无框电机最适合哪种应用？为什么机器人关节要用无框力矩电机？

技术前沿：无框电机市场争霸之路开启

传统的伺服电机，是由固定的定子、转子、外壳、反馈装置等组成，主要应用于精度较高、扭矩稳定和负载大的应用场合，如机床、CNC机床、印刷机和纺织机等。

无框电机是由一组转子和定子组成的部件，是构成电机的永磁体和电磁体。相对于传统的伺服电机，没有确定的固定单元，可以自由地适配不同客户的外壳、轴承以及反馈装置等部件的集成安装，具有整体质量更轻、体积更小、运动响应更快及能效高等特点，被广泛应用于汽车、航空航天、机器人、医疗器械、半导体等领域。    

无框电机与传统伺服电机有着各自的特点和优势，在不同的应用场合需根据实际情况而定。无框电机主要为体积小、性能强的应用场景提供动力解决方案，同时可以在减轻重量、减少所需安装空间、减少部件数量的同时，无须担忧将无框电机安装到应用中的难度。

无框架电机是传统电机中用于产生扭矩和速度的部分，但没有轴、轴承、外壳或端盖。无框电机只有两个部件：转子和定子。转子通常是内部部件，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，齿轮外部环绕钢片和铜绕组，以产生紧密攀附在机器壳体内的电磁力。

为什么应该使用无框电机？    

无框电机通常安装在先进的机器中，具有以下优势：

主要优势

提升机器性能	直接耦合（无背隙） 更高的系统带宽 提高机器效率
结构更紧凑	机器占用空间更小 单位体积扭矩更高
减少维护	更少的机械部件 无易磨损或需维护的组件

如何为机器应用确定无框电机的规格？

无框电机的规格确定方式和传统的有框伺服电机一样，针对运动控制的扭矩和速度要求对机器应用进行评估。由于机械传动系统中没有齿轮机构、皮带和皮带轮或耦合元件，采用无框电机的机器通常效率更高。这种效率通常可以简化无框电机的规格确定。

无框电机性能曲线生成工具使机器设计人员即使在不同的母线电压、驱动器电流和环境温度限制下，也可以了解电机和驱动器的实际性能。该工具可以帮助您根据机器的实际要求优化对无框电机绕组的选择，而不是根据标准输入母线电压从一组有限的绕组中进行选择。

无框电机最适合哪种应用？

无框电机在多种机械领域得到了广泛应用，涵盖：机器人、医药、机床、包装、印刷、加工和通用自动化。基本上，任何领域都希望能够实现高机器效率、结构紧凑和减少维护等优势，而无框电机是他们的理想选择。

如何进行无框电机的安装？    

大多数人以为安装无框电机是一项复杂且艰巨的任务。无框电机组件可以利用配合公差和现有的工业粘合剂安装到基本的机器外壳设计中。使用无框电机组件就不需要对联轴器、齿轮和皮带进行调整，这往往可以提高可制造性并缩短机器的安装时间。此外，由于系统机械结构的重复性提高，因此系统微调和调试时间也将缩短。

无框电机优势

1、采用多级多槽方案

实现电机的高转矩密度和低齿槽转矩输出，使结构更加紧凑、运行更加平稳。

   

2、采用真空灌胶工艺

辅助高导热系数灌封胶，使电机散热更加优越，温升更低。    

3、HALL组件和定子组件高度集成化

实现电机的超薄化设计。    

4、转子特殊化设计

◇跳出了传统缠芳纶纤维的工艺，最小定转子气隙可达0.25mm。

◇磁钢正弦化设计，电机反动势更加正弦，实现电机高伺服特性。

无框电机应用    

为什么机器人关节要用无框力矩电机？

机器人关节要求电机体积小、扭矩大、响应快。而无框力矩电机仅由转子和定子组成，体积小，同时具有较高的功率，低转速情况下能够输出更大扭矩，更符合人形机器人的需求。

从特斯拉公布的方案来看单台人形机器人需求无框力矩电机28pcs，电机单价在500-1000元；    

无框力矩电机的技术壁垒如何？

无框力矩电机产品的壁垒接近伺服电机，主要是磁路和工艺设计的差异，原理上没有太大差异，海外厂商起步早，工艺技术拥有先发优势，随市场容量扩大，国内厂商特别是伺服相关厂家也可以切入机器人无框电机市场，我们可以看到无论是全球龙头科尔摩根还是国内龙头步科股份等公司同样也有伺服电机产品线。

