机器狗的“心脏”：无框力矩电机和永磁材料
一、机器狗：从体育场到战场的新兴科技明星
杭州亚运会田径比赛中，机器狗成为一道独特的风景线。它们扮演着“搬运工”的角色，积极参与比赛。每当投掷出一个铁饼，机器狗便会迅速冲向落点，工作人员将铁饼放在它们的背上，然后及时返回运动员身边，完成任务后，它们便会乖乖地“趴”在赛场边，等待下一个指令。这批由杭州宇树机器人有限公司研发的机器狗，最高奔跑速度可达4.7米/秒，堪比人类的慢跑速度。整个赛事中，它们负责运送铁饼，奔跑距离超过7000米，相当于绕足球场跑18圈。此外，它们还承担着运送标枪的任务。它们的出现，不仅保证了赛事的高效进行，也为比赛增添了科技感和趣味性，为观众带来了前所未有的观赛体验。这也是机器狗首次在全球赛事中用于运送铁饼等器材。
在军事领域，机器狗也展现出巨大的应用潜力。在复杂的战场环境中，它们可以承担侦察、监视任务。机器狗灵活的身形和强大的环境适应能力，可以深入危险区域，将实时图像和数据传回指挥中心，为作战决策提供重要依据。在物资运输方面，机器狗可以携带重型装备和物资，穿越崎岖地形，大大提高后勤效率和安全性。而且，由于具有自主导航能力，即使在敌方火力下也能完成任务。传统的人工扫雷、排爆作业风险极大，机器狗可以代替士兵执行此类危险任务。通过遥控或自主模式，它们可以探测和拆除地雷或其他爆炸物，最大程度地保护士兵的生命安全。此外，机器狗的听觉和视觉感官极其灵敏，可以24小时不间断监测周边环境，一旦发现异常情况，及时报警，大大提升安全系数。
二、无框力矩电机：机器狗的核心驱动力
机器狗在不同场景下的出色表现，主要得益于无框力矩电机的驱动。无框力矩电机没有传统电机壳体、端盖、轴承等部件，仅由转子和定子组成，这使得其结构更加简单，有效降低了整体的重量和体积，为机器狗有限的空间提供了轻量化的设计。
在工作原理上，无框力矩电机通过驱动器控制U/V/W三相电，形成旋转电磁场，转子上的永磁体在此电磁场作用下产生电磁转矩，从而带动转子旋转。这样的设计使电机能够直接输出大扭矩，并在低速下稳定运行，高度满足了机器狗在复杂地形下频繁启停、精准扭矩控制的要求。
在无框力矩电机中，永磁材料起着至关重要的作用，杭州磁力科技有限公司生产的无框力矩电机采用高性能钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁材料具有极高的磁能积和矫顽力，可以产生强大的磁场，使电机在较小的体积内输出较大的扭矩。但由于市场上很多企业无法提供这些高性能永磁材料，产量也难以满足需求，所以很多企业采用52UH、54SH等牌号。而杭州磁力科技股份有限公司则有能力量产54UH、54SH等牌号的永磁材料，可以更好地支撑机器狗的性能要求。
三、永磁材料：无框力矩电机的“能量源”
（一）钕铁硼的优越性能
在无框力矩电机的众多零部件中，永磁材料是核心部件，是电机的“能量源”，钕铁硼永磁材料脱颖而出，成为首选。钕铁硼永磁材料的显著优势之一就是功率密度高，让无框力矩电机能在有限的空间内输出更大的扭矩。对于机器狗来说，这意味着它们可以承载更大的负载，在复杂的地形中也能保持稳定的运动姿态。在爬坡、穿越障碍物时，机器狗可以轻松应对挑战，展现出出色的机动性，这都要归功于钕铁硼永磁材料提供的强大扭矩。
此外，钕铁硼永磁材料的应用，大大提高了电机的响应速度，机器狗在收到指令后可以迅速做出反应，实现快速启动、停止、精准转弯。机器狗在执行侦察任务时，可以快速改变行进方向，灵活避开障碍物，及时获取目标信息。
（二）CJL的技术突破
杭州磁力科技股份有限公司在永磁材料研发和生产方面取得了显著进展，目前公司已能稳定生产54UH、54SH等牌号的钕铁硼永磁材料，这些牌号的材料综合性能良好，能够满足无框力矩电机在绝大部分应用场景下的需求。
在实际应用中，54UH牌号的永磁材料具有较高的矫顽力和磁能积，使无框力矩电机在高温环境下仍能保持稳定的性能，在炎热的沙漠地区或高温的工业环境中，配备该材料的机器狗可以正常运行，保证任务的顺利执行。而54SH牌号的永磁材料在磁场稳定性方面表现优异，可以为电机提供持续稳定的磁场，保证机器狗运动的平稳性和可靠性。
此外，杭州磁力科技有限公司积极投入研发资源，致力于开发58SH、56UH等更高性能牌号，这些新牌号的永磁材料有望进一步提升无框力矩电机的功率密度和扭矩输出，为机器狗的性能提升提供更有力的支持。
（三）Halbach阵列：提升性能的新方案
当单一的永磁材料无法满足无框力矩电机严格的扭矩要求时，Halbach阵列技术应运而生，成为一种创新的解决方案。Halbach阵列是一种特殊的永磁体排列方式，由美国学者Klaus Halbach在1979年电子加速实验中发现并逐步完善。
其原理是将不同磁化方向的永磁体按照特定的规律排列，使磁力线向阵列一侧汇聚，从而增强该侧的磁场强度，而减弱另一侧的磁场线，形成近似理想的单边磁场。这种独特的磁场分布可以有效提高无框力矩电机的扭矩输出。在永磁材料体积和用量相同的情况下，采用Halbach阵列的电机可以实现比传统电机明显更高的扭矩。
将Halbach阵列技术应用于机器狗的无框力矩电机，可以为机器狗在运行过程中提供更强大的动力支持，无论是爬陡坡还是拖拽重物，机器狗都可以轻松完成任务，扭矩的提升更是让机器狗轻松完成任务。但由于机器狗内部空间极其紧凑，在如此狭小的空间内组装Halbach阵列的技术要求极高，CJL工程师需要精确计算永磁体的排布和角度，确保每块磁铁都能发挥出最佳性能。
四、永磁体开启新征程
从市场需求来看，随着机器狗在各个领域的应用越来越广泛，对高性能永磁材料的需求将大幅增加。作为核心部件的永磁材料也将面临更高的要求和挑战。对无框力矩电机的功率密度、力矩输出、效率等性能指标提出了更高的要求。这意味着永磁材料需要拥有更高的磁能积和矫顽力，以进一步提升电机的性能。或者，探索其他新型永磁材料将成为机器狗未来的研发方向。
机器狗未来的发展离不开永磁材料的技术创新和突破。未来，随着永磁材料性能的不断提升和应用技术的不断细化，机器狗将在更多的领域发挥重要作用，为人们的生活和工作带来更多的便利和惊喜。
