人形机器人产业链主要包括上游核心零部件、中游机器人本体制造以及下游应用。国产替代环节有望集中在上游供应链中，如电机、减速器、丝杠、传感器、执行器总成等。

在前面的文章中，我们梳理了人形机器人关键减速器、核心材料PEEK材料，行星滚柱丝杠等产业链核心环节。

本文重点关注人形机器人两大核心电机：无框力矩电机和空心杯电机。

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无框力矩电机行业概览

人形机器人电机有三个关键点：高效率、高动态和高功率密度。

目前力矩电机是人形机器人执行器普遍采用的电机类型之一。

无框力矩电机是力矩电机的一种，以输出扭矩的的大小为性能指标，通常可以被看成极对数很多的无刷、永磁、直驱伺服电机。

无框结构上省去了电机的外壳，使得电机更好嵌入，其显著的特征是较大的径长比和较多数目的磁极。

与有框电机相比，无框电机的优势包括更高的转矩密度、更强的散热能力、以及针对定制系统的灵活性。

将无框电机的定子和转子直接集成到支撑传动组件的轴承系统，可以在很大程度缩小关节组件的尺寸。

由于无框力矩电机的中空结构便于走线，因此适用于集成度较高的人形机器人。

旋转关节中的无框力矩电机：

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无框力矩电机产业链

无框力矩电机产业链上游原材料中，磁性材料主要包括钢铁、铜、铝等用于制造电机的定子和转子；编码器用于将电机的机械运动转换为电信号，实现精确控制；中游是电机制造环节；下游广泛应用于机器人、医疗设备、航空航天、光学以及其他技术要求较高的领域中。

根据科尔摩根披露信息，其关键原材料包括钕铁硼磁材、SS400系列钢材、电工钢、铜材、树脂、集成电路板等。

资料来源：科尔摩根官网

无框力矩电机的性能在很大程度上取决于其电机结构和编码器。

编码器影响电机运动控制功能，高端产品主依赖进口重要元件芯片、码盘的制作工艺难度较大，是国产化的主要壁垒。

市场格局方面，编码器市场长期被海外企业占据，例如海德汉、多摩川、雷尼绍等。据MIR数据，2023年多摩川和海德汉两家合计在我国市占率约42%。

我国本土领先供应商包括禹衡光学（奥普光电）、长春汇通（汇川技术）、宜科电子，苏州捷之硕等，其中禹衡光学在国内处于领先地位、技术水平能够和外资竞争，市占率约7.7%。

国内企业禹衡光学前身长春第一光学仪器厂于1965年成立，1986年开始引进日本制造技术，确立编码器产品为发展重点，逐步形成自主知识产权和品牌。2013年，奥普光电收购禹衡光学，切入光栅传感器业务。

长春汇通生产的磁编码器应用于公司自产的伺服电机，开发的产品主要有增量式光电编码器、绝对式光电编码器等，汇川技术通过收购长春汇通进入编码器行业。

苏州捷之硕公司的产品迈可斯可替代内策尔、雷尼绍等品牌，广泛应用于机器人关节、半导体、精密设备等领域。

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无框力矩电机市场格局

无框力矩电机目前存在较高的技术壁垒，全球市场呈头部集中的格局。

全球无框力矩电机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）、MAXONMOTOR（瑞士）等。

科尔摩根是全球最早研发出无框电机的企业，具备高端产品核心生产技术，KBM系列无框电机为公司明星产品。

我国无框电机行业玩家少，集中度较高，头部企业占据市场主导地位。

根据公开信息显示，国内无框电机主要参与者包括步科股份、昊志机电、伟创电气、禾川科技等。

步科股份进度较为靠前，已成功推出具有温度控制稳定、尺寸小、功率密度高等优势第三代无框电机可以对标国际领先产品，部分型号具备一定优势，产品在高端人形机器人领域广泛应用。

昊志机电的无框力矩电机转矩波动≤1%，更利于机器人力矩控制，能够提供3.5倍过载能力，可应用于协作机器人、轻型机器人、人形机器人等多个领域。

此外，国产人形机器人本体厂商如宇树H1、远征A1、小米Cyberone、优必选X1、傅里叶GR-1，关节单元也都使用无框力矩电机，最大扭矩为360Nm。

宇树、智元、小米机器人均自研关节电机，能够更好适配各自厂商的机器人产品。

目前，我国无框电机行业尚处于起步阶段，市场参与者数量较少，国产替代空间广阔。随着特斯拉人形机器人量产将至，作为核心零部件环节，行业景气度有望进一步提高。

宇树G1人形机器人：

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空心杯电机行业概览

驱动系统是机器人的关键部件，是使机器人发出动作的机构。

机器人驱动方式可分为液压驱动、气体驱动和电机驱动三种。

其中，电机驱动具有高精度、实时响应等优势，更适合人形机器人灵活度高的发展趋势。

而空心杯电机作为人形机器人灵巧手末端执行器的核心零部件，是目前性能最优的电机方案之一。

空心杯电机是一种微型伺服直流电机，采用的是无铁芯转子，消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，其电枢绕组为空心杯线圈，是一个空心的杯状结构。

