无框力矩电机：人形机器人关节的“肌肉”革命
发布时间：
2025-06-14
在追求极致运动性能的人形机器人领域，传统有框伺服电机正逐渐让位于一种更先进、更集成的驱动方案——无框力矩电机（Frameless Torque Motor）。它并非传统意义上的完整电机，而是剥离了外壳、轴承和端盖，仅保留电磁核心（转子永磁体+定子绕组）的“裸机”。这种革命性设计，使其能像肌肉纤维一样，直接嵌入到机器人的“骨骼”（关节结构）内部，与减速器、编码器等深度耦合，成为驱动灵活运动的原生动力。
核心优势：为何它是关节的理想之选？
无框力矩电机的价值，源于其独特设计带来的多重突破：
空间与重量的颠覆者： 舍弃冗余外壳，体积锐减30%+，重量显著降低，是突破人形机器人手指、手腕等狭小关节空间限制的关键。中空贯通设计巧妙解决了内部线束、冷却管路的穿行难题，提升集成度与可靠性。
力量密度的王者： 单位体积或重量输出的扭矩（转矩密度）远超传统电机，顶尖产品轻松突破45Nm/kg，甚至挑战70Nm/kg+。这使其能在低转速下爆发巨大扭矩，完美驱动关节克服杠杆效应和负载惯性。
敏捷响应的引擎： 极低的转子转动惯量是其灵魂，带来毫秒级的瞬时响应能力。这赋予了机器人超凡的动态性能：快速奔跑中的平衡调整、摔倒瞬间的紧急保护、灵巧手对物体的精准抓握与操作，都依赖于此。
高效散热的秘密： 定子绕组通过精密接触面（常辅以导热介质）直接“焊接”在关节金属外壳上。热量通过外壳的散热鳍片或内置液冷通道高效导出，保障了长时间、高负载工作的稳定性和寿命。
集成与精度的基石： 天生为集成而生，无缝适配谐波减速器（旋转运动）、行星滚柱丝杠（直线运动）以及17bit+高分辨率编码器。这种模块化组合（如特斯拉Optimus的执行器）实现了关节的即插即用。系统整体定位精度可达±0.01°，足以驾驭手术机器人、精密工业装配等严苛场景。
市场爆发：站在人形浪潮之巅
无框力矩电机正迎来前所未有的增长机遇，核心驱动力清晰：
人形机器人产业化浪潮： 这是最大的催化剂。一台功能完善的人形机器人（如Optimus、Figure 01）需要40个以上的高性能关节执行器（旋转+线性）。随着头部玩家在2025年后加速量产，需求将呈指数级增长。保守估计，仅此领域，到2030年全球市场规模有望突破400亿元人民币。
高端制造升级需求： 协作机器人追求安全、紧凑、力控，是其重要应用场景。高端数控机床、半导体制造设备（光刻机工件台、晶圆搬运）、精密医疗设备（手术机器人）对高精度、高可靠性、长寿命电机的渴求持续升温，构成稳定的百亿级市场基本盘。
国产供应链加速崛起： 科尔摩根、AMK等国际巨头虽在超高端领域（医疗、航天）占据优势，但高昂价格和供应链风险促使下游寻求替代。步科股份、禾川科技、昊志机电等国内领军企业技术快速突破，核心性能指标已比肩国际水平，凭借显著的成本优势（30%+）和贴身服务响应，正迅速切入国内外头部机器人及高端设备制造商的供应链，国产替代进程全面提速。
格局演变：群雄逐鹿，国产进击
市场竞争格局日益清晰：
国际顶尖阵营： 科尔摩根（技术标杆，医疗/航天）、AMK（工业自动化，美的旗下）、Moog（军工航天巨头）等，掌握顶尖性能，但定价高昂，服务响应有时受限。
国产第一梯队： 步科股份（机器人领域布局最深最广）、禾川科技（伺服控制全栈能力突出）、昊志机电（精密传动与电机技术融合）。它们的产品参数与国际竞品差距迅速缩小，性价比优势突出，已成为国内人形机器人及协作机器人厂商的主力供应商，并积极争取国际项目。
新兴潜力玩家： 如信质集团（依托电机零部件优势战略转型），以及一批获得资本加持的初创公司。它们瞄准爆发性市场，但量产交付能力、成本控制与品控稳定性是决定能否跻身主流的关键。与特斯拉、华为、Figure等巨头的合作传闻或进展是重要风向标。
未来演进：更智能、更集成、更强大
技术发展路径明确指向更高维度：
极致一体化（All-in-One执行器）： 终极形态是深度集成的动力单元——将无框电机、精密减速机构、高分辨率编码器、力矩传感器、制动器、轴承、散热系统，甚至驱动控制器，全部封装在一个高度紧凑、刚性优异的模块内（特斯拉Optimus已示范）。这将彻底变革机器人设计制造模式。
材料与工艺革新： 持续优化永磁体性能并降低重稀土依赖；广泛应用碳纤维复合材料、高强度轻合金实现进一步减重；推广扁线绕组提升效率与功率密度；探索3D打印制造复杂散热结构。
智能化赋能： 在模组内集成温度、振动、电流等多维传感器，结合边缘计算与AI算法，实现电机状态的实时监测、故障预警（如轴承磨损、磁钢退磁）和预测性维护，大幅提升机器人系统的可靠性和智能化运维水平。
结语：关节驱动的范式转变
无框力矩电机不仅仅是一种电机，它代表了一种关节驱动的全新范式——高度集成、原生嵌入、力量与敏捷并存。它是人形机器人突破运动能力瓶颈、实现真正类人灵巧性的核心技术基石。随着人形机器人从实验室迈向工厂和家庭，以及高端制造业对精密驱动的需求激增，无框力矩电机市场正迎来黄金爆发期。在这场“关节革命”中，中国供应链企业凭借快速的技术迭代、成本优势和本土市场红利，正从追赶者向并跑者乃至引领者加速迈进，有望在全球竞争中占据举足轻重的地位。未来，更智能、更高效、更集成的“关节肌肉”，将持续驱动机器人产业迈向新高度。
更多资讯
微信：13802232914
邮箱：jimmy.tang@shtongpu.com
地址：江苏省南通市海门区滨江街道滨港大道2699号内63号楼
扫一扫 关注亿控智装备