緊湊的模塊設計 1761-NET-AIC 安全運行

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一、機器人驅動方式：電機為主

機器人以電機為主要驅動方式

機器人驅動方式可分為液壓驅動、氣體驅動和電機驅動三種， 其中電機驅動是應用廣泛的方式，具有高精度、實時響應等 優勢，更適合如今機器人發展趨勢。 電機驅動為機器人主要驅動方式，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。美國波士頓動力公司在其Atlas機器人中使用液壓驅 動方式因其驅動強勁、爆發力強適用于彈跳、負重等活動，適 用于注重運動能力的Atlas機器人。其余的大部分機器人公司采 用電機驅動如特斯拉人形機器人Optimus更注重智能化，采用 高扭矩密度電機伺服技術。電機驅動在動作的控制方面與 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：將電能轉化為機械能部件，可分為直流電機、交流電機、特種電機

電機是根據電磁感應原理將電能轉化為 機械能的部件，可分為直流電機、交流 電機和特種電機；機器人用電機需具備 快速響應、起動轉矩慣量比大、運動控 制精度高等特性。

電機行業上游以稀土磁鋼和硅鋼片為主要成本，中游高端產品以國際廠商為主，下游人形機器人采用無框力矩電機和空心杯電機

電機上游為原材料與零部件，稀土磁鋼和硅鋼片占主要成本;中游為電機的制造，高端產品以國際廠 商為主;下游為電機在機器人中的應用，人形機器人采用無框力矩電機和空心杯電機，其快速發展將 為電機市場帶來增量。

電機的上游是原材料與零部件。以永磁同步電機為例，原材料成本中，稀土磁鋼和硅鋼片占比高 ，合計超50%。原材料對電機的性能具有重要影響，其中編碼器影響電機運動控制功能，高端產品 主依賴進口重要元件芯片、碼盤的制作工藝難度較大，是國產化的主要壁壘。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。評估永磁材料磁性能的關鍵參數主要是內京矯頑力和 磁能積，二者數值越大，磁體越不容易退磁、體積越小。對比常見的幾種永磁材料的內稟矯頑力、 磁能積、剩磁強度和工作溫度參數，可見燒結釹鐵硼內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。評估永磁材料磁性能的關鍵參數主要是內稟矯頑力和磁能積，二者數值越大 ，磁體越不容易退磁、體積越小。對比常見的幾種永磁材料的內稟矯頑力、磁能積、剩磁強度和工 作溫度參數，可見燒結釹鐵硼內矯頑力和磁能積數值遠高于其余幾種材料具有極強的性能。釹鐵硼 為第三代稀土永磁產品，性能與一、二代產品相比有極大的突破，且價格低廉.以儲量豐富的鐵和釹 取代了昂貴的戰略物資鈷和資源稀缺的釤、被稱為“磁王”、是目前機器人、新能源汽車、風力發 電等領域的關鍵材料之一矯頑力和磁能積數值遠高于其余幾種材料具有極強的性能。釹鐵硼為第三 代稀土永磁產品，性能與一、二代產品相比有極大的突破，且價格低廉.以儲量豐富的鐵和釹取代了 昂貴的戰略物資鈷和資源稀缺的釤、被稱為“磁王”、是目前機器人、新能源汽車、風力發電等領 域的關鍵材料之一。

二、無框力矩電機行業國內企業集中度較高，產品實力有待追趕海外企業

無框力矩電機可提供更大設備空間、更大功率密度、更大扭矩

力矩電機是一種具有軟機械特性和寬調速范圍的特種電機，有低轉速、大扭矩、過載能力強、響應快、特性線性度好、力矩波動小等特點。力矩電機的軸不是以恒功率輸出動力而 是以恒力矩輸出動力。 力矩電機的特點是具有軟的機械特性，可以堵轉。當負載轉矩增大時能自動降低轉速，同時加大輸出轉矩。當負載轉矩為一定值時改變電機端電壓便可調速，但轉速的調整率不好 。因而在電機軸上加一測速裝置，配上控制器，利用測速裝置輸出的電壓和控制器給定的電壓相比，來自動調節電機的端電壓，使電機穩定。 力矩電機具有低轉速、大扭矩、過載能力強、響應快、特性線性度好、力矩波動小等特點，可直接驅動負載省去減速傳動齒輪，從而提高了系統的運行精度。 為取得不同性能指標，力矩電機有小氣隙、中氣隙、大氣隙三種不同結構形式，小氣隙結構，可以滿足一般使用精度要求，優點是成本較低；大氣隙結構，由于氣隙增大，消除了 齒槽效應，減小了力矩波動，基本消除了磁阻的非線性變化，電機線性度更好，電磁氣隙加大，電樞電感小，電氣時間常數小，但是制造成本偏高;中氣隙結構，其性能指標略低于 大氣隙結構電機，但遠高于小氣隙結構電機，而體積小于大氣隙結構電機，制造成本低于大氣隙結構電機。 力矩電機應用：卷繞、開卷、無級調速、堵轉等。