无框和伺服电机的加工工艺类似，主要差别在：

1）设计差异，主要是高直径长度比、高极对数的不同；

2）表面需要做额外防水防尘处理，因为定转子直接裸露在外易腐蚀影响性能，通常做到IP65/IP67等级的防水等级；

3）定制化程度比伺服这类标准品来得高。

从国际和国内2块来看，国际上以科尔摩根为代表，包括Aerotech、Paker和德国TQRobodrive等，国内上市公司主要涉及这块业务的是步科股份和昊志机电，另外谐波减速机龙头绿的谐波也有无框力矩电机的机电一体化能力，不单独出售。

由于无框力矩电机产品壁垒接近伺服电机，随市场容量扩大，伺服相关厂家也可以切入机器人无框电机市场，汇川作为国内一哥，汇川技术具备工控和工业机器人双重业务优势，技术和渠道毋庸置疑；禾川科技的无框力矩直驱电机广泛应用于工业机器人、激光等领域，也是有力的竞争者。

无框力矩电机和空心杯电机的市场空间和国内主要厂家情况

根据公开研究机构对人形机器人的规划测算，人形机器人的全球需求量将年的5万台增长到25年的50万台，进一步增长到2023年的500万台，对应的市场空间也由350亿增长到25年的1250亿，到2030年更是高达6000亿元。    

对应的无框力矩电机的需求量和市场空间由23年的140万台7亿元增长到25年的1400万台45亿元，预计到30年需求量增加到1.4亿台，市场空间308亿元。

空心杯电机的需求量由23年60万套8亿元增长到25年600万套70亿元，预计到30年的需求量为6000万套309亿元的需求量。

营业收入及增速对比

从营收绝对值来看，排名前三的是汇川技术，拓邦股份和江苏雷利，无框力矩电机因目前市场空间小，作为伺服工控一哥汇川技术没有涉猎，相信催着人形机器人的市场快速扩张，产品推出是迟早的事。

从营收增速来讲汇川技术和禾川科技最稳，伟创电机的反转预期差最大。

归母净利润及增速对比

从净利润的绝对值看汇川技术一骑绝尘，拓邦和鸣志电器分列2-3位，结合净利率增速看，伟创电气保持了20%的复合增速，兆威机电22年触底后23年H1增长32%有反转之势，从净利润增速看伟创电气最优。

毛利率和净利率对比分析

毛利和净利反映了一个公司的产品竞争力情况和盈利水平，毛利率方面步科股份和伟创电气毛利最高且在4个财报周期稳定增加，江苏雷利的有25.57%增长到30.71%毛利提升迅速也值得关注。

净利率方面到23年H1伟创电气拔得头筹，汇川技术排第二，兆威机电排第三，前三基本在15%的净利率，说明公司的竞争力和运营能力费用管控上都不错。

收入现金流质量对比-收现比和净现比

收现比=销售商品、提供劳务收到的现金/营业收入，考虑到收到的现金包含了增值税，该指标≥1.10时，属于表现优秀，具体表现为“企业实现1元收入，实际可以收到约1.10元的现金”    

净现比=经营活动现金流量净额/净利润，该指标大于1时，说明净利润的质量较高，具体表现为“企业实现1元净利润，实际可以收到大于1元的现金”。通俗地说，这利润是实打实的，没啥水分。

收现比和净现比大于1的公司，比较直观可以看出江苏雷利和兆威机电是很优秀的，基本都保持绿挡，公司卖货收到了实实在在的现金，利润也实实在在进了自己的腰包，从投资安全的角度来讲我们更喜欢这类企业。

审核编辑：黄飞