随着人形机器人浪潮席卷全球，一场深刻的产业变革正在酝酿。机器人要实现从“机械”到“生命”的跨越，其核心在于驱动系统——赋予其精准、灵动动作的“关节肌肉”。电机，作为这一驱动系统的心脏，其性能直接决定了机器人的运动精度、负载能力与动态响应水平，是整个产业链中技术壁垒最高、价值量最集中的关键环节之一。相较于传统工业应用，新一代机器人面临着动态、非结构化的交互环境，这对关节电机提出了前所未有的严苛要求：在极度紧凑的空间内实现高转矩密度爆发、在频繁加减速中保持优异动态响应、在复杂工况下确保长期可靠运行。一场围绕电机拓扑结构、材料科学和制造工艺的技术革命应运而生。空心杯电机、无框力矩电机、轴向磁通电机乃至前沿的谐波磁场电机等，登上产业舞台的中央。
本报告旨在深度剖析机器人电机这一关键赛道。我们将从行业现状与核心需求出发，系统梳理主流及前沿电机技术的技术原理、核心壁垒、产业链格局与市场空间，并结合对相关公司的分析，全景式展现机器人电机产业的发展脉络与未来趋势，为读者提供一份兼具深度与广度的决策参考。
01
行业概述
1、机器人高性能需求，电机选型设计标准明确
驱动系统是使机器人发出动作的机构，是机器人的关键部件，按照动力来源可分为液压驱动、气体驱动和电机驱动三种方式，其中电机驱动是应用最广泛的方式。电机驱动在动作的精准控制方面与其他驱动方式相比更胜一筹，配合处理器编码器可获得实时运动状态反馈，更适合如今注重智能化、多功能的机器人发展趋势。
机器人通过与外界场景进行交互来完成各项任务，而外界场景具有动态性和非结构性，交互具有频繁性，这对机器人执行器提出了严格要求。从机器人的需求角度分析，电机具有如下特征：（1）模块化设计：通过电机与传动部件集成，实现低速大转矩输出，以应对重载交互需求；（2）强过载能力：在动态场景中快速响应时效性任务，需支持短时高力矩爆发输出；（3）优异动态响应：适应频繁加减速及往复运动，确保复杂动作执行的精准性；（4）高可靠性能：抵御频繁交互带来的冲击扰动，保障系统运行可靠性；（5）高功率/转矩密度：在有限关节空间内实现高转矩/功率密度，可满足机器人轻量化需求。
相较于传统工业应用中的伺服电机，机器人电机更需加强短时输出的爆发性、提高未知环境中的可靠性，并适应机器人自身结构所带来的限制。
执行器是驱动机器人关节运动的核心部件，按驱动形式可分为旋转驱动和直线驱动（其驱动源本质仍为旋转电机）。由于传动部件（如减速器、弹簧等）与驱动电机在功能和结构上紧密耦合，电机设计必须综合考虑传动特性与机械架构。根据传动部件类型及其与电机的组合方式，执行器可进行如下分类：
机器人执行器按传动部件类型可分为三类：
（1）柔性执行器，由电机结合高减速比减速器组成，其核心特征体现在三个方面：①高转矩密度：通过高减速比减速器设计显著提升输出转矩，实现较高的转矩密度。②具有机械谐振：由于谐波减速器中柔轮、齿隙及摩擦等弹性连接因素，系统存在多阶振动频率的机械谐振现象。③低力透明度和弱反驱性能：高减速比结构会增大反射惯量和反射摩擦等机械阻抗，从而导致力透明度降低和反驱性能减弱。
（2）弹性执行器，在柔性执行器基础上集成弹性元件，主要包括串联弹性、可变刚度和可变阻抗等类执行器型，主要特征表现为：①强抗冲击性能：弹性元件作为缓冲介质有效隔离冲击载荷，显著增强抗冲击能力。②高效率、高峰值转矩：通过被动储能机制实现高效率能量转换和高峰值转矩输出。③低力控制带宽：由于弹性元件刚度通常小于10000Nm/rad，系统呈现较低输出阻抗，力控制带宽相对受限。
（3）准直驱执行器，采用高转矩密度电机配合低减速比减速器的结构配置，其典型特征包括：①高力透明度和强反驱性能：通过降低减速比有效减小非线性误差和静摩擦力，从而获得优异的力透明度和反驱性能。②强抗冲击性能：减速器减速比的降低同时减少了机械阻抗，使系统具备良好的抗冲击能力。③低转矩密度：由于减速比对转矩的放大作用较弱，导致整体转矩密度提升幅度有限。
不同传动部件使关节执行器呈现差异化特性，导致对关节电机的需求也产生差异。柔性执行器虽降低了对电机的转矩需求，但需解决机械谐振问题；弹性执行器减小了峰值转矩要求，却需要提升力控制的动态响应能力；准直驱执行器仅通过电流环就能实现高精度转矩控制，但面临着提高转矩密度的挑战。
机器人执行器的传动架构主要分为三类：（1）并轴级联式采用电机与减速器径向排列但输出轴非同轴布置，（2）同轴串联式实现电机与减速器沿同轴排列，（3）同轴内嵌式将减速器集成于电机内部形成同轴排列。这些架构直接影响电机尺寸约束和系统输出特性。
传动部件的差异直接影响电机的电磁特性、传感器要求和控制策略；传动部件的组合架构则约束着电机的尺寸和外形。基于这两种分类维度，可系统分析特定机器人关节对伺服电机的性能需求，为关节电机的选型设计提供明确依据。
2、机器人电机按拓扑结构分为径向磁通、轴向磁通和空心杯电机
目前，常见的机器人电机拓扑包括内转子径向磁通永磁电机、外转子径向磁通永磁电机和轴向磁通永磁电机。此外，空心杯电机作为一种特殊的永磁电机也常用于机器人灵巧手的微小型关节。
内转子径向磁通永磁电机是主流永磁电机，根据永磁体安装方式可分为表贴式和内嵌式两种。由于表贴式结构简单、成本低廉，加之关节电机转速要求不高，使得表贴式结构成为机器人关节的首选方案。随着机器人负载能力和动态性能的持续提升，对关节电机的转矩输出要求也相应提高，内转子逐渐被其他电机类型替代。
外转子电机凭借其结构优势，在特定应用场景中逐步替代内转子电机。该类型电机在同等外径条件下能提供更大输出转矩，兼具扁平内转子电机的特性优势，同时实现了更高的峰值转矩密度和速比性能。另外，外转子电机增大的气隙直径有利于采用更多极对数设计，有效抑制转矩脉动，这种特性使其在低减速比关节执行器中更为适配。基于上述优势，外转子电机主要应用于直接驱动机器人，或构成QDD用于准直驱机器人。
轴向磁通电机与传统径向磁通电机相比，具有轴向尺寸紧凑、转矩/功率密度高、空间利用率高的优点。其结构特点使其能够在相同外径条件下，具有更大永磁体空间和更多磁极数量，从而更易实现低速大转矩输出。然而该类型电机在实际应用中仍面临技术瓶颈。
空心杯电机作为一种特殊永磁伺服电机，采用无铁心圆筒形绕组转子结构，具有转子惯量小、无铁耗和齿槽转矩的特点。该设计使其具备转矩波动小、运行平稳、效率高和动态响应快的优势，适合应用于对体积、精度和灵活性要求高的机器人灵巧手领域。但由于空心杯电机输出转矩有限，实际应用中需要配合高减速比减速器及滚珠丝杠、蜗轮蜗杆或腱绳等传动机构组成级联式柔性执行器系统。
通过分析机器人电机的峰值转矩密度与尺寸参数关系，可建立典型应用型谱。空心杯电机适用于8-20mm直径的低径长比微型关节，主要应用于灵巧手等精密部件；内转子电机主导30-80mm直径的中径长比关节，主要应用于机械臂等上肢系统；外转子电机则适配100-180mm直径的高径长比关节，适合腿足式机器人等高动态下肢需求。轴向磁通电机具有高转矩密度特性，但由于其存在技术瓶颈，当前实际应用有限。
机器人产业的发展推动了内转子无框力矩电机、外转子电机、空心杯电机这几种主流电机的市场快速成长。特斯拉等机器人本体用的无框力矩电机主要是内转子结构。而宇树科技、本末科技、灵足时代的关节模组则采用外转子电机 行星减速器的准直驱模式，主要由于外转子电机较内转子电机具备更大转矩，其构成的准直驱执行器反驱性好、机械阻抗低，使机器人抗冲击性和动态响应性提升。基于对更高转矩密度的需求，轴向磁通电机关注度提升，其较之径向磁通电机轴向长度短，结构紧凑，转矩/功率密度高，目前“青龙”机器人、广汽GoMate已尝试采用。