相比传统电机，空心杯电机更符合人形机器人灵巧手空间紧凑、负载能力的要求，且具有体积小、功率大、响应速度快等特点。

根据特斯拉在AIDay发布的Optimus人形机器人数据，其躯干部分装有28个执行器，灵巧手单手装配6个执行器，合计自由度高达50个，这些执行器主要由空心杯电机和无框力矩电机等控制电机以及其他零件组成。

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空心杯电机核心壁垒

空心杯电机的主要组成部分包括空心杯绕组、转子组件、传感器组件、法兰、轴承、磁轭等。

行业主要难点在于绕组设计、动平衡设计及资金投入。

核心技术壁垒包括线圈设计、绕线工艺以及绕线设备。

国际头部企业主要采用一次性绕制成型的生产技术，且掌握壁垒线圈绕组设计和加工、壁垒绕线设备技术等核心技术。其自动化程度较高，可加工0.08-0.2mm线径、功率400W以下电机所需线圈。

国内主要采用卷绕式生产，依赖人工且生产线径受限，当前一次成型绕线设备有待突破。

新进入者的技术积累较浅，难以达到人形机器人领域的高效率等要求。

空心杯线圈结构（马鞍形）及卷绕式生产示意图：

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空心杯电机竞争格局

在全球空心杯市场竞争方面，海外厂商较早建立起技术优势。

德国、瑞士、美国、日本等头部企业长期保持较高的市场占有率，形成一定程度上的垄断。

瑞士Maxon、德国Faulhaber、瑞士Portescap等处于行业第一梯队，并已经大量申请空心杯电机相关的专利技术。

国内一些优秀厂商正在加速追赶和布局。

以鸣志电器和鼎智科技产品为例，空心杯产品已应用于军工、医疗、半导体等高端领域，且可以定制不同规格产品，并能以“编码器+控制器+空心杯电机+精密齿轮箱”方案形式提供产品。

根据公开资料显示，鸣志电器目前已实现量产销售。公司主要通过两次并购掌握核心技术：收购美国LinEngineering、瑞士TechnosoftMotionAG，后者在空心杯的驱动控制领域始终保持全球领先的技术水平。

横向对比同型号MAXON和鸣志电器的空心杯电机产品，鸣志电器在空载转速、最大连续转矩等核心指标上与海外顶尖厂商差距不断缩小。

鼎智科技的空心杯电机已经基本成熟，并处于中小批量供货阶段，自研的空心杯电机绕线设备实现了全自动批量生产，鼎智科技于2019年被江苏雷利收购，成为其控股子公司。

工控领域头部厂商伟创电气也切入机器人领域，布局空心杯电机、无框电机等产品。伟创电气自主研发空心杯电机，在空心杯电机领域的13mm款产品可以达到空载转速85000rpm，最大输出功率58W，最大额定转矩7Nm，效率可达90%。适用于灵巧手10mm的空心杯电机模组已经取得小批量订单。

微传动头部企业兆威机电转矩直流电机和无刷空心杯电机均已形成系列产品，用于人形机器人等领域，正开展4mm直径无刷空心杯电机攻关，以突破国外技术壁垒；8mm永磁步进电机实现自动化量产，且积极布局3.4mm和4.4mm等更难度产品。

拓邦股份是国内最早从事伺服研发的企业之一，目前在工业机器人领域已实现伺服驱动及空心杯电机的产品应用，其中空心杯无刷电机CB2060无负载转速为12000-70000r/min，额定负载转速达到9000-58000r/min，扭矩15-80mN.m。

雷赛智能空心杯电机采用马鞍型全自动绕线技术、一次成型，对标全球最优空心杯电机技术水平，空心杯电机产品提供EC标准型、ECH高转速、ECT大转矩三大系列，已经成功应用于人形机器人灵巧手、协作机器人关节、AGV/AMR移动机器人等领域。

当前人形机器人产业化进程提速，核心零部件国产替代趋势明确。未来随着国产机器人硬件迭代升级，成本优势将逐渐显现。空心杯电机方面，随着叠加国产绕线机器持续突破，国内相关企业加速攻克空心杯电机壁垒，有望打开高端空心杯电机市场。

随着特斯拉人形机器人量产进程加速，人形机器人产业趋势较强，后续有望大幅提升核心零部件的需求，从而进一步带动国内厂商渗透率和市场份额提升。

来源：乐晴智库精选