無框力矩電機是人形機器人bukehuoque的零部件，特斯拉的Optimus在28個執行器中使用了無框力矩電機

無框力矩電機只提供兩個單獨的組件，定子和轉子，不包括輸出軸，軸承和端蓋，無框電機可以通過支撐負載和電機本身的同一個軸承與負載進行直接耦合，這種 結構消除了軸，軸承，端蓋，聯軸器，降低了電機的體積，重量和復雜性，而且也使得伺服剛性和快速響應進一步改善。無框電機可以添加包括構成整個電機所需 要的霍爾傳感器以及額外的位置反饋裝置，譬如編碼器或者旋轉變壓器等單獨的組件。 無框力矩電機的結構特點使其能夠直接嵌入機構中，中空設計便于布線，實現高度集成化，從而縮小終端產品體積。此外，無框力矩電機具有高扭矩、性能穩定和 高精度等優點。 無框力矩電機，機器人的bukehuoque之一：無框力矩電機在人形機器人中具有廣泛的應用潛力。它可以用于模仿關節的活動，也可用于模擬肌肉的拉伸。特斯拉的人 形機器人Optimus就在14個線性執行器和14個旋轉執行器中使用了無框力矩電機，以實現控制并節省空間。

三、無框力矩行業重點標的：步科股份、昊志機電

無框力矩電機重點標的：步科股份-2023年無框力矩電機出貨量約1.4萬臺

公司概況：公司主要從事工業自動化設備及機器人核心部件與數字化工廠軟硬件的研發、生產、銷售以及相關技術服務，并為客戶提供設備自動化控制、機器人動力、數字化工廠解決方案 。目前已擁有人機界面、可編程邏輯控制器、伺服系統、步進系統、低壓變頻器等完整的工業自動化核心部件產品線，可為客戶提供設備自動化控制、機器人動力產品及解決方案。無框力矩電機業務情況： 以步科從執行層到控制層到物聯層到SaaS應用層的強大整體技術平臺為基礎，步科深耕人形機器人應用，在特種領域、工業制造領域、服務業領域、教育培訓領域、娛樂休閑、醫療保健等 領域，助力人形機器人快速落地、批量性應用、高質量發展。自2015年步科開發無框力矩電機以來，2016年步科首代無框電機以媲美國外某品牌的性能上市后，就未曾停止技術探索之路。 接著突破了設計和工藝極限創造了上多槽分瓣式結構，極大提高了槽滿率，降低了溫升。推出了第二代無框力矩電機。這種基于18槽的灌封工藝屬于首創。市場和需求是不斷進化 的，2022年8月，步科基于更多用戶痛點推出了第三代無框力矩電機FMC系列，首創無框灌封工藝、輕量化機身設計、運動速度更快。

無框力矩電機重點標的：昊志機電-公司無框力矩電機、諧波減速器等產品可用于人形機器人

公司概況：為一家從事中高端數控機床、機器人、新能源汽車核心功能部件等的 研發設計、生產制造、銷售與維修服務的國家高新技術企業。截至2023年，公司擁 有 2 家全資子公司、1 家控股子公司以及 13 家全資孫公司，并已成立機器人事業部 、高速風機事業部、精密事業部、直驅事業部等多個事業部，生產基地分布國內外。 公司產品涵蓋數控機床領域的主軸、轉臺、直線電機、數控系統、直線電機等；機器 人領域的諧波減速器、DD 電機、低壓伺服驅動、剎車機構、編碼器、末端執行、力 矩傳感器等；新能源汽車領域的氫燃料電池空壓機和曝氣鼓風機等。