3、高性能机器人电机需求：高转矩密度 低转矩波动 强过载能力 散热属性
相比传统电机，机器人电机具有材料利用率高、工况复杂、环境多变的特点，其内部多物理因素交互作用形成的耦合效应，导致电磁兼容、散热、机械强度等问题突出，传统电机结构难以适用。机器人高性能关节电机需具备四大核心性能特征：高转矩密度、低转矩波动、强过载能力和优异散热性能，这是实现复杂作业任务的关键技术保障。
高转矩密度是机器人电机的核心性能指标。机器人需在复杂工况下执行搬运、抓取和行走等任务，这些动作通常依赖较大驱动力矩。同时机器人结构尺寸紧凑，要求关节电机在单位体积内实现更高转矩输出，从而满足小型化设计与高功率输出的双重需求。
低转矩波动是影响运动精度的关键因素。电机转矩波动主要由齿槽效应、磁路不对称、电流谐波、电枢反应及控制延时等因素导致，需通过优化槽极配合、调整永磁体参数、采用斜极斜槽设计或增设辅助槽等措施来抑制转矩波动，提高机器人运行精准性。
强过载能力是应对突发负载的核心保障。永磁电机的过载转矩主要由电枢反应和定子铁心饱和引起，可通过优化极槽配合、齿宽、定子裂比及永磁体厚度等参数来降低磁饱和并减小交直轴电感，从而提升过载转矩输出。此外，大电流导致的绕组温升也会制约过载能力，需结合铜损耗系数定量分析极限热负荷下的持续工作时间。
高效散热设计是确保可靠运行的基础。机器人关节伺服电机在过载工况下，绕组因高损耗密度会迅速积聚大量热量。而由于机器人电机通常采用全封闭式结构以适应复杂工作环境，其内部散热能力受限，导致短时间内出现急剧温升，严重影响电机的输出性能和运行可靠性。
当前，机器人电机主流方案仍无法满足机器人关节对高转矩密度、低转矩波动、强过载能力和散热属性的需求，导致机器人运动性能难以提升，动作精准度较低，甚至在长时间高强度运行过程中会因热量过高导致电机损害，严重影响了机器人整体工作的可靠性，机器人关节电机方案仍有待改进。
02
机器人电机行业现状
1、市场需求爆发式增长，应用场景持续拓展
全球人形机器人市场规模的指数级增长，直接带动了电机驱动系统的需求扩张。中研普华预测，2025年全球人形机器人市场规模将突破500亿美元，中国占比超50%，电机驱动系统作为核心部件，成为产业链价值高地。具体来看，工业制造领域成为首要应用场景，例如：在汽车工厂中，极氪5G智慧工厂实现多台人形机器人协同作业，承担焊接、喷涂等高危或重复性工作；物流仓储领域，Agility Robotics双足机器人Digit在GXO配送中心实现无人化运营。医疗康复领域，微创手术机器人“图迈”实现0.5mm血管缝合精度。家庭服务领域虽处于萌芽期，但清洁烹饪、教育娱乐等场景潜力巨大，预计2030年家庭服务机器人电机驱动需求将增长300%。
2、政策驱动电机相关产业发展
近年来国家积极颁布一系列政策推动电机相关产业发展。《机械行业稳增长工作方案（2023-2024年）》聚焦提升产业基础能力、攻克关键核心技术与零部件，有利于电机的技术突破和产业升级。此外，《关于推动未来产业创新发展的实施意见》提出大力推动机器与电机相关产业的创新发展。机器人方面，将人形机器人列为重点突破高端装备领域，通过强化技术研发实力，加快突破前沿技术和颠覆性技术，以实现产品的创新。《人形机器人创新发展指导意见》明确提出，2025年需形成安全可靠的产业链供应链体系，培育全球生态型企业。电机作为机器人核心零部件，为重点突破的核心技术之一。未来人形机器人实现规模量产，将进一步驱动电机需求。电机也将经历从“功能实现”到“性能突破”的转型。
从区域市场看，中国已形成长三角、珠三角两大产业集群。拓普集团为推动电机、减速器一体化生产，投资50亿元建设核心部件基地，规划年产能100万台；禾川科技联合中科院研发电机上游稀土永磁材料，降低进口依赖度至30%。全球市场中，中国电机驱动系统单价逐步降低。汇川技术、埃斯顿等国内企业市占率三年提升12%，2024年营收增速达15%-25%。
3、竞争格局呈现“双轨并行”，技术壁垒与场景适配成关键
全球电机驱动市场呈现“国际龙头 本土新锐”的竞争格局。特斯拉凭借掌握全球60%以上无框电机专利，通过“电机 减速器 编码器”一体化模组设计，将Optimus量产成本降低40%，牢牢占据高端主导权；与此同时，本土企业以技术绕行切入差异化赛道。汇川技术推出可适配多品牌机器人的标准化套件，祥鑫科技则联合广东省科学院共建创新中心，依托数字化仿真设计把电机响应速度提升至毫秒级，而众多中小企业进一步聚焦灵巧手驱动、仿生关节等细分场景，输出定制化解决方案，形成多点突围态势。然而，电机成本依旧较高，例如无框力矩电机单价高达2000元以上、占整机成本15%，叠加行业缺乏统一的性能测试标准导致产品兼容性差、维修成本额外增加30%，制约下沉市场普及；为此，产业链正从多条路径合力降本——如宁德时代研发高能量密度固态电池，使电机续航显著延长，国内电机厂商加速赴东南亚设厂，凭借当地要素成本优势将制造费用直降30%，以“电池 制造”双轮驱动为规模化落地打开空间。
03
空心杯电机
1、空心杯电机适用于尺寸小、精度高的灵巧手
空心杯电机是一种采用无铁芯的直流永磁伺服电机。结构上，空心杯电机转子是空心的杯子形状，突破了传统电机的实心铁芯转子形式，从而彻底消除了铁芯形成涡流造成的功率损耗。空心杯电机具备以下优势：①无齿槽效应，低速运行平稳、低震动、低噪音，转子可控制在任意位置；②能效高，转化效率超过70%，部分产品达到90%以上；③结构紧凑，功率密度高，较相同功率铁芯电机重量、体积可减少30~50%；④控制特性好，响应速度较快，具有良好的启动和停止特性，高速运行时转速调节灵敏；⑤使用寿命上，空心杯电机免维护，寿命长，普通电机电刷易磨损需定期更换。空心杯电机适合应用于尺寸小、精度高、灵活性强的灵巧手。
根据换向方式不同可分为有刷空心杯和无刷空心杯。无刷空心杯电机采用电子换向，线圈固定，磁极旋转，利用电子设备、霍尔元件感知永磁体磁极位置，根据检测结果使用电子线路切换电流方向，使其产生正确方向的磁力来驱动电机，无需在转子上额外增加启动绕组，采用无齿槽结构线圈，可提升效率和功率密度，适用于长时间连续运行和具备较高控制要求、可靠性要求的场景；有刷空心杯采用机械换向，磁极固定，线圈旋转，换向器和碳刷交替接触使电流方向随电机转动变化，会存在碳刷磨损、产生电火花，适用于对产品灵敏性和可靠性要求较高的行业。
目前多款灵巧手采用空心杯电机作为驱动方案。目前兆威ZWHand、特斯拉Optimus第一代灵巧手、因时机器人灵巧手、雷赛智能DH2015、星动纪元XHAND1等灵巧手产品都选择使用空心杯电机作为其驱动方案。
2、壁垒：空心杯电机难点在于绕线技术——绕线设计、绕线工艺及绕线设备
空心杯电机生产的关键是线圈的生产，因此其核心壁垒主要在于线圈设计、绕线工艺以及绕线设备。空心杯电机的发展趋势始终是更小的体积、更快的转速、更高的功率密度和更高的良率，而这些性能最直接的影响因素在于线圈绕制。导线的线径、匝数、线性等都直接影响电机的各项核心参数。线圈绕制的核心壁垒直接体现在线圈设计，因为不同的绕线类型在自动化率、铜耗等各有差异；另一方面也体现在绕线设备和绕线方式上，不同的绕线机械绕制的空心杯槽满率有所差异，进而导致稀疏有别，直接影响电机损耗、散热、功率等。而先进的空心杯绕线工艺和设计一直被海外厂商掌控，且海外设备价格昂贵。
