我来简单介绍一下无框力矩电机原理、优势、壁垒及竞争格局的问题。
无框力矩电机原理：无框力矩电机是一种以输出扭矩为衡量指标的无框架式永磁电机，由 驱动器供电，驱动器控制 U/V/W 三相电形成电磁场，永磁体的转子在磁场的作用下转动。 无框力矩电机外观：无框力矩电机没有轴、轴承、外壳或端盖，只有转子和定子两个部件。 转子是内部部件，由带永磁体的旋转钢圆环组件构成，直接安装在机器轴上。定子是外部 部件，包含有齿钢叠片，外面包裹着能产生电磁力的铜绕组，紧凑地安装在机器外壳的主 体内。
相对于普通电机，无框力矩电机具有体积小、扭矩高、极端环境性能稳定等优势，更符 合人形机器人的需求。1）体积小：无框电机中空式设计，最大限度减小电机所占空间， 更方便走线布置；2）扭矩高：无框力矩电机具有较高的功率，在低转速的情况下，能够 输出更大扭矩；3）性能稳定：无框电机的电机组件直接整合到机器元件内，不会受到外 界高压、高温环境、辐射的影响。
使用无框力矩电机的机器人案例包括特斯拉擎天柱 Optimus 以及优必选仿人服务机器人 Walker。 特斯拉 2022 年推出的机器人 Optimus 躯干包括 28 个关节执行器，分为旋转与线性两 大类，每类包含 3 种执行器。其中旋转执行器解决方案预估为无框力矩电机+谐波减 速器+传感器+轴承，用来实现类似人体关节的旋转运动；直线执行器解决方案预估为 无框力矩电机+滚柱丝杠+传感器+轴承，用来实现类似人体肌肉的拉伸运动。 优必选仿人服务机器人 Walker 在全身关节部位安装了 36 个自研的高性能伺服舵机， 该伺服舵机是一体化驱动单元，主要由无框力矩电机、精密谐波减速、驱动控制器及 双编码器组成。机器人拥有从 2.5Nm 到 160Nm 的系列伺服舵机作为驱动单元，速度可 以达到 60 转/分钟，支持位置模式、速度模式和力矩模式三种控制方式。
壁垒：磁路和工艺设计。电机的转矩密度、功率密度是影响机器人性能的重要指标，而无 框力矩电机要在低压供电的环境下输出较大的功率，因此在磁路和工艺设计方面存在一定 的技术能力要求。海外厂商起步较早，工艺技术存在先发优势，例如韩国 TM TECH 转子采 用整体充磁磁环技术，美国科尔摩根采用分布式的分数槽及碳纤维绑扎技术，德国 TQ Robodrive 采用模块化定子和环氧塑封灌胶技术。国内企业起步晚，转矩密度和国外高端 无框力矩电机相比存在差距。
格局：全球龙头为科尔摩根，国内外厂商产品性能仍有差距。美国科尔摩根是全球无框 力矩电机龙头，拥有超 70 年的运动控制研发经验，电机性能在全球处于第一梯队。国内 目前进展较快的公司包括步科股份、航天电器。相比海外龙头，国产无框力矩电机输出扭 矩较小，在产品性能方面仍有差距。
