业领域生产设备中，覆盖领域包括：

汽车自动化生产线、机床、半导体制造设备、测量设备、输送设备及医疗器械等。

纳博精密减速器产品在各领域均具有难以匹敌的优势。

图表14：

纳博在全球工业机器人用精密减速器市场份额超60%

图表15：

纳博在日本ATC驱动机床用精密减速器市场份额超60%

图表16：

精密减速器下游应用广泛

纳博特斯克产能布局占有先机，且依旧在奔跑，至2020年，纳博全球产能预计达120万台/年。

纳博特斯克精密减速器主要有两处生产基地，包括日本国内津工厂及中国常州工厂，后者经营主体为纳博与上海机电的合资子公司——纳博特斯克（中国）精密机器有限公司。

目前，两者的产能分别约为70万台/年及10万台/年左右。

参照先前披露的扩产计划，至2020年，纳博全球产能预计达120万台/年，其中中国常州产能预计达20万台/年，日本津工厂预计形成产能100万台/年，设备投资超10亿元人民币。

图表17：

2020年纳博中国常州产能预计提升至20万台/年

图表18：

2020年纳博日本津工厂产能预计提升至100万台/年

2.1.2哈默纳科，谐波减速器制造工匠

哈默纳科致力于“整体运动控制”解决方案提供，产品囊括控制器、驱动器、伺服电机、传感器、减速器等。

精密减速器是公司核心产品，销售收入约14亿元，在全球工业机器人用减速器行业的市占率近15%，是全球最大的谐波减速器生产商。

哈默纳科产品盈利能力突出，公司综合毛利率超46%，盈利利润率近26%，比哈默纳科精密设备业务板块营业利润率高出近10个百分点。

图表19：

哈默纳科精密减速器业务收入总营收份额超80%

图表20：

哈默纳科精密减速器收入超14亿元

2.2国产机器人本体放量，减速机迎来发展良机

据国家统计局数据，2017年，国内工业机器人销量达13.11万台，同比增长68.10%。

参照IFR前期预估，2017年，全球工业机器人销量为34.6万台，较2016年同期增加17.69%。

在本体销量爆发，国际巨头产能不足的背景下，国内减速器生产商迎来宝贵的窗口期实现放量，部分厂商率先拿到超万台的需求大单。

我们主要结合量、价的角度分析国内减速器市场。

2.2.1国内本体制造厂商减速机需求高速成长

从当前节点来看，国内本体制造厂商减速器需求市场是国产减速器主要渗透领域，根据我们的测算，2018年、2019年国内工业机器人用RV减速器、谐波减速器需求量分别为19.09/24.81万台、8.05万台/10.47万台。

关键指标的假设：

1.2018、2019年国内机器人本体销量增速维持30%，国产化率均为35%。

2.各类型机器人份额：

六轴机器人60%；SCARA25%；DELTA15%。

3.六轴机器人RV减速和谐波减速器需求比为4.5:

1.5；SCARA需要两个RV减速器；DELTA使用3个谐波减速器。

图表21：

国内机器人本体厂商减速器需求测算

对于各类型机器人份额的预估基础：

2017年国内六轴机器人出货量最大的为埃夫特，销量约2500台；其次是埃斯顿出货量近2400台；钱江机器人出货量1000台，位居全国第六。

全国前六大厂商销量合计近12000台，以此为基准，全国本体厂商六轴机器人销量预计可达2.3万台，即占总销量约60%。

2.2.2国产减速机竞争格局有望逐渐明朗

目前，国内RV减速器厂商历史供货业绩最为饱满的是南通振康，2017年3月，其与上海欢颜签订1.5万台供货合同、2018年初，与埃夫特签订3000台供货单。

今年国内减速器厂商纷纷进入放量期，继双环传动与埃夫特签下1万台采购合同后，中大力德拿下伯朗特3万台需求大单，为目前国内厂商单笔业务体量之最。

基于2018年各厂商出货预期及国内本体制造商RV减速器出货需求，我们计算了国内各产商的预期市占率。

2018年，南通振康预计出货量为2.5万台，为国内厂商之首，预计市占率为13.10%；双环传动及秦川机床紧随其后，预计出货量约2万台，市占率超10%。

（考虑到纳博与上海机电合资子公司产RV减速器下游应用领域更广，且客户群体包含四大家族，因此并未直接计算其市占率。

）

图表22：

2018年国内各厂商市占率估算

2.2.3今明两年，国产减速机迎来扩产高峰期

伴随下游国内本体制造商需求走强，及自身技术逐步消化后产品质量提升，国内产商纷纷提出扩产计划。

除纳博（上海）20万台产能扩充计划之外，先前透露出的，扩产预期目标值最大的是南通振康，其规划至2021年形成年产10万台RV减速器、2万台焊接机器人的产能。

需要关注的是，国内本体制造商钱江机器人也在进行RV减速器的自主研发，且预计2018年底至2019年初开始自给。

图表23：

国内各厂商扩产计划

按照各厂商披露产能扩张规划及现有产能情况，我们预计2018年、2019年国内RV减速器产商产能将达29、43.6万台，产能需求差逐步扩大，2019年两者差值近19万台。

如果仅考虑本土制造商（不计及上海机电与纳博合资厂产能），2018、2019年RV减速器产能将达15、25.6万台，即在2019年，产能亦将小幅超过国内本体制造商需求。

