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当前人形机器人的核心关注点是灵巧性和轻量化 。
无框力矩电机作为人形机器人的核心零部件 ， 能够实现极高的控制精度 ， 用于人形机器人线性关节和旋转关节 。
以特斯拉人形机器人Optimus为例 ， 全身拥有28个自由度 ， 上肢采用旋转关节方案 ， 下肢采用线性执行器方案 ， 在14个线性执行器和14个旋转执行器中都使用了无框力矩电机 。
人形机器人产业链主要包括上游的核心零部件、中游的机器人本体制造以及下游的机器人应用 。 国产替代环节有望集中在上游供应链中 ， 如电机、减速器、丝杠、执行器总成等 。
在前几天的文章中 ， 我们梳理了人形机器人灵巧手 ， 人形机器人核心材料PEEK材料 ， 核心零部件行星滚柱丝杠等产业链核心环节 。
本文重点关注人形机器人核心电机：无框力矩电机 。
随着特斯拉人形机器人量产节点临近 ， 我们也会持续跟踪人形机器人各细分赛道的最新动向和进展 ， 相关资料首发在星球圈子 ， 有兴趣可以加入 。
01
无框力矩电机行业概览
人形机器人电机有三个关键点：高效率、高动态和高功率密度 。
目前力矩电机是人形机器人执行器普遍采用的电机类型之一 。
无框力矩电机是力矩电机的一种 ， 以输出扭矩的的大小为性能指标 ， 通常可以被看成极对数很多的无刷、永磁、直驱伺服电机 。
无框结构上省去了电机的外壳 ， 使得电机更好嵌入 ， 其显著的特征是较大的径长比和较多数目的磁极 。
【人形机器人核心电机：无框力矩电机全解析】与有框电机相比 ， 无框电机的优势包括更高的转矩密度、更强的散热能力、以及针对定制系统的灵活性 。
将无框电机的定子和转子直接集成到支撑传动组件的轴承系统 ， 可以在很大程度缩小关节组件的尺寸 。
由于无框力矩电机的中空结构便于走线 ， 因此适用于集成度较高的人形机器人 。
旋转关节中的无框力矩电机：
02
无框力矩电机产业链
无框力矩电机产业链上游原材料中 ， 磁性材料主要包括钢铁、铜、铝等用于制造电机的定子和转子；编码器用于将电机的机械运动转换为电信号 ， 实现精确控制；中游是电机制造环节；下游广泛应用于机器人、医疗设备、航空航天、光学以及其他技术要求较高的领域中 。
根据科尔摩根披露信息 ， 其关键原材料包括钕铁硼磁材、SS400系列钢材、电工钢、铜材、树脂、集成电路板等 。
资料来源：科尔摩根官网
无框力矩电机的性能在很大程度上取决于其电机结构和编码器 。
编码器影响电机运动控制功能 ， 高端产品主依赖进口重要元件芯片、码盘的制作工艺难度较大 ， 是国产化的主要壁垒 。
市场格局方面 ， 编码器市场长期被海外企业占据 ， 例如海德汉、多摩川、雷尼绍等 。 据MIR数据 ， 2023年多摩川和海德汉两家合计在我国市占率约42% 。
我国本土领先供应商包括禹衡光学（奥普光电）、长春汇通（汇川技术）、宜科电子 ， 苏州捷之硕等 ， 其中禹衡光学在国内处于领先地位、技术水平能够和外资竞争 ， 市占率约7.7% 。
国内企业禹衡光学前身长春第一光学仪器厂于1965年成立 ， 1986年开始引进日本制造技术 ， 确立编码器产品为发展重点 ， 逐步形成自主知识产权和品牌 。 2013年 ， 奥普光电收购禹衡光学 ， 切入光栅传感器业务 。
长春汇通生产的磁编码器应用于公司自产的伺服电机 ， 开发的产品主要有增量式光电编码器、绝对式光电编码器等 ， 汇川技术通过收购长春汇通进入编码器行业 。
苏州捷之硕公司的产品迈可斯可替代内策尔、雷尼绍等品牌 ， 广泛应用于机器人关节、半导体、精密设备等领域 。
03
无框力矩电机市场格局
无框力矩电机目前存在较高的技术壁垒 ， 全球市场呈头部集中的格局 。
全球无框力矩电机主要制造商包括科尔摩根（美国）、威腾斯坦（德国）、尼得科（日本）、派克汉尼汾（美国）、MAXONMOTOR（瑞士）等 。
科尔摩根是全球最早研发出无框电机的企业 ， 具备高端产品核心生产技术 ， KBM系列无框电机为公司明星产品 。
我国无框电机行业玩家少 ， 集中度较高 ， 头部企业占据市场主导地位 。
根据公开信息显示 ， 国内无框电机主要参与者包括步科股份、昊志机电、伟创电气、禾川科技、微精电机等 。
步科股份进度较为靠前 ， 已成功推出具有温度控制稳定、尺寸小、功率密度高等优势第三代无框电机可以对标国际领先产品 ， 部分型号具备一定优势 ， 产品在高端人形机器人领域广泛应用 。
昊志机电的无框力矩电机转矩波动≤1% ， 更利于机器人力矩控制 ， 能够提供3.5倍过载能力 ， 可应用于协作机器人、轻型机器人、人形机器人等多个领域 。
此外 ， 国产人形机器人本体厂商如宇树H1、远征A1、小米Cyberone、优必选X1、傅里叶GR-1 ， 关节单元也都使用无框力矩电机 ， 最大扭矩为360Nm 。
宇树、智元、小米机器人均自研关节电机 ， 能够更好适配各自厂商的机器人产品 。
目前 ， 我国无框电机行业尚处于起步阶段 ， 市场参与者数量较少 ， 国产替代空间广阔 。 随着特斯拉人形机器人量产将至 ， 作为核心零部件环节 ， 行业景气度有望进一步提高 。
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