當前人形機器人的核心關注點是靈巧性和輕量化。

無框力矩電機作為人形機器人的核心零部件，能夠實現極高的控制精度，用于人形機器人線性關節和旋轉關節。

以特斯拉人形機器人Optimus為例，全身擁有28個自由度，上肢采用旋轉關節方案，下肢采用線性執行器方案，在14個線性執行器和14個旋轉執行器中都使用了無框力矩電機。

人形機器人產業鏈主要包括上游的核心零部件、中游的機器人本體制造以及下游的機器人應用。國產替代環節有望集中在上游供應鏈中，如電機、減速器、絲杠、執行器總成等。

在前幾天的文章中，我們梳理了人形機器人靈巧手，人形機器人核心材料PEEK材料，核心零部件行星滾柱絲杠等產業鏈核心環節。

本文重點關注人形機器人核心電機：無框力矩電機。

隨著特斯拉人形機器人量產節點臨近，我們也會持續跟蹤人形機器人各細分賽道的最新動向和進展，相關資料首發在星球圈子，有興趣可以加入。

01 無框力矩電機行業概覽

人形機器人電機有三個關鍵點：高效率、高動態和高功率密度。

目前力矩電機是人形機器人執行器普遍采用的電機類型之一。

無框力矩電機是力矩電機的一種，以輸出扭矩的的大小為性能指標，通常可以被看成極對數很多的無刷、永磁、直驅伺服電機。

無框結構上省去了電機的外殼，使得電機更好嵌入，其顯著的特征是較大的徑長比和較多數目的磁極。

與有框電機相比，無框電機的優勢包括更高的轉矩密度、更強的散熱能力、以及針對定制系統的靈活性。

將無框電機的定子和轉子直接集成到支撐傳動組件的軸承系統，可以在很大程度縮小關節組件的尺寸。

由于無框力矩電機的中空結構便于走線，因此適用于集成度較高的人形機器人。

旋轉關節中的無框力矩電機：

02 無框力矩電機產業鏈

無框力矩電機產業鏈上游原材料中，磁性材料主要包括鋼鐵、銅、鋁等用于制造電機的定子和轉子；編碼器用于將電機的機械運動轉換為電信號，實現精確控制；中游是電機制造環節；下游廣泛應用于機器人、醫療設備、航空航天、光學以及其他技術要求較高的領域中。

根據科爾摩根披露信息，其關鍵原材料包括釹鐵硼磁材、SS400系列鋼材、電工鋼、銅材、樹脂、集成電路板等。

資料來源：科爾摩根官網

無框力矩電機的性能在很大程度上取決于其電機結構和編碼器。

編碼器影響電機運動控制功能，高端產品主依賴進口重要元件芯片、碼盤的制作工藝難度較大，是國產化的主要壁壘。

市場格局方面，編碼器市場長期被海外企業占據，例如海德漢、多摩川、雷尼紹等。據MIR數據，2023年多摩川和海德漢兩家合計在我國市占率約42%。

我國本土領先供應商包括禹衡光學（奧普光電）、長春匯通（匯川技術）、宜科電子，蘇州捷之碩等，其中禹衡光學在國內處于領先地位、技術水平能夠和外資競爭，市占率約7.7%。

國內企業禹衡光學前身長春第一光學儀器廠于1965年成立，1986年開始引進日本制造技術，確立編碼器產品為發展重點，逐步形成自主知識產權和品牌。2013年，奧普光電收購禹衡光學，切入光柵傳感器業務。

長春匯通生產的磁編碼器應用于公司自產的伺服電機，開發的產品主要有增量式光電編碼器、絕對式光電編碼器等，匯川技術通過收購長春匯通進入編碼器行業。

蘇州捷之碩公司的產品邁可斯可替代內策爾、雷尼紹等品牌，廣泛應用于機器人關節、半導體、精密設備等領域。

無框力矩電機目前存在較高的技術壁壘，全球市場呈頭部集中的格局。

全球無框力矩電機主要制造商包括科爾摩根（美國）、威騰斯坦（德國）、尼得科（日本）、派克漢尼汾（美國）、MAXONMOTOR（瑞士）等。

科爾摩根是全球最早研發出無框電機的企業，具備高端產品核心生產技術，KBM系列無框電機為公司明星產品。

我國無框電機行業玩家少，集中度較高，頭部企業占據市場主導地位。

根據公開信息顯示，國內無框電機主要參與者包括步科股份、昊志機電、偉創電氣、禾川科技、微精電機等。

步科股份進度較為靠前，已成功推出具有溫度控制穩定、尺寸小、功率密度高等優勢第三代無框電機可以對標國際領先產品，部分型號具備一定優勢，產品在高端人形機器人領域廣泛應用。

昊志機電的無框力矩電機轉矩波動≤1%，更利于機器人力矩控制，能夠提供3.5倍過載能力，可應用于協作機器人、輕型機器人、人形機器人等多個領域。

此外，國產人形機器人本體廠商如宇樹H1、遠征A1、小米Cyberone、優必選X1、傅里葉GR-1，關節單元也都使用無框力矩電機，最大扭矩為360Nm。

宇樹、智元、小米機器人均自研關節電機，能夠更好適配各自廠商的機器人產品。

目前，我國無框電機行業尚處于起步階段，市場參與者數量較少，國產替代空間廣闊。隨著特斯拉人形機器人量產將至，作為核心零部件環節，行業景氣度有望進一步提高。