人形機(jī)器人行業(yè)系列報(bào)告解讀第一期鏈接：人形機(jī)器人行業(yè)系列報(bào)告解讀第一期：加速發(fā)展，全面進(jìn)擊

人形機(jī)器人行業(yè)系列報(bào)告解讀第二期鏈接：人形機(jī)器人行業(yè)系列報(bào)告解讀第二期：人形機(jī)器人的靈巧手技術(shù)方案與投資關(guān)注點(diǎn)

作為人形機(jī)器人動(dòng)力來源的核心部件，電機(jī)的選擇與性能直接影響著機(jī)器人的動(dòng)作精度、響應(yīng)速度、能耗效率以及整體可靠性。本文將依據(jù)光大證券的研究報(bào)告，詳細(xì)梳理人形機(jī)器人所用電機(jī)的類型、特性、應(yīng)用場景及市場前景，為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢和投資策略提供深度洞察。

一、電機(jī)分類與特性

1.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式比較

機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式主要有電動(dòng)、液壓、氣壓三種。其中，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)憑借高效、精確、低成本的優(yōu)勢成為主流選擇。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)又細(xì)分為步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、普通異步電機(jī)和直流電機(jī)等類別：

• 步進(jìn)電機(jī)：以電脈沖信號驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)精確的角位移或線位移，常用于數(shù)控機(jī)床、打印機(jī)等設(shè)備，具有轉(zhuǎn)速恒定、步距角穩(wěn)定、控制簡單、快速啟停等特點(diǎn)。

• 伺服電機(jī)：通過反饋機(jī)制確保電機(jī)輸出與目標(biāo)狀態(tài)一致，分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。直流伺服電機(jī)適用于低功率、高速度、低精度場景，如消費(fèi)電子產(chǎn)品和部分機(jī)器人；交流伺服電機(jī)則在高精度、高速度、大功率應(yīng)用中表現(xiàn)出色，如數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化生產(chǎn)線等。

  

• 普通異步電機(jī)與直流電機(jī)：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(fù)載較大的機(jī)器人。

1.2 空心杯電機(jī)與無框力矩電機(jī)

空心杯電機(jī)因其轉(zhuǎn)子無鐵芯結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)帶來的長壽命和低噪音，成為人形機(jī)器人靈巧手的首選動(dòng)力源。特斯拉Optimus及國內(nèi)廠商因時(shí)機(jī)器人的靈巧手均采用空心杯電機(jī)，結(jié)合驅(qū)動(dòng)器、減速器、編碼器等組件，實(shí)現(xiàn)手指的精細(xì)化操控。

無框力矩電機(jī)則以其無邊框設(shè)計(jì)、體積小、質(zhì)量輕、慣量低、結(jié)構(gòu)緊湊、功率高等優(yōu)勢，與機(jī)器人關(guān)節(jié)高度適配。特斯拉Optimus全身28個(gè)執(zhí)行器全部采用無框力矩電機(jī)，國內(nèi)宇樹、遠(yuǎn)征、小米、優(yōu)必選、傅里葉等人形機(jī)器人亦在其關(guān)節(jié)單元中應(yīng)用此類電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)高扭矩、高速度、低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的運(yùn)動(dòng)性能。

二、市場空間與競爭格局

2.1 空心杯電機(jī)市場

2022年全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模超過50億元人民幣，預(yù)計(jì)2022年至2028年復(fù)合年增長率約為8%。海外市場中，Maxon Motor、Faulhaber、Portescap等公司憑借完善的產(chǎn)品矩陣、強(qiáng)大的小尺寸電機(jī)和無刷電機(jī)設(shè)計(jì)能力占據(jù)領(lǐng)先地位。國內(nèi)方面，鳴志電器作為龍頭企業(yè)，與拓邦股份、鼎智科技、偉創(chuàng)電氣等企業(yè)一同以點(diǎn)帶面提升研發(fā)及生產(chǎn)能力，空心杯電機(jī)市場存在顯著的國產(chǎn)替代空間。

2.2 無框力矩電機(jī)市場

全球力矩電機(jī)與無框電機(jī)市場規(guī)模在2022年均超過40億元人民幣，預(yù)計(jì)2022年至2027年力矩電機(jī)市場規(guī)模年復(fù)合增長率為8%，2022年至2029年無框電機(jī)市場規(guī)模年復(fù)合增長率同樣為8%。若考慮人形機(jī)器人放量，市場規(guī)模增長有望提速?？茽柲Ω?、威騰斯坦、尼得科、派克漢尼汾等海外企業(yè)在無框力矩電機(jī)領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢。國內(nèi)企業(yè)如步科股份、昊志機(jī)電、禾川科技等展現(xiàn)出較強(qiáng)的產(chǎn)品實(shí)力。

以特斯拉Optimus為例，假設(shè)單臺人形機(jī)器人使用28個(gè)無框力矩電機(jī)，當(dāng)年產(chǎn)量分別為5萬臺、10萬臺、50萬臺、100萬臺時(shí)，對應(yīng)的市場空間分別為11.2億元、14億元、42億元、56億元。預(yù)計(jì)隨著產(chǎn)量增加，無框力矩電機(jī)平均價(jià)格逐步下降，中國企業(yè)的市占率將逐步提升，對應(yīng)市場空間分別為3.4億元至33.6億元。