（1）壁垒1：线圈设计各有不同，体现厂商对于电机的理解
按线圈绕法分为直绕式、斜绕式、马鞍/同心式。马鞍和斜绕较简单、重量轻、转动惯量小、时间常数小、输出力矩大，为国外先进空心杯方案：
直绕式：元件有效导体部分与电机轴线平行，工艺主要为，手工按绕组跨距挂线——整形——灌封增加强度和绝缘性。直线部分壁薄、端部线圈重叠较多，需要留出放置端部的空间，绕组、空间利用率较低，模具复杂，灌封工艺繁琐，生产效率低。
斜绕式：元件有效导体部分与电机轴线成一定倾斜角度，可为六边形、三角形，工艺主要为，导线在绕线模绕成型——整形固化——浸漆增加强度和绝缘性。工装较为简单，工艺过程简便，适合体积小、线径细、槽满率低的杯型绕组，不适用电流较大需多根线并绕的场景。
同心/马鞍式：数个相互独立的线圈通过拼接、整形固化制成，端部无重叠、厚度小、磁路气隙小、利用率高，相同绕组参数下性能表现较好。同心式绕组根据设计要求可单根绕制、多根并绕，线径选择灵活、槽满率高，但由于由独立线圈拼接，一致性、均匀性不易保证。
（2）壁垒2：绕卷式相对简单但步骤多人工参与率高，一次成型技术大幅提升效率
绕卷式：绕卷式工艺步骤繁多，人工参与率较高，且难以满足较小尺寸的空心杯线圈绕制。绕卷式的工艺主要分为两步，一步绕线，一步卷筒。首先需要在绕线机上绕制线圈坯，然后在线坯上粘接胶带随后展平，最后将扁平线坯进行卷筒，并在接点处浸锡焊接，最后使得首尾相接，形成空心杯线圈。根据《绕卷式空心杯电枢制作工艺及其设备》绕卷式工艺下一台绕线机配置4名工人即可达到年产3万台的产量，但绕卷式的局限性在于其更适用于20-30mm的空心杯直径，难以绕制抽头间距小于7mm的较小尺寸线圈，即直径小于10~12mm。
一次成型生产技术：一次成型技术有利于缩减生产过程并提高效率。一次成型技术是绕线机在卷筒上使得线圈直接缠绕在轴心处，进而高效进行自动化生产。
（3）壁垒3：绕线机是空心杯线圈的核心制造设备
设备水平决定工艺水平，绕线机的难点在于超细导线的张力控制和不同线型设计下的绕制。绕线机主要由机架、主轴结构、排线结构、张力控制结构、模具等组成。由于导线较细，一般直径约为0.02~0.25mm，因此需要配置高精度的PLC、伺服以及传动器件等；此外在导线进给的过程中，如果张力较大则拉扯容易使得导线电阻增加，如果张力过小则容易使得排线疏松绕线品质下降。而从线型的角度来看，斜绕线圈技术相对成熟，菱形一次成型技术则相对较少，大多数仍以绕卷式为主。
海外厂商设备较先进，绕线设备基本实现自动化，生产效率高，头部厂商如瑞士Meteor、日本田中精机、日本日特机械。我国绕线机研发起步较晚，自动化程度相对较低，线圈以卷绕式为主，部一次成型设备在大功率电机的粗线径线圈中可靠性和精度与国外设备有一定差距，国内公司如中特科技研发的全自动双轴绕线机采用卷绕工艺，勤联科技采用一次成型工艺，但只能绕制尺寸小、线径细、形状单一的线圈，无法满足大功率空心杯电机的要求。
3、产业链全景：2025年市场规模59亿元，高性能钕铁硼永磁体优劣是关键之一
据头豹研究院预测，2025年空心杯电机市场规模约为59亿元，至2027年有望达到70亿元，2025~27年CAGR为8.9%。
空心杯电机上游主要包括铜、钢材、磁材等原材料环节，轴承、铸件、电刷等零部件环节，钕铁硼永磁体、贵金属电刷、套筒轴承较适用；中游为空心杯制造商，技术壁垒在于设计、设备、工艺；下游广泛应用于航空航天、医疗器械、消费电子、工业自动化等领域。
永磁材料：永磁材料是电机性能优劣关键之一，轻量化、体积小要求下空心杯电机一般使用高性能烧结钕铁硼永磁体。永磁材料主要利用稀土元素与过渡金属组成合金，主要有金属永磁、铁氧体永磁、稀土永磁。钕铁硼Nd2Fe14B为第三代稀土永磁材料，具有高剩磁、高矫顽力、高磁能积、低质量/体积等特点，应用范围较广、性价比较高，生产工艺有烧结（＞85%）、粘结、热压。高性能钕铁硼尺寸精度高、磁性均匀、一致性好，加工容易，适用于高功率、高磁场领域和小型化、轻量化场景，专利壁垒、生产技术门槛较高，占总产量30%以下。钕铁硼磁材除空心杯电机外还可应用于新能源汽车、家电、风力发电等领域。
4、国际头部占据主要市场，国产替代性价比较高
全球空心杯电机市场集中度较高，2022年CR5达67%，Maxon、 Faulhaber、Portescap等国际头部企业占据主要份额。国内制造商主要 有鸣志、兆威、鼎智等，性能仍有一定差距，但具备一定性价比优势。经过梳理，选取国内外5款具备一定可比性（13mm）的产品进行对比：
空载转速：Maxon（4.2万转）等海外厂商远高于国内厂商（1.2/2.9万转）；
效率：Maxon/兆威/鸣志达到79%/74%/73%，参数相差较小；
重量：Faulhaber、鸣志重量相对Maxon等减少约60%的重量；
最大绕组温度：Maxon可达到155℃，其余可达125℃，鸣志仅达到100℃；
机械时间：Portescap低至1.1ms，鸣志仅为9.19ms，兆威较接近Maxon；
价格：以鸣志为例，其空心杯电机价格约600~2500元，主要是因为部分集成减速器、编码器；横向对比，Maxon等海外空心杯电机约为2000元，类似型号鸣志量产价格最低仅600元/个、兆威较海外低约400-500元。
5、人形机器人打开市场空间
人形机器人打开市场空间。根据头豹研究院，假设人形机器人的灵巧手均为五指（以特斯拉人形机器人为例），共使用12个空心杯电机，考虑规模生产、技术更新迭代等因素，均价逐年下降，假设人形机器人年产量分别为5万台、100万台、500万台，全球人形机器人用空心杯电机市场规模分别为10.83亿元、205.77亿元、977.41亿元；中国人形机器人用空心杯电机市场规模分别为5.42亿元、102.89亿元、488.70亿元。
04
无框力矩电机
1、人形机器人关节主流电机，向高性能和多应用场景发展
无框力矩电机由定子和转子两部分组成，无传统电机外壳和轴承，通过嵌入设备内部实现紧凑化设计和高效传动。其以低速高力矩输出为特点，省去中间机械传动部件，减少能量损耗和系统惯性，提高设备动态响应和定位精度，适用于工业自动化、机器人、航空航天和医疗设备等领域。
无框力矩电机具备体积小、功率高、低转速输出大扭矩等特性，成为人形机器人关节驱动的主流电机。与普通电机相比，无框力矩电机更符合人形机器人需求。由于无框力矩电机的中空式设计，减小电机所占空间，更利于机器人轻量化发展。同时其在低转速情况下能输出更大扭矩，并且性能上不受高压、高温等环境影响，是人形机器人关节驱动中电机的较优选择。
2、难点：无框力矩电机如何突破温控与可靠性瓶颈
无框力矩电机核心的设计难点在于磁路设计、电机温控等。
（1）磁路设计：一方面选用具备良好磁导率和低损耗特性的材料能够构建更加高效的磁路；另一方面采用不同的绕组方式也能够大幅提升电机的槽满率获得更好的磁路效果。例如步科股份采用分瓣集中绕组形式，最大限度的提高槽满率，提高整机功率转矩密度，同时提升短时转矩过载能力。
