無框力矩電機，是一種以輸出扭矩為衡量指標的無框架式永磁電機。無框力矩電機的基本操作與傳統(tǒng)永磁電機一樣：由驅(qū)動器供電，驅(qū)動器控制 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。

無框力矩電機不同于傳統(tǒng)的永磁電機，其沒有機殼，只有轉(zhuǎn)子和定子2個部件。以科爾摩根無框力矩電機為例，其典型構(gòu)造：(1)內(nèi)圈采用SS400系列(抗拉強度為 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。

無框力矩電機非常適配于機器人關(guān)節(jié)。無框力矩電機的出現(xiàn)，讓機器結(jié)構(gòu)設(shè)計不再受制于電機殼體的束縛；可以利用機器的自身軸承支撐轉(zhuǎn)子，將電機無縫內(nèi)置于機器設(shè)計中。無框力矩電機具有體積小、質(zhì)量輕、量低、結(jié)構(gòu)緊湊、功率高、適配性強等特點，在機器人關(guān)節(jié)、醫(yī)療機器人、傳感器萬向軸、無人機推進和制導(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 人形機器人旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器和線性執(zhí)行器各14個，共28個，無框力矩電機也共 28 個。國產(chǎn)人形機器人如宇樹 H1、遠征 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，最大扭矩為360Nm。宇樹、智元、小米機器人均自研關(guān)節(jié)電機，能夠更好適配各自廠商的機器人產(chǎn)品。

2022 年力矩電機、無框電機全球市場規(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的匯率進行折算，下同)。根據(jù)technavio 預(yù)測，2027年全球力矩電機銷售規(guī)模達 9.03億美元，2022-2027年CAGR為8%。

根據(jù)QY Research 的數(shù)據(jù)，2022年，全球無框電機銷售規(guī)模為 6.70 億美元，根據(jù)QYResearch 預(yù)測，2029 年全球無框電機銷售規(guī)模達 11.67億美元，2022-2029年 CAGR 為 8%6。如果考慮人形機器人放量，以上增速均有望進一步提升。

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、吳志機電等較早地組建機器人部門，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)展了七八年的時間，已為國內(nèi)多數(shù)協(xié)作機器人品牌配套無框電機。第三代無框力矩電機突破了“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，減重達到 30%，性能直接與國際品牌對標，在磁路和工藝設(shè)計方面有一定的技術(shù)優(yōu)勢。2023 年公司無框力矩電機產(chǎn)品銷售接近翻倍增長，銷售數(shù)量超1.4萬臺，主要應(yīng)用于協(xié)作及仿生機器人領(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)平臺方面，步科自主研發(fā)設(shè)計無框力矩電機產(chǎn)品，超高功率密度;為各類手臂型機器人實現(xiàn)輕量化、高功率輸出、低溫升等定制化解決方案。

從創(chuàng)新價值來看，銅損下降率最高可達20%;同力矩密度(扭矩重量比)下?lián)Q算，實現(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)計目標，對標行業(yè)一線標桿產(chǎn)品性能指標，禾川科技秉承卓越性能為目標繼X系列伺服電機再重磅加碼推出了第三代Hu-MDB系列無框力矩電機。Hu-MDB系列無框力矩電機提供了φ14mm~φ160mm多種框架尺寸，且每種尺寸對應(yīng)有3種疊厚，額定扭矩值覆蓋0.012N.m~12N.m。

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

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

據(jù)了解，禾川科技的人形機器人業(yè)務(wù)正在穩(wěn)步推進中。目前，公司已經(jīng)與國內(nèi)頭部人形機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)出具有差異化特點的樣品，并得到了部分客戶的認可與采用。

昊志機電

昊志機電在近期接受投資者關(guān)系溝通時表示，機器人子公司成立事宜正在有序推進中，主要負責機器人核心功能部件(包括但不限于諧波減速器、無框力鉅電機、剎車機構(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)行機構(gòu)(氣動手指、快換模塊)以及 RV 減速器等機器人領(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、驅(qū)動器、編碼器、力矩傳感器等可應(yīng)用于人形機器人，但尚未應(yīng)用于人型機器人領(lǐng)域，也沒有簽署相關(guān)協(xié)議。

昊志機電早在2014年便進入智能機器人核心零部件領(lǐng)域，通過自主研發(fā)攻克了智能機器人中“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)動器”等一系列核心功能部件技術(shù)，實現(xiàn)了智能機器人核心功能部件的全國產(chǎn)化。

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