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伺服系统欧美占据高端，国产份额持续提升

无框力矩电机：更大功率密度、更大扭矩

空心杯电机：适合灵巧手

（文/程文智）机器人的驱动方式有多种，比如液压驱动、气体驱动及电机驱动，其中电机驱动是应用最为广泛的一种方式，因为它具有精度高、响应及时等特性，更加适合如今机器人的发展，特别是现在火热的人形机器人。

  
就算是业界“顶流”的波士顿动力，也在今年4月中旬发布视频宣布放弃液压驱动型人形机器人的开发，转向了电动路线。在电机驱动型人形机器人当中，电机是其核心零部件之一，主要用于实现机器人的运动和操作功能。

  
人形机器人中使用的电机种类主要有步进电机、伺服电机、无框电机，以及空心杯电机等几种，其中无框电机与空心杯电机最为业界所关注。

伺服系统欧美占据高端，国产份额持续提升

一般来说，每台人形机器人都需要一套伺服系统，它是运动控制的核心部件，主要由伺服驱动器、伺服电机和编码器组成。编码器通常嵌入伺服电机。 

目前，我国伺服系统市场主要分为欧美、日韩和国产品牌三大阵营，其中欧美，日韩品牌长期占据中高端市场。比如德国西门子、伦茨、博世力士乐、施耐德等为代表的欧系品牌产品，过载能力强、动态响应快、驱动器开放性好，价格相对较高，占据高端市场；安川、三菱、松下、三洋、富士等为代表的日系品牌产品可靠性和稳定性强，性价比高，占据着中端市场；国内厂商主要以汇川技术、禾川科技、雷赛智能等为代表，他们通过引进、消化吸收国际先进技术，产品质量和技术水平不断得到提升，已经逐渐在国内市场中取得了一定份额，接下来有望凭借其性价比优势，以及技术积累向中高端市场加速渗透。

无框力矩电机：更大功率密度、更大扭矩

随着人工智能的高速发展，对协作机器人、服务机器人，以及人形机器人需求增多，要求也越来越高，而这类机器人关节部分使用的电机都是特殊定制的，与普通的步进电机，或者伺服电机外形差距很大，机器人关节狭小的空间内集成了电机、减速机、抱闸机构、编码器、驱动器等，因此，要求电机具有定制的尺寸，紧凑的体积和强大的功能，而无框力矩电机刚好可以满足这类应用。

因为无框力矩电机没有外壳，可以提供更大的设备空间，中间是中空型，便于走线，在设计中，可以使整个机器体积更小，也就是说无框力矩电机可以提供更大的功率密度，同尺寸电机可以提供更大的扭矩。

 比如特斯拉的人形机器人Optimus就在14个线性执行器和14个旋转执行器中使用了无框力矩电机，以实现精准控制并节省空间。

其实，无框力矩电机目前存在着较高的技术壁垒，全球无框力矩电机主要的供应商包括瑞士的Maxon，以及美国的穆格公司（MOOG）、森萨塔科技公司（Sensata）、科尔摩根公司（Kollmorgen）及Novanta集团等。其中科尔摩根是全球最早研发出无框力矩电机的厂商，具备高端产品核心生产技术，其KBM系列无框力矩电机是其明星产品。

空心杯电机：适合灵巧手

空心杯电机是一种采用无铁芯 转子的直流永磁伺服控制电机，其尺寸较小，直径不超过40mm，可将其归类为微特电机的细分领域。

空心杯电机具有无齿槽效应、低电感和结构紧凑等特点，也具备节能、控制、拖动和能量密度等特性。在结构上，空心杯电机突破传统电机的转子结构采用无铁芯转子，从而彻底消除铁芯形成涡流所造成的功率损耗；同时，空心杯电机转动惯量大幅降低，且响应速度快，具有良好的控制特性和伺服性能。

空心杯电机以其低转子惯量著称，通常惯量值在0.1到1之间，甚至更低，这使得他们非常适合需要快速启动和停止的应用，比如人形机器人的灵巧手。特斯拉的人形机器人Optimus催化了空心杯电机的发展，空心杯电机作为人形机器人灵巧手的关键零部件，在手部执行器零部件成本占比达54.5%，单台人形机器人需要12个空心杯电机。

  
据悉，Maxon、鸣志电器，以及兆威机电已经在给特斯拉送样了，Figure也计划采用空心杯电机方案来设计灵巧手，不过，国内的优必选、达闼等人形机器人玩家对灵巧手模组方案进度还比较慢。

  
在市场方面，根据头豹研究院的数据，全球空心杯电机市场集中度较高，2022年全球空心杯电机CR5为67%。按照业务营收规模来看，Maxon、Faulhaber、Portescap占据全球主要市场份额，此外，第二梯队的Allied Motion、Nidec、Orbray也表现突出。

  
国内企业近几年在空心杯电机方面投入的资源越来越多，鸣志电器通过收购获得了领先的空心杯电机技术。据悉鸣志电器已经向人形机器人头部企业提交了全套技术方案及样机；鼎智科技也在大力推进空心杯电机和人形机器人应用，部分产品在样片测试阶段得到了客户的认可，处于小批量供货阶段；兆微机电在空心杯微特电机领域也有相关方案提供，同时他们还提供整个微型传动系统解决方案；伟创电气的13mm 8万转空心杯电机也已经准备就绪；雷赛智能在2023年11月的德国SPS大会上展出了空心杯微型伺服系统，电机尺寸覆盖8-36mm范围，EtherCAT总线微型驱动器小于名片尺寸，适合于人形机器人灵巧手等新兴领域；微光股份的空心杯电机正在研发当中。

  
目前，国际厂商空心杯电机均价约为2,000元/个，国产均价为1,000元/个，鸣志电器曾公开表示量产时价格可降至600+元/个。

结语

未来，如果人形机器人的成本能够下降，并具备一定的性价比，其市场规模一定会快速增长。 就目前来说，制造业的人均工资在上涨，而机器人的价格却在下降，这导致了剪刀差的扩大。 因此，在很多行业，我们已经可以看到机器人取代人工的现象出现，例如在光伏和锂电池制造工厂，开始越来越多地采用自动化生产线和AGV机器人。 再加上产业升级需求，高精度和高柔性的制造业对机器人的需求也再增加。

虽然现在中国的机器人自动化渗透率相对较低，但整体上看，人形机器人在 各个 领域都有 很大的 市场空间。比如 焊接、挖矿等恶劣工况环境，以及灾难场景 （ 水下和废墟探测等），都是人形机器人发挥特长的地方。而电机是人形机器人最为重要的执行器，机器人所有的动作都需要电机的参与才能完成。相信随着人形机器人市场的兴起，电机市场也将会迎来一波发展高潮。