无框力矩电机在人形机器人领域的应用及国产化进展

电子发烧友网 2025-09-25 07:00
电子发烧友网综合报道,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核心部件,但不含轴、轴承、外壳及端盖。无框力矩电机归类于控制电机,主要应用于控制系统中,作为调控转速、位置等参数的执行机构,可视为极对数较多的无刷永磁直驱伺服电机。

无框力矩电机由定子与转子组成,因去除了传统电机的外壳、轴承等部件,具备体积小、扭矩大、响应快、可深度嵌入等特点,与人体形机器人对轻量化、紧凑化及高动态响应的需求高度契合。目前,其已广泛应用于人形机器人的旋转关节与线性关节,例如特斯拉 Optimus 的 28 个关节,均采用高功率密度无框力矩电机。此外,该电机的低速高扭矩输出特性,还能进一步提升机器人运动的灵活性与精度。

根据中邮证券的预测数据:到 2027 年,人形机器人用无框力矩电机的市场规模将超百亿元;2028 年,全球人形机器人需求将突破 100 万台,2030 年全球人形机器人总需求超 360 万台;同时,预计 2030 年单台人形机器人的平均价格将降至 17.02 万元 / 台。具体到无框力矩电机需求,由人形机器人拉动的需求规模将于 2027 年突破百亿元,达 113.46 亿元,2030 年人形机器人领域为该电机带来的增量将增至 428.77 亿元;叠加原有市场的稳健增长,2030 年无框力矩电机市场总规模将突破 500 亿元。

当前,国内已有步科股份、雷赛智能、昊志机电、禾川科技、汇川技术、伟创电气、鼎智科技、江苏雷利、微光股份等企业布局无框力矩电机领域,并在产品性能、集成度、定制化服务等方面取得显著进展。其中,步科股份的第三代无框电机首创灌封工艺,使铜损降低 20%,扭矩密度可与国际品牌比肩;其 2025 年推出的第四代 FMK 系列无框力矩电机,不仅优化了定子焊接工艺以提高定子圆度,还对电机进行大裂比、大中空拓展,更适配人形机器人的应用场景,同时完善了产品的尺寸覆盖范围。截至目前,步科股份的无框电机已为超 1.4 万台协作机器人供货,2024 年该类电机销量达 2.4 万台,同比增长约 70%。

禾川科技的 Hu-MDB 系列无框力矩电机,框架尺寸覆盖 φ14–160mm,支持 6 倍过载能力,且凭借独特的裂比设计实现关节模组中空走线,已为宇树 H1 等国产人形机器人提供可靠动力支持。

昊志机电研发的无磁槽力矩电机,将铁损降低 30%,有效延长了机器人的续航时间;同时,公司还布局 “关节模组全栈技术”,产品体系涵盖谐波减速器、编码器、六维力传感器等关键部件。

不过,尽管国内无框力矩电机的国产化进展显著,但在转矩密度、最高转速、制造工艺、产品一致性等核心指标上,仍落后于国际先进水平,这也导致整机成本偏高。此外,虽然国产产品在基础性能上已接近国际水平,且实现了一定规模的商业应用,但在高端性能、精密制造工艺及长期稳定性方面,仍有较大提升空间。未来,随着人形机器人产业化进程的加速推进,国产无框力矩电机有望迎来更大规模的应用场景拓展与技术突破。

无框力矩电机在人形机器人领域的应用及国产化进展图1

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