（2）电机温控：人形机器人整体是低压系统，因此根据欧姆定律电流越大发热损失越大。通过材料选择、电机设计优化等可以降低温升效果，进而提升机器人的可靠性和瞬时运动的能力。例如目前的真空灌胶工艺可以将具有超高导热系数的灌封胶均匀且紧密地填充于电机内部，进而让电机保持相对较低的温度。
实际应用来看，无框力矩电机仍然面临可靠性（发热）、一致性（调试时间）、爆发性（剧烈动作烧机）等问题。1）可靠性：根据雷赛智能估计人形机器人70%的电能都消耗在无框力矩电机上，人形机器人开机后不论是运动状态还是静止状态都需要消耗能量，而电机连续作业下使得其工况处于高温状态，内部各类元器件如绕组绝缘层等也会加速老化进而影响电机的可靠性。2）一致性：人形机器人的总体关节数量多数约为20-30个，在应用前大多需要对电机进行逐一精细调校，但若电机在出场时的一致性较弱则会对人形机器人的调校工作带来较大压力。3）爆发性：电机控制的底层原理仍然是电流环，因此机器人在执行类似跑跳等瞬间爆发性动作的时候，电机瞬间电流往往急剧增大导致内部温度蹿升，进而容易引起绕组短路、绝缘层损坏等问题进而引起失控等问题。因此这也要求无框力矩电机厂家持续在上述的磁路设计、电机温控等维度探索电机技术前沿。
3、产业链全景：机器人应用占比八成
无框力矩电机产业链上游为钕铁硼磁材、钢材、绕线机等。中游为无框力矩电机制造商。下游应用领域包括机器人、通用机械、医疗器械、航天航空等。中国无框力矩电机下游应用领域中，机器人占比80.00%，其中细分领域包括协作机器人、人形机器人等。
4、市场格局分散，人形机器人打开市场空间
海外厂商起步较早，工艺技术存在先发优势。无框力矩电机主要海外厂商为美国科尔摩根、德国TQ-RoboDrive、美国Aerotech、奥地利AVS Mechatronics GmbH等，由于海外企业技术累积深厚，在技术研发和生产工艺上存在领先优势。如科尔摩根产品采用分布式数槽及碳纤维绑扎技术、德国TQ-Robodrive产品采用模块化定子和环氧塑封灌胶技术。国内企业起步相对较晚，在转矩密度和高端无框力矩电机产品上仍有一定差距。
产品定制化为主，市场竞争格局分散。虽然机器人作为无框力矩电机下游最大应用领域，但机器人各个细分产品（协作机器人、运动机器人、机器狗、人形机器人等）对无框力矩电机的参数要求不同，大部分以定制化为主。国内步科股份、雷赛智能、昊志机电等无框力矩电机厂商发展迅速。在核心部件性能指标上，雷赛和步科产品与海外龙头科尔摩根相比，各主要核心性能指标在相近尺寸的情况下表现已接近。国产无框力矩电机正通过在协作机器人领域实现规模化应用实践，逐步拓展至人形机器人领域，叠加国内政策扶持和扩产提速，国产无框力矩电机替代进程将持续。
5、受人形机器人行业需求拉动，无框力矩电机市场规模呈上升态势
受人形机器人行业需求拉动，无框力矩电机市场规模呈上升态势。根据华经产业研究院，2023年全球无框力矩电机市场规模约为6.57亿美元。随着人形机器人规模量产，需求进一步增加，预计2030年全球无框力矩电机市场规模约为9.03亿美元，2023-2030年复合增长率为4.65%。
中国人形机器人用无框力矩电机市场规模预测。根据头豹研究院，人形机器人线性执行器、旋转执行器（以特斯拉人形机器人为例）分别由无框力矩电机 行星滚柱丝杠、无框力矩电机 谐波减速器组成，共计使用无框力矩电机28个。同时根据销售平台科尔摩根及步科股份无框力矩电机销售价格计算均价，考虑技术更新迭代等方面因素，假设销售均价呈逐渐下降趋势，人形机器人年产量为5万台、100万台、500万台，中国人形机器人用无框力矩电机市场规模分别为34.51亿元、621.22亿元、2795.47亿元。
特斯拉人形机器人用无框力矩电机市场规模测算：从产量来看，根据特斯拉给出2025-2027年量产指引及上述均价计算，预计2025-2027年特斯拉人形机器人用无框力矩电机市场规模分别为3.45亿元、31.06亿元、279.55亿元。
05
轴向磁通电机
1、轴向磁通电机特殊的轴向排布结构带来显著的性能与节能优势
轴向磁通电机结构优势显著，高功率密度开启电动化新纪元。轴向磁通电机核心优势在于：磁通路径平行于旋转轴，路径更短，降低了磁阻与铁损；轴向排布结构易于通过叠加定转子来提升功率密度；由于其有效磁表面积是电机转子的表面，而不是外径，因此有效磁面积更大，在相同体积下能提供更高扭矩与功率；定子绕组密度更大材料利用率高，采用“集中绕制”设计，绕组利用率可达100%，远超传统径向电机，减少了无效损耗；此外，其灵活的盘式拓扑结构为无铁芯、PCB定子等创新设计及模块化应用提供了巨大潜力，可进一步优化性能、降低损耗。轴向磁通电机为电动汽车、航空电动化、人形机器人等应用提供了理想的动力解决方案。
2、困境：大规模使用前需面对制造与成本两座大山
（1）制造：高精密技术需求产业初期难以满足
制造壁垒源于特殊结构带来高精度要求和技术困境。轴向磁通电机的整体工艺流程大致为定子铁芯冲卷(采用卷绕硅钢带由专门的冲卷机床特制)，然后进行定子铁芯激光焊接、定子组装(绕组缠绕在定子上)灌封、转子缠绕(通过碳钎维丝把永磁体固定缠绕)、转子动平衡，最后进行电机性能检测。而壁垒主要源于结构紧凑性、精度要求和高复杂工艺，导致生产效率低、废品率高，并限制了规模化应用。与径向磁通电机相比，轴向电机的制造工艺不成熟，涉及多维磁路和特殊材料，具体体现在制造精度、散热管理、技术复杂性和整体工艺链条上。
1）气隙控制精度困境是制造难题的核心所在。轴向磁通电机采用大面积平面气隙，且巨大的轴向磁拉力要求气隙必须极其均匀，任何微小偏差都会导致性能恶化甚至转子吸附，因此其对加工、装配和环境控制的精度要求异常苛刻，这极大地推高了制造成本和技术门槛。
2）定子铁芯制造工艺困境构成了产业化的第一道技术壁垒。盘式电机因轴向磁场结构无法沿用传统硅钢片叠压工艺，只能依赖专用卷绕机床制造定子铁芯，由此带来四大产业化瓶颈：冲卷工艺使铁芯难以减薄并无法取消轭部；缺乏自动联线设备导致手工接线效率低、良率差；绕组仅限扇形、环形或马蹄形，设计灵活性受限；专用机床昂贵推高量产成本。虽然软磁复合材料（SMC）可三维导磁且易成型，但其价格高、磁饱和强度与磁导率较低，仍需在电机设计中额外补偿性能。
3）转子制造面临结构强度和动平衡的双重挑战。盘式转子高速旋转时承受巨大离心力和轴向磁拉力，需精密动平衡并采用昂贵的碳纤维包裹固定永磁体，且表贴式结构弱磁能力差，难以满足新能源汽车高速需求。
4）散热系统设计制造复杂性远超传统电机。轴向磁通电机功率密度高却空间狭窄，传统风冷失效，只能依赖复杂液冷；浸没式油冷需在定子内布精密油道、严防泄漏，加工、密封要求极高，散热系统复杂度和成本远超传统电机。
