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机器人的运动“心脏”,探索电机的广泛应用与前景

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机器人的运动“心脏”,探索电机的广泛应用与前景

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2023年中国机器人电机行业短报告:人形机器人助力电机市场扩容(独占版)
2023年中国机器人电机行业短报告:人形机器人助力电机市场扩容(独占版)

头豹研究院

发布时间

2023-12-8 00:00

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*本文参考报告:《2023年中国机器人电机行业短报告:人形机器人助力电机市场扩容》,首发于头豹科创网。

 

根据特斯拉AI DAY公布的信息,其人形机器人主要应用无框力矩电机和空心杯电机,二者具有体积小、运动响应迅速、质量轻、扭矩高等优势,符合人形机器人对电机的要求。




特斯拉预计3-5年实现人形机器人量产,且将达到百万级,人形机器人的商业化将拉动对电机的需求,从而带动电机产业快速发展。




在现代机器人技术中,电机是赋予人形机器人生命和灵魂的关键元素。它们不仅仅是简单的驱动器,更是实现人形机器人复杂动作和仿真人类行为的核心。




电机行业的产业链情况,无框力矩电机和空心杯电机的发展与竞争情况,电机行业的市场空间如何?不妨从行业的角度入手,揭开电机在人形机器人领域的神奇应用,探索它们在打造更加逼真、智能的机器人中扮演的重要角色。

 

本文,头豹研究院将深入探讨电机行业分类、产业链图谱,并分析其市场规模及代表企业案例等。

01

电机行业综述

 

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,其中液压驱动和电机驱动较为常见。




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。

 

电机是根据电磁感应原理将电能转化为机械能的部件,是机器人的动力核心,可分为直流电机、交流电机和特种电机。




电机广泛应用于各个领域,如冶金、建材、电力、家用电器等。机器人用电机要求较高,需电机具有快速响应、起动转矩惯量比大、运动控制精度高等特性。

02

机器人电机产业链

 

电机上游为原材料与零部件,稀土磁钢和硅钢片占主要成本;中游为电机的制造,高端产品以国际厂商为主;下游为电机在机器人中的应用,人形机器人采用无框电机和空心杯电机,其快速发展将为电机市场带来增量。

欲查看完整高清版图表,请前往文末获取

 

磁性材料是电机的关键原材料之一,对电机的性能有着重要影响。对比常见的几种永磁材料的内禀矫顽力、磁能积、剩磁强度和工作温度参数,可见钕铁硼具有极强的性能,且价格低廉,广泛应用于机器人、新能源汽车等场景中。

 

无框力矩电机属于伺服电机,仅由转子和定子组成,适配不同机器的零部件,配置灵活、安装方便,顺应驱动系统集成化趋势。

 

无框力矩电机与有框电机相比具有体积小、运动响应迅速、质量轻、扭矩高等优势,符合人形机器人对关节电机的要求,是Tesla人形机器人的主要电机之一,在整机中价值量较高。

 

目前,中国企业产品性能逐渐接近国际水平,在此情况下,中国企业有望凭借价格优势提升市占率。

 

空心杯具有突出的节能特性、灵敏方便的控制特性和稳定的运行特性,适用于人形机器人手部关节,人形机器人要求手部电机体积小且输出力矩大,空心杯电机符合这一要求。

 

空心杯电机市场以国际厂商为主导,市场集中度较高,本土企业与国际企业相比技术差距较大。随着人形机器人的快速发展,本土厂商积极研发关键零部件,加速突破技术壁垒,有望打开空心杯高端市场。

03

电机行业市场规模

 

随着工业自动化的发展以及AI技术的普及,机器人在各行各业的渗透率也在逐步提升。特斯拉Optimus样机如今已公布,量产在即,预计3-5年实现量产,且达到百万级。保守估计2030年人形机器人的销量达到100万台,乐观情况下,2027年达到100万台。

 

根据特斯拉AI DAY2022的信息,一个人形机器人的无框力矩电机用量为28个,空心杯电机用量为12个,目前两种电机单价分别在3,000元和2,000元左右,未来随着技术成熟以及降本问题的解决,假设单价以每年10%的速度递减。

 

在电机市场中,无框力矩电机市场体量较大,因其在人形机器人整机中价值量较高,且用量大。预计保守情况下,2030年全球人形机器人用电机市场规模为516.6亿元,年复合增长率为76.8%,其中无框力矩电机市场401.8亿元,空心杯电机市场114.8亿元;乐观情况下为879.7亿元,年复合增长率为89%,其中无框力矩电机市场和空心杯电机市场分别为684.2亿元和195.5亿元。

欲查看完整高清版图表,请前往文末获取

 

此外,我们还在报告中完整分析了中国机器人电机行业代表企业案例等,可前往文末获取完整版报告。


 

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