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文章來源于運(yùn)控CMCIA，作者運(yùn)控編輯部。智能裝備觀察授權(quán)轉(zhuǎn)載。

無框力矩電機(jī)，是一種以輸出扭矩為衡量指標(biāo)的無框架式永磁電機(jī)。無框力矩電機(jī)的基本操作與傳統(tǒng)永磁電機(jī)一樣：由驅(qū)動(dòng)器供電，驅(qū)動(dòng)器控制 U/V/ 三相電形成電磁場，永磁體的轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。無框力矩電機(jī)不同于傳統(tǒng)的永磁電機(jī)，其沒有機(jī)殼，只有轉(zhuǎn)子和定子2個(gè)部件。

以科爾摩根無框力矩電機(jī)為例，其典型構(gòu)造：(1)內(nèi)圈采用SS400系列(抗拉強(qiáng)度為 400MPa的普通結(jié)構(gòu)鋼)；(2)環(huán)形磁鐵采用 NdFeB，涂層采用環(huán)氧樹脂；(3)集成電路 PCB 板；(4)線圍材料銅、涂層是清漆；(5)絕緣材料是合成樹脂；(6)電源線；(7)疊片選用電工鋼；(8)可選過熱保護(hù)裝置(PT1000 鉑熱電阻、PTC熱敏電阻)；(9)可選霍爾傳感器。

無框力矩電機(jī)非常適配于機(jī)器人關(guān)節(jié)。無框力矩電機(jī)的出現(xiàn)，讓機(jī)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不再受制于電機(jī)殼體的束縛；可以利用機(jī)器的自身軸承支撐轉(zhuǎn)子，將電機(jī)無縫內(nèi)置于機(jī)器設(shè)計(jì)中。無框力矩電機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、量低、結(jié)構(gòu)緊湊、功率高、適配性強(qiáng)等特點(diǎn)，在機(jī)器人關(guān)節(jié)、醫(yī)療機(jī)器人、傳感器萬向軸、無人機(jī)推進(jìn)和制導(dǎo)系統(tǒng)以及其他應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

Tesla 人形機(jī)器人旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和線性執(zhí)行器各14個(gè)，共28個(gè)，無框力矩電機(jī)也共 28 個(gè)。國產(chǎn)人形機(jī)器人如宇樹 H1、遠(yuǎn)征 A1、小米 Cyberone、優(yōu)必選 X1、傅里葉 GR-1，關(guān)節(jié)單元也都使用無框力矩電機(jī)，最大扭矩為360Nm。宇樹、智元、小米機(jī)器人均自研關(guān)節(jié)電機(jī)，能夠更好適配各自廠商的機(jī)器人產(chǎn)品。

2022 年力矩電機(jī)、無框電機(jī)全球市場規(guī)模均超 40 億元人民幣。根據(jù) technavio的數(shù)據(jù)，2022 年全球力矩電機(jī)銷售規(guī)模為 6.14億美元，折合人民幣約43.98 億元(以美元/人民幣=7.16的匯率進(jìn)行折算，下同)。根據(jù)technavio 預(yù)測(cè)，2027年全球力矩電機(jī)銷售規(guī)模達(dá) 9.03億美元，2022-2027年CAGR為8%。

根據(jù)QY Research 的數(shù)據(jù)，2022年，全球無框電機(jī)銷售規(guī)模為 6.70 億美元，根據(jù)QYResearch 預(yù)測(cè)，2029 年全球無框電機(jī)銷售規(guī)模達(dá) 11.67億美元，2022-2029年 CAGR 為 8%6。如果考慮人形機(jī)器人放量，以上增速均有望進(jìn)一步提升。

從競爭格局來看，海外企業(yè)仍處于領(lǐng)先地位。從事無框力矩電機(jī)行業(yè)的主要制造商包括科爾摩根(美國)、威騰斯坦(德國)、尼得科(日本)、派克漢尼汾(美國)等。國內(nèi)企業(yè)中，步科股份、禾川科技、吳志機(jī)電等較早地組建機(jī)器人部門，并推出相關(guān)產(chǎn)品，具有一定的產(chǎn)品力。

步科股份

自2015年步科開發(fā)無框力矩電機(jī)以來，從第一代產(chǎn)品上市迄今，已經(jīng)發(fā)展了七八年的時(shí)間，已為國內(nèi)多數(shù)協(xié)作機(jī)器人品牌配套無框電機(jī)。

第三代無框力矩電機(jī)突破了“減重”“首創(chuàng)灌封工藝”等技術(shù)，相較于二代產(chǎn)品來說，主要提升了 20%的力矩，減重達(dá)到 30%，性能直接與國際品牌對(duì)標(biāo)，在磁路和工藝設(shè)計(jì)方面有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2023 年公司無框力矩電機(jī)產(chǎn)品銷售接近翻倍增長，銷售數(shù)量超1.4萬臺(tái)，主要應(yīng)用于協(xié)作及仿生機(jī)器人領(lǐng)域，公司也在不斷挖掘在醫(yī)療器械、半導(dǎo)體設(shè)備、新能源等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

