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一、機(jī)器人驅(qū)動方式：電機(jī)為主

機(jī)器人以電機(jī)為主要驅(qū)動方式

機(jī)器人驅(qū)動方式可分為液壓驅(qū)動、氣體驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動三種， 其中電機(jī)驅(qū)動是應(yīng)用最廣泛的方式，具有高精度、實(shí)時響應(yīng)等 優(yōu)勢，更適合如今機(jī)器人發(fā)展趨勢。 電機(jī)驅(qū)動為機(jī)器人主要驅(qū)動方式，驅(qū)動系統(tǒng)是使機(jī)器人發(fā)出動 作的機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件，按照動力來源可分為液壓驅(qū) 動、氣體驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動三種方式，其中液壓驅(qū)動和電機(jī)驅(qū)動 較為常見。美國波士頓動力公司在其Atlas機(jī)器人中使用液壓驅(qū) 動方式因其驅(qū)動強(qiáng)勁、爆發(fā)力強(qiáng)適用于彈跳、負(fù)重等活動，適 用于注重運(yùn)動能力的Atlas機(jī)器人。其余的大部分機(jī)器人公司采 用電機(jī)驅(qū)動如特斯拉人形機(jī)器人Optimus更注重智能化，采用 高扭矩密度電機(jī)伺服技術(shù)。電機(jī)驅(qū)動在動作的精準(zhǔn)控制方面與 其他驅(qū)動方式相比更勝一籌，配合處理器編碼器可獲得實(shí)時運(yùn) 動狀態(tài)反饋，更適合如今注重智能化、多功能的機(jī)器人發(fā)展趨 勢。

電機(jī)：將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能部件，可分為直流電機(jī)、交流電機(jī)、特種電機(jī)

電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)化為 機(jī)械能的部件，可分為直流電機(jī)、交流 電機(jī)和特種電機(jī)；機(jī)器人用電機(jī)需具備 快速響應(yīng)、起動轉(zhuǎn)矩慣量比大、運(yùn)動控 制精度高等特性。

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

電機(jī)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(jī)的制造，高端產(chǎn)品以國際廠 商為主;下游為電機(jī)在機(jī)器人中的應(yīng)用，人形機(jī)器人采用無框力矩電機(jī)和空心杯電機(jī)，其快速發(fā)展將 為電機(jī)市場帶來增量。

電機(jī)的上游是原材料與零部件。以永磁同步電機(jī)為例，原材料成本中，稀土磁鋼和硅鋼片占比最高 ，合計(jì)超50%。原材料對電機(jī)的性能具有重要影響，其中編碼器影響電機(jī)運(yùn)動控制功能，高端產(chǎn)品 主依賴進(jìn)口重要元件芯片、碼盤的制作工藝難度較大，是國產(chǎn)化的主要壁壘。磁性材料是電機(jī)的關(guān) 鍵原材料之一、對電機(jī)的性能有著重要影響。評估永磁材料磁性能的關(guān)鍵參數(shù)主要是內(nèi)京矯頑力和 磁能積，二者數(shù)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(nèi)稟矯頑力、 磁能積、剩磁強(qiáng)度和工作溫度參數(shù)，可見燒結(jié)釹鐵硼內(nèi)磁性材料是電機(jī)的關(guān)鍵原材料之一、對電機(jī) 的性能有著重要影響。評估永磁材料磁性能的關(guān)鍵參數(shù)主要是內(nèi)稟矯頑力和磁能積，二者數(shù)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(nèi)稟矯頑力、磁能積、剩磁強(qiáng)度和工 作溫度參數(shù)，可見燒結(jié)釹鐵硼內(nèi)矯頑力和磁能積數(shù)值遠(yuǎn)高于其余幾種材料具有極強(qiáng)的性能。釹鐵硼 為第三代稀土永磁產(chǎn)品，性能與一、二代產(chǎn)品相比有極大的突破，且價(jià)格低廉.以儲量豐富的鐵和釹 取代了昂貴的戰(zhàn)略物資鈷和資源稀缺的釤、被稱為“磁王”、是目前機(jī)器人、新能源汽車、風(fēng)力發(fā) 電等領(lǐng)域的關(guān)鍵材料之一矯頑力和磁能積數(shù)值遠(yuǎn)高于其余幾種材料具有極強(qiáng)的性能。釹鐵硼為第三 代稀土永磁產(chǎn)品，性能與一、二代產(chǎn)品相比有極大的突破，且價(jià)格低廉.以儲量豐富的鐵和釹取代了 昂貴的戰(zhàn)略物資鈷和資源稀缺的釤、被稱為“磁王”、是目前機(jī)器人、新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng) 域的關(guān)鍵材料之一。

