1. 电机行业概览：万亿级市场，细分领域众多

1.1 电机技术：技术原理共通，延展性较强

电机一般指电动机，亦称“马达”，可将电能转换为机械能，为用电器或各种机械提 供驱动力，在现代工业和生活中应用极为普遍。电机的基本原理为电磁感应定律——电能 在线圈上产生旋转磁场，并推动转子转动。电机的基本构造包括：定子（铁芯、绕组和基 座）、转子（铁芯、绕组），此外不同类别电机可能配有电刷、传感器、驱动器、风扇等 配件。电机原理虽然简单，但高端设计十分复杂，牵涉设计、工艺和设备等环节，涵盖电 磁学、摩擦学、热、流体、振动、声学等自然科学和相关技术工程领域。

电机技术种类非常多。法拉第 1921 年制成世界第一台电机，1831 年发现电磁感应定 律，经过 200 年技术更新迭代，电机品类已十分庞杂。

根据电源种类不同，分为直流电机和交流电机。直流电机响应快，启动转矩大， 调速性能好（转子受力由电流和磁场强度决定），调速范围宽，缺点是需要换向， 结 构更 复 杂 ，后 续 维 护不 便 利 ，且 限 制 了电 机 容 量和 速 度 ， 功率 范围 0.01W-1000kW；交流电机不需要换向器，因此结构简单、制造方便，牢固，使 用寿命长，功率覆盖范围大（几 W-百万 kW）。

根据有无电刷，分为有刷电机和无刷电机。交流电机不需要电刷换向，因此有刷 无刷仅涉及直流电机。无刷电机的换向和调速工作由霍尔传感器、控制器、磁编 码器等电子元件完成，替代了电刷，同时赋予电机更多的控制性能，数字变频的 可控性更强。无刷电机解决了电刷运转产生的电火花问题，且运转时的摩擦减少， 噪音降低，寿命延长；缺点在于成本较高，技术难度较高，因此常用在控制要求 较高、转速较高的设备上。

根据转子定子是否同步，分为同步电机和异步电机，两者均属于交流电机。同步 电机较复杂，效率高，造价高，大多用于大型发电机场合和 2000KW 以上的电动 机上；异步电动机简单，成本低，易于安装，效率略低，应用更广泛。

根据用途不同，分为非控制电机和控制电机。非控制电机用于电动工具、家电和 其他通用小型设备中，侧重电机在启动和运行过程中的力能指标；控制电机可以 对电机的转速、位置和转矩进行精准控制，更侧重于高精度和快速响应，因此多 用于自动化设备中。常见的控制电机包括步进电机和伺服电机两种。步进电机利 用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移，也称脉冲电机； 伺服电机利用输入的电压信号转换成角位移或角速度输出，通过改变控制电压改 变电机的转速和转向。伺服电机在精度、可靠性、噪音、过载能力、能量转换效 率等方面性能优于步进电机，但是成本较高，因此两者呈互补关系。

电机核心指标为转速、功率、扭矩等。电机参数指标是选择电机的重要参考，包括： 输入功率，输出功率，额定电流，堵转电流，额定转速，加速度，减速度，震动，噪音， 功率因素，效率，堵转转矩，额定转矩，最大转矩，转动惯量，相间绝缘电阻，相对地绝 缘电阻等。其中，重要参数以及含义分别为：1）额定功率：电机设计时的理想功率也是最 大功率；2）额定电压：该电机的建议工作电压，电压决定了转速和一系列参数，超过电压 可能会出现局部过热问题，不可以长期运行；3）额定转速：额定功率下电机的转速；4） 额定转矩：力矩=里×力臂，相当于电机的“力气”，在机器人领域，转矩一般用于使得机 器人移动或者使得机械臂完成各种动作；5）电机效率：电机输出的机械能与消耗的电能的 之比；6）噪音：电动机在空载稳态运行时的分贝数；7）物理参数：尺寸、重量、固定孔 的位置等；8）寿命；9）价格。

此外，控制电机还需考虑控制精度和响应时间等。1）响应时间：电机的转速从零开始 增长的过程。为了满足自动控制快速响应的要求，转速变化时间应尽可能短，即电机转速 变化应迅速跟上控制信号的要求。2）控制精度：电机运行的实际位置与控制器输出位置之 间的偏误程度。不同应用场景的侧重点不同，因此关注的核心指标也有差别。例如汽车电 机更侧重功率密度（单位体积对外输出密度），机器人电机更侧重控制精度，重型机械电 机更侧重扭矩等。