无框力矩电机结构、优势、技术壁垒及市场规模如何？

与关节执行器契合度高，受益于人形机器人行业发展。

1. 无框力矩电机结构紧凑，定制化属性强

无框力矩电机通常也是永磁同步电机，是传统电机中用于产生扭矩和速度的部分， 但没有轴、轴承、外壳或端盖。无框电机只有两个部件：转子和定子。转子通常是内部 部件，由带永磁体的旋转钢圆环组件构成，直接安装在机器轴上。定子是外部部件，齿 轮外部环绕钢片和铜绕组，以产生紧密攀附在机器壳体内的电磁力。无框力矩电机是通 过机械设备本身的轴承支撑转子，可以直接嵌入设备中，大大满足集成度高的设计需求。

具体而言，无框力矩电机有以下几点优势： 1）机器需要更小的占地面积。将无框电机集成到机器结构中除了能最大限度减小 电机所占空间外，在采用适合直驱应用的无框设计时，还能通过去除齿轮箱、皮带和滑 轮来进一步节省空间。 2）机器需要增强性能。通过将无框电机元件集成到机器中，可以去除联轴器或皮 带等弹性机器元件，从而提升机器性能。集成式电机还能提高动态响应和系统效率，并 可简化添加液体冷却以显著增加可用连续转矩。 3）机器需在严苛环境条件下运行。严苛环境条件可能包括腐蚀性化学品高压冲洗、 高温环境、辐射或真空环境等。需在此类环境中运行的电机外壳可用来集成无框电机， 不仅不会大幅增加成本，还能将无框电机的电机组件整合到机器元件内，不受环境干扰。

无框力矩电机偏向定制，技术壁垒主要在于磁路和工艺设计。无框力矩电机采用分 瓣绕线式的设计思路，但在生产过程中的一些绕线机设备上有特殊要求。无框力矩电机 更偏向以输出扭距为衡量指标，而普通伺服电机更偏向以输出功率为评价指标。无框力 矩电机是需要一体化设计并集成到机器内部，需要根据具体的机械设计尺寸来确定无框 力矩电机的外形尺寸和扭矩/转速性能。因此，我们认为无框力矩电机在磁路和工艺设 计方面有一定的技术壁垒，需要在低压供电的环境下输出更大功率，从驱动性的电路设 计以及电路转换等方面来看，通常需要定制，对整体安装、固定的工艺及设计具有较高 的要求。

2. 无框力矩电机海外企业布局较早，已形成强大的品牌效应

和空心杯电机类似，海外起步早，先发优势显著。目前无框电机的代表性产品有美 国科尔摩根的 TBM（S）无框力矩电机、Parker 公司的 K 系列无框伺服电机、Aerotech 公司 S-series 高性能无框力矩电机、Alliedmotion 公司的无框力矩电机等；国内昊志机 电等有无框力矩电机布局。

以科尔摩根为例。 科尔摩根历史悠久，是无框力矩电机发明者，产品品类齐全。1916 年 3 月 22 日， 科尔摩根在纽约成立，1956 年 Inland 电机（1960 年与科尔摩根合并）公司发明了无框 力矩电机，该技术促进了目前很多创新性机械的研发。经百年发展，科尔摩根已经拥有 齐全的运动控制系统产品，主要包括 KAS 运动控制器、AKD2GAKD/S700 驱动器、 AKM/AKM2G 伺服电机、直驱电机、步进电机、驱动器等。科尔摩根和客户合作的案例 有阿波罗登月车、好奇者号火星车、达芬奇手术机器人、第一颗人工心脏、发现泰坦尼 克号沉船的水下探测器等，奠定了其领先的市场地位。 全球化布局。科尔摩根在北美，欧洲和亚太市场开展业务多年，具备严格的认证资 质。产品销往美国、加拿大、德国、意大利、法国、瑞士、丹麦、捷克、巴西、中国、 韩国、日本、新加坡、马来西亚、越南、菲律宾、澳大利亚等地多年。

既可提供标准化产品，也可满足客户的定制化需求。无框力矩电机通常在低速时性 能极佳，在高速时性能则会受到影响。科尔摩根新推出的 TBM2G 电机使用先进的绕组 和材料消除了这一限制，这些材料可在整个速度范围内提供业界领先的功率、转矩和效 率。TBM2G 系列电机的尺寸与常用的谐波减速机高度适配，无需进行大规模定制。此 外，科尔摩根拥有高度自动化的制造工艺，可以进行标准化定制，以 KBM 无框伺服/ 力矩电机为例，机械尺寸、电气选项和连接、加速或减速的热和绕组优化、转矩、速度、 功率、平滑度等均可进行标准化定制，满足客户需求。

3. 无框力矩电机高度契合关节执行器，人形机器人需求量大

无框力矩电机是人形机器人关节执行器重要组成部分，而关节执行器作为人形机器 人的关键部件。执行器是提供受控和有限移动或定位的机械或机电装臵，其通过一些流 体的帮助来操作，主要涉及电机、谐波减速器（旋转关节）、滚珠/滚柱丝杆（线性关 节）、传感器等，由于集成在和人一样大小的关节上，因此对零部件的性能及大小提出 了更高要求。无框力矩电机由于结构紧凑，输出功率大，与关节执行器高度匹配。

根据 Technavio 数据， 2022 年，全球力矩电机市场规模预计 6.12 亿美元，预计 到 2028 年达到 8.99 亿美元，期内复合年增长率为 8.01%。 人形机器人不同情景下，对无框力矩电机新增市场空间进行情景测算： 假设 1：每台人形机器人用无框力矩杯电机数量为 28 个； 假设 2：无框力矩电机价格受规模效应影响，目前单价较高，随着空心杯电机起量， 价格呈下降趋势。20/50/100/500 万台假设分别对应的单价为 1200/900/700/500 元。 根据假设，在人形机器人销量分别为 20/50/100/500 万台时，无框力矩电机新增市 场规模分别为 68/117/196/700 亿元。可以看出，人形机器人的销量将显著影响无框力 矩电机中远期的市场规模，且新增市场规模远高于目前。