无框力矩电机项目可行性研究报告-至关重要的关节动力部件（新版）
1、什么是无框力矩电机？
无框力矩电机是力矩电机的一种变体，保留了传统电机中用于产生扭矩和速度的部分，但没有轴、轴承、外壳或端盖。无框力矩电机一般只有两个部件，即转子和定子。转子通常是内部部件，由带永磁体的旋转钢圆环组件构成，直接安装在机器轴上。定子是外部部件，由齿轮外部环绕钢片和铜绕组构成，以产生紧密攀附在机器壳体内的电磁力。
2、无框力矩电机的特性及优势
无框力矩电机的分类在控制电机之中，主要应用于控制系统中作为控制转速、位置等的执行机构。电机根据不同应用场景存在不同的设计和驱动方式等，人们根据旋转电机的具体用途对其进行了基本的分类，其中最具代表性的三种类型分别为控制电机、功率电机和信号电机。控制电机主要是应用在精确的转速、位置控制上，在控制系统中作为执行机构，可细分成伺服电机、步进电机、力矩电机、开关磁阻电机、直流无刷电机等几类，而力矩电机又可按照直/交流划分为直流力矩电机和交流力矩电机，或者有/无框划分为有框力矩电机和无框力矩电机。
力矩电机相比伺服电机、步进电机等其他控制电机的特性及优势在于：低转速、大扭矩，同时输出稳定。
无框力矩电机相比于有框架电机的特性及优势在于：小体积、轻重量，同时提高性能。无框为结构上省去了电机的外壳，减小了必要的尺寸和重量。与此同时，结构更紧凑、扭矩/体积比更优的无框力矩电机，获得了更高的转矩密度、更强的散热能力、以及针对定制系统的灵活性。分离的定子和转子组件使得其能够集成在负载之中，占用机器的空间更小，同时有效地提高了机器的效率和性能。
结合上述特性及优势，无框力矩电机能够在满足人形机器人尺寸和重量要求，同时实现高功率和高转矩密度。将无框电机的定子和转子直接集成到支撑传动组件的轴承系统，可以在很大程度缩小关节组件的尺寸，并消除支撑转子的轴承以及联轴器等冗余部件，带来更少的维护成本。现阶段我们已经可以看到无框力矩电机应用于协作机器人关节的商业案例。
3、全球行业规模及市场格局
现阶段力矩电机行业市场空间较小，增长速度相对平稳。根据technavio的统计数据，2023年全球力矩电机市场规模从2022年增长6.95%至6.57亿美元，从2022年至2027年间全球市场将以8.01%的CAGR增长至9.03亿美元。不过这里的市场规模主要是传统应用带来的平稳增长，我们预计未来人形机器人行业的蓬勃发展将带动无框力矩电机产品的快速增长。
国外龙头深耕数十年，国内厂商产品正在追赶。美国Kollmorgen是全球无框力矩电机的龙头，拥有超过70年的运动控制研发经验，其电机产品性能处于全球领先地位。此外，还有奥地利AVS Mechatronics GmbH、瑞士Maxon Motor、德国TQ Robodrive、美国Aerotech、美国Allied Motion等公司均是无框力矩电机领域的领先供应商，提供各种定制化的产品解决方案。国内目前进展较快的公司有步科股份、昊志机电等。国内外产品部件核心性能指标存在一定代差，国外技术和先进部件对中国有限制，且最关键的，国内无框力矩电机厂商目前的产品规模相较国外龙头差距较大，国产仍需追赶。
4、人形机器人带动无框力矩电机市场空间测算
由人形机器人拉动的无框力矩电机需求预测将于2027年破百亿，产品未来成长空间巨大。针对未来人形机器人带动的无框力矩电机市场进行测算，主要分三部分的假设来看：
