機器人驅動方式可分為液壓驅動、氣體驅動和電機驅動三種，其中電機驅動是應用最廣泛的方式，具有高精度、實時響應等優勢，更適合當今人形機器人的發展趨勢。

圖1、機器人驅動方式比較（圖源：頭豹研究院）

人形機器人具備旋轉關節、線性關節、感知系統（各類傳感器）、整體軀干（機械臂、動力源）、靈巧手等關鍵部件實現對環境的感知交互、運動控制、任務執行。電機是旋轉關節、線性關節和靈巧手等關鍵部件的核心零部件，與關節運動和動力控制密切相關，其性能直接影響機器人的靈活性與動態響應速度，讓機器人能夠靈活地行走、奔跑、抓取物品以及完成各種精細動作，可以說電機就是人形機器人的 “動力心臟”。

旋轉關節和線性關節里最常用的是無框力矩電機。旋轉關節的主要由無框力矩電機、諧波減速器、力矩傳感器、位置傳感器以及軸承等組成；線性關節則由無框力矩電機、行星滾柱絲杠、力矩傳感器、位置傳感器和軸承等組成。無框力矩電機是一種無框架式永磁電機（永磁電機屬于一種直流伺服電機），只有轉子、定子兩個部件（沒有軸、軸承、外殼或端蓋等）。轉子是內部部件，由帶永磁體的旋轉鋼圓環組件構成，直接安裝在機器軸上。定子是外部部件，齒輪外部環繞鋼片和銅繞組，以產生緊密攀附在機器殼體內的電磁力。無框力矩電機讓機器結構設計不再受制于電機殼體的束縛，利用機器的自身軸承支撐轉子，將電機無縫內置于機器設計中。

圖2、無框力矩電機

哪些無框力矩電機品牌能用在人形機器人上呢？

1、科爾摩根

科爾摩根是全球最早研發出無框電機的企業。科爾摩根產品品類齊全，性能遠超對手，其輕重量、高扭矩的特性更符合人形機器人的需求。例如TBM2G系列無框伺服電機，使用先進的繞組和材料消除了低速性能佳、高速性能受限的限制，可在整個速度范圍內提供業界領先的功率、轉矩和效率。該系列電機的尺寸與常用的諧波減速機高度適配，無需進行大規模定制，可根據機器人的預期用途，為每個機器人的每個關節實現尺寸/重量和扭矩的理想平衡。

2、Aerotech

Aerotech是美國一家在精密運動控制和自動化領域具有領導地位的企業，專注于設計和制造高性能的運動控制產品。其S系列電機采用無槽定子設計和高極數轉子，提供零齒槽效應，從而實現卓越的速度穩定性。疊片不含槽，消除了產生速度擾動的扭矩波動和齒槽扭矩，非常適合直接驅動應用。S系列無槽電機涵蓋廣泛的扭矩和封裝尺寸，連續扭矩范圍從0.20N·m到29.09N·m，峰值扭矩范圍從0.82N·m到116.37N·m。

3、TQ-RoboDrive

TQ-RoboDrive是德國TQ集團旗下部門，專注于定制化驅動系統，技術源自德國航空航天中心（DLR），服務于機器人、醫療、航空航天等高要求領域。TQ-RoboDrive 的無框空心軸伺服電機采用了德國航空航天中心專為國際空間站開發的原創定子轉子套件技術。由于其高銅填充系數和創新的定子轉子設計，這些無框電機具有出色的扭矩密度、極低的損耗和高動態性能，同時還具有出色的散熱性。它們可以用作降低電機速度的直接驅動器，并可以配備定制的空心軸安全制動器和絕對編碼器。TQ-RoboDrive 的無框伺服電機非常適合那些在機器人、醫療、航空航天、光學和其他技術挑戰性應用中探索性能極限的設計人員。

4、Maxon Motor

瑞士Maxon Motor公司成立于1961年，總部位于瑞士波昂德茲（Bonaduz），是全球領先的精密電機和驅動系統制造商。Maxon Motor的無框力矩電機具有體積緊湊、易于集成到OEM機器中的特點。采用外部轉子設計，內部有足夠空間用于導線布設，配備霍爾傳感器，便于控制。具有多極外部轉子，可實現高轉矩，低齒槽轉矩，高過載能力。

