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一、机器人电机市场趋势

近年来，机器人行业发展迅猛，利好消息不断，尤其是人形机器人领域更是突破重重。特斯拉CEO埃隆·马斯克透露，2025年的目标是制造数千台Optimus人形机器人，2026年计划产量提升到5万到10万台，未来年增幅甚至可达10倍。英伟达创始人黄仁勋也表示，机器人领域也将迎来类似ChatGPT的爆发式增长时刻。

2025消费电子展上，宇树机器人展示了人形、四足等​​多种机器人产品，其中G1人形机器人配备23至43个关节马达，灵活性极佳，受到市场广泛关注。

机器人市场的快速发展带动电机需求量大幅增长，各类电机中，无框架力矩电机和无芯杯电机脱颖而出，成为机器人的核心动力部件。无框架力矩电机凭借高扭矩输出、高精度控制、紧凑结构设计等优势，被广泛应用于机器人的关节、手臂等部位。目前，工业机器人和服务机器人行业对无框架力矩电机的需求总量约占80%。随着人形机器人产业的兴起，预计2025年人形机器人所需的无框架力矩电机全球市场规模将达到60亿元，2030年有望攀升至282亿元。而无芯杯电机体积小、响应速度快、运行效率高、噪音低等特点，在机器人灵巧的手、头、脚等对空间和性能要求较高的部位发挥着至关重要的作用。虽然无芯杯电机在整个机器人产业链中仅占5%左右，但在提升机器人的灵活性、精准操作能力方面却具有不可替代的作用。预计到2028年，无芯杯电机全球市场规模将从2023年的8.1亿美元增长至11.9亿美元，中国市场规模将从2.9亿美元增长至4.7亿美元。

二、无框力矩电机：机器人的核心

（一）工作原理

无框架力矩电机是一种特殊的无框架无刷永磁同步电机，主要由定子和转子组成，没有传统电机的轴、轴承、壳体、端盖等部件，其工作原理是基于电磁感应，定子绕组通电后产生旋转磁场，转子在此磁场作用下，利用永磁体的特性，高效地将电能转化为机械能，从而实现机器人关节的灵活转动。这种直接驱动方式减少了机器人运动过程中中间传动环节带来的能量损失和传动误差，控制精度和响应速度更高。

（二）机器人应用

无框架力矩电机在机器人领域随处可见，在人形机器人中，无框架力矩电机被广泛应用于肩部、肘部、腕部等关节，为机器人上肢的精准抓取、灵活操控物体等各种复杂动作提供强大的动力支持。在协作机器人中，无框架力矩电机助力机器人与人类安全高效地协同作业。例如在3C产品装配、物流分拣等场景，协作机器人借助无框架力矩电机可实现快速精准的动作，提高生产效率。以特斯拉Optimus人形机器人为例，其全身28个关节均搭载有无框架力矩电机，使得Optimus能够完成行走、奔跑、弯腰、抓取物体等一系列复杂流畅的动作，展现出高度的灵活性和机动性。

三、无芯杯形电机：机器人的重要“关节”

（一）独特的结构与原理

无铁心杯电机是直流永磁伺服控制电机，属于微特电机范畴。其独特之处在于采用无铁心转子，即空心杯形转子。这种转子直接用导线绕制成杯形，不需要绕线的额外结构支撑。这种特殊的结构设计完全消除了铁心内涡流引起的电能损失，同时大大减轻了转子的重量和转动惯量，降低了机械能损失。

从工作原理上看，无心杯电机的定子通常由永磁体组成，当电流通过转子空心杯绕组时，就会产生磁场，此磁场与定子永磁体磁场相互作用产生电磁转矩，从而带动转子旋转。由于没有铁心的阻碍，无心杯电机的响应速度极快，可以实现快速启动、停止和精确的调速。

（二）机器人场景应用演示

无芯杯电机在机器人领域也有着广泛的应用，在机器人的手中，无芯杯电机为手指的精细动作提供动力，例如在一些需要搬运小件物品的机器人中，无芯杯电机可以实现手指的高精度抓取和释放动作，其快速的响应和精确的控制特性保证了操作的准确性和稳定性。

在小型机器人或者需要轻量化设计的机器人中，无芯杯电机成为了驱动的首选。无芯杯电机凭借体积小、重量轻的优势，可以有效降低机器人整体重量，提高机器人的运动灵活性和能量利用效率。在一些小型服务机器人中，采用无芯杯电机来驱动车轮或者关节，使机器人在狭小空间内运动自如、转弯灵活。

四、两类电机对永磁材料要求严格

（一）钕铁硼永磁材料的特点

在无框力矩电机和无铁心杯电机中，钕铁硼永磁材料凭借优异的磁性能成为关键选择。钕铁硼永磁材料具有高磁能积的显著特性，使其能够在较小的体积内产生强大的磁场，为电机提供高效的能量转换。以无框力矩电机为例，高磁能积的钕铁硼永磁体有助于电机在有限的空间内输出更大的扭矩，满足机器人关节的高扭矩需求。

它还具有较高的矫顽力。较高的矫顽力使永磁体能够抵抗外界磁场的干扰，保持稳定的磁性，从而保证电机运行的稳定性和可靠性。在无铁心杯电机中，钕铁硼永磁体的这些特性使电机能够实现快速响应和精确控制，满足机器人在精细操作场景中的要求。

（二）永磁材料的应用特点及难点

在机器人应用中，对永磁材料的要求极为严格。由于无框力矩电机和无芯杯电机通常面临空间受限的问题，尤其是在运输机器狗等设备中，需要在有限的空间内实现较大的扭矩输出，这就要求电机具有足够大的扭矩。为了满足这一需求，无框力矩电机和无芯杯电机均依赖于功率密度极高的钕铁硼永磁材料，如58SH、54UH牌号。但目前市场上很多企业难以提供这些高性能材料，生产量有限，因此很多企业只能使用52UH、54SH等牌号替代，这显然无法满足市场需求。目前，杭州磁能科技有限公司正在量产54UH、54SH牌号的钕铁硼永磁材料，应用于电机后在市场上获得了良好的反馈。该公司还积极开发58SH、56UH等更高性能等级。

五、未来发展

在机器人电机技术不断发展的过程中，杭州磁力科技股份有限公司展现出了卓越的实力。作为一家由中科院博士团队创办的磁性材料科技公司，其技术能力出众，掌握了高性能钐钴、高性能钕铁硼、磁性器件产品的生产技术。其研发的高性能钕铁硼永磁材料可有效提升无框力矩电机、无铁心杯电机的性能，为电机在机器人领域的应用提供更强有力的支撑。2024年3月底在越南胡志明市举办的“海外杭州”越南展会上，杭州磁力科技股份有限公司展出了其明星产品——钐钴一体式圆柱磁钢，凭借领先的生产工艺和过硬的质量水平，在展会上备受关注，众多采购商索要公司资料和名片，充分展现了其在永磁材料领域的竞争力。

随着机器人市场的不断扩大，作为机器人核心部件的无框力矩电机和无芯杯电机将拥有更为广阔的发展空间。未来，杭州磁力科技有限公司将继续加大研发投入，突破技术瓶颈，提升产品性能和品质，满足日益增长的市场需求。随着技术的不断成熟，无框力矩电机和无芯杯电机将在机器人领域发挥更加关键的作用，推动机器人产业迈向更高层次。