人形機器人行業(yè)系列報告解讀第一期鏈接：人形機器人行業(yè)系列報告解讀第一期：加速發(fā)展，全面進擊
人形機器人行業(yè)系列報告解讀第二期鏈接：人形機器人行業(yè)系列報告解讀第二期：人形機器人的靈巧手技術方案與投資關注點
作為人形機器人動力來源的核心部件，電機的選擇與性能直接影響著機器人的動作精度、響應速度、能耗效率以及整體可靠性。本文將依據光大證券的研究報告，詳細梳理人形機器人所用電機的類型、特性、應用場景及市場前景，為相關產業(yè)的發(fā)展趨勢和投資策略提供深度洞察。
機器人驅動方式主要有電動、液壓、氣壓三種。其中，電動驅動憑借高效、精確、低成本的優(yōu)勢成為主流選擇。電動驅動又細分為步進電機、伺服電機、普通異步電機和直流電機等類別：
步進電機：以電脈沖信號驅動，實現精確的角位移或線位移，常用于數控機床、打印機等設備，具有轉速恒定、步距角穩(wěn)定、控制簡單、快速啟停等特點。
伺服電機：通過反饋機制確保電機輸出與目標狀態(tài)一致，分為直流伺服電機和交流伺服電機。直流伺服電機適用于低功率、高速度、低精度場景，如消費電子產品和部分機器人；交流伺服電機則在高精度、高速度、大功率應用中表現出色，如數控機床、自動化生產線等。
普通異步電機與直流電機：具有較大的輸出力，但控制性能相對較弱，適用于速度較低、負載較大的機器人。
空心杯電機因其轉子無鐵芯結構，具有無渦流損耗、磁滯損耗、低摩擦、良好散熱等特性，加之無刷結構帶來的長壽命和低噪音，成為人形機器人靈巧手的首選動力源。特斯拉Optimus及國內廠商因時機器人的靈巧手均采用空心杯電機，結合驅動器、減速器、編碼器等組件，實現手指的精細化操控。
無框力矩電機則以其無邊框設計、體積小、質量輕、慣量低、結構緊湊、功率高等優(yōu)勢，與機器人關節(jié)高度適配。特斯拉Optimus全身28個執(zhí)行器全部采用無框力矩電機，國內宇樹、遠征、小米、優(yōu)必選、傅里葉等人形機器人亦在其關節(jié)單元中應用此類電機，以實現高扭矩、高速度、低轉矩脈動的運動性能。
全球力矩電機與無框電機市場規(guī)模在2022年均超過40億元人民幣，預計2022年至2027年力矩電機市場規(guī)模年復合增長率為8%，2022年至2029年無框電機市場規(guī)模年復合增長率同樣為8%。若考慮人形機器人放量，市場規(guī)模增長有望提速?？茽柲Ω⑼v斯坦、尼得科、派克漢尼汾等海外企業(yè)在無框力矩電機領域占據優(yōu)勢。國內企業(yè)如步科股份、昊志機電、禾川科技等展現出較強的產品實力。
以特斯拉Optimus為例，假設單臺人形機器人使用28個無框力矩電機，當年產量分別為5萬臺、10萬臺、50萬臺、100萬臺時，對應的市場空間分別為11.2億元、14億元、42億元、56億元。預計隨著產量增加，無框力矩電機平均價格逐步下降，中國企業(yè)的市占率將逐步提升，對應市場空間分別為3.4億元至33.6億元。
空心杯電機的核心壁壘在于繞組設計與設備、產品矩陣。Maxon Motor的馬鞍形線圈和Faulhaber的斜繞式線圈擁有專利優(yōu)勢，產品品質優(yōu)秀。海外繞組設備如Merteor、田中精機的研發(fā)能力與自動化水平較高。國內企業(yè)需提升正向研發(fā)能力，強化知識產權積累，同時提高自動化生產設備的自主研發(fā)與引進，以縮小與國際先進水平的差距。
無框力矩電機的競爭壁壘集中于正向研發(fā)能力與匹配下游設計：
正向研發(fā)能力：體現在磁路與工藝設計，特別是轉矩密度與功率密度的優(yōu)化。海外廠商如科爾摩根擁有深厚的研發(fā)底蘊和先進的模擬仿真工具，能快速響應市場需求。國內企業(yè)需加大研發(fā)投入，提升磁路設計與工藝優(yōu)化能力，縮短與國際一流廠商的技術差距。
匹配下游設計：無框力矩電機的定制化需求高于傳統伺服電機，尤其在協作機器人和人形機器人領域，產品多樣性和應用場景復雜性要求電機具備高度定制化能力。國內企業(yè)應加強與下游機器人廠商的合作，共同研發(fā)適應特定需求的無框力矩電機，提升一體化解決方案的提供能力。
隨著人形機器人市場放量，空心杯電機與無框力矩電機行業(yè)將迎來廣闊發(fā)展空間。海外電機公司在技術與產品層面仍占據優(yōu)勢，但國產公司如鳴志電器、偉創(chuàng)電氣、鼎智科技（空心杯電機）、拓邦股份（空心杯電機），步科股份、昊志機電、禾川科技（無框力矩電機）等正在積極提升自身實力，為國產替代創(chuàng)造條件。
鳴志電器在精密控制電機技術領域有深厚積淀，其空心杯無齒槽電機業(yè)務增長迅速，產品應用于機器人、醫(yī)療等多個高附加值領域，且具備編碼器、空心杯電機、精密直線傳動等器件的整體配套生產能力。
偉創(chuàng)電氣專注電氣傳動與工業(yè)控制，產品涵蓋變頻器、伺服系統、步進系統等，已成功切入機器人產業(yè)鏈，提供空心杯電機、無框電機及一體化動力解決方案，自主研發(fā)的空心杯電機與無框電機已實現小批量交付。
步科股份以機器人行業(yè)為核心戰(zhàn)略，提供專用伺服電機（含無框力矩電機）、伺服驅動及一體化模組動力解決方案。其無框力矩電機產品性能與國際品牌相當，價格優(yōu)勢明顯，已實現工業(yè)平臺化生產和銷售，且隨著常州智能制造生產基地的擴建，產能將進一步提升。
昊志機電成立于 2006 年，專注于中高端數控機床、機器人、新能源汽車核心功能部件等領域。公司在電主軸領域的全球市場占有率排名第一， 同時穩(wěn)步向數控機床和工業(yè)機器人等高端裝備的核心功能部件領域橫向擴張。公司產品涵蓋PCB 鉆孔機/成型機/劃片機等各類電主軸、數控轉臺、直線電機、諧波減速器、伺服電機、驅動器、傳感器等上百種產品。
人形機器人市場的快速發(fā)展必然將帶動空心杯電機與無框力矩電機需求增長，行業(yè)面臨重大發(fā)展機遇。無論是作為投資者還是行業(yè)從業(yè)者都應關注具有技術研發(fā)優(yōu)勢、產品競爭力強、市場滲透率不斷提升的國產電機企業(yè)，把握人形機器人產業(yè)鏈的投資機會。同時，國產企業(yè)需持續(xù)加大研發(fā)投入，提升正向研發(fā)能力與定制化服務水平，加快國產替代進程，以在全球市場競爭中占據有利地位。
參考研報下載鏈接：人形機器人行業(yè)系列報告（三）：電機：人形機器人的動力核心-光大證券.pdf
