機器人的運動「心臟」，探索電機的廣泛應用與前景

日期：2024年1月23日 上午10:55作者：頭豹編輯：Anna

根據特斯拉AI DAY公佈的信息，其人形機器人主要應用無框力矩電機和空心杯電機，二者具有體積小、運動響應迅速、質量輕、扭矩高等優勢，符合人形機器人對電機的要求。

特斯拉預計3-5年實現人形機器人量產，且將達到百萬級，人形機器人的商業化將拉動對電機的需求，從而帶動電機產業快速發展。

在現代機器人技術中，電機是賦予人形機器人生命和靈魂的關鍵元素。它們不僅僅是簡單的驅動器，更是實現人形機器人復雜動作和仿真人類行為的核心。

電機行業的產業鏈情況，無框力矩電機和空心杯電機的發展與競爭情況，電機行業的市場空間如何？不妨從行業的角度入手，揭開電機在人形機器人領域的神奇應用，探索它們在打造更加逼真、智能的機器人中扮演的重要角色。

01 電機行業綜述

驅動系統是使機器人發出動作的機構，是機器人的關鍵部件，按照動力來源可分為液壓驅動、氣體驅動和電機驅動三種方式，其中液壓驅動和電機驅動較為常見。

電機驅動在動作的精準控制方面與其他驅動方式相比更勝一籌，配合處理器編碼器可獲得實時運動狀態反饋，更適合如今注重智能化、多功能的機器人發展趨勢。

電機是根據電磁感應原理將電能轉化為機械能的部件，是機器人的動力核心，可分為直流電機、交流電機和特種電機。

電機廣泛應用於各個領域，如冶金、建材、電力、家用電器等。機器人用電機要求較高，需電機具有快速響應、起動轉矩慣量比大、運動控制精度高等特性。

02 機器人電機產業鏈

電機上遊為原材料與零部件，稀土磁鋼和矽鋼片佔主要成本；中遊為電機的制造，高端產品以國際廠商為主；下遊為電機在機器人中的應用，人形機器人採用無框電機和空心杯電機，其快速發展將為電機市場帶來增量。

磁性材料是電機的關鍵原材料之一，對電機的性能有著重要影響。對比常見的幾種永磁材料的内禀矯頑力、磁能積、剩磁強度和工作溫度參數，可見钕鐵硼具有極強的性能，且價格低廉，廣泛應用於機器人、新能源汽車等場景中。

無框力矩電機屬於伺服電機，僅由轉子和定子組成，適配不同機器的零部件，配置靈活、安裝方便，順應驅動系統集成化趨勢。

無框力矩電機與有框電機相比具有體積小、運動響應迅速、質量輕、扭矩高等優勢，符合人形機器人對關節電機的要求，是Tesla人形機器人的主要電機之一，在整機中價值量較高。

目前，中國企業產品性能逐漸接近國際水平，在此情況下，中國企業有望憑借價格優勢提升市佔率。

空心杯具有突出的節能特性、靈敏方便的控制特性和穩定的運行特性，適用於人形機器人手部關節，人形機器人要求手部電機體積小且輸出力矩大，空心杯電機符合這一要求。

空心杯電機市場以國際廠商為主導，市場集中度較高，本土企業與國際企業相比技術差距較大。隨著人形機器人的快速發展，本土廠商積極研發關鍵零部件，加速突破技術壁壘，有望打開空心杯高端市場。

03 電機行業市場規模

隨著工業自動化的發展以及AI技術的普及，機器人在各行各業的滲透率也在逐步提升。特斯拉Optimus樣機如今已公佈，量產在即，預計3-5年實現量產，且達到百萬級。保守估計2030年人形機器人的銷量達到100萬台，樂觀情況下，2027年達到100萬台。

根據特斯拉AI DAY2022的信息，一個人形機器人的無框力矩電機用量為28個，空心杯電機用量為12個，目前兩種電機單價分别在3,000元和2,000元左右，未來隨著技術成熟以及降本問題的解決，假設單價以每年10%的速度遞減。

在電機市場中，無框力矩電機市場體量較大，因其在人形機器人整機中價值量較高，且用量大。預計保守情況下，2030年全球人形機器人用電機市場規模為516.6億元，年復合增長率為76.8%，其中無框力矩電機市場401.8億元，空心杯電機市場114.8億元；樂觀情況下為879.7億元，年復合增長率為89%，其中無框力矩電機市場和空心杯電機市場分别為684.2億元和195.5億元。