電子發燒友網報道（文/李彎彎）無框力矩電機是一種將傳統電機的定子和轉子分離設計、去除外殼和軸承的電機形式，具有高集成度、高扭矩密度和靈活安裝的特點，廣泛應用于機器人關節、航空航天、高端數控機床等領域。

無框力矩電機在人形機器人中主要應用于關節驅動，通過高扭矩密度、快速響應、輕量化與高靈活度等特性，成為提升機器人運動性能的核心部件。

無框力矩電機核心優勢及創新設計

具體來看，無框力矩電機在人形機器人中的應用主要有兩種形式：其一，無框力矩電機直接嵌入人形機器人的關節部位，提供高扭矩輸出和精準控制。例如，特斯拉的人形機器人Optimus在每個關節中均使用無框力矩電機，確保復雜任務的高效執行。

其二，無框力矩電機可與諧波減速器、編碼器等部件集成，形成一體化驅動單元，適用于旋轉關節和線性關節的驅動。例如，優必選的人形機器人Walker X在全身關節部位安裝了36個自研的高性能伺服舵機，其中包含無框力矩電機。

對于人形機器人來說，無框力矩電機的優勢很明顯。如高扭矩密度：無框力矩電機通過優化磁路設計，在緊湊結構下實現高扭矩輸出，滿足人形機器人關節對大扭矩的需求；快速響應：電機從獲得指令信號到完成工作狀態的時間極短，適用于需要頻繁啟停、靈敏響應的人形機器人領域；輕量化與高靈活度：無框設計減少了電機的體積和重量，提升了機器人的運動靈活性和續航能力，同時，電機的定制化設計能力使其能夠適應不同尺寸和形態的機器人關節；高精度控制：無框力矩電機具有低轉速、大扭矩、過載能力強、響應快、特性線性度好、力矩波動小等特點，能夠實現微米級定位和高效加工，提升機器人的運動平穩性和精度。

當然，無框力矩電機也存在技術壁壘，主要體現在磁路和工藝設計、制造工藝、定制化生產以及散熱能力方面。為此也出現了很多創新設計思路，如磁路設計優化，通過分布式分數槽設計、碳纖維綁扎技術等創新工藝，無框力矩電機在有限空間內實現更高扭矩輸出和能量轉換效率。例如，德國TQ Robodrive采用20極18槽磁路布局，通過環氧灌封提升散熱效率；美國科爾摩根則以12極39槽設計降低轉矩脈動，確保運行平穩。

如散熱技術突破，針對高功率密度下的溫升問題，行業通過液冷方案、環氧灌封等創新散熱技術實現持續扭矩輸出能力提升30%以上。例如，無框電機采用無外殼設計使熱量直接傳導至宿主結構，配合液冷系統可有效控制溫升，保障電機在高負載和長時間運行下的穩定性，延長使用壽命并降低故障率。

再如制造工藝升級，采用高精度機加工、分瓣繞線設計、多線并繞工藝等技術手段提升制造精度。例如，雷賽智能的FM1系列通過優化繞組槽滿率，使轉矩密度較同行高15%；臥龍電驅的繞組采用多線并繞工藝，減少銅損，效率達90%以上。

還有定制化與集成化，支持模塊化設計和異形定制（如中空軸設計），可適配不同關節尺寸需求。例如，特斯拉Optimus采用28個定制化無框電機驅動關節，單機價值占比約15.4%；步科股份提供外徑覆蓋52mm~132mm的10種框架尺寸，適配多場景需求。同時，電機與驅動器、編碼器的一體化設計減少了信號干擾，提升了系統集成度。

全球無框力矩電機主要品牌及技術對比

從全球市場格局方面來看，無框力矩電機長期以來主要依賴國外廠商供應，不過近年來國產化進程正在積極推進。從全球范圍來看，無框力矩電機市場主要的廠商有包括科爾摩根、TQ-RoboDrive、Aerctech、Parher、Allied Motion、TECNOTIO、Parker等。國內力矩電機廠商主要包括步科股份、昊志機電、雷賽智能、臥龍電驅等。

