一、人形机器人商业化落地

随着人力成本的提升及社会老龄化日趋显著，市场对人工替代的需求与日俱增，有望为人形机器人带来巨大的市场空间。人形机器人起步于1960年代，经历数个阶段的发展。人工智能成为产业变革的重要驱动力量，近年国内外涌现一批新晋人形机器人研发厂商，人工智能技术的革新和厂商的持续投入有望驱动行业迭代加速，商业化落地在稳步推进中。

中国政府的战略引导和产业链基础、技术研发实力为人形机器人商业化应用创造了有利条件。高工机器人产业研究所预测，2024年全球人形机器人市场规模为10.17亿美元，到2030年市场规模将达到150亿美元；2024年中国人形机器人市场规模为21.58亿元人民币，到2027年将达到近100亿元人民币，中国人形机器人销量将从0.4万台左右增长至3.7万台。

二、电机是人形机器人核心零部件之一

机器人包括电动、液压和气动等驱动方式，电动驱动能使运动控制更为灵活精准，大部分人形机器人公司使用电驱方案，电机是其中的核心部件之一，关节架构影响电机选择。

各种电机产品是不同技术路线组合后的产物，适应下游不同的应用场景。对于一个电机产品，首先需要结合应用场景进行排列，决定其最重要的性能要求，之后选择多种技术路线的组合达到其最优方案。

电机的基本参数包括转动惯量、扭矩、功率等。惯量决定电机的反应速度，扭矩提供角加速使物体绕定轴旋转，功率由扭矩、速度决定。

机器人对电机总体要求为质量轻、体积小、扭矩大，无框力矩电机和空心杯电机是人形机器人主要使用的电机类型。

三、无框力矩电机

力矩电机是一种扁平型多极永磁电动机，是以输出扭矩为衡量指标的直驱电机，其电枢有较多的插槽、换向件和串联导体，以降低转矩脉动和转速脉动。

无框力矩电机没有轴、轴承、外壳或端盖，只有转子和定子两个部件构成电机的永磁体和电磁体，属于传统电机中用于产生扭矩和速度的部分。转子通常是内部部件，由带永磁体的旋转钢圆环组件构成，直接安装在机器轴上。定子是外部部件，包含有齿钢叠片，外面包裹着能产生电磁力的铜绕组，安装在机器外壳的主体内。无框力矩电机于1949年由美国Inland电机公司（1960年和科尔摩根光学公司合并为科尔摩根公司）发明，用于早期导弹和空间飞行器的惯性制导系统上的传动万向节。现在无框电机应用机器人、工厂自动化设备、传感器的万向节、无人机推进与导航、瞄准系统等等领域。

无框力矩电机相对而言，体积更小、结构更紧凑、易于维护，便于集成到机器人本体的中空结构内，从而提高机械性能，在满足机器人关节尺寸和重量要求的同时实现高转矩密度。电机转矩密度是指电机在单位体积内能产生的转矩大小，是电机性能的重要指标之一。无框力矩电机符合人形机器人的需求，人形机器人厂商诸如优必选、特斯拉（Optimus Gen 2）等均选用无框力矩电机作为身体关节驱动。

无框力矩电机的设计涉及电磁、力学等方面，主要壁垒在磁路和工艺设计。电机转矩密度的大小与电机的设计、制造工艺、材料等因素密切相关，目前存在较大的技术壁垒。

海外厂商起步较早，工艺技术存在先发优势。科尔摩根是国际无框力矩电机龙头企业，产品性能处于第一梯队，广泛应用于机器、AGV、机床、医疗设备、印刷和包装等领域，Aerotech、Parker Hannifin、Nidec、TQ Robodrive、 Moog、Maxon等也为该领域国际主要厂商，还有西门子、Pranshu Electricals、Akribis Systems、ETEL等参与者。国内步科股份、昊志机电等公司近年来发展迅猛，国内无框力矩电机发展迅速，但国产无框力矩电机输出扭矩较小，性能方面较国外产品仍有差距。我国无框力矩电机生产商还有绿的谐波、智和精密、登奇伺服、研一机械等。

