无框电机：重塑人形机器人动力逻辑的 “隐形引擎”

发布时间：

2025-08-12

在科技飞速发展的当下，人形机器人正从科幻设想逐步走进现实生活，而无框电机作为这一领域的关键技术，正引领着行业的变革。

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无框电机，作为一种直接驱动电机，去除了传统的电机转子和定子框架结构，在通电时，通过转子永磁体磁场与定子旋转磁场相互作用产生电磁转矩，原理与无刷电机相似，却在设计上实现了重大突破。​

这种创新设计赋予了无框电机诸多优势，使其成为人形机器人领域的 “香饽饽”。首先，无外壳的设计让装配变得极为灵活，能轻松适配机器人内部紧凑、复杂的空间结构，为机器人设计制造提供了更大的自由度。以特斯拉人形机器人 Optimus 为例，其每个关节均采用无框电机，确保了复杂任务的高效执行。

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在动力输出方面，无框电机表现卓越。依据电机理论，扭矩与极对数成正比，多极对数的特性使得无框电机在中低速运行时可输出极高扭矩，能为机器人提供强大动力，轻松应对各类复杂动作。同时，它具备低转动惯量的特点，转子可直接耦合在负载上，使得电机在启动、停止或改变转动方向时能迅速响应，这对于需要频繁启停、敏捷反应的人形机器人而言至关重要，极大提升了机器人在动态环境中的工作效率与适应性。

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闭环控制则保障了无框电机运行的精准稳定。通过高精度编码器实时反馈转子位置信息，电机可精确调节电流和位置，实现精准转动控制，让机器人的动作更加平稳、精确。

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从市场应用来看，无框电机在人形机器人领域的占比高达 80% 左右，单机应用量可达 28 个左右。随着人形机器人市场规模的不断扩大和落地应用的增加，无框电机的使用规模也将迎来进一步增长。不仅如此，在医疗、航空航天等工业场景中，无框电机也凭借其独特优势得到了广泛应用。

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在产业发展方面，国内外企业纷纷布局。国际上，Kollmgen、TQ Robodrive 等厂商技术领先，拥有先进的磁路设计和制造工艺。例如，Kollmorgen 推出的 TBM 2G 系列可在紧凑电磁组件中提供高转矩，集成先进材料、绕组，具备负载能力强、能效高、移动速度快和运动控制平稳等优势。

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国内企业也在奋起直追，取得了不俗的成绩。步科股份 2016 年推出首代无框力矩电机，2022 年的第三代 FMC 系列首创无框灌封工艺，拥有 10 种框架尺寸，覆盖 3 - 25kg 负载需求，性能可比肩国际一流水平，已成为特斯拉人形机器人的供应商，且第四代产品正在研发中。雷赛智能 2023 年底成功研发出高密度无框力矩电机，其 FM2 系列采用新一代磁路优化和灌封工艺技术，实现 “一低一高一长”（超低温升 + 超高密度 + 超长续航）三大优势，解决了国产无框力矩电机在连续工作温度高、爆发力不足、一致性差等方面的痛点。目前，其无框力矩电机已取得若干规模商业订单，累计供货超万台。昊志机电的无框力矩电机转矩波动≤1%，利于机器人力矩控制，还能提供 3.5 倍过载能力，增强了机器人负载能力。此外，江苏雷利、震裕等企业也在积极布局，通过研发、合作等方式，推动无框电机在人形机器人领域的应用。

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据预测，到 2030 年，全球人形机器人用无框力矩电机市场规模将达到 23.97 亿美元，叠加传统领域市场空间的平稳增长，总市场规模将达到 33 亿美元。无框电机正以其独特的技术优势，成为人形机器人产业发展的新动力引擎，推动着人形机器人从概念走向现实，从实验室走进人们的日常生活和工作场景。在未来，随着技术的不断创新与完善，无框电机有望助力人形机器人实现更多的功能突破，为各行业带来全新的发展机遇。