近一段時(shí)間以來(lái)，人形機(jī)器人成為產(chǎn)業(yè)的熱門話題。工業(yè)和信息化部原副部長(zhǎng)、中國(guó)電子學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)徐曉蘭此前表示：“在企業(yè)、政府、應(yīng)用方等各方主體合力作用下，我國(guó)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于‘井噴前夜’?！苯y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，到2030年，全球人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1000億美元，中國(guó)人形機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到300億美元。

人形機(jī)器人的爆火讓作為核心部件的控制電機(jī)跟著受益，尤其是無(wú)框力矩電機(jī)，這種電機(jī)主要應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域，目前國(guó)內(nèi)外廠商都有不錯(cuò)的進(jìn)展。

機(jī)器人里的無(wú)框力矩電機(jī)

無(wú)框力矩電機(jī)(Frameless Torque Motor)是一種無(wú)需外框和軸承的電機(jī)，通常由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。由于其設(shè)計(jì)緊湊，安裝靈活，可以直接集成到設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，最大限度地減少空間占用，提高系統(tǒng)的整體性能。

無(wú)框力矩電機(jī)具備傳統(tǒng)力矩電機(jī)的特性優(yōu)勢(shì)，相較于步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)，力矩電機(jī)具有大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速、平穩(wěn)性強(qiáng)、過載能力強(qiáng)、響應(yīng)快等特點(diǎn)。和有框力矩電機(jī)相比，無(wú)框力矩電機(jī)具有尺寸小、性能更可靠、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，通過將無(wú)框電機(jī)集成到機(jī)器中，可以去除聯(lián)軸器或皮帶等彈性機(jī)器元件，從而提升機(jī)器性能。

在人形機(jī)器人應(yīng)用中，無(wú)框力矩電機(jī)是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的核心零部件之一，其核心性能指標(biāo)在于其輸出的扭矩大小。無(wú)框力矩電機(jī)多極對(duì)數(shù)的特性使得它在中低速運(yùn)行時(shí)能夠提供極高的扭矩，這一優(yōu)勢(shì)使其成為當(dāng)前人形機(jī)器人執(zhí)行器中廣泛采用的電機(jī)類型。另外，無(wú)框力矩電機(jī)可集成到機(jī)器和所需的環(huán)境條件中，讓人形機(jī)器人具有更好的適用性。

目前，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，無(wú)框力矩電機(jī)國(guó)際廠商Kollmorgen、TQ Robodrive等目前技術(shù)較為領(lǐng)先，擁有先進(jìn)的磁路設(shè)計(jì)和制造工藝。相比海外龍頭，國(guó)產(chǎn)無(wú)框力矩電機(jī)輸出扭矩較小，在產(chǎn)品性能方面仍有差距。不過，近一段時(shí)間以來(lái)，國(guó)產(chǎn)無(wú)框力矩電機(jī)也是捷報(bào)頻傳。

無(wú)框力矩電機(jī)的最新進(jìn)展

Kollmorgen作為無(wú)框無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域的先驅(qū)，是全球無(wú)框力矩電機(jī)的領(lǐng)先企業(yè)，目前TBM 2G是該公司正在推出的新的產(chǎn)品系列。TBM2G系列可在極其緊湊的電磁組件中提供高轉(zhuǎn)矩，同時(shí)還可集成先進(jìn)的材料、繞組和靈活性能，該系列的主要優(yōu)勢(shì)包括負(fù)載能力更強(qiáng)、能效更高、移動(dòng)速度更快和運(yùn)動(dòng)控制更平穩(wěn)。在Kollmorgen官網(wǎng)展示了TBM2G系列在醫(yī)療機(jī)器人的應(yīng)用，在該應(yīng)用里，TBM2G經(jīng)過優(yōu)化，可在低電壓應(yīng)用中以相對(duì)較低的速度提供高轉(zhuǎn)矩，且設(shè)計(jì)緊湊且高效，可直接嵌入到機(jī)器中，使用機(jī)器自身的軸承來(lái)支撐轉(zhuǎn)子，十分適用于機(jī)器人應(yīng)用。

其他國(guó)際廠商方面，奧地利AVS Mechatronics GmbH主要提供各種定制化的無(wú)框無(wú)刷電機(jī);Maxon Motor主要設(shè)計(jì)有EC規(guī)格的無(wú)框力矩電機(jī);德國(guó)TQ Robodrive采用模塊化定子和環(huán)氧塑封灌膠技術(shù)生產(chǎn)無(wú)框力矩電機(jī);美國(guó)Aerotech目前主要在推S系列無(wú)框力矩電機(jī)，具有廣泛的扭矩范圍和封裝尺寸。

下面我們看一下國(guó)產(chǎn)廠商的進(jìn)展。步科股份此前表示，該公司無(wú)框力矩電機(jī)產(chǎn)品主要應(yīng)用在協(xié)作機(jī)器人上，對(duì)整體安裝、固定的工藝及設(shè)計(jì)具有較高的要求。目前，該公司的第三代無(wú)框力矩電機(jī)產(chǎn)品可以對(duì)標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先產(chǎn)品。公司在不斷加強(qiáng)機(jī)器人行業(yè)領(lǐng)域的布局，開發(fā)了多系列的動(dòng)力產(chǎn)品，產(chǎn)品規(guī)格、尺寸等覆蓋面全，可以滿足不同客戶的需求。

昊志機(jī)電的諧波減速器、無(wú)框力矩電機(jī)和編碼器等產(chǎn)品可應(yīng)用于人形機(jī)器人，其中該公司的無(wú)框力矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)≤1%，更利于機(jī)器人力矩控制;能夠提供3.5倍過載能力，使得機(jī)器人負(fù)載能力大大加強(qiáng)。

消息面上，江蘇雷利9月份在投資者平臺(tái)表示，該公司在人形機(jī)器人領(lǐng)域儲(chǔ)備空心杯減速電機(jī)、線性傳動(dòng)組件、無(wú)框力矩電機(jī)等產(chǎn)品，正在多家機(jī)器人廠商進(jìn)行送樣和客戶驗(yàn)證。震?？萍荚谕顿Y者互動(dòng)平臺(tái)表示，全資子公司蘇州范斯特與匯川技術(shù)聯(lián)合開發(fā)無(wú)框力矩電機(jī)，應(yīng)用于人形機(jī)器人執(zhí)行器。

結(jié)語(yǔ)

此前，全球首家人形機(jī)器人工廠RoboFab的建立和實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，標(biāo)志著人形機(jī)器人從研發(fā)階段向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化生產(chǎn)邁出了重要一步。在人形機(jī)器人里，無(wú)框力矩電機(jī)是重要的核心元件，其將隨著人形機(jī)器人的爆發(fā)而逐步完成技術(shù)迭代，在機(jī)器人用電機(jī)市場(chǎng)的占比越來(lái)越高。