五矿证券研究所报告指出，人形机器人对电机的要求包括大扭矩、高动态性能、低转动惯量、低质量，其中大扭矩是核心需求。无框力矩电机是目前主流选择，其设计生产技术较为成熟，但此前市场需求不大限制了发展。轴向磁通电机可提供比径向电机高30%的扭矩密度，特别适合高效率、高转矩密度场合，目前散热、制造工艺、产业链成熟度仍有不足，但部分厂商已在布局。随着人形机器人量产推进，电机环节需求将大幅增长。
大扭矩是人形机器人电机最核心指标
人形机器人对电机的要求有以下特点：1）安装空间狭小同时又要求输出转矩较大。2）动态性能好，高带宽。带宽越高，机器人的反应速度越快，可以处理的任务越复杂。3）低转动惯量。转动惯量越大，电机越难改变自己的转速。4）低质量。人形机器人全身关节数量众多，关节质量约占总重量的一半，因此减轻电机质量也是机器人减重的重要途径。上述几点中，大扭矩是核心需求，因此力矩电机成为目前业内主流选择。
力矩电机在20世纪50年代被研发出来，是一种特殊类型的永磁无刷电机，具有低速大力矩、体积小、结构紧凑、质量轻、转动惯量小、启动电压低、空载电流小的特点。一般的直流伺服电机转速都在几千转，不适合低速运行，更不能堵转。而力矩电机的转速较低，在低速甚至零速时仍能保证稳定的转矩输出，并且可以长时间堵转。人形机器人用的无框力矩电机没有机壳，只有定子和转子2个部件，相较于有框电机，无框电机配置灵活，安装方便，更适合高集成度设计。
无框力矩电机技术成熟但市场受限
力矩电机的堵转转矩比较高，堵转电流较小，所以可以承受一定时间的堵转运行，但是所产生的发热量非常大。力矩电机使用的磁材主要是钕铁硼，钕铁硼温度每升高1摄氏度，钕磁铁的磁强度就会降低0.1%左右。当温度超过一定的值，还会发生不可逆的磁损失。因此一些力矩电机在使用时会搭配风冷/液冷。
力矩电机的设计生产已经比较成熟，没有太大难点，但因为之前市场需求不大，所以市场规模受限。国际上生产力矩电机的厂家包括奥地利AVS Mechatronics GmbH、美国Kollmorgen、德国TQ Robodrive、瑞士Maxon Motor等公司。国内步科股份、昊志机电、伟创电气等都有相关产品。人形机器人量产将大幅拉动无框力矩电机市场需求，国内具备先发布局优势的企业有望受益。
轴向电机是潜在替代方向
提高扭矩的另一个选择是直接使用轴向电机。我们现在的电机大部分都是径向磁通电机，磁场方向沿着电机的径向。轴向磁通电机与普通电机不同，其磁通方向为轴向，定子和转子铁心为盘式结构。
轴向磁通电机特点包括：1）由于轴向电机的转子、定子都是盘式结构，因此电机可以做的非常薄；2）由于轴向磁通电机的磁通路径比径向磁通机器短得多，从而使相同功率下的电机体积更小，功率密度和效率更高，能耗降低15-20%左右。3）轴向磁通永磁电机的有效磁表面积是电机转子的表面，而不是外径，因此轴向磁通永磁电机可以提供的扭矩密度比径向电机高30%。基于以上特点，轴向磁通电机特别适合于高效率、高功率/转矩密度以及有特殊安装要求的场合。
轴向电机产业化进程与投资机会
轴向磁通电机目前还处于产业化初期，几个因素制约其产业化：1）散热困难。轴向电机呈三明治结构，面临严重发热问题，需要采用浸泡式油冷、相变材料冷却等新型散热方法，并设计复杂的散热结构；2）制造工艺要求高。轴向电机必须保持转子和定子之间的气隙均匀，需要精确控制公差；3）产业界对其应用的新材料、新工艺认识不足，产业链不成熟。
在机器人领域，轴向磁通电机尚未成为主流选择，但部分企业已经前瞻布局。达阔科技2022年推出的SCA2.0关节，采用非晶轴向电机。上海人形机器人创新中心的“青龙”人形机器人，采用深圳小象电动量身定制的关节电机。全球跑得最快的机器狗“黑豹2.0”奔跑速度可达10m/s，也采用了轴向磁通电机。建议关注盘毂动力（非上市）、小象电动（非上市）、仪坤动力（非上市）。
| 对比维度 | 无框力矩电机 | 轴向磁通电机 |
|---|
| 结构 | 只有定子和转子，无外壳 | 盘式结构，定子转子呈三明治布局 |
| 扭矩密度 | 基准 | 比径向电机高30% |
| 效率 | 基准 | 能耗降低15-20% |
| 技术成熟度 | 较高 | 产业化初期 |
| 主要挑战 | 散热 | 散热困难、制造工艺要求高、产业链不成熟 |
| 代表企业 | 步科股份、昊志机电、伟创电气 | 盘毂动力、小象电动、达阔科技 |
