一、技術(shù)原理與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

無框力矩電機(jī)（Frameless Torque Motor）摒棄了傳統(tǒng)電機(jī)的外殼、軸承等部件，僅保留核心的轉(zhuǎn)子（永磁體組件）與定子（銅繞組與鋼片），通過直接嵌入機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。其設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括：

高功率密度：無框結(jié)構(gòu)減少冗余部件，體積縮小30%-50%，扭矩密度提升15%-20%。

低慣量響應(yīng)：轉(zhuǎn)子慣量低，響應(yīng)時(shí)間短，可支持機(jī)器人關(guān)節(jié)的瞬時(shí)爆發(fā)力需求（如彈跳、快跑）。

定制化兼容性：支持模塊化設(shè)計(jì)，適配不同關(guān)節(jié)尺寸（如特斯拉Optimus采用28個(gè)無框電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)）。

技術(shù)難點(diǎn)集中于磁路優(yōu)化與散熱設(shè)計(jì)。例如，德國TQ Robodrive采用20極18槽磁路布局，通過環(huán)氧灌封提升散熱效率；美國科爾摩根則以12極39槽設(shè)計(jì)降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，確保運(yùn)行平穩(wěn)。

二、應(yīng)用場(chǎng)景：從工業(yè)到仿生的全面滲透

無框力矩電機(jī)的核心應(yīng)用場(chǎng)景已從傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人擴(kuò)展至人形機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備等高精度領(lǐng)域：

人形機(jī)器人關(guān)節(jié)：

特斯拉Optimus的28個(gè)關(guān)節(jié)中，無框電機(jī)承擔(dān)旋轉(zhuǎn)與直線驅(qū)動(dòng)，單機(jī)價(jià)值占比約15.4%。

臥龍電驅(qū)的關(guān)節(jié)模組結(jié)合AI技術(shù)，可模擬人體運(yùn)動(dòng)特性，適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境下的巡檢、救援任務(wù)。

協(xié)作機(jī)器人：每臺(tái)協(xié)作機(jī)器人需6-7個(gè)無框電機(jī)，其緊湊設(shè)計(jì)（最小直徑25mm）支持高靈活度操作。

醫(yī)療與精密制造：

外科手術(shù)機(jī)器人中，電機(jī)精度可達(dá)微米級(jí)，支持微創(chuàng)操作；

機(jī)床領(lǐng)域，直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)消除機(jī)械傳動(dòng)誤差，提升加工重復(fù)性。

三、制造工藝：精密加工與國產(chǎn)化突破

無框力矩電機(jī)的制造涉及高精度機(jī)加工與電磁設(shè)計(jì)，核心環(huán)節(jié)包括：

材料與設(shè)備：

繞線與灌封工藝：

步科股份的第三代產(chǎn)品采用分瓣繞線設(shè)計(jì)與無框灌封技術(shù)，提升散熱效率與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；

雷賽智能的FM1系列通過優(yōu)化繞組槽滿率，轉(zhuǎn)矩密度較同行高15%。

國產(chǎn)化進(jìn)展：

步科股份占據(jù)國內(nèi)近50%市場(chǎng)份額，產(chǎn)品外徑覆蓋52mm-132mm，適配多場(chǎng)景需求；

雷賽智能推出25mm微型電機(jī)，2024年進(jìn)入試產(chǎn)階段，目標(biāo)客戶包括多家人形機(jī)器人企業(yè)。

四、競(jìng)爭(zhēng)格局：外資主導(dǎo)下的國產(chǎn)替代機(jī)遇

外資品牌：科爾摩根（美）、TQ Robodrive（德）等占據(jù)高端市場(chǎng)，技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于磁路仿真與工藝穩(wěn)定性。

