人形机器人产业链专题之无框力矩电机分析
作为人形机器人系列的第三篇，本篇主要针对人形机器人的运动价值量最高的无框力矩电机进行梳理，以帮助我们更好的把握和了解产业链的发展情况，没有看过第一篇的小伙伴可以点击如下链接查看上篇文章内容：
第一篇-人工智能皇冠上的明珠-人形机器人
无框力矩电机（Frameless Torque Motor）是一种特殊类型的电机，不同于传统的电机结构。它通常由转子和定子组成，但没有固定的外部结构或框架。因此，它也被称为“无背板电机”或“扁平电机”。
无框力矩电机是一种直线驱动电机，它通过将扭矩直接产生在负载上，而无需传统的机械变速装置。相比传统电机，无框力矩电机具有更高的效率、精度和动态性能。
一、无框力矩电机用途
无框力矩电机在许多领域和应用中都具有广泛的用途，包括应用场景包括：
1. 机床和工业自动化：提供高速、高精度的定位和运动控制。
2. 机器人技术：用于关节驱动和机器人手臂。
3. 医疗设备：如手术机器人和影像仪器中的位置控制。
4. 航空航天：用于推进系统和导航控制。
二、无框力矩电机的市场格局
全球龙头为科尔摩根，国内外厂商产品性能仍有差距。美国科尔摩根是全球无框力矩电机龙头，拥有超 70 年的运动控制研发经验，电机性能在全球处于第一梯队。国内目前进展较快的公司包括步科股份、航天电器。相比海外龙头，国产无框力矩电机输出扭矩较小，在产品性能方面仍有差距，2022 年全球无框力矩电机市场规模为 6.69 亿美元，2029 年预计将达到 12.17 亿美元。
三、国外代表性的公司有如下几家：
1. 奥地利AVS Mechatronics GmbH：该公司是无框力矩电机领域的领先供应商之一，提供各种定制化的无框力矩电机解决方案。
2. 美国Kollmorgen：Kollmorgen是一家知名的运动控制技术和系统的全球供应商，提供多种无框力矩电机产品，美国科尔摩根采用分布式的分数槽及碳纤维绑扎技术生产无框力矩电机。
3. Maxon Motor ，其设计有EC规格的无框力矩电机
4. 德国TQ Robodrive采用模块化定子和环氧塑封灌胶技术生产无框力矩电机
5. 美国Aerotech S系列无槽电机具有广泛的扭矩范围和封装尺寸。连续扭矩范围从0.20 N-m到29.09 N-m。峰值扭矩范围从0.82 N-m到116.37 N-m。S系列电机的开放式设计允许定制绕组或机械变化。
6. Alliedmotion HT系列无框无刷力矩电机有19.3毫米到127毫米有9个直径可供选择。每个系列多可达6个堆栈长度可供选择，持续失速扭矩等级从0.007Nm到9 Nm。绕组电压为24 V。
二、国内主要无框力矩电机上市公司
1、步科股份
科股份于 16 年推出首代无框力矩电机，其后公司持续进行产品研发和技术迭代，并在第二代无框力矩电机中采用多槽分瓣式结构，极大提高了槽满率，降低了温升。22 年步科推出第三代无框力矩电机 FMC 系列，产品优化了电磁方案，转矩密度进一步提升。目前有 52mm-132mm 10 种框架尺寸，覆盖 3-25kg负载需求，相同转矩下，尺寸更小，温升更低。
1）步科股份主要营收组成
2）步科股份主要经营情况
步科股份的无框力矩电机分属驱动类的伺服系统，属于步科股份下属的全资子公司常州精纳电机生产销售，2022年营收1.3亿，净利润0.18亿。
步科2014到2022营收复合增长率12%，净利润复合增长率16%，从下图净利率和毛利率的变化图可以看出主要是毛利率没有大的变化，净利润逐步提升，主要是管理和销售费用的占比降低了，经营效率提升了
3）步科部分产品力情况对比
科股份于 16 年推出首代无框力矩电机，并在22 年步科推出第三代无框力矩电机 FMC 系列，相比无框力矩龙头科尔摩根同型号产品在额定扭矩和转速方面存在差距。
2、昊志机电
公司是是一家专业从事高精密电主轴及其零配件的研发设计、生产制造、销售与维修服务的环保型高新技术型企业。公司立足主轴，稳步向转台、直线电机、机器人减速器等数控机床和工业机器人其他核心功能部件以及机床和机器人的末端执行领域横向扩张，2018 年增设机器人事业部。 2020 年 1 月，公司成功收购欧洲知名工业自动化解决方案供应商
Infranor，切入全球伺服电机、伺服驱动器、数控系统领域。
昊志机电6月1日在投资者互动平台表示，公司谐波减速器、无框力矩电机和编码器等产品可应用于人形机器人，其应用主要在其关联公司昊志生物的按摩机器人上，并形成1000多万的营收
1）公司的主营业务构成
如下表公司的无框力矩电机归在减速机等功能部件里，毛利润情况也比较低，整体的业绩贡献不大。
2）主要经营情况
公司的销售毛利率由18年的50%降到22年的36.85%，主要是收占比较高的主轴和运动控制业务占比影响，公司通过收购瑞士 Infranor 公司掌握高端伺服驱动、伺服电机和数控系统技术，业务的协同助力情况还没展现出来，需继续跟踪观察。
三、无框力矩电机的技术壁垒和国产替代机会
1、技术壁垒
主要是磁路和工艺设计壁垒：磁路和工艺设计是电机的转矩密度、功率密度是影响机器人性能的重要指标，而无框力矩电机要在低压供电的环境下输出较大的功率，因此在磁路和工艺设计方面存在一定的技术能力要求。
海外厂商起步较早，工艺技术存在先发优势，例如韩国 TM TECH 转子采用整体充磁磁环技术，美国科尔摩根采用分布式的分数槽及碳纤维绑扎技术，德国 TQ Robodrive 采用模块化定子和环氧塑封灌胶技术。国内企业起步晚，转矩密度和国外高端无框力矩电机相比存在差距。
2、国产公司的机会
根据 Market Research 数据，2022 年全球无框力矩电机市场规模为 6.69 亿美元，目前的市场空间不会太大，随着协作机器人和各类人形机器人的热度发酵，增速会超过预期，国产厂商如步科股份有望借助国产产业链成本优势，在市场份额上取得突破，无框力矩电机更多依靠制造环节的工艺精度和工艺经验积累，这个是国内厂家的优势。
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注释说明：本文参考国金证券、华西证券和信达证券公开发表的研报内容，如有侵权请及时练习告知我进行删除