5、Allied Motion

美國Allied Motion公司是一家專注于精密運動控制產品和解決方案的全球供應商。公司成立于1962年，總部位于紐約州的阿默斯特（Amherst, NY）。Allied Motion的HT系列是高扭矩密度無框直驅無刷電機，提供九種框架直徑，失速扭矩范圍從0.008到9.2Nm（1.0到1277oz-in）。HT扭矩電機提供高達63.5mm（2.5in）的通光孔徑空心軸。所有無框HT型號均標配霍爾換向開關組件。無框HT力矩電機設計用于機器應用中的直接軸集成，其中組件轉子定子解決方案是比封裝電機更好的選擇。Allied Motion由多家電機公司合并而成，旗下包括Teknic、Allied Motion等品牌，還提供各種空心杯和直徑型電機。

6、Tecnotion

荷蘭Tecnotion公司是全球直驅電機技術領域的權威，其歷史可追溯至1998年，當時從飛利浦集團獨立出來。公司專注于直線電機和力矩電機的獨立開發和生產，提供專業的電機技術，以應用到各種運動解決方案中。QTL485是高扭矩Tecnotion電機系列中最大的一款。它有一個冷卻環，冷卻環應與外殼一起封閉，形成冷卻通道。它具有相同的高效、節省空間的電磁設計，并可滿足更高的扭矩需求，內徑較大，適合集成到旋轉分度臺和物料搬運等（現有）應用中。根據電機高度，它將提供659-907Nm的連續扭矩和1651-2202Nm的極限扭矩。

7、派克漢尼汾（Parker Hannifin）

Parker Hannifin推出TK系列無框直驅力矩電機，套件能提供低轉速高扭矩，并且可以作為一個獨立的轉子和定子直接進行系統集成。在400VAC繞組下，扭矩可達21700Nm，額定功率為207kW，速度達2500min-1。

8、威騰斯坦（WITTENSTEIN）

威騰斯坦集團（WITTENSTEIN）是總部位于德國的高技術工業制造企業，1983年發明了世界上第一臺精密行星齒輪箱。威騰斯坦無外殼的Cyber Kit系列電機是為不能靠軸驅動的伺服技術應用提供的一個解決方案，專用內置式電機由高度專業化的小型制造廠生產。

9、納諾達克（Nanotec）

德國納諾達克公司自1991年以來一直致力于開發和銷售各種電機和控制器產品。納諾達克的DKA系列無框電機套件為緊湊型驅動單元提供了高效解決方案。無框電機的模塊化設計包含定子和轉子結構，節省空間需求并實現最大限度的系統集成。通過取消聯軸器及安裝部件，無框電機減少材料使用與成本。其豐富的尺寸規格和高功率密度特性，可靈活適配不同需求。無框電機專為小空間應用設計，適用于機器人、醫療科技等領域，需高精度與高性能的場景。

10、步科股份

步科股份是國內無框力矩電機龍頭廠商，公司的自動化設備控制核心部件主要包括工業人機界面、伺服系統、步進系統、可編程邏輯控制器、變頻器等。2022年新推出的第三代無框力矩電機首創無框灌封工藝，提供型號完備的低壓力矩電機解決方案，專為需求體積小、質量輕、慣量低、結構緊湊、功率高的應用場合而設計。2023年出貨量約1.4萬臺，第三代無框電機對標國際領先產品，在高端人形機器人領域廣泛應用。

11、昊志機電

昊志機電自2006年成立以來，以主軸產品為基礎，逐步向轉臺、直線電機、機器人減速器等數控機床和工業機器人其他核心功能部件拓展。相關產品包括無框力矩電機、精密交流伺服電機、低壓無刷伺服電機、防爆直流伺服電機、空心軸伺服電機等。昊志機電的無框力矩電機轉矩波動小（≤1%），過載能力強（最高達6倍過載能力），能夠提供3.5倍過載能力。