四、空心杯电机

空心杯电机因利用特殊工艺将线圈绕组做成可以独立支撑的杯状，从外形上看像杯子而得名，省去铁芯作为支撑结构，靠空心杯状的线圈绕组与连接板、主轴等共同组成转子或者定子。空心杯电机属于直流永磁伺服微特电机（微特电机一般功率小于750W，机座外径不大于160mm或中心高不大于90mm），外形细长，通常尺寸较小不超过40mm，是小功率段体积最小、功率密度最高的电机。德国Dr. F. Faulhaber于1958年研制出斜绕组线圈绕制技术, 并经过不断开发完善，于1965年获得空心杯电机转子线圈斜绕组专利技术，标志空心杯电机的正式诞生。

与传统直流铁芯电机相比，空心杯电机具有效率高、功率密度高、响应速度快、转矩波动小等优势：空心杯电机没有铁芯和齿槽结构，重量和转动惯量大幅降低，减少铁损和机械能损耗；没有铁芯使空心杯电机在同等功率下重量、体积减少1/3-1/2；空心杯电机的转子惯量更小，因而拥有更高的响应速度；空心杯电机去除了铁芯并采用无齿槽结构，减少电机运行时的磁阻力矩，从而降低了输出转矩波动，使电机运行更加平稳，转动稳定，噪声较小。但也因为没有铁芯的支撑，空心杯电机线圈只能做得很薄，否则会气隙过大，损失磁通，这使得线圈和输出轴的连接强度有限，所以输出功率受限。

空心杯电机性能优势突出，适用于需要快速响应、对输出功率要求不高但对功率密度要求高的系统中，应用领域从军事、高科技领域进入大工业、民用领域。随着工业技术发展，对电动机的伺服特性提出更高要求，空心杯电机在很多应用场合拥有不可替代的地位。灵巧手内部空间狭小，要求高自由度、灵敏度、可靠性、电机系统高度集成，空心机电机契合灵巧手对电机尺寸小、响应快、精度高、扭矩大、质量轻、效率高的要求。

绕线是空心杯电机技术壁垒所在。线圈设计各有不同，对厂商对于电机理解的体现，空心杯电机性能的关键要素包括空心杯线圈形状设计、排布整齐性、绕制槽满率。直绕形、斜绕形、马鞍形是空心杯电机常用的线圈绕线方式。通过减小线圈厚度从而减小磁场气隙，从而提高永磁体利用率，增大空心杯电机力矩。斜绕形和马鞍形是目前国际厂商主流采用的线型设计，能够有效减小线圈厚度。与传统电机相比，空心杯电机所有漆包线都是悬空绕线，内部没有任何支撑，在工艺上难度很高。空心杯电机本身体积较小，加工精度直接影响磁场的稳定性，空心杯电机绕线精度要求比传统电机更高。

空心杯电机市场由海外头部企业Maxon、Faulhaber、Portescap主导。国外的空心杯线圈生产技术十分成熟，其生产自动化程度高，生产效率、产品质量有优势。国内空心杯电机起步较晚，在功率、效率等方面存在差距。近几年，已经有越来越多的生产商开始从事空心杯电机的设计和制造，与海内外龙头技术差距不断缩小，包括鸣志电器、鼎智科技、拓邦股份、兆威机电、伟创电气、禾川科技、北京奕山、万至达电机、朗亿电机、昊升电机、鑫宝达电机等企业涉足该领域。

五、人形机器人给电机带来发展机遇

无框力矩电机和空心杯电机使用数量将有望随着人形机器人规模的增长而迎来快速增长。据Market Research，2022年全球无框力矩电机市场规模为6.69亿美元，并有望以8.9%的复合增长率增长至2029年的12.17亿美元，预计2023-2027年亚太地区对全球市场的增长贡献了48%。根据华经产业研究院数据，2022年全球空心杯电机市场规模为51亿人民币，预计2028年市场规模将达到83亿人民币，期间复合年均增长率约8.5%。亚太地区也是全球空心杯电机的最大市场。中国电机厂商在这个发展机遇上如能与人形机器人本体厂商合作，投入研发出更高性能电机，将实现又一领域的技术突破。

资料参考：

高工产业研究所、优必选招股说明书

信达证券、国金证券、德邦证券

华泰证券、广发证券、中金公司

华宝证券、华创证券、上海证券