科爾摩根是全球最早研發出無框電機的企業。科爾摩根產品品類齊全，性能遠超對手，其輕重量、高扭矩的特性更符合人形機器人的需求。例如TBM2G系列無框伺服電機，使用先進的繞組和材料消除了低速性能佳、高速性能受限的限制，可在整個速度范圍內提供業界領先的功率、轉矩和效率。該系列電機的尺寸與常用的諧波減速機高度適配，無需進行大規模定制，可根據機器人的預期用途，為每個機器人的每個關節實現尺寸/重量和扭矩的理想平衡。

Aerotech是美國一家在精密運動控制和自動化領域具有領導地位的企業，專注于設計和制造高性能的運動控制產品。其S系列電機采用無槽定子設計和高極數轉子，提供零齒槽效應，從而實現卓越的速度穩定性。疊片不含槽，消除了產生速度擾動的扭矩波動和齒槽扭矩，非常適合直接驅動應用。S系列無槽電機涵蓋廣泛的扭矩和封裝尺寸，連續扭矩范圍從0.20 N·m到29.09 N·m，峰值扭矩范圍從0.82 N·m到116.37 N·m。

步科股份是國內無框力矩電機龍頭廠商，公司的自動化設備控制核心部件主要包括工業人機界面、伺服系統、步進系統、可編程邏輯控制器、變頻器等。2022年新推出的第三代無框力矩電機首創無框灌封工藝，提供型號完備的低壓力矩電機解決方案，專為需求體積小、質量輕、慣量低、結構緊湊、功率高的應用場合而設計。2023年出貨量約1.4萬臺，第三代無框電機對標國際領先產品，在高端人形機器人領域廣泛應用。

昊志機電自2006年成立以來，以主軸產品為基礎，逐步向轉臺、直線電機、機器人減速器等數控機床和工業機器人其他核心功能部件拓展。相關產品包括無框力矩電機、精密交流伺服電機、低壓無刷伺服電機、防爆直流伺服電機、空心軸伺服電機等。

雷賽智能是運動控制領域國內領軍企業，公司空心杯電機、FM1高密度無框電機系列產品，可應用于協作機器人、人形機器人領域。最新發布的FM1無框電機和微型驅動器主要針對人形機器人和協作機器人的關節部分，正在進入試產試銷階段。產品針對協作和人形機器人等行業的應用場景和用戶痛點進行研發設計，提供25/38/50/60/70/85/115mm等七個標準的框架尺寸，還可以根據客戶需求進行電機尺寸和電氣參數的優化定制。同時，轉矩密度比一般同行高出15%，功率密度比一般同行高出20%，最小電機重量為50g，25mm極小尺寸。

臥龍電驅作為工業電機領域的龍頭企業，積極布局人形機器人核心零部件賽道，已成功開發高爆發關節模組、伺服驅動器、無框力矩電機等關鍵組部件。其中，無框力矩電機等核心產品深度依賴稀土永磁體材料，通過釹鐵硼磁體產生的強磁場驅動運行。公司依托深厚的技術積累，創新采用優化磁路設計方案，并引入第三代釹鐵硼高性能永磁材料，成功實現關節模組扭矩密度突破102.85 Nm/kg，顯著提升了產品性能與市場競爭力。

寫在最后

隨著人形機器人市場的快速發展，無框力矩電機的需求量級顯著提升。預計到2030年，全球人形機器人用無框力矩電機市場規模將達到23.97億美元，疊加傳統領域市場空間的平穩增長，總市場規模將達到33億美元。當然在技術上無框力矩電機仍需持續創新，來滿足人形機器人關節對高扭矩的需求，提升其續航能力，提升機器人運動的平穩性和精度，滿足人形機器人對高精度動作控制的需求等。