12、雷賽智能

雷賽智能是運動控制領域國內領軍企業，公司空心杯電機、FM1高密度無框電機系列產品，可應用于協作機器人、人形機器人領域。最新發布的FM1無框電機和微型驅動器主要針對人形機器人和協作機器人的關節部分，正在進入試產試銷階段。產品針對協作和人形機器人等行業的應用場景和用戶痛點進行研發設計，提供25/38/50/60/70/85/115mm等七個標準的框架尺寸，還可以根據客戶需求進行電機尺寸和電氣參數的優化定制。同時，轉矩密度比一般同行高出15%，功率密度比一般同行高出20%，最小電機重量為50g，25mm極小尺寸。雷賽智能空心杯電機采用馬鞍型全自動繞線技術、一次成型，對標全球最優空心杯電機技術水平，空心杯電機產品提供EC標準型、ECH高轉速、ECT大轉矩三大系列，已經成功應用于人形機器人靈巧手、協作機器人關節、AGV/AMR移動機器人等領域。

13、臥龍電驅

臥龍電驅作為工業電機領域的龍頭企業，積極布局人形機器人核心零部件賽道，已成功開發高爆發關節模組、伺服驅動器、無框力矩電機等關鍵組部件。其中，無框力矩電機等核心產品深度依賴稀土永磁體材料，通過釹鐵硼磁體產生的強磁場驅動運行。公司依托深厚的技術積累，創新采用優化磁路設計方案，并引入第三代釹鐵硼高性能永磁材料，成功實現關節模組扭矩密度突破102.85Nm/kg，顯著提升了產品性能與市場競爭力。

14、偉創電氣

偉創電氣自成立以來始終專注于電氣傳動和工業控制領域，是一家從事工業自動化產品研發、生產、銷售于一體的高新技術企業。FT1系列無框電機采用先進的電磁方案，可以達到最大轉矩密度，更小的電機體積尺寸，具有業內領先的無框直驅電機性能。同時，高質量的電機繞組結構，確保在高標準應用系統中的連續安全操作。更有多種配置方案選擇，可滿足大部分應用需求。可廣泛應用于協作機器人、手術機器人、高精度轉臺、助力自行車、Delta機器人、機器人關節模組等場景。偉創電氣的機器人系列產品中的空心杯電機和無框電機，均已實現小批量交付。

15、禾川科技

禾川科技成立于2011年，2022年在科創板上市，是一家專注于工業自動化產品的研發、制造、銷售及應用集成的企業，產品廣泛應用于光伏、3C、鋰電、機器人等領域。在無框力矩電機領域，禾川科技推出了第三代Hu-MDB系列無框力矩電機，覆蓋了從φ14mm到φ160mm的多種框架尺寸，可滿足人形機器人全身各處關節執行器的需求。2024年，禾川科技在世界機器人大會上展出了與浙江工業大學合作研發的“游龍01”人形機器人，其中90%的部件為禾川科技自制，包括無框力矩電機等核心部件。此外，禾川科技還與華為在人形機器人領域展開合作，并與多家頭部機器人企業合作，其人形機器人整機產品已獲得小米、字節跳動等企業的批量采購。

16、鼎智科技/江蘇雷利

鼎智科技2024年7月隆重推出了高性能無框架力矩系列產品，通過優化電磁設計，齒槽轉矩比同行業降低15%，力矩和輸出功率比同行業提升20%，銅損降低30%。適用于人形機器人關節等需要高精度、高轉矩密度的場景。空心杯電機已經基本成熟，并處于中小批量供貨階段，自研的空心杯電機繞線設備實現了全自動批量生產，鼎智科技于2019年被江蘇雷利收購，成為其控股子公司。

17、大族電機

大族電機的力矩電機，是由驅動器直接驅動，屬于高定位精度、高轉矩的力矩電機，通常應用于人型機器人和多種協作機器人關節直接驅動，定位精度高，響應快。空心杯電機高功率密度、高響應速度以及高自由度和高精度控制能力使得其廣泛應用與人形機器各個運動關節。例如作為末端執行器以及多指關節驅動等。

18、微精電機

成都微精電機公司持續專注機器人電機、微特電機、驅動及一體化等領域的技術創新。微精電機目前主要為航空、航天、船舶、核工業、工業機器人、無人機、環保設備等提供配套微特電機和驅動器。

19、林泉電機

貴州林泉電機主要從事精密微特電機的研發和生產，在“神舟”“天宮”“天舟”“嫦娥”等任務中，都有該企業助力航天強國建設的身影。林泉電機參與了GB/T 43726-2024《無刷直流力矩電動機通用技術條件》國家標準的編制工作。

