人形機(jī)器人要在指尖、關(guān)節(jié)等狹小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)握力躍升和精細(xì)操作，必須搭載高功率密度微型電機(jī)。然而傳統(tǒng)電機(jī)功率密度低、噪聲大、振動(dòng)強(qiáng)、適配性差，行業(yè)亟須一場“高壽命、高可靠、低噪聲、低振動(dòng)”的革新。
從靈巧手到微型電機(jī)的縱深處，一條國產(chǎn)供應(yīng)鏈正被高倍顯微鏡聚焦。
微型電機(jī)被譽(yù)為人形機(jī)器人的“肌肉纖維”，其性能直接決定著靈巧手的操作精度與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的流暢度。長期以來，微型電機(jī)行業(yè)面臨四大痛點(diǎn)。
壽命與可靠性是首要難題。機(jī)器人電機(jī)需高頻次、長周期運(yùn)轉(zhuǎn)，過熱導(dǎo)致的線圈燒毀、磁鋼退磁等問題，令整機(jī)隨時(shí)可能“罷工”。
帶載能力不足則限制了機(jī)器人的應(yīng)用場景。功率密度低、額定轉(zhuǎn)矩小的電機(jī)，在搬運(yùn)重物或執(zhí)行高強(qiáng)度作業(yè)時(shí)往往只能“小馬拉大車”，力不從心。
噪聲與振動(dòng)失控形成惡性循環(huán)。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)不僅影響操作精度，還會(huì)產(chǎn)生額外應(yīng)力加速零部件老化，進(jìn)一步縮短使用壽命。
效率低下則直接制約續(xù)航。銅損、鐵損、機(jī)械損耗等多重?fù)p耗疊加，導(dǎo)致電機(jī)電磁轉(zhuǎn)換效率普遍低，直接把執(zhí)行機(jī)構(gòu)的續(xù)航時(shí)間“吃”掉了一大截。
在直徑僅10 - 22mm的狹小空間內(nèi)，需同時(shí)達(dá)成高功率、高轉(zhuǎn)矩、低噪聲以及長壽命等性能要求，其技術(shù)難度之高，堪比“在芝麻上刻字”。而在人形機(jī)器人從技術(shù)驗(yàn)證階段，邁向追求量產(chǎn)與成本控制的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型方向下，相關(guān)技術(shù)突破更是迫在眉睫。
靈巧手種類多樣，不同電機(jī)驅(qū)動(dòng)在精度、靈活性、成本等多方面各有優(yōu)劣。目前，空心杯電機(jī)、無框力矩電機(jī)和無刷直流電機(jī)是電驅(qū)的三條主流路線。
空心杯電機(jī)沒有鐵芯轉(zhuǎn)子因此慣量極低，啟動(dòng)、剎車都可在毫秒級完成；無框力矩電機(jī)則更像“肌肉塊”，定轉(zhuǎn)子分體設(shè)計(jì)，扭矩密度高，負(fù)載能力強(qiáng)，在人形機(jī)器人的肘、肩等大關(guān)節(jié)里表現(xiàn)搶眼；無刷有齒槽直流電機(jī)是高集成與成本的折中，其響應(yīng)速度和精度較空心杯稍遜，但成本較低、使用壽命較長，正好踩中靈巧手大規(guī)模量產(chǎn)的痛點(diǎn)。
特斯拉Optimus機(jī)器人靈巧手電機(jī)的迭代，就是行業(yè)技術(shù)路線演進(jìn)的一個(gè)縮影。
前兩代為驗(yàn)證“五指仿生”的技術(shù)可行性，特斯拉采用了“空心杯電機(jī)+行星減速箱+蝸輪蝸桿+腱繩”的方案，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積臃腫，違背了輕量化的初衷。與第一代相比，第二代在指尖新增觸覺傳感器，功能環(huán)境從工廠重物搬運(yùn)拓展至抓雞蛋、疊襯衫等更精細(xì)的操作。
第三代起，靈巧手便轉(zhuǎn)向“直流有齒槽無刷電機(jī)+微型滾珠絲杠+腱繩”。其單手自由度從11個(gè)大幅提升至22個(gè)，相應(yīng)地，單手電機(jī)數(shù)量也從6個(gè)變?yōu)?1個(gè)。結(jié)構(gòu)上電機(jī)位置有所調(diào)整，從手掌內(nèi)移至手臂小臂里，不僅拓寬了手掌內(nèi)部空間，還將部分空心杯電機(jī)替換為成本更低的無刷有槽電機(jī)。這樣既保住了負(fù)載和精度，又把物料成本和裝配復(fù)雜度砍了一刀，降本步入初期，商業(yè)化氣息撲面而來。
根據(jù)WENKH深度研究分析，2024年全球無刷直流電機(jī)的市場規(guī)模達(dá)到774億元。全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展態(tài)勢影響著各行業(yè)對無刷直流電機(jī)的需求，未來預(yù)計(jì)以9.16%的年復(fù)合增長率增長至2030年的1309億元。