轴向磁通电机目前仍处于产业发展的初期阶段，产业成熟度严重不足，这构成了阻碍其实现规模化量产的最大障碍。与技术路线成熟、制造工艺标准化程度高的径向电机相比，轴向磁通电机的制造过程仍然高度依赖人工操作，自动化程度普遍偏低。虽然部分企业已开发出扁线成型机、入槽机器人等专用设备，但这些设备通用性差、调试复杂、维护成本高，难以适应批量生产需求。转子装配过程中的碳纤维缠绕、永磁体安装、动平衡调整等关键工序仍主要依赖技术工人的经验和手工操作，导致生产效率低下、产品一致性难以保证。质量检测环节缺乏标准化的检测设备和方法，气隙均匀性检测、绝缘强度测试等关键指标检测仍依赖昂贵的进口设备，检测周期长、成本高。产业链协同方面更加不成熟，由于技术新颖、市场需求量小，整个产业链发展水平远低于径向电机产业链。关键零部件如高精度轴承、特殊形状永磁体、定制化绝缘材料等都需要供应商专门开发和小批量定制生产，采购成本高昂、供应周期长、质量稳定性差。专用制造设备主要依赖进口或自主研发，设备投资大、技术风险高。更重要的是，轴向磁通电机在设计规范、制造标准、检测方法等方面缺乏统一的行业标准，不同企业技术路线差异很大，难以形成规模化的供应链协同效应，使得整个产业仍处于各自为政、小规模试制的初级发展阶段。
（2）成本：高性能同时材料制造要求高，产业初期难形成价格优势
1）材料成本高昂是成本压力的首要来源。轴向磁通电机的成本压力主要源于其高昂的材料费用。由于对性能要求极高，该电机必须使用多种特殊材料：首先，为适应高温运行，需采用添加了镝、铽等昂贵且供应受限的重稀土元素的高温永磁材料；其次，其软转子制造中广泛使用价格不菲的碳纤维复合材料；此外，专用的绝缘材料和高精度轴承等辅助部件的成本也远高于传统电机。这些高性能材料的累积效应，共同推高了轴向磁通电机的整体材料成本，使其显著高于传统电机。
2）制造工艺复杂推高生产成本。轴向磁通电机制造工艺复杂，从多个方面推高了生产成本。首先，它需要投资巨大且通用性差的专用精密设备，导致设备利用率低。如定子铁芯制造需要专门的冲卷机床设备，扁线绕组需要专用折弯、激光焊接等设备，转子制造需要碳纤维缠绕设备、高温模压设备。其次，自动化程度不高，关键工序依赖高技能工人，人工成本高昂。最后，复杂的工艺和严苛的精度要求导致检测流程复杂、良品率低，从而产生了较高的废品和返工成本。
3）产业化程度不足导致成本难以摊薄。由于轴向磁通电机尚处产业发展初期，小批量生产使其无法享受规模经济优势，导致固定成本高、采购议价能力弱。同时，其特殊结构需要昂贵的定制化零部件，而供应商稀少且议价能力强，进一步推高了成本。此外，行业缺乏统一标准，难以形成产业集群协同降本。
4）研发投入巨大但摊薄困难。轴向磁通电机因技术复杂、研发周期长、人力成本高而投入巨大，但由于当前市场规模有限，高昂的研发成本难以通过大批量销售摊薄，导致其在产品总成本中占比很高。
3、突围：材料 结构创新有望解决制造与成本困境
（1）材料革新突破成本困境：粉末冶金和永磁材料去稀土化
1）SMC粉末冶金技术
软磁复合材料(SMC)实现复杂磁路结构的一体化制造。软磁复合材料(SMC)通过粉末冶金技术实现了轴向磁通电机复杂三维磁路结构的一体化制造，有效解决了传统硅钢片无法适应轴向磁路几何形状的根本性问题。SMC材料采用涂覆绝缘层的高纯铁粉作为基础材料，通过高压成型和烧结工艺制备，具有各向同性的磁学特性和高电阻率特征，使得磁通可以在三维空间内任意方向流动而不产生显著的涡流损耗。并可与3D打印技术结合使用。
SMC工艺的核心优势在于净成形制造能力，可以一次压制成型出传统工艺无法实现的复杂几何结构，如多孔散热结构、径向冷却通道、复杂的磁路拓扑等，且成型能力较强，根据电驱世界，废料率小于5%。在轴向磁通电机应用中，SMC特别适合制造定子铁芯的齿部和连接结构，可以实现齿部与散热结构的一体化设计，大幅提升散热效率。制造工艺方面，SMC支持大批量自动化生产，模具投资后的边际成本极低，特别适合标准化产品的规模生产。虽然SMC的饱和磁密和导磁率略低于硅钢，但通过优化磁路设计和增加有效截面积可以实现性能补偿。
2）永磁材料去稀土化
永磁材料去稀土化技术实现成本结构性突破。针对钕铁硼永磁体成本高昂的问题，通过结构设计优化实现铁氧体永磁材料的有效替代，从根本上降低材料成本。日本学者的研究表明，通过增大转子外径、优化定子齿冠面积、采用散绕组降低交流铜耗等设计改进，可以使铁氧体轴向磁通电机达到与钕铁硼电机相同的电磁性能。虽然铁氧体的体积需要增加到钕铁硼的5倍左右，但其成本仅为钕铁硼的11%，在高速、大转矩、大功率条件下效率甚至更高。通过阶梯分段磁钢设计和SMC涡流抑制技术，可以进一步优化铁氧体电机的损耗特性。根据电动车千人会，DeepDrive等公司的双转子设计也验证了不使用重稀土元素的可行性，磁钢用量可降低50%，这一技术路径为电动汽车永磁电机的大规模应用提供了低成本解决方案。
（2）结构创新重构电机架构：无轭设计和PCB电机
1）无轭设计
革命性的独立齿结构。无轭分段定子设计通过彻底取消传统电机的定子轭部，采用完全独立的定子齿结构，从根本上重构了轴向磁通电机的制造工艺链。每个定子齿都是完全独立的模块，包含独立的铁芯和预绕好的绕组，齿与齿之间通过特殊的非磁性连接结构固定。以YASA和Traxis为代表的技术方案中，这种设计实现了绕线工艺与定子装配工艺的完全分离，为自动化制造创造了条件。无轭设计的核心在于将复杂的整体定子分解为多个相同的独立模块，每个模块包含一个定子齿和对应的绕组单元。根据电动车千人会，这种设计可以减少80%的定子铁重量，功率密度是非轴电机的2-3倍。且无定子磁轭可显著降低铁质量，从而降低铁损。具有非常高铜填充因子的集中绕组可实现铜的最佳使用，从而铜损低，显著提升效率。
解决绕线复杂问题。独立齿可在专用设备上批量绕制，绕线设备可从多角度接近，实现高质量自动绕线。绕组端部通过机器人激光焊接自动连接到母线，整个装配过程高度自动化。且通过将复杂的整体定子分解为简单的独立模块，大幅降低了制造技术门槛。单齿绕线可在专用设备上完成，避免了传统整体绕线的复杂性。定子齿固定采用"翻盖"结构或注塑连接件，兼具机械固定和冷却通道功能，支持流水线装配。
2）PCB电机
PCB电机是轴向磁通电机的分支，随着PCB工艺优化具备了更多的应用潜力。PCB电机是一种用印刷电路板（PCB）作为定子的轴向磁通电机，传统的铁芯定子被PCB所取代，绕组直接制作在PCB上，当电流流经PCB定子上的铜箔线圈时，形成旋转磁场，与两端转子相互作用，驱动转子旋转。
PCB电机在轻量化、高效率方面优势突出，包括：1）轻量化：相比传统电机省去铁芯结构和铜线绕组，铜用量减少66%，重量大幅减轻；2）高效率：轴向磁通结构减少磁通路径的损耗，且因无铁芯结构减少了磁滞和涡流损耗，提升效率；3）稳定性：PCB电机的定子结构材料的热膨胀系数接近，有更优的热稳定性；4）自动化生产：PCB制造工艺用过自动化产线确保线路一致性；5）噪音极低，近乎无声；6）设计灵活，制造商可根据客户需求，快速定制不同功率和尺寸的电机，适合快速迭代的产品。
解决制造工艺复杂性问题。PCB电机首先可以消除传统绕线工艺瓶颈轴向磁通电机最大的制造难题在于复杂的绕组制造工艺，传统绕线需要熟练技工手工操作，自动化程度低且一致性差。PCB电机通过将绕组制造转变为成熟的PCB蚀刻工艺，可以使用广泛可用的标准电路板生产技术制造。彻底解决了这一瓶颈。PCB制造工艺已经过数十年的发展优化，自动化程度极高，可以实现完全无人化生产。
解决材料成本和重量问题。PCB定子技术通过优化设计实现了材料用量的大幅减少。根据AMTS官网，Infinitum的PCB定子电机相比传统设计可以减少66%的铜材用量，主要得益于消除了传统绕组中的端部连接线和悬垂部分。同时，完全取消定子铁芯进一步减少了材料使用，电机重量和尺寸减少50%。这种材料用量的减少直接转化为成本优势，特别是在铜价高企的背景下，材料成本节约效果显著。且虽然PCB基板的单位成本相对较高，但通过消除复杂的绕线工艺、减少装配工序、提高生产效率和良品率，PCB定子的整体制造成本仍然具有竞争优势。特别是在大批量生产条件下，PCB的边际成本极低，规模效应明显。制造时间从传统绕线的数小时缩短至数十分钟，生产效率的大幅提升进一步摊薄了制造成本。
