平安证券人形机器人专题报告聚焦无框力矩电机赛道。2023年中国无框力矩电机市场规模1.80亿元，同比增长19.73%，预计2028年有望突破5.6亿元（未考虑人形机器人放量）。特斯拉Optimus的28个执行器全部采用无框力矩电机，宇树H1、远征A1等国产机器人同样跟进。当前市场由科尔摩根等海外厂商主导，步科股份等国内企业正加速追赶。
无框力矩电机：人形机器人关节核心动力源
无框力矩电机是以输出扭矩为性能指标的一种力矩电机，采用无外壳结构，定子与转子直接集成至轴承系统。其核心特点包括高转矩密度、优异散热性、中空走线设计及紧凑轻量化，适配中低速高扭矩场景。相比有框电机，无框力矩电机具备更强的定制灵活性和功率密度，在有限空间内提供强大动力输出，适合高度集成化的复杂人形机器人系统。
人形机器人对电机有三点关键要求：高效率（靠电池供电，需低能耗、低摩擦，能适应苛刻工况和过载）、高动态（驱动器惯性要低，电机响应时间需短）、高功率密度（电机要高速、高扭矩且小巧紧凑轻巧）。无框力矩电机恰好匹配上述全部要求，因此在人形机器人关节单元方案中得到广泛应用。
市场规模：2028年有望超5.6亿元
GGII数据显示，2023年中国无框力矩电机市场规模1.80亿元，同比增长19.73%，其中协作机器人市场需求占比约为70%。预计2024年中国无框力矩电机市场规模有望超过2亿元。在未考虑人形机器人市场放量的情况下，到2028年市场规模将有望超过5.6亿元，对应CAGR超过25%。
无框力矩电机的增量空间主要来自两个方面：一是协作机器人市场的持续增长，当前贡献约70%的需求；二是人形机器人产业化落地带来的全新增量市场。若特斯拉Optimus在2026年实现5-10万台产量目标，仅特斯拉一家就将带来数倍于当前市场规模的增量需求。
应用场景：从Optimus到国产全系
无框力矩电机常用于人形机器人线性关节和旋转关节。特斯拉Optimus的14个线性执行器与14个旋转执行器全部采用无框力矩电机，上肢关节方案为"无框力矩电机+谐波减速器+高低速双编码器+抱闸+力矩传感器+输出端交叉滚子轴承"。
国产机器人同样广泛采用无框力矩电机方案。宇树科技H1、智元远征A1、小米Cyberone、优必选X1、傅里叶GR-1等机器人关节单元均采用无框力矩电机。无框力矩电机已成为人形机器人关节方案的"标准配置"，行业共识高度统一。
竞争格局：海外主导，国产加速追赶
无框力矩电机的磁路与工艺设计深刻影响电机的转矩密度与功率密度。由于存在编码器芯片、磁路设计等高技术壁垒，且需一体化集成到机器人关节内部，定制化需求强烈，实现稳定量产颇具挑战。
市场格局方面，美国科尔摩根、德国威腾斯坦、瑞士Maxon Motor等海外厂商是行业头部玩家。科尔摩根凭借长期技术沉淀以及市场先发优势，以TBM系列为代表性产品，在产品核心性能指标和市场份额上占据显著优势。国内的步科股份、昊志机电、雷赛智能等企业经过多年发展不断创新，产品关键参数与国外的差距逐步缩小，但与国外高端产品相比仍有提升空间。
步科股份：国产无框力矩电机的先行者
步科股份自2015年开始研发无框力矩电机，2016年推出首代产品，2022年完成第三代产品迭代升级，2024年前三季度出货量约1.5万台，目前第四代无框力矩电机正在研发中。公司2024年实现营业收入5.49亿元，同比增长8.45%。
从产品性能对比看，步科股份人形机器人系列FMC定制转矩0.45-3.5Nm、定子直径57.8-104mm、额定功率0.1-1.05kW、转速2500-3000rpm，主要应用于智能机器人。科尔摩根TBM2G-050xx系列转矩0.27-6.03Nm、定子直径50-115mm、转速3100-8000rpm，应用于手术机器人、协作机器人等高端场景。步科股份在转矩范围、转速等核心指标上仍有一定差距，但已初步具备替代能力。
步科股份和科尔摩根产品性能比较| 指标 | 步科股份 | 科尔摩根 |
|---|
| 产品系列 | 人形机器人系列FMC | TBM2G-050xx |
| 定制转矩（Nm） | 0.45-3.5 | 0.27-6.03 |
| 定子直径（mm） | 57.8-104 | 50-115 |
| 额定功率（kW） | 0.1-1.05 | 0.205-1.43 |
| 转速（rpm） | 2500-3000 | 3100-8000 |
| 主要应用行业 | 智能机器人 | 手术机器人、协作机器人 |
增量空间：人形机器人放量将打开数倍市场
若特斯拉Optimus产量目标如期实现——2025年数千台、2026年5-10万台、2027年再增加10倍——仅特斯拉一家对无框力矩电机的需求量就将达到当前市场规模的数倍。国产人形机器人厂商如宇树、智元、优必选等同样在加速产品迭代和量产准备。
无框力矩电机作为人形机器人关节的"标准配置"，将直接受益于人形机器人产业化进程。国内电机厂商能否在精度、转矩密度、可靠性等关键指标上缩小与海外龙头的差距，将决定其在增量市场中的份额上限。
