深度解读无框力矩电机的市场机遇｜聚焦人形机器人产业

摘要：无框力矩电机是力矩电机的一种，它以输出的扭矩大小作为性能指标，通常也是永磁电机的一种。这种电机通过磁场的相互作用驱动转子转动，产生扭矩，适用于驱动人形机器人的关节。

本周我们将着重探讨人形机器人的另一核心零部件——无框力矩电机的技术特点、市场前景与竞争格局。

无框力矩电机的概念和优势

无框力矩电机是力矩电机的一种，它以输出的扭矩大小作为性能指标，通常也是永磁电机的一种。这种电机通过磁场的相互作用驱动转子转动，产生扭矩，适用于驱动人形机器人的关节。

与有框力矩电机相比，无框力矩电机省略了电机的外壳，仅保留转子和定子两个核心部件。其优势有：1）采用多级多槽方案：实现电机的高转矩密度和低齿槽转矩输出，使结构更加紧凑、运行更加平稳；2）采用真空灌胶工艺：辅助高导热系数灌封胶，使电机散热更加优越，温升更低；3）HALL组件和定子组件高度集成化：实现电机的超薄化设计；4）转子特殊化设计：跳出了传统缠芳纶纤维的工艺，最小定转子气隙可达0.25mm；磁钢正弦化设计，电机反动势更加正弦，实现电机高伺服特性。这种设计使得电机能够更直接地集成到机器人关节中，提供了更大的设计灵活性，并且减少了机械传动损失，提高了扭矩密度、散热性能和静音能力。

➢ 快速响应：无框电机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短，适用于需要频繁启停、灵敏响应的人形机器人领域。

➢ 高功率密度：无框电机消除了传统电机的铁芯，结构紧凑小巧，可实现更高的功率密度。适用于需要高功率输出的人形机器人关节部件。

➢ 高效率：无框电机采用了新型的电磁铁和轴承结构，具有低能耗和低摩擦的特点。适用于工作强度大，承载需求高的人形机器人应用场景。

➢ 高灵活度：无框电机体积小、质量小、轴向尺寸短、设计灵活性高，适合机器人关节这种空间受限并且高度定制化的应用。

部分人形机器人产品关节电机方案梳理

无框力矩电机市场现状与前景

2022 年，力矩电机、无框电机全球市场规模均超 40 亿元人民币。随着 Tesla 人形机器人的发布，无框力矩电机占到总体机器人价值量的15.4%，普遍应用于机器人的旋转关节和直线关节（共 28 个关节），提供高扭矩和高精度的控制。

目前，全球力矩电机市场规模正在增长，预计到2030年，随着人形机器人的商业化，无框力矩电机的市场空间将进一步扩大。根据海外市场研究公司Technavio的统计数据，2023年全球力矩电机市场规模增长6.95%至6.57亿美元。而到2030年，由于人形机器人中无框力矩电机需求量级较为可观，随着人形机器人逐渐实现商业化，无框力矩电机市场空间亦将随之增长。若以2030年人形机器人出货量达100万台，同时无框力矩电机产品单价下降一半到500元/台来估算，预计人形机器人领域无框力矩电机市场空间将达到23.97亿美元，叠加传统领域市场空间的平稳增长，总市场规模将达到33亿美元。

根据国内无框力矩电机龙头企业步科股份公告信息以及前瞻研究院数据，目前无框力矩电机的价格基于不同的功率段和尺寸会有所不同，大致从几百元到一千多元不等，但各家企业基本一致。若取中位数1000元/台，则特斯拉28台无框力矩电机总计成本28000元，占目标售价2万美元的20%，未来随着产品规模的扩大和在制造工艺上的不断创新，价格有较大下降空间。

无框力矩电机市场规模

无框力矩电机的竞争格局

从竞争格局来看，海外企业仍处于领先地位。从事无框力矩电机行业的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)等。国内企业中，步科股份、禾川科技、吴志机电、雷赛智能、震裕科技、汇川技术等较早地组建机器人部门，并推出相关产品，具有一定的产品力。