20、匯川技術

匯川技術基于對人形機器人產業鏈的深入分析，并依托公司在運動控制、伺服驅動、直線導軌和絲杠等關鍵領域的技術積累，在2024年正式切入人形機器人賽道，啟動了部分核心零部件的研發工作，研發人形機器人所需要的高性能關節部件樣機，包括低壓高功率驅動器、無框力矩電機及模組、行星滾柱絲杠等。在內部測試中，低壓高功率驅動器和無框力矩電機等樣機產品展現出了卓越的性能，超出了預期目標。同時，匯川技術還初步構建了人形機器人業務的生態鏈，圍繞人形機器人零部件產品的性能和競爭力，與部分通用人形機器人整機制造商以及工業客戶建立了聯系。

靈巧手里最常用的是空心杯電機。靈巧手主要由空心杯電機、微型絲杠、觸覺傳感器和腱繩等組成。空心杯電機是采用了空心杯繞線技術的直流有刷或者直流無刷電機，屬于伺服電機的一種，適用于需要快速動作、功率較大的隨動系統中，比較契合靈巧手。與傳統電機的不同之處在于，空心杯電機結構為轉子無鐵芯，表現為無鐵心損耗、低摩擦和良好的散熱性等特性，實現了電機的高效率，是電池供電型設備的理想選擇。哪些空心杯電機品牌能用在人形機器人上呢？

21、福爾哈貝（Faulhaber）

德國Faulhaber公司以無刷直流和步進電機著稱，產品包括多種系列空心杯微型電機（如系列0603、1028等）。其技術特點為高精度自動繞線、微米級注塑轉子，以及帶或不帶諧波減速器的整體解決方案。Faulhaber的研發方向聚焦于更高扭矩密度和集成化（集成傳感器、驅動模塊等）。

22、Portescap

瑞士Portescap公司專注于高性能無鐵心電機，產品如Ultra EC、Athlonix系列。特點是高轉速（可達10萬RPM以上）和細絲繞組技術。Portescap產品常用于手持工具、醫療器械和航空航天。其研發方向包括增加扭矩、改善散熱（如鼓風式散熱結構），以及更高耐久性。

23、尼得科（NIDEC）

日本尼得科（Nidec）公司成立于1973年，最初以生產硬盤驅動電機起家，如今已成為全球綜合電機制造領域的絕對領導者。尼得科供應各種類型的電動機，包括空心杯電機，已廣泛應用于家電和汽車行業。

24、鳴志電器

鳴志電器成立于1994年，是運動控制領域的綜合制造商，深耕電機領域多年，掌握了核心研發、驅動和制造技術，鳴志電器的空心杯電機采用了其具有自主專利技術的空心杯繞組，技術在全球居于前列水平，這種特殊設計能夠為電機帶來高轉矩、高扭矩、低噪音的優勢，得以實現更平穩的高低速運行、更精準的控制以及更高的效率與功率密度。其最新年報顯示空心杯電機業務在機器人應用領域的增長接近200%。

25、兆威機電

兆威機電一直深耕于微型驅動系統方案，其微小傳動系統獲評國家制造業單項冠軍產品。公司應用空心杯電機的產品推出已久較為成熟，量產能力得到驗證，而且對于空心杯電機所需搭配的精密減速齒輪箱，公司在微型傳動齒輪箱方面具備優勢，已成功研發并量產3.4mm齒輪箱。

26、拓邦

拓邦股份是國內最早從事伺服研發的企業之一，目前在工業機器人領域已實現伺服驅動及空心杯電機的產品應用，其中空心杯無刷電機CB2060無負載轉速為12000-70000r/min，額定負載轉速達到9000-58000r/min，扭矩15-80mN.m。

在無框力矩電機和空心杯電機領域，我國長期以來一直依賴國外廠商。它們憑借先進的技術和豐富的經驗，占據了較高的市場份額。近年來，國內電機產業發展迅速，取得了一定的成績，但在性能方面與國外產品相比仍存在差距。不過，隨著國內企業不斷加大研發投入，提升技術水平，相信未來在人形機器人應用領域，國內電機企業將逐漸縮小與國外廠商的差距，實現國產化替代，在市場中占據更重要的地位。

審核編輯 黃宇