4、人形机器人推动关节电机需求大幅增长
（1）轴向磁通电机特质高度适配机器人，或可应用于腿部和灵巧手
轴向磁通电机尤其适用于高负载需求的人形机器人腿部。人形机器人腿部系统承担着支撑整机重量、实现稳态行走的关键任务，对电机的扭矩输出和可靠性提出了极高要求，轴向磁通电机在这一应用场景中展现出显著优势。根据张江发布官方公众号，青龙机器人腿部系统采用轴向磁通电机，腿部前摆和膝关节最大扭矩达到396N·m，峰值扭矩密度高达200N·m/kg，确保了机器人在复杂地形中的稳态行走能力。腿部使用轴向电机的主要原因为：
（1）高扭矩密度特性使得腿部关节能够在紧凑空间内提供强大动力输出，同时其优异的动态响应能力保证了机器人在快速运动中的稳定性。
（2）耐冲击能力强，能够承受机器人行走、跳跃过程中的冲击载荷，提升了系统的可靠性和使用寿命。
（3）低转速下可产生高扭矩。腿部负载行走时常需要重载下频繁启停、快速响应，而轴向电机在低速下即可产生巨大的转矩，具备极佳的起动和过载能力。这些优势使得轴向磁通电机成为人形机器人腿部关节的理想选择。
PCB轴向磁通电机或可应用于灵巧手。灵巧手作为人形机器人最精密的执行器，体积小但自由度高，因此需要在较小的空间内布置大量的电机、传感器等。因此对电机提出了空间极度紧凑、重量超轻、响应速度快、控制精度高的严苛要求，这与轴向磁通电机的技术特性高度契合。而PCB轴向磁通电机由于可以将绕组印制呈更复杂的形式，可显著提升无槽无刷直流电机的效率，轴向尺寸较短，且当前绕组布线的形式已经迭代至螺旋形绕组，可以在定子有限空间布置更容易，因此PCB电机在微型机器人、小型扁平存储器等微机电领域应用前景更广泛。以Carl Bugeja开发的PCB电机为例，根据其于开源网站hackday发布的信息，其将定子绕组直接印刷在PCB板上，实现了厚度仅5毫米、外径16毫米、重量仅1.5克的超薄超轻设计，这种极致的小型化设计使得在灵巧手的指关节等狭小空间内集成多个电机成为可能，极大程度的为灵巧手提升主动自由度数量提供空间。
（2）轴向磁通电机应用带来一体化关节革命
轴向磁通电机独特结构优势催生一体化关节模组革命。传统径向电机采用"套筒式"磁路结构，定子和转子呈圆筒状同心排列，电机本身就占据了相当的径向和轴向空间，与减速器只能采用串联式连接，形成"电机 减速器"的分体式布局，导致整体长度冗长、重量偏重。而轴向磁通电机采用永磁体沿轴向环形阵列排布、磁通方向平行于旋转轴的"电磁三明治"结构，这种扁平化设计天然具备与减速器同轴嵌套的几何优势，为一体化集成创造了结构基础。
采用轴向磁通电机方案的关节模组已实现性能显著提升。根据高工机器人产业研究院，科盟创新采用全球首创轴向磁通电机与谐波减速器的毫米级同轴集成方案。通过"轴向堆叠-分腔封装"设计，轴向磁通电机的扁平化定子可以与减速器的波发生器、柔轮等核心组件在同一轴向空间内实现高度集成，彻底打破了传统分体式技术路线的空间限制。这种集成方式将关节模组轴向长度压缩至传统方案的55%，厚度不足12mm的扁平化轴向磁通电机与PEEK-金属复合壳体形成一体化结构，模组总质量降低40%。且通过优化磁路设计和热管理系统，在轴向尺寸缩减50%、重量仅2.5kg的情况下，功率密度反而提升3倍达到80Nm/kg，峰值扭矩提升20%达到200Nm。
轴向磁通电机的使用可为关节模组带来创新设计。小象电动的扭矩优化型扁平轴向磁通电机充分利用了轴向磁通电机的轴向排布结构特性，创新性地解决了人形机器人关节扭矩需求动态变化的核心问题。传统轴向磁通电机虽然结构扁平，但扭矩输出固定，无法适应机器人负载变化。小象的方案通过可变半径设计实现扭矩动态调节：当机器人需要承受较大载荷时，电磁圈驱动下磁块推动滑块，使卡块相互靠近解除安装座位置限定，随后电磁环通过磁力推动上磁块向外移动，带动安装座及磁钢向远离转子盘轴线方向移动，实现转子半径增加。根据深观启元公众号，由于轴向磁通电机扭矩与转子半径立方成正比，这种设计可以显著提升扭矩输出，使直径120mm、厚度仅40mm的扁平设计能够持续输出180Nm扭矩。
06
谐波磁场电机
1、机器人电机新技术：谐波磁场打破传统电机磁路设计桎梏
为提高电机功率密度并抑制转矩脉动，新型谐波磁场电机应运而生。谐波磁场电机的核心原理是利用气隙磁导谐波的调制效应，使励磁单元和电枢单元的极对数不再相等，并在两者之间增设调制单元，从而实现类似机械齿轮箱的扭矩放大倍数——极比。
谐波磁场电机通过磁场调制将转矩极数“调制”倍增，因此在相同的材料选型和散热条件下即可显著提升电机转矩密度。与传统永磁同步电机相比，这种结构打破了励磁和电枢极对数相等的限制，实现了低速高转矩的特性，拓扑自由度更高，可设计出多种调制型式。
东南大学团队与南京某公司合作开发的直驱式锻压伺服电机采用谐波磁场设计，在保持相同功率密度的条件下，将电机体积缩小了一半，转矩密度提升了34%，而转矩波动仅为0.35%。相比传统设计，这款电机不但输出扭矩大幅增加，转速平稳性也大幅提升。国内也已有龙头电机企业发布相关专利，投入产业化推广。
谐波磁场电机高功率密度优异性能有望广泛应用在人形机器人关节及灵巧手部件。目前人形机器人电机问题集中在功率密度达不到要求，谐波磁场电机的磁路设计方案有望解决该痛点。同时，高功密带来的另一优势便是体积和重量的减小，完美适应人形机器人轻量化发展趋势，未来谐波磁场电机渗透率有望持续提升。
2、机器人需求和谐波电机技术，驱动第四代磁材钐铁氮商业化开启
（1）高温性能是钐铁氮最核心优势之一。钐铁氮作为第四代稀土永磁材料，拥有比钕铁硼材料更高的耐温性，居里温度约达470°C，更为宽泛的高温环境中保持稳定的工作状态。
（2）谐波磁场电机对磁材磁性需求下降。磁能积最高可达40MGOe，剩磁可达到650-1500mT，略低于钕铁硼，但远高于铁氧体。谐波磁场电机能够大幅度提升功率密度，对磁材磁性需求边际下降。
（3）钐铁氮成型工艺迭代迅速，有效磁性提升快速。钐铁氮磁体此前受困于制备及成型工艺难点，多用于中低端应用场景。主要有两种成型技术路线：粘结磁体和烧结磁体。目前衍生出低温成型工艺和低熔点金属粘接剂辅助成型两类改进成型方法。两类改进成型方法有效解决了氮高温易分解，磁性能低等问题，为钐铁氮量产提供了技术支持。
（4）钐铁氮应用空间打开。随着机器人等对电机扭力和耐温要求的提升以及谐波磁场电机的商业化，钐铁氮有望大规模普及。从市场空间来看，当前钕铁硼仍是最主要的稀土永磁材料，烧结钕铁硼和粘结钕铁硼生产总量占每年稀土永磁材料的98%以上。分下游看，稀土永磁材料主要应用于新能源汽车（19.8%）、风力发电（15%）、节能电梯（14.6%）和工业机器人（8.72%）等领域，其中大部分场景磁能积需求低于40MGOe，当前钐铁氮永磁材料已可满足其性能要求。据测算，2030年钐铁氮磁体替代空间有望达到122亿元。