二、無框力矩電機(jī)行業(yè)國內(nèi)企業(yè)集中度較高，產(chǎn)品實(shí)力有待追趕海外企業(yè)

無框力矩電機(jī)可提供更大設(shè)備空間、更大功率密度、更大扭矩

力矩電機(jī)是一種具有軟機(jī)械特性和寬調(diào)速范圍的特種電機(jī)，有低轉(zhuǎn)速、大扭矩、過載能力強(qiáng)、響應(yīng)快、特性線性度好、力矩波動小等特點(diǎn)。力矩電機(jī)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(jī)的特點(diǎn)是具有軟的機(jī)械特性，可以堵轉(zhuǎn)。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時能自動降低轉(zhuǎn)速，同時加大輸出轉(zhuǎn)矩。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為一定值時改變電機(jī)端電壓便可調(diào)速，但轉(zhuǎn)速的調(diào)整率不好 。因而在電機(jī)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(diào)節(jié)電機(jī)的端電壓，使電機(jī)穩(wěn)定。 力矩電機(jī)具有低轉(zhuǎn)速、大扭矩、過載能力強(qiáng)、響應(yīng)快、特性線性度好、力矩波動小等特點(diǎn)，可直接驅(qū)動負(fù)載省去減速傳動齒輪，從而提高了系統(tǒng)的運(yùn)行精度。 為取得不同性能指標(biāo)，力矩電機(jī)有小氣隙、中氣隙、大氣隙三種不同結(jié)構(gòu)形式，小氣隙結(jié)構(gòu)，可以滿足一般使用精度要求，優(yōu)點(diǎn)是成本較低；大氣隙結(jié)構(gòu)，由于氣隙增大，消除了 齒槽效應(yīng)，減小了力矩波動，基本消除了磁阻的非線性變化，電機(jī)線性度更好，電磁氣隙加大，電樞電感小，電氣時間常數(shù)小，但是制造成本偏高;中氣隙結(jié)構(gòu)，其性能指標(biāo)略低于 大氣隙結(jié)構(gòu)電機(jī)，但遠(yuǎn)高于小氣隙結(jié)構(gòu)電機(jī)，而體積小于大氣隙結(jié)構(gòu)電機(jī)，制造成本低于大氣隙結(jié)構(gòu)電機(jī)。 力矩電機(jī)應(yīng)用：卷繞、開卷、無級調(diào)速、堵轉(zhuǎn)等。

無框力矩電機(jī)是人形機(jī)器人不可或缺的零部件，特斯拉的Optimus在28個執(zhí)行器中使用了無框力矩電機(jī)

無框力矩電機(jī)只提供兩個單獨(dú)的組件，定子和轉(zhuǎn)子，不包括輸出軸，軸承和端蓋，無框電機(jī)可以通過支撐負(fù)載和電機(jī)本身的同一個軸承與負(fù)載進(jìn)行直接耦合，這種 結(jié)構(gòu)消除了軸，軸承，端蓋，聯(lián)軸器，降低了電機(jī)的體積，重量和復(fù)雜性，而且也使得伺服剛性和快速響應(yīng)進(jìn)一步改善。無框電機(jī)可以添加包括構(gòu)成整個電機(jī)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(zhuǎn)變壓器等單獨(dú)的組件。 無框力矩電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其能夠直接嵌入機(jī)構(gòu)中，中空設(shè)計(jì)便于布線，實(shí)現(xiàn)高度集成化，從而縮小終端產(chǎn)品體積。此外，無框力矩電機(jī)具有高扭矩、性能穩(wěn)定和 高精度等優(yōu)點(diǎn)。 無框力矩電機(jī)，機(jī)器人的不可或缺之一：無框力矩電機(jī)在人形機(jī)器人中具有廣泛的應(yīng)用潛力。它可以用于模仿關(guān)節(jié)的活動，也可用于模擬肌肉的拉伸。特斯拉的人 形機(jī)器人Optimus就在14個線性執(zhí)行器和14個旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器中使用了無框力矩電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制并節(jié)省空間。