國內(nèi)廠商：

步科股份：第三代產(chǎn)品性能對(duì)標(biāo)國際，第四代研發(fā)聚焦輕量化與成本優(yōu)化。

雷賽智能：微型驅(qū)動(dòng)器與人形關(guān)節(jié)模組進(jìn)入試銷，2024年產(chǎn)能規(guī)劃明確。

臥龍電驅(qū)：聯(lián)合AI技術(shù)開發(fā)仿生關(guān)節(jié)系統(tǒng)，拓展電力、醫(yī)療等垂直場(chǎng)景。

市場(chǎng)前景：2025年全球人形機(jī)器人用無框電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)60億元，2030年或突破280億元，國產(chǎn)替代率有望從30%提升至50%。

五、挑戰(zhàn)與未來趨勢(shì)

技術(shù)瓶頸：

高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)矩密度與可靠性仍落后外資品牌；

溫升控制與定制化需求增加工藝復(fù)雜度。

創(chuàng)新方向：

雙定子設(shè)計(jì)：如某專利方案通過內(nèi)外定子布局提升抗沖擊性，適配工業(yè)機(jī)器人高載荷需求

智能化集成：驅(qū)動(dòng)器、編碼器與電機(jī)一體化設(shè)計(jì)，減少信號(hào)干擾（如昊志機(jī)電的關(guān)節(jié)模組）

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同：上游磁材企業(yè)與下游機(jī)器人廠商聯(lián)合開發(fā)定制方案，加速場(chǎng)景落地

六，伺服一體輪：無框力矩電機(jī)的性能躍遷

我們的伺服一體輪作為無框力矩電機(jī)的集成化載體，將電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、編碼器與輪體深度融合，打造出“動(dòng)力-控制-執(zhí)行”三位一體的緊湊單元。其核心優(yōu)勢(shì)在于極致的空間利用率與爆發(fā)式動(dòng)態(tài)響應(yīng)——以80mm外徑的典型設(shè)計(jì)為例，可輸出150N·m峰值扭矩，承載100kg動(dòng)態(tài)負(fù)載，卻能省去傳統(tǒng)減速器與傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，使AGV底盤或人形機(jī)器人關(guān)節(jié)的布局自由度提升40%以上。

無框力矩電機(jī)的低慣量特性讓輪體響應(yīng)時(shí)間壓縮至2ms級(jí)別，無論是倉儲(chǔ)機(jī)器人0.5米窄道內(nèi)的±0.1mm精準(zhǔn)停泊，還是人形機(jī)器人踝關(guān)節(jié)觸地時(shí)的瞬時(shí)反向驅(qū)動(dòng)，均可實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)力控交互。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)一步消除機(jī)械傳動(dòng)損耗，在同等負(fù)載下能耗降低15%-20%，配合IP65防護(hù)等級(jí)的一體化封裝，即便在粉塵、油污或高頻震動(dòng)的工業(yè)場(chǎng)景中，仍能保障超20000小時(shí)無故障運(yùn)行。

更關(guān)鍵的是，這類設(shè)計(jì)通過內(nèi)置總線協(xié)議（如EtherCAT）支持多輪協(xié)同與力位混合控制。例如在爬坡越障時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)分配各輪扭矩，模擬生物肌群的協(xié)同發(fā)力；而在手術(shù)機(jī)器人等高敏場(chǎng)景中，其微米級(jí)定位精度與柔性輸出特性，甚至能還原人類手指的操作觸感。這種“硬件即算法載體”的特性，正重新定義機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的邊界。

結(jié)語

無框力矩電機(jī)作為人形機(jī)器人的“肌肉系統(tǒng)”，其技術(shù)突破與制造升級(jí)直接關(guān)乎機(jī)器人性能天花板。盡管國產(chǎn)企業(yè)在工藝積累與高端市場(chǎng)仍存差距，但通過差異化創(chuàng)新（如微型化、高性價(jià)比）與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，正逐步打破外資壟斷。未來，隨著AI驅(qū)動(dòng)的人形機(jī)器人量產(chǎn)浪潮，這一賽道或?qū)⒂瓉怼氨l(fā)式增長(zhǎng)周期”。