四、亞太地區是全球空心杯電機的主要市場，國內企業積極發力

空心杯電機相比普通電機，具有功率密度高、高效率、高精度、高集成度

空心杯電機定義及原理。空心杯電動機屬于直流永磁的伺服、控制電動機，也可以將其歸類為微特電機。在結構上突破了傳統電機的轉子結構形式，采用的是無鐵芯轉子，也叫空心杯型 轉子。這種新穎的轉子結構徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗。因為沒有鐵損，所以它的效率要比普通的微型直流電機要高，它的線圈就是轉子，轉動慣量小，易于控制， 但是沒有鐵芯，轉子的線圈只能做得非常薄，不然就會損失磁通，所以空心杯電機的功率不大，大型的空心杯電機也只能做到幾百瓦。

從結構上空心杯電機和普通電機的區別如下：1. 結構不同：空心杯電機的定子是空心的杯狀結構，而普通電機的定子是實心的。2. 外形尺寸小：由于空心杯電機的定子結構呈空心杯狀， 因此其外形尺寸可以更加緊湊，相對于同樣功率的普通電機來說，空心杯電機的體積更小。 3. 輕巧：空心杯電機的設計結構使其非常輕巧，適用于有重量要求的應用領域。

從應用優勢上空心杯電機和普通電機的區別如下：1. 功率密度高：空心杯電機由于體積小，因此具有更高的功率密度，即單位體積內可以承載更高的功率輸出。2. 高效率：空心杯電機 的結構緊湊，磁路短，鐵芯和銅芯損耗較小，因此具有較高的能量轉化效率。3. 高精度：由于空心杯電機配合高分辨率編碼器一起使用，可以實現非常jingque的位置控制。4. 集成度高： 空心杯電機常常具有集成傳感器的功能，例如編碼器，使其能夠實時監測電機轉子的位置和速度。

2022年全球空心杯電機市場規模為51億人民幣，中國成為全球大的空心杯電機產地

空心杯電機全球市場發展增速強勁。根據華經產業研究院數據，2022年全球空心杯電機市場規模為51億人民幣，預計2028年市場規模將達到 83億人民幣，期間復合年均增長率約8.5%。 分地區產量：2022年中國空心杯電機產量占比為56%，成為全球大的空心杯電機產地，歐洲和北美地區產量占比分別為15%和11%。

五、繞線工藝是空心杯電機的核心壁壘

繞線杯結構是實現空心杯無刷電機降低齒槽轉矩的關鍵部件

空心杯無刷電機體積小、質量輕，主要由定子組件、空心杯組件、傳感器組件、轉子、端蓋、軸承等組成。為減小齒槽轉矩，降低起動轉矩，定子鐵心采用無齒槽 結構，三相定子繞組采用繞線杯結構。位置傳感器采用開關型霍爾元件，傳感器磁鋼與主磁鋼轉子同軸連接，霍爾位置的jingque定位通過繞線杯位置及傳感器調節進 行固定。繞線杯結構是實現空心杯無刷電機降低齒槽轉矩的關鍵部件，其繞線杯獨立線圈周向對稱安裝分布均勻性、繞線杯繞組固定方式、引出線的焊接等均是產 品實現的關鍵。因此，繞線杯繞組在結構上主要由三相對稱分布的繞組、繞組固定支架、引出線焊接板組成。

定子空心杯組件主要由繞線杯、繞線杯固定架傳感器組件等組成。繞線杯經繞制、周向整形形成三相對稱繞線杯后進行絕緣處理后固定在繞線杯固定架上，引出線 焊接在傳感器組件上，三相繞組中線通過傳感器電路板連接在一起，引出線與傳感器引出線一同從電路板上引出。

空心杯電機在需要急速反應的伺服系統、需要穩定和持久拖動驅動部件的產品、飛機等領域應用成為未來發展趨勢

隨著我國工業企業技術的飛速發展，對空心杯電機特性提出一個更高的期望和要求，使得空心杯電機在許多應用中。空心杯電機在 需要急速反應的伺服系統、需要穩定和持久拖動驅動部件的產品、各種飛機，包括航空、航天、飛機模型等、各種民用電器及工業產品等產 品或者領域的應用成為未來發展趨勢。

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