三、無框力矩行業(yè)重點(diǎn)標(biāo)的：步科股份、昊志機(jī)電

無框力矩電機(jī)重點(diǎn)標(biāo)的：步科股份-2023年無框力矩電機(jī)出貨量約1.4萬臺

公司概況：公司主要從事工業(yè)自動化設(shè)備及機(jī)器人核心部件與數(shù)字化工廠軟硬件的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售以及相關(guān)技術(shù)服務(wù)，并為客戶提供設(shè)備自動化控制、機(jī)器人動力、數(shù)字化工廠解決方案 。目前已擁有人機(jī)界面、可編程邏輯控制器、伺服系統(tǒng)、步進(jìn)系統(tǒng)、低壓變頻器等完整的工業(yè)自動化核心部件產(chǎn)品線，可為客戶提供設(shè)備自動化控制、機(jī)器人動力產(chǎn)品及解決方案。無框力矩電機(jī)業(yè)務(wù)情況： 以步科從執(zhí)行層到控制層到物聯(lián)層到SaaS應(yīng)用層的強(qiáng)大整體技術(shù)平臺為基礎(chǔ)，步科深耕人形機(jī)器人應(yīng)用，在特種領(lǐng)域、工業(yè)制造領(lǐng)域、服務(wù)業(yè)領(lǐng)域、教育培訓(xùn)領(lǐng)域、娛樂休閑、醫(yī)療保健等 領(lǐng)域，助力人形機(jī)器人快速落地、批量性應(yīng)用、高質(zhì)量發(fā)展。自2015年步科開發(fā)無框力矩電機(jī)以來，2016年步科首代無框電機(jī)以媲美國外某品牌的性能上市后，就未曾停止技術(shù)探索之路。 接著突破了設(shè)計(jì)和工藝極限創(chuàng)造了國內(nèi)市場上多槽分瓣式結(jié)構(gòu)，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(jī)。這種基于18槽的灌封工藝屬于首創(chuàng)。市場和需求是不斷進(jìn)化 的，2022年8月，步科基于更多用戶痛點(diǎn)推出了第三代無框力矩電機(jī)FMC系列，首創(chuàng)無框灌封工藝、輕量化機(jī)身設(shè)計(jì)、運(yùn)動速度更快。

無框力矩電機(jī)重點(diǎn)標(biāo)的：昊志機(jī)電-公司無框力矩電機(jī)、諧波減速器等產(chǎn)品可用于人形機(jī)器人

公司概況：為一家專業(yè)從事中高端數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、新能源汽車核心功能部件等的 研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、銷售與維修服務(wù)的國家高新技術(shù)企業(yè)。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(jī)器人事業(yè)部 、高速風(fēng)機(jī)事業(yè)部、精密事業(yè)部、直驅(qū)事業(yè)部等多個事業(yè)部，生產(chǎn)基地分布國內(nèi)外。 公司產(chǎn)品涵蓋數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的主軸、轉(zhuǎn)臺、直線電機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)、直線電機(jī)等；機(jī)器 人領(lǐng)域的諧波減速器、DD 電機(jī)、低壓伺服驅(qū)動、剎車機(jī)構(gòu)、編碼器、末端執(zhí)行、力 矩傳感器等；新能源汽車領(lǐng)域的氫燃料電池空壓機(jī)和曝氣鼓風(fēng)機(jī)等。