人形机器人有望为钐铁氮材料和电机带来广阔的市场空间。人形机器人全身伺服电机数量普遍在40以上，参考当前钕铁硼材料的用量，每个电机大约需要永磁稀土材料50-100g，即整机需要永磁稀土材料约3.5kg。当前钕铁硼价格为每公斤300-600元，若使用钕铁硼生产伺服电机，则单台成本约1400元，单电机成本约为233元。钐铁氮价格为每公斤100-300元，若采用钐铁氮代替钕铁硼作为伺服电机磁芯材料，则单台成本约为340元，单电机成本约为157元，具有较大的成本优势。
在材料市场方面，倘若人形机器人远期产量为100万台，则共需要3500吨永磁稀土，若全部采用钐铁氮方案，稀土用量可降低至2625吨。按照钐铁氮价格每吨13万元计算，可带来3.41亿市场增量。在电机市场方面，假设人形机器人生产规模为100万台，单台伺服电机数量为40个，假设全部采用钐铁氮电机方案，按照157元的成本和30%的利润率计算，预计远期人形机器人将给钐铁氮电机市场带来82亿元的空间。
07
相关公司
1、步科股份：深耕自动化产业，积极布局人形机器人关节电机
公司深耕工业自动化，形成以机器人零部件为核心的“1 N”布局。公司于1996年成立，2002年自研人机界面产品进入HMI市场，并不断深入自动化领域。目前公司产品已覆盖伺服系统、无框力矩电机、步进系统、低压变频器、人机界面、可编程逻辑控制器等产品，具备提供自动化控制、机器人动力、数字化工厂解决方案的能力；从战略布局看，公司坚持以机器人零部件为核心，渗透医疗设备、物流设备、包装设备等设备行业的“1 N”布局，持续受益于国内制造业产能升级、核心零部件国产化趋势，公司收入也从2017的3.1亿元增长至2024年的5.5亿元，整体稳健增长。
公司是国内机器人电机龙头，加码人形机器人赛道。公司具备业内领先的直流伺服以及无框电机技术，伺服轮、无框电机等产品竞争力强，相关市场份额也实现领先。据《2024年协作机器人产业发展蓝皮书》，公司直流低压伺服累计出货超120万台，位居移动机器人行业TOP1；无框电机累计出货超5万台，在协作机器人行业位居国产TOP2；公司驱动系统收入也从2019的1.8亿元增长至2024年的3.5亿元，期间CAGR达15%。面对人形机器人兴起，公司无框力矩电机已广泛应用于具身智能机器人，产品覆盖从50mm到160mm的外径范围，扭矩范围在0.11-9.2NM，满足从肩、肘、腕、颈及腰关节需求，性能对标国际一流品牌；并研发轮式人形机器人专用的全向舵轮模组解决方案，具备高集成、大扭矩、高稳定等特点，运动控制性能可靠。2025年7月公司推出第四代FMK无框力矩电机以及RD系列中空驱动器，对比业内产品，第四代FMK无框电机在布线布板、性能、可靠性、温升等各方面表现更为出色，更加适配具身智能产品。第四代FMK无框电机将于2025Q3正式接单，并将持续贡献收入。
公司公告2025年前三季度实现营收5.1亿元，YOY 28.4%；录得归母净利润0.4亿元，YOY 37.5%；扣非后归母净利润0.4亿元，YOY 41.0%；剔除股份支付影响后的净利润0.6亿元，YOY 67.47%。
2、鸣志电器：深耕运动控制领域，空心杯电机种类齐全
深耕运动控制领域近30年，国内空心杯电机供应商。鸣志电器是运动控制领域的领先供应商，主营产品为步进电机、伺服电机、空心杯电机、直流无刷电机、智能照明等。公司成立于1994年，于2017年登陆上交所主板，通过收购AMP、LIN、常州运控、TMotion，完善全球化的产业布局，产品广泛运用于工业自动化、通信、安防、汽车工业、航空航天、消费等领域。
国内空心杯电机稀缺标的，产品丰富种类齐全。公司在空心杯电机领域具备先发优势，在无刷空心杯电机及有刷空心杯电机（无刷电机）的产品矩阵较为全面，覆盖不同机座尺寸、转速、功率，且可以搭载不同型号的编码器、减速机等产品，能够满足客户的定制化需求服务，未来有望受益于人形机器人放量。
2025Q3公司实现营业收入7.29亿元，同比增长28.98%；实现归母净利润0.23亿元，同比增长215.97%；扣非后归母净利润0.21亿元，同比增长260.10%。公司业绩显著回暖，主要得益于核心的控制电机及驱动系统业务在境内外市场实现双重增长，特别是越南子公司的产能释放有效带动了境外营收的回升。收入的强劲增长有效驱动了销售毛利的同步提升，是公司单季度利润大幅改善的核心原因。
3、雷赛智能：工控业务稳健，机器人产品逐步放量
自1997年成立以来，公司聚焦于伺服电机驱动系统、步进电机驱动系统、运动控制PLC、运动控制卡等系列精品的研发、生产、销售和服务，经过二十年如一日的产品创新、市场开拓和应用服务，雷赛已成为全球产销规模领先的运动控制产品和解决方案提供商。由于雷赛产品兼具稳定可靠和性能优越的双重优势，在电子、半导体、物流AGV、新能源、机器人、机床、物流、医疗等行业获得上万家优秀设备厂家的长期使用，且远销美国、德国、印度等60多个国家。
关节模组 灵巧手 小脑，人形业务打造第二成长曲线。公司成立子公司雷赛机器人，聚焦无框电机与关节模组；成立子公司灵巧驱控，聚焦空心杯电机与灵巧手，当前已推出多款DH系列灵巧手解决方案；依托运控技术积累，推动“小脑”产品研发。公司通过三种业务模式，与数百家国内外机器人企业、模组厂家进行业务合作：1）提供核心零部件和解决方案；2）提供关节模组解决方案和灵巧手联合开发；3）提供代工与组装服务。当前公司无框与空心杯电机产能分别为30/20万台每年，目前均已成功量产。有望推动人形机器人业务成为公司第二成长曲线。
公司发布2025年三季度报告，2025年前三季度公司实现营收13.00亿，同比 12.57%；实现归母净利润1.60亿，同比 11.01%；实现扣非归母净利润1.55亿，同比 9.16%。
4、伟创电气：工控小巨人稳健成长，人形机器人打开想象空间
伟创电气2005年成立于深圳，作为国内工控领域的重要参与者，20年深耕电气传动与工业控制领域，凭借稳定的经营团队、完善的产品矩阵，在行业周期性波动中实现业绩稳健增长，同时积极布局人形机器人新赛道。自动化产品线覆盖管理层、控制层、驱动层和执行层，核心产品包括变频器、伺服系统、运动控制器/控制系统（PLC、运动控制器等），同时布局数字能源领域（储能逆变器、制氢电源等），可提供行业整体解决方案。
公司积极布局人形机器人。工控领域电机、驱动器、编码器等技术与人形机器人零部件技术高度相通，公司可复用工控技术缩短研发周期、快速达标性能并降低成本，已开发RB系列关节模组、FT1无框力矩电机等产品，推进灵巧手技术研发。同时，公司通过成立合资公司整合资源，2024年与科达利、上海盟立设伟达立创新，布局关节模组等；2025年与科达利、银轮股份等设苏州依智，聚焦灵巧手技术，助力公司把握行业动向，加快产业化落地。
11月3日，公司微信公众号发布多款机器人核心部件产品，包括微型无框电机、无刷空心杯电机、轮毂电机及高功率密度驱动器四款零部件新品：1）微型无框电机：覆盖灵巧手、直线/旋转执行器用电机，其中灵巧手系列覆盖12-21mm，直线执行器定子外径覆盖30-60mm、旋转执行器定子外径覆盖30-200mm。2）无刷空心杯电机：外径涵盖6-16mm，选型丰富，同时具备高响应、高效率、低功耗、低温升等优势。3）轮毂电机：负载范围30-300kg，稳定可靠，可应用于机器人、物流、配送等多领域。4）高密度功率驱动器：相比传统驱动，损耗降低43%以上，整体效率提升99%。
