当前人形机器人的核心关注点是灵巧性和轻量化。

无框力矩电机作为人形机器人的核心零部件，能够实现极高的控制精度，用于人形机器人线性关节和旋转关节。

以特斯拉人形机器人Optimus为例，全身拥有28个自由度，上肢采用旋转关节方案，下肢采用线性执行器方案，在14个线性执行器和14个旋转执行器中都使用了无框力矩电机。

人形机器人产业链主要包括上游的核心零部件、中游的机器人本体制造以及下游的机器人应用。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、执行器总成等。

在前几天的文章中，我们梳理了人形机器人灵巧手，人形机器人核心材料PEEK材料，核心零部件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核心电机：无框力矩电机。

随着特斯拉人形机器人量产节点临近，我们也会持续跟踪人形机器人各细分赛道的最新动向和进展，相关资料首发在星球圈子，有兴趣可以加入。

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：

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。

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、微精电机等。

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。