四、亞太地區(qū)是全球空心杯電機(jī)的主要市場，國內(nèi)企業(yè)積極發(fā)力

空心杯電機(jī)相比普通電機(jī)，具有功率密度高、高效率、高精度、高集成度

空心杯電機(jī)定義及原理?？招谋妱訖C(jī)屬于直流永磁的伺服、控制電動機(jī)，也可以將其歸類為微特電機(jī)。在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，也叫空心杯型 轉(zhuǎn)子。這種新穎的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗。因?yàn)闆]有鐵損，所以它的效率要比普通的微型直流電機(jī)要高，它的線圈就是轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)動慣量小，易于控制， 但是沒有鐵芯，轉(zhuǎn)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(jī)的功率不大，大型的空心杯電機(jī)也只能做到幾百瓦。

從結(jié)構(gòu)上空心杯電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別如下：1. 結(jié)構(gòu)不同：空心杯電機(jī)的定子是空心的杯狀結(jié)構(gòu)，而普通電機(jī)的定子是實(shí)心的。2. 外形尺寸小：由于空心杯電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)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(jī)來說，空心杯電機(jī)的體積更小。 3. 輕巧：空心杯電機(jī)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)使其非常輕巧，適用于有重量要求的應(yīng)用領(lǐng)域。

從應(yīng)用優(yōu)勢上空心杯電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別如下：1. 功率密度高：空心杯電機(jī)由于體積小，因此具有更高的功率密度，即單位體積內(nèi)可以承載更高的功率輸出。2. 高效率：空心杯電機(jī) 的結(jié)構(gòu)緊湊，磁路短，鐵芯和銅芯損耗較小，因此具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率。3. 高精度：由于空心杯電機(jī)配合高分辨率編碼器一起使用，可以實(shí)現(xiàn)非常精確的位置控制。4. 集成度高： 空心杯電機(jī)常常具有集成傳感器的功能，例如編碼器，使其能夠?qū)崟r監(jiān)測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和速度。

2022年全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模為51億人民幣，中國成為全球最大的空心杯電機(jī)產(chǎn)地

空心杯電機(jī)全球市場發(fā)展增速強(qiáng)勁。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2022年全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模為51億人民幣，預(yù)計(jì)2028年市場規(guī)模將達(dá)到 83億人民幣，期間復(fù)合年均增長率約8.5%。 分地區(qū)產(chǎn)量：2022年中國空心杯電機(jī)產(chǎn)量占比為56%，成為全球最大的空心杯電機(jī)產(chǎn)地，歐洲和北美地區(qū)產(chǎn)量占比分別為15%和11%。

五、繞線工藝是空心杯電機(jī)的核心壁壘

繞線杯結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)空心杯無刷電機(jī)降低齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)鍵部件

空心杯無刷電機(jī)體積小、質(zhì)量輕，主要由定子組件、空心杯組件、傳感器組件、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承等組成。為減小齒槽轉(zhuǎn)矩，降低起動轉(zhuǎn)矩，定子鐵心采用無齒槽 結(jié)構(gòu)，三相定子繞組采用繞線杯結(jié)構(gòu)。位置傳感器采用開關(guān)型霍爾元件，傳感器磁鋼與主磁鋼轉(zhuǎn)子同軸連接，霍爾位置的精確定位通過繞線杯位置及傳感器調(diào)節(jié)進(jìn) 行固定。繞線杯結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)空心杯無刷電機(jī)降低齒槽轉(zhuǎn)矩的關(guān)鍵部件，其繞線杯獨(dú)立線圈周向?qū)ΨQ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(chǎn) 品實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。因此，繞線杯繞組在結(jié)構(gòu)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(jīng)繞制、周向整形形成三相對稱繞線杯后進(jìn)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(jī)在需要急速反應(yīng)的伺服系統(tǒng)、需要穩(wěn)定和持久拖動驅(qū)動部件的產(chǎn)品、飛機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用成為未來發(fā)展趨勢

隨著我國工業(yè)企業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，對空心杯電機(jī)特性提出一個更高的期望和要求，使得空心杯電機(jī)在許多應(yīng)用中不可替代?？招谋姍C(jī)在 需要急速反應(yīng)的伺服系統(tǒng)、需要穩(wěn)定和持久拖動驅(qū)動部件的產(chǎn)品、各種飛機(jī)，包括航空、航天、飛機(jī)模型等、各種民用電器及工業(yè)產(chǎn)品等產(chǎn) 品或者領(lǐng)域的應(yīng)用成為未來發(fā)展趨勢。