机器人产业专题分析：机器人的关节，高效电机.pdf

机器人产业专题分析：机器人的关节，高效电机。人形机器人关节电机的三个关键需求：高效率、高动态和高功率密度。①高效率：低能耗和低摩 擦损失很重要，因为机器人通常由电池供电，能经受得起苛刻的运行条件，可进行十分频繁的正 反向和加减速运行，能在短时间内承受过载。②高动态：整个驱动器的惯性应尽可能低，电动机 从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。③高功率密度：机器人应用需要高速、 高扭矩电机，电机需要小巧，紧凑，轻巧。由于应用需求场景不同，将人形机器人关节与工业机 器人、协作机器人关节进行对比优劣没有可比性。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。

力矩电机相对于伺服电机能提供更加稳定的力矩和运转速度，且由于不需要使用齿轮减速箱，能 够有效降低其成本和体积，减少误差及提升效率，更能够满足人形机器人的需求。①提供稳定的 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。②不需要使用齿轮减速箱，减少人 形机器人部件的数量，从而最大限度降低其成本和体积。③维护更加简单，可靠性更高。④效率 更高，更节能。机械系统中每增加一个传动部件都将会产生效率的损失，因此减少系统中传动部 件，提高整个系统的效率，从而能够变相的节能，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。因为空心杯电机高速低扭矩的特性，为了在较 小空间内获得较大的手指抓握力，空心杯电机都需要搭配行星减速箱进行使用，一般都会集成 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、低噪音的特性，又具有高功率密度、高效率的优势。

当人形机器人年销量分别为 100 万台时，直流无刷力矩电机年新增市场规模 140~280 亿元，是 2022 年市场规模的 5~11 倍。空心杯电机市场规模为 72 亿元，是 2022 年市场规模的 2 倍。 1）直流无刷力矩电机市场规模的核心假设，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；2）空心杯电机市场规模测算的核心假设：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 QY Research 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钧处于全球第二梯队。力矩电机全球第一梯队厂商主要有科尔摩 根、Aerctech、Parher。我国的力矩电机厂商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。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。