机器人行业产业深度（六）：机器人的关节，高效电机
机器人关节电机中，人形机器人对电机有高效率、高动态和高功率密度需求，力矩无框电机和空心杯电机能较好满足其需求，我国相关电机厂商处于全球第二梯队，同时该产业发展存在一定风险，且不同电机有不同市场规模测算情况。
人形机器人关节电机的关键需求- 高效率：低能耗和低摩擦损失至关重要，因为机器人多由电池供电，要能承受苛刻运行条件，频繁正反向及加减速运行，还能在短时间内承受过载。
- 高动态：整个驱动器惯性应尽可能低，电动机从获得指令信号到完成指令所要求工作状态的时间要短。
- 高功率密度：机器人应用需要高速、高扭矩电机，且电机要小巧、紧凑、轻巧。
由于应用需求场景不同，人形机器人关节与工业机器人、协作机器人关节对比优劣无实际意义。工业机器人对精度、寿命要求高，更适合采用伺服电机；人形机器人对控本、提效、力矩和运转稳定的诉求更强，更适合采用力矩无框电机。
力矩电机优势- 提供稳定力矩和运转速度：利于人形机器人的大范围推广及长期使用。
- 无需齿轮减速箱：减少人形机器人部件数量，最大限度降低其成本和体积。
- 维护简单且可靠性高：部件减少使维护更便捷，可靠性得以提升。
- 效率更高更节能：机械系统中每增加一个传动部件都会产生效率损失，减少传动部件可提高整个系统效率，变相节能，有利于提高人形机器人的续航及负载。
人形机器人的空心杯电机以无刷空心杯电机为主。因空心杯电机高速低扭矩特性，为在较小空间内获得较大手指抓握力，需搭配行星减速箱使用，一般会集成2 - 3级的行星减速箱。无刷电机通过驱动器实现电子换向，其定子部分使用空心杯绕组，采用无齿槽铁芯设计，具有高转速、长寿命、低噪音特性，还具备高功率密度、高效率优势。
不同电机市场规模测算- 直流无刷力矩电机：当人形机器人年销量为100万台时，年新增市场规模140 - 280亿元，是2022年市场规模的5 - 11倍。市场规模测算核心假设为单台人形机器人配置直流无刷力矩电机28个；空心杯电机价格随量产进程逐年下降，当人形机器人年销量100万台时，关节电机均价500 - 1000元。
- 空心杯电机：当人形机器人年销量100万台时，市场规模为72亿元，是2022年市场规模的2倍。市场规模测算核心假设为单台人形机器人用空心杯电机12个；空心杯电机价格随量产进程逐年下降，销量达到100万台时，单价600元。据QYResearch数据，2022年全球空心杯电机市场规模为7.48亿美元。
我国力矩电机和空心杯电机厂商均处于全球第二梯队。
- 力矩电机：全球第一梯队厂商主要有科尔摩根、Aerctech、Parher。我国主要厂商有步科股份、雷赛智能、昊志机电等，伺服厂商如汇川技术、禾川科技也有基础切入无框电机市场。
- 空心杯电机：海外龙头在空心杯电机领域布局较早，技术经验积累深厚，产品系列完善，项目经验丰富。与海外龙头企业产品性能相比，我国空心杯电机部分品类的产品性能接近或达到海外龙头，高端产品在功率、效率等方面存在差距。
- 产业进展低于预期：若产业发展速度未达预期，可能影响相关电机的市场需求和市场规模增长。
- 竞争环境恶化：激烈的市场竞争可能导致产品价格下降、利润空间压缩，对厂商经营产生不利影响。
- 新技术的应用速度低于预期：新技术若不能及时应用，可能使产品在性能、效率等方面落后于市场需求，影响市场竞争力。
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