➢ 步科股份：成立于 1996 年，主要从事工业自动化及机器人核心部件与数字化工厂软硬件的研发、生产、销售以及相关技术服务。其无框力矩电机具有专业化（通过深⼊优化电磁⽅案获得更高的转矩密度）、精细化（有 52mm - 132mm 10 种框架尺寸，覆盖 3 - 25kg 负载需求，相同转矩下尺寸更小、温升更低）、特色化（首创无框灌封工艺，轻量化设计、更薄机身，运动速度更快、更平稳，铜损下降率高达 20%）、新颖化（与市场主流的谐波减速机尺寸匹配，更大的中空内径满足多样化穿线需求）等特点。公司推出了适用于机器人的多种产品，如协作机器人专用无框力矩电机等，在人形机器人的旋转关节和直线关节等部位有应用潜力，但具体的大规模成熟应用案例可能还在不断发展和积累中。

➢ 禾川科技：成立于 2011 年，以 plc 控制器切入工控市场，业务逐步延伸至伺服、变频器等领域，并不断向工控自动化多层级和产业链上下游延伸。2024 年 5 月发布的 hu - mdb 系列无框力矩电机，具有低温升、高效率、高性能特点，且进行了轻量化、紧凑化设计，可满足人形机器人所需各关节空间。公司展出过与浙江工业大学合作研发的通用型人形机器人 “yolo” 游龙 01，该机器人身体部件 90% 为禾川科技自制，其中包括无框力矩电机，但目前整体还在研发阶段。

➢ 昊志机电：成立于 2006 年，是一家专业从事中高端数控机床、机器人、新能源汽车核心功能部件等的研发设计、生产制造、销售与维修服务的国家高新技术企业。公司在机器人核心功能部件领域有深厚的技术积累，通过自主研发攻克了一系列核心技术。其开发的无框力矩电机具有市场领先的扭矩密度、功率密度，出色的动态性能，优化的空心轴以及极短的轴向长度。公司的无框力矩电机能达到 6 倍过载能力，并且还研发出一款无磁槽力矩电机，可减少电机的铁损，提升电机的效率，以便于使机器人的充放电的时间间隔更长。

➢ 雷赛智能：雷赛智能是一家专注于运动控制产品研发、生产和销售的企业，在运动控制领域具有丰富的经验和技术实力，产品广泛应用于机器人、自动化设备、数控机床等领域。2023 年底成功研发出高密度无框力矩电机等核心产品，具有高功率密度、高精度、高可靠性等特点，适用于对电机性能要求较高的人形机器人等应用场景。

➢ 震裕科技：震裕科技在高效节能家电产品的变频电机等方面具有显著市场优势，产品覆盖微特电机市场中家用电器用微特电机、汽车用微特电机以及工业工控用微特电机制造领域。经过多年积累，在中高端电机铁芯模具系统开发和创新方面具有较强的实力。其全资子公司苏州范斯特与汇川技术联合开发无框力矩电机，应用于人形机器人执行器，目前已处于小批量送样阶段。

➢ 汇川技术：国内最大的低压变频器与伺服系统供应商，涵盖工业自动化、新能源汽车、工业机器人业务，电机产品在性能、可靠性、智能化等方面具有较高的水平，能够满足不同应用场景的需求。其无框力矩电机在扭矩输出、精度控制、响应速度等方面具有较好的表现。汇川技术与震裕科技的子公司苏州范斯特联合开发无框力矩电机应用于人形机器人执行器相关项目，但具体的应用案例还在不断探索和推进中。

相比海外龙头，国产无框力矩电机在产品部件核心性能指标扔存在一定差距，但并非不可逾越，简单比较科尔摩根和步科股份的量产产品参数（如下图），可以发现在近似尺寸的条件下，产品的输出扭矩上与国内产品的差距并不大，说明国产厂商在电机转矩密度的追赶上速度较快，但国内企业产品量产能力与海外龙头存在一定差距。考虑到人形机器人产业链国内优势明显，日后有望凭借协同效应快速追赶。