在技術(shù)平臺(tái)方面，步科自主研發(fā)設(shè)計(jì)無框力矩電機(jī)產(chǎn)品，超高功率密度；為各類手臂型機(jī)器人實(shí)現(xiàn)輕量化、高功率輸出、低溫升等定制化解決方案。

從創(chuàng)新價(jià)值來看，銅損下降率最高可達(dá)20%；同力矩密度(扭矩重量比)下?lián)Q算，實(shí)現(xiàn)明顯減重(約30%減輕)；定子外徑52mm到132mm，9種尺寸全面覆蓋，12種動(dòng)力規(guī)格全覆蓋，11/14/17/20/25/32/40等規(guī)格諧波。

禾川科技

歷經(jīng)7年的研發(fā)歷程與電磁技術(shù)沉淀，以高轉(zhuǎn)矩密度、小體積、輕最化為核心設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)標(biāo)行業(yè)一線標(biāo)桿產(chǎn)品性能指標(biāo)，禾川科技秉承卓越性能為目標(biāo)繼X系列伺服電機(jī)再重磅加碼推出了第三代Hu-MDB系列無框力矩電機(jī)。Hu-MDB系列無框力矩電機(jī)提供了φ14mm~φ160mm多種框架尺寸，且每種尺寸對(duì)應(yīng)有3種疊厚，額定扭矩值覆蓋0.012N.m~12N.m。

同時(shí)，無框力矩電機(jī)產(chǎn)品可滿足更多應(yīng)用場景更多柔性化的發(fā)展趨勢(shì)，如協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)集成，可匹配市場20kg范圍內(nèi)協(xié)作機(jī)器人用動(dòng)力核心模組。電機(jī)裂比大，可支持模組內(nèi)部大中空設(shè)計(jì)布局。

事實(shí)上，早在2023年上半年，禾川科技成立了人形機(jī)器人事業(yè)部，并積極與業(yè)內(nèi)上下游廠商進(jìn)行合作交流。禾川科技董事長王項(xiàng)彬在接受采訪時(shí)曾表示：“禾川機(jī)器人在做本體里面的組件，以后將是一個(gè)海洋市場。禾川科技在人形機(jī)器人方面布局的產(chǎn)品主要包括驅(qū)動(dòng)器、無框力矩電機(jī)、空心杯電機(jī)、編碼器、位置傳感器等。”

據(jù)了解，禾川科技的人形機(jī)器人業(yè)務(wù)正在穩(wěn)步推進(jìn)中。目前，公司已經(jīng)與國內(nèi)頭部人形機(jī)器人本體廠商建立了合作關(guān)系，并專注于線性組件、關(guān)節(jié)組件以及差異化靈巧手的研發(fā)。在靈巧手方面，我們已經(jīng)成功開發(fā)出具有差異化特點(diǎn)的樣品，并得到了部分客戶的認(rèn)可與采用。

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昊志機(jī)電

昊志機(jī)電在近期接受投資者關(guān)系溝通時(shí)表示，機(jī)器人子公司成立事宜正在有序推進(jìn)中，主要負(fù)責(zé)機(jī)器人核心功能部件(包括但不限于諧波減速器、無框力鉅電機(jī)、剎車機(jī)構(gòu)、編碼器、電磁快換模塊、六維度力鉅傳感器、控制系統(tǒng)、關(guān)節(jié)模組、末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(氣動(dòng)手指、快換模塊)以及 RV 減速器等機(jī)器人領(lǐng)域功能部件)研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等。

公司現(xiàn)有的產(chǎn)品包括諧波減速器、無框力矩電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、編碼器、力矩傳感器等可應(yīng)用于人形機(jī)器人，但尚未應(yīng)用于人型機(jī)器人領(lǐng)域，也沒有簽署相關(guān)協(xié)議。

昊志機(jī)電早在2014年便進(jìn)入智能機(jī)器人核心零部件領(lǐng)域，通過自主研發(fā)攻克了智能機(jī)器人中“高性能諧波減速器”“高精度編碼器”“一體化關(guān)節(jié)模組”“六維力傳感器”“控制系統(tǒng)”“驅(qū)動(dòng)器”等一系列核心功能部件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了智能機(jī)器人核心功能部件的全國產(chǎn)化。

據(jù)了解，昊志機(jī)電的無框力矩電機(jī)也是極少數(shù)能達(dá)到6倍過載能力的產(chǎn)品。同時(shí)，結(jié)合人形機(jī)器人在充電上的應(yīng)用痛點(diǎn)，昊志機(jī)電研發(fā)出一款無磁槽力矩電機(jī)，該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目的就是為了減少電機(jī)的鐵損，提升電機(jī)的效率，以便于使機(jī)器人的充放電的時(shí)間間隔更長。（End）

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