首先是针对人形机器人的总需求进行分析。我们假设至2030年期间，人形机器人产品的主要应用场景为服务业，人们购置人形机器人的根本诉求是要满足与人交互的服务业需求，例如管家机器人、教育机器人、家政机器人等。另一部分的需求则来自于全球人口老龄化加剧导致的劳动力水平下降，一部分人形机器人需要去替代原本由人类任职（难以用工业机器人或协作机器人替代）的生产岗位。我们预计短期内人形机器人的通用性及经济性并不能达到在绝大多数生产制造场合替代工业机器人+协作机器人的效率组合，故在假设期间，仅认为需求来自消费者的服务性需求及对劳动力缺口的补充。对劳动力缺口的补充需求参考《2022世界人口展望》中的预测情况，服务性需求则是参考新能源车产品的逐年增长经验，但相比之会更加迅速。我们预测到2028年全球人形机器人需求将破100万台，2030年全球人形机器人总需求将达到362.16万台；
其次是对于人形机器人产品销售价格的变化预测。参考目前特斯拉Optimus公布的硬件设计情况以及各零部件国产厂商在线销售价格，以及类比特斯拉汽车的降本过程，我们大致得到单台人形机器人BOM成本的估计值。假设组装制造成本是BOM成本的10%，产品上市初期良率仅80%，后续随量产不断攀升并稳定在95%左右的水平。毛利率水平随产品寿命下降至2030年的20%左右。我们预测到2030年单台人形机器人的平均价格将下降至17.02万元/台，以1：7的美元兑人民币汇率估算，约等于2.43万美元/台。
第三是对于无框力矩电机产品的价值量预测。根据步科股份公告信息，目前无框力矩电机的产品单价是几百元至几千元不等，针对不同的功率段和尺寸则价格会有所不同，我们假设平均单价在1000元/支。针对于在人形机器人上的应用，以特斯拉Optimus的设计方案作为参考，其中Optimus全身14个旋转执行器+14个直线执行器，共使用28个定制开发的永磁铁电机，其与无框力矩电机同原理，均属无刷永磁同步电机。由此大致预测2024-2030年期间单台人形机器人产品内无框力矩电机的价值量。
最后，通过假设测算，由人形机器人拉动的无框力矩电机需求预测将于2027年破百亿，达到113.46亿元，2030年人形机器人领域带来的增量将达到428.77亿元；叠加原有市场的稳健增长，无框力矩电机市场总规模将于2030年突破500亿元。
项目可行性研究报告（2023年5月1日新版）编制大纲
第一章概论
1.1项目概况
1.2项目单位概况
1.3编制依据
1.4主要结论和建议
第二章项目建设背景及必要性
2.1项目建设背景
2.2规划政策符合性
2.3建设必要性
第三章项目需求分析与产出方案
3.1需求分析
3.2建设内容和规模
3.3项目产出方案
第四章项目选址与要素保障
4.1项目选址
4.2项目建设条件
4.3要素保障分析
第五章建设方案
5.1工程方案
5.2建设管理方案
第六章项目运营方案
6.1运营模式选择
6.2运营组织方案
6.3安全保障方案
6.4绩效管理方案
第七章环境保护
7.1执行依据
7.2建设期环境影响分析及环保措施
7.3运营期污染防治及处理措施
7.4水土保持措施
7.5特殊环境影响分析
7.6结论
7.7建议
第八章节能分析
8.1编制依据
8.2节能原则
8.3项目能源消耗的种类
8.4节能措施
第九章项目投资估算与资金筹措
9.1投资估算
9.2资金筹措
第十章项目影响效果分析
10.1社会影响分析
10.2不同利益群体对项目的态度与参与程度
11.3生态环境影响分析
11.4资源和能源利用效果分析
11.5碳达峰碳中和分析
第十一章项目风险管控方案
11.1风险识别与评价
11.2风险程度分析
11.3风险管控方案
第十二章社会稳定性风险分析
12.1风险及其评价
12.2风险的综合评价
12.3社会稳定风险防范措施
12.4维护社会稳定工作方案
12.5结论
第十三章研究结论及建议
13.1主要研究结论
13.2问题与建议