三、核心壁壘與國產(chǎn)化機(jī)遇

3.1 空心杯電機(jī)壁壘

空心杯電機(jī)的核心壁壘在于繞組設(shè)計(jì)與設(shè)備、產(chǎn)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(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)秀。海外繞組設(shè)備如Merteor、田中精機(jī)的研發(fā)能力與自動(dòng)化水平較高。國內(nèi)企業(yè)需提升正向研發(fā)能力，強(qiáng)化知識產(chǎn)權(quán)積累，同時(shí)提高自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的自主研發(fā)與引進(jìn)，以縮小與國際先進(jìn)水平的差距。

3.2 無框力矩電機(jī)壁壘

無框力矩電機(jī)的競爭壁壘集中于正向研發(fā)能力與匹配下游設(shè)計(jì)：

• 正向研發(fā)能力：體現(xiàn)在磁路與工藝設(shè)計(jì)，特別是轉(zhuǎn)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(yùn)和先進(jìn)的模擬仿真工具，能快速響應(yīng)市場需求。國內(nèi)企業(yè)需加大研發(fā)投入，提升磁路設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化能力，縮短與國際一流廠商的技術(shù)差距。

• 匹配下游設(shè)計(jì)：無框力矩電機(jī)的定制化需求高于傳統(tǒng)伺服電機(jī)，尤其在協(xié)作機(jī)器人和人形機(jī)器人領(lǐng)域，產(chǎn)品多樣性和應(yīng)用場景復(fù)雜性要求電機(jī)具備高度定制化能力。國內(nèi)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)與下游機(jī)器人廠商的合作，共同研發(fā)適應(yīng)特定需求的無框力矩電機(jī)，提升一體化解決方案的提供能力。

四、重點(diǎn)企業(yè)分析和關(guān)注要點(diǎn)

       隨著人形機(jī)器人市場放量，空心杯電機(jī)與無框力矩電機(jī)行業(yè)將迎來廣闊發(fā)展空間。海外電機(jī)公司在技術(shù)與產(chǎn)品層面仍占據(jù)優(yōu)勢，但國產(chǎn)公司如鳴志電器、偉創(chuàng)電氣、鼎智科技（空心杯電機(jī)）、拓邦股份（空心杯電機(jī)），步科股份、昊志機(jī)電、禾川科技（無框力矩電機(jī)）等正在積極提升自身實(shí)力，為國產(chǎn)替代創(chuàng)造條件。

       鳴志電器在精密控制電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域有深厚積淀，其空心杯無齒槽電機(jī)業(yè)務(wù)增長迅速，產(chǎn)品應(yīng)用于機(jī)器人、醫(yī)療等多個(gè)高附加值領(lǐng)域，且具備編碼器、空心杯電機(jī)、精密直線傳動(dòng)等器件的整體配套生產(chǎn)能力。

       偉創(chuàng)電氣專注電氣傳動(dòng)與工業(yè)控制，產(chǎn)品涵蓋變頻器、伺服系統(tǒng)、步進(jìn)系統(tǒng)等，已成功切入機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈，提供空心杯電機(jī)、無框電機(jī)及一體化動(dòng)力解決方案，自主研發(fā)的空心杯電機(jī)與無框電機(jī)已實(shí)現(xiàn)小批量交付。

        步科股份以機(jī)器人行業(yè)為核心戰(zhàn)略，提供專用伺服電機(jī)（含無框力矩電機(jī)）、伺服驅(qū)動(dòng)及一體化模組動(dòng)力解決方案。其無框力矩電機(jī)產(chǎn)品性能與國際品牌相當(dāng)，價(jià)格優(yōu)勢明顯，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)平臺化生產(chǎn)和銷售，且隨著常州智能制造生產(chǎn)基地的擴(kuò)建，產(chǎn)能將進(jìn)一步提升。

昊志機(jī)電成立于 2006 年，專注于中高端數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、新能源汽車核心功能部件等領(lǐng)域。公司在電主軸領(lǐng)域的全球市場占有率排名第一， 同時(shí)穩(wěn)步向數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等高端裝備的核心功能部件領(lǐng)域橫向擴(kuò)張。公司產(chǎn)品涵蓋PCB 鉆孔機(jī)/成型機(jī)/劃片機(jī)等各類電主軸、數(shù)控轉(zhuǎn)臺、直線電機(jī)、諧波減速器、伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、傳感器等上百種產(chǎn)品。

        人形機(jī)器人市場的快速發(fā)展必然將帶動(dòng)空心杯電機(jī)與無框力矩電機(jī)需求增長，行業(yè)面臨重大發(fā)展機(jī)遇。無論是作為投資者還是行業(yè)從業(yè)者都應(yīng)關(guān)注具有技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢、產(chǎn)品競爭力強(qiáng)、市場滲透率不斷提升的國產(chǎn)電機(jī)企業(yè)，把握人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的投資機(jī)會。同時(shí)，國產(chǎn)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(wù)水平，加快國產(chǎn)替代進(jìn)程，以在全球市場競爭中占據(jù)有利地位。

參考研報(bào)下載鏈接：人形機(jī)器人行業(yè)系列報(bào)告（三）：電機(jī)：人形機(jī)器人的動(dòng)力核心-光大證券.pdf