2025 年前三季度公司实现营收 13.50 亿元，同比 16.67%； 归母净利润 2.25 亿元，同比 6.74%；扣非归母净利润 2.13 亿元，同比 3.53%。
5、汇川科技：通用业务持续修复，新兴领域蓄势待发
公司是国内实现“工控→新能源车→机器人”跨行业技术复用的机电一体化平台型企业，在行业具备持续超越周期的α。当前公司通用业务、新能源车业务收入保持较快增长，同时战略业务加快推进，重点关注AI、机器人等未来产业机遇。
自动化控制产品线完备，机器人赛道加速布局。公司的机器人产品涵盖通用变频器、伺服系统、PLC&HMI、工业机器人、高性能电机、精密机械（丝杠、直线导轨）、气动等产品及解决方案。公司多项产品如通用伺服、低压变配、小型PLC等产品份额均位居行业前二；工业机器人、SCARA机器人份额分别位居第三、第一。公司在2024年正式布局人形机器人业务，并启动了部分核心零部件的研发工作。
智能机器人业务加速拓展。汇川技术在9月工博会推出人形机器人核心部件和模组，该业务成为公司未来战略布局的新重点。智能机器人将原有的工业机器人、机器视觉与人形机器人技术进行整合，旨在打造具身智能机器人场景化解决方案，推出了包括无框电机、高功率密度驱动器、行星滚柱丝杠以及直线与旋转关节模组等一系列关键部件，为下游机器人公司赋能。公司能够发挥其技术、产品和供应链平台优势为市场提供具有竞争力的各类零部件和场景化解决方案。
公司发布2025三季报，汇川技术25Q1-3营收316.63亿元，同比增长24.67%，归母净利润42.54亿元，同比 26.84%；扣非净利润38.88亿元，同比 24.03%。
6、鼎智科技：人形机器人领域小批量出货，收购赛仑特实现覆盖全产业链能力
鼎智科技是以微特电机为主要构成的定制化精密运动控制解决方案提供商，立足于精密运动控制组件的设计、生产与销售等一站式服务业务，主要采用“以销定产、以产定购”的生产采购模式，主要原材料包括铜棒、定子、线圈绕组、轴承等，上游供应商主要为电机配套组件厂商；公司采用直销、经销的销售模式，核心产品包括空心杯电机、传动组件、线性运动模组、无框力矩电机及旋转关节模组等。同时，公司是智元机器人的优秀合作伙伴，与包括中科灵犀在内的多个灵巧手厂家合作，目前实现小批量送样电机及模组产品。参股公司中科灵犀是公司重要的战略伙伴，中科灵犀主要从事连杆式、绳驱式、伺服电缸式灵巧手的研发制造，公司为其提供核心零部件，实现产业赋能。
公司无框电机可在25-115mm间选择多种规格，并提供定制化解决方案以满足客户需求；并搭建30mm-80mm音圈模组平台，精度可至0.001mm；进一步开发低压伺服电机，采用小尺寸设计以更适合紧凑空间，已实现25mm量产和16.5mm小批量产。此外，公司开发低压伺服通用驱动器，适配音圈电机、空心杯电机、DDR电机、直线电机等，广泛用于半导体贴装、半导体分选、半导体检测、3C组装、机器人关节、灵巧手等领域。
2025年9月12日，鼎智科技发布公告，通过现金收购精密齿轮标的赛仑特51%股权，完善“精密传动 智能驱动”全栈能力。双方整合后，鼎智定制化电机可精准匹配齿轮箱需求，实现“传感-控制-执行”闭环，应用场景可覆盖消费级到工业级全场景。例如，在人形机器人领域可提供“电机 减速机 驱动器”关节模组一体化方案；在医疗器械领域可提供“电机 减速箱”手术机器人动力模块；在低空经济领域可提供无人机倾转旋翼驱动系统。通过本次整合，鼎智科技进一步向系统集成方案供应商发展，将带动单台产品价值量大幅提升，进一步增强盈利能力。
2025年前三季度公司实现营收1.92亿元，同比增长12.93%；归母净利润2628.76万元，同比下滑14.14%；扣非归母净利润2401.78万元，同比下滑10.98%。
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发展趋势总结
1、高精度、轻量化与智能化融合
未来电机驱动技术将围绕精度、能效与智能化三大方向持续迭代。无框力矩电机通过优化磁路设计，扭矩密度将进一步提升至20Nm/kg，成本降低50%；空心杯电机寿命从5000小时提升至工业级标准(1万小时)，成为灵巧手驱动的主流方案。智能化方面，AI算法将深度嵌入电机控制器，实现动态负载预测与自适应调节：华为“鸿蒙 电机”方案通过实时负载预测，能耗降低20%；英伟达GEAR平台支持实时运动规划，响应延迟缩短至10ms。此外，电机驱动系统将集成边缘计算芯片，实现本地化实时决策，推动人形机器人从“执行工具”向“智能伙伴”转型。
2、破解一体化关节电机的散热与电磁兼容难题
一体化关节电机一直是电机行业发展趋势。一体化关节电机中的一体化主要体现在电机 减速器 驱动三合一，为机器人提供整套关节模组，显著提升安装便捷性与维护效率，降低机器人关节设计使用难度。高性能主要体现在具有高转矩密度、功率密度，高控制精度，高响应速度，提高机器人运动性能表现。但一体化集成方案由于结构紧凑会带来发热严重、电磁兼容性差、绝缘要求高等问题。针对热管理难题，利用拓扑优化缩短热传导路径，通过高导热复合材料和相变散热介质的协同应用，能够显著降低接触热阻；同时结合热-电协同管理策略及智能温控算法，实现发热源动态均衡分布，大幅提升散热效率；在保证功率密度的同时突破空间约束，形成与模块化器件“堆叠式散热”的本质差异。此外还需针对性进行电磁兼容性设计，从电机感应电流的智能引导、结构上的电磁屏蔽设计、控制系统中增加的滤波措施以及浪涌阻隔技术，形成一套综合防护体系，有效降低电磁干扰及电磁敏感度。
3、制造工艺新技术的探索有望为电磁结构的实现提供新的途径
在制造工艺方面，3D打印和注射成型等新技术有望为电磁结构的实现提供新的途径。由于机器人对高集成度的需求，电机将与机械结构更加紧密地结合，关节内嵌电机和模组化电驱单元等设计将更加常见。
4、产业链协同与生态构建
未来，随着人形机器人市场的不断扩大和技术的不断进步，产业链上下游企业将进一步加强合作与协同，共同推动人形机器人电机驱动行业的健康发展。
同时，人形机器人电机驱动行业还需要构建良好的产业生态。这包括加强行业内的技术创新和人才培养、推动标准制定和检测认证体系建设、加强国际合作与交流等方面。通过这些措施的实施，将为人形机器人电机驱动行业的发展提供有力的支撑和保障。
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参考研报
1.国金证券-机器人行业前瞻技术专题（一）： 电机，高扭高温需求驱动，谐波磁场电机迎曙光
2.广发证券-通用设备行业人形机器人系列二十一：轴向磁通电机，电机的未来形态
3.东莞证券-机器人行业系列报告（六）之电机：机器人核心零部件，紧抓增量市场机遇
4.东海证券-机械行业：人形机器人从概念到量产，核心零部件机遇梳理
5.天风证券-机械设备行业：灵巧手深度梳理——指尖跃动无垠星河，巧手编织璀璨经纬
6.民生证券-电新行业2025年中期投资策略：攻守兼备，踏浪前行
7.首创证券-机械设备行业深度报告：人形机器人商业化进程开始启动
8.国金证券-雷赛智能-002979-工控需求持续回暖，机器人产品逐步放量
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