本文來自微信公眾號“電子發(fā)燒友網(wǎng)”，【作者】吳子鵬。
電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）近一段時間以來，人形機器人成為產(chǎn)業(yè)的熱門話題。工業(yè)和信息化部原副部長、中國電子學(xué)會理事長徐曉蘭此前表示：“在企業(yè)、政府、應(yīng)用方等各方主體合力作用下，我國人形機器人產(chǎn)業(yè)正處于‘井噴前夜’。”統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，到2030年，全球人形機器人市場規(guī)模將達到1000億美元，中國人形機器人市場規(guī)模將達到300億美元。
人形機器人的爆火讓作為核心部件的控制電機跟著受益，尤其是無框力矩電機，這種電機主要應(yīng)用于機器人領(lǐng)域，目前國內(nèi)外廠商都有不錯的進展。
機器人里的無框力矩電機
無框力矩電機（Frameless Torque Motor）是一種無需外框和軸承的電機，通常由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。由于其設(shè)計緊湊，安裝靈活，可以直接集成到設(shè)備的機械結(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。
無框力矩電機具備傳統(tǒng)力矩電機的特性優(yōu)勢，相較于步進電機與伺服電機，力矩電機具有大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速、平穩(wěn)性強、過載能力強、響應(yīng)快等特點。和有框力矩電機相比，無框力矩電機具有尺寸小、性能更可靠、環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)勢。在實際應(yīng)用中，通過將無框電機集成到機器中，可以去除聯(lián)軸器或皮帶等彈性機器元件，從而提升機器性能。
在人形機器人應(yīng)用中，無框力矩電機是旋轉(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。無框力矩電機多極對數(shù)的特性使得它在中低速運行時能夠提供極高的扭矩，這一優(yōu)勢使其成為當(dāng)前人形機器人執(zhí)行器中廣泛采用的電機類型。另外，無框力矩電機可集成到機器和所需的環(huán)境條件中，讓人形機器人具有更好的適用性。
目前，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，無框力矩電機國際廠商Kollmorgen、TQ Robodrive等目前技術(shù)較為領(lǐng)先，擁有先進的磁路設(shè)計和制造工藝。相比海外龍頭，國產(chǎn)無框力矩電機輸出扭矩較小，在產(chǎn)品性能方面仍有差距。不過，近一段時間以來，國產(chǎn)無框力矩電機也是捷報頻傳。
無框力矩電機的最新進展
Kollmorgen作為無框無刷電機設(shè)計和制造領(lǐng)域的先驅(qū)，是全球無框力矩電機的領(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，同時還可集成先進的材料、繞組和靈活性能，該系列的主要優(yōu)勢包括負載能力更強、能效更高、移動速度更快和運動控制更平穩(wěn)。在Kollmorgen官網(wǎng)展示了TBM2G系列在醫(yī)療機器人的應(yīng)用，在該應(yīng)用里，TBM2G經(jīng)過優(yōu)化，可在低電壓應(yīng)用中以相對較低的速度提供高轉(zhuǎn)矩，且設(shè)計緊湊且高效，可直接嵌入到機器中，使用機器自身的軸承來支撐轉(zhuǎn)子，十分適用于機器人應(yīng)用。
其他國際廠商方面，奧地利AVS Mechatronics GmbH主要提供各種定制化的無框無刷電機；Maxon Motor主要設(shè)計有EC規(guī)格的無框力矩電機；德國TQ Robodrive采用模塊化定子和環(huán)氧塑封灌膠技術(shù)生產(chǎn)無框力矩電機；美國Aerotech目前主要在推S系列無框力矩電機，具有廣泛的扭矩范圍和封裝尺寸。
下面我們看一下國產(chǎn)廠商的進展。步科股份此前表示，該公司無框力矩電機產(chǎn)品主要應(yīng)用在協(xié)作機器人上，對整體安裝、固定的工藝及設(shè)計具有較高的要求。目前，該公司的第三代無框力矩電機產(chǎn)品可以對標(biāo)國際領(lǐng)先產(chǎn)品。公司在不斷加強機器人行業(yè)領(lǐng)域的布局，開發(fā)了多系列的動力產(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。
昊志機電的諧波減速器、無框力矩電機和編碼器等產(chǎn)品可應(yīng)用于人形機器人，其中該公司的無框力矩電機轉(zhuǎn)矩波動≤1%，更利于機器人力矩控制；能夠提供3.5倍過載能力，使得機器人負載能力大大加強。
消息面上，江蘇雷利9月份在投資者平臺表示，該公司在人形機器人領(lǐng)域儲備空心杯減速電機、線性傳動組件、無框力矩電機等產(chǎn)品，正在多家機器人廠商進行送樣和客戶驗證。震裕科技在投資者互動平臺表示，全資子公司蘇州范斯特與匯川技術(shù)聯(lián)合開發(fā)無框力矩電機，應(yīng)用于人形機器人執(zhí)行器。
結(jié)語
此前，全球首家人形機器人工廠RoboFab的建立和實現(xiàn)量產(chǎn)，標(biāo)志著人形機器人從研發(fā)階段向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)邁出了重要一步。在人形機器人里，無框力矩電機是重要的核心元件，其將隨著人形機器人的爆發(fā)而逐步完成技術(shù)迭代，在機器人用電機市場的占比越來越高。