图表24：

扩产背景下国内RV减速器产能-需求差逐步攀升

产能扩充下供给与需求差距不断扩大下的三点思考：

1.RV减速器生产设备投资很大，实际投产产能大概率小于规划预期

参照公司披露信息，双环传动年产6万台RV减速器生产线，设备投资约为2.2亿元-2.7亿元；中大力德形成年产3-3.6万台RV减速器产能，设备投资约1.3-1.5亿元。

日本纳博特斯克本土津工厂扩产30万台/年产能，约投资10亿元人民币。

由此可以推算，国内每万台RV减速器产能需要设备投资超4000万元人民币。

图表25：

RV生产线设备投资额估算

2.国产减速器相较纳博产品价差较大，价格承压能力较强

国产RV减速器与纳博特斯克产品相比，价差整体较大，从我们对国内几家厂商调研了解情况看，国内厂商产品与日本纳博相比约有30%左右的价差，这将是国内优质厂商在后续可能来临的价格战环境下存活的根本。

3．RV减速器不仅局限于工业机器人领域，下游疏散渠道广

RV减速器广泛应用汽车自动化生产线、机床、半导体制造设备、测量设备、输送设备及医疗器械等精密机械。

国内厂商因工业机器人需求而导入RV减速器自主生产浪潮，随着产品性能的提升，RV减速器产品会逐步向其他精密机械及通用工业用减速器领域渗透而实现产能的疏散。

2.2.4放量预期下，优质厂商价格承压能力强

我们按期末投入的设备值所对应的预期产出量，对两家公司的产能利用率进行简单估算，同时也可反映在产能并未充分释放情况下，设备折旧对于产品毛利的拖累。

2018年，中大力德及双环传动的产能利用率预估为37.88%、33.33%。

在当前订单较饱满及生产线逐步度过适应期的基础上，乐观预计，2019年两者均能实现满产放量。

2018年，双环传动及中大力德RV减速器业务预计均实现盈亏平衡。

2019年，产能如期释放的基础上，将逐步实现盈利。

我们简单测算了一下价格变化对于两家RV减速器制造商盈利能力的影响。

在2018年盈亏平衡的基础上，2019年，若中大力德RV减速器出货均价分别降至3500元/套、3300元/套、2500元/套，相较我们测算的盈亏平衡点价格分别降低8%、21%、34%，则其RV减速器业务毛利率分别为39.94%、32.85%、11.71%。

即当出货价下降30%左右时，基本达到新的盈亏点。

在2018年盈亏平衡的基础上，2019年，若双环传动RV减速器出货均价分别降至3500元/套、3300元/套、2500元/套，相较我们测算的盈亏平衡点价格分别降低13%、25%、38%，则其RV减速器业务毛利率分别为36.81%、26.28%、11.53%。

同样，在出货均价降至2500元左右时，迎来二次盈亏点。

图表26：

近两年中大力德RV减速期业务收入测算

图表27：

近两年双环传动RV减速期业务收入测算

三、减速机国产化预期下带动行业整体向上

工业机器人用核心零部件的国产化是贯穿全环节的。

控制系统领域，国内优秀生产商有汇川技术、埃斯顿、华中数控、固高科技、英威腾等，且已经开始成规模的应用于机器人本体制造中，如钱江机器人控制系统基本采购自固高科技；伺服系统领域，汇川技术、埃斯顿产品在国内市场份额稳步提升，且汇川技术实现自控制器至编码器几乎所有核心零部件的生产覆盖；减速器领域，双环传动、中大力德今年均预计实现盈亏平衡，明年在放量预期下，有望实现规模性盈利。

因此，此轮工业机器人核心零部件的国产化是有预期且逐步落实的。

图表28：

工业机器人用核心零部件的国产化是贯穿全环节的

核心零部件国产化的机遇——产业链自下而上的正反馈机制将形成。

第一阶段：

零部件国产化带动成本降低，刺激下游需求。

核心零部件的国产化将直接降低下游本体制造商的生产成本。

以减速器为例，国产化减速器价格比进口产品低40%左右，反映在本体成本上，即有10%左右下降空间。

而本体成本的降低将缩短下游工业自动化生产设备改造投资回收期，进而打开需求阀门。

第二阶段：

下游需求爆发，规模效益提升，促进上游格局重整。

终端客户下沉，需求爆发，规模效益反馈上游在第一阶段存活的优质企业，本体制造商有望形成年产数万台的巨擘。

追溯上游，减速器等核心零部件制造商寡头受益，体量释放的同时，促进产品质量的二次提升。

进而盘活全产业链。

图表29：

核心零部件国产化将促进工业机器人产业链自下而上正反馈机制的形成

重点关注公司：

双环传动、中大力德、埃斯顿、拓斯达。

图表30：

重点关注公司介绍

四、风险提示

国内厂商产能释放不及预期。

今明两年是国内厂商减速器大规模放量阶段，也是产品质量进行二次检验的关键环节。

若批量生产情形下，产品良品率偏低，则会拉低终端实际出货量，导致产能利用率低于预期。

此外，面对国内厂商的低价竞争策略，纳博有可能会采取牺牲部分利润以维持市场份额的策略，导致国产化替代不及预期。

下游制造业景气度滑落。

通用行业机器人渗透率提升是我们预期国内本体厂商出货量稳健增长的基础。

若下游制造业景气度滑落，则对应自动化生产线改造意愿降低、工业机器人需求疲软，进而影响减速器等核心零部件销量，拖累相关生产企业经营业绩。

减速器厂商盈亏点产品价格，是基于一定放量预期、设备折旧及往年成本构成进行推算，具有一定局限性。

减速器厂商实际计提设备折旧及新产品成本构成与推算值均可能出现偏差。