此次機(jī)器人大會(huì)，貝豐科技進(jìn)一步填補(bǔ)行業(yè)空白，帶來了高功率密度無齒槽無刷直流電機(jī)，為靈巧手握力躍升提供更多選擇。貝豐科技董事長兼總工程師宋昕向筆者透露，新品電機(jī)已獲得杭州三小龍、跨界做機(jī)器人的互聯(lián)網(wǎng)及汽車大廠等多家知名科技公司關(guān)注，現(xiàn)正與這些企業(yè)進(jìn)行樣機(jī)測試，合作持續(xù)推進(jìn)中，有望成為新一代人形機(jī)器人的核心動(dòng)力組件。
微型電機(jī)市場進(jìn)入門檻較高，全球市場長期呈現(xiàn)“寡頭割據(jù)”態(tài)勢。
在工業(yè)自動(dòng)化浪潮初起階段，國外品牌憑借先發(fā)優(yōu)勢，長期壟斷著國內(nèi)中高端微型電機(jī)市場。像在數(shù)控機(jī)床、精密加工設(shè)備等關(guān)鍵領(lǐng)域，國產(chǎn)微型電機(jī)因技術(shù)瓶頸和質(zhì)量短板，只能在低端市場艱難求生。
尤其是無齒槽無刷直流電機(jī)，因磁路設(shè)計(jì)、繞線工藝和材料極限的層層壁壘，被歐美系企業(yè)牢牢鎖死，國內(nèi)企業(yè)曾長期處于“跟跑”狀態(tài)。
筆者綜合多家權(quán)威機(jī)構(gòu)研報(bào)發(fā)現(xiàn)，全球無齒槽無刷直流電機(jī)市場中，瑞士Portescap、德國FAULHABER、瑞士Maxon Motor、美國Allient等歐美頭部企業(yè)，長期占據(jù)著超80%的市場份額。
而在精密醫(yī)療器械、高端機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)等高端應(yīng)用場景，國內(nèi)對進(jìn)口無齒槽無刷直流電機(jī)的依賴度更是高達(dá)90%。
2024年，隨著人形機(jī)器人概念升溫，靈巧手成為硬件突破的關(guān)鍵瓶頸。在靈巧手所需的高性能微型電機(jī)市場，中國機(jī)器人企業(yè)被迫困在“買不起、等不及、用不上”的死循環(huán)里，也讓供應(yīng)鏈安全面臨潛在風(fēng)險(xiǎn)。
貝豐科技首席執(zhí)行官趙偉認(rèn)為，行業(yè)的進(jìn)步需要全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同。“德國、瑞士做傳統(tǒng)電機(jī)厲害，但人形機(jī)器人是新場景，原有技術(shù)不一定能快速適配，這恰恰是中國的企業(yè)機(jī)會(huì)。機(jī)器人公司要的是提了需求馬上改、能快速調(diào)整的技術(shù)支持。”
于是，中國企業(yè)嘗試憑借技術(shù)突破撕開市場缺口。這場毫厘間的較量，正在重塑全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的權(quán)力格局。
比如，A股上市公司中，兆威機(jī)電提供包含微型電機(jī)、行星齒輪箱的整體驅(qū)動(dòng)模組解決方案，并已發(fā)布自研的多自由度靈巧手產(chǎn)品；鳴志電器也深耕控制電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域，其產(chǎn)品線可為靈巧手提供核心動(dòng)力源。
人形機(jī)器人靈巧手握力取決于微型電機(jī)的功率密度，如何體積更小，功率更大，技術(shù)核心在于線圈設(shè)計(jì)。
作為國家級專精特新“小巨人”，貝豐科技的解決方案是采用自主專利的利茲線直繞線圈，配合最大化定子做功空間結(jié)構(gòu)與超高填銅率，直接將功率密度與效率拉滿，從而在高轉(zhuǎn)速下仍保持了高轉(zhuǎn)矩輸出，效率峰值達(dá)92.9%。這讓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在進(jìn)行重載作業(yè)時(shí)穩(wěn)如磐石，輸出力更是躍升一個(gè)量級。
以其推出的主要應(yīng)用于靈巧手的4極10mm外徑微型電機(jī)為例，以7.13W/cm³的功率密度（10MP2型號(hào)）刷新了行業(yè)紀(jì)錄。它能讓機(jī)器人瞬間獲得“筋骨強(qiáng)化”——原本只能輕撫物體的機(jī)械臂，現(xiàn)在可以穩(wěn)穩(wěn)舉起更重負(fù)荷；曾經(jīng)需要分段執(zhí)行的粗重工序，如今能一次爆發(fā)式干凈利落地完成動(dòng)作。
“我們的電機(jī)能做到14瓦功率，瑞士做到9瓦，國內(nèi)其他廠商才5瓦。”宋昕伸出手掌向筆者比畫，“同樣放進(jìn)手心大小的空間，別人的力還不到我們一半。”
這種差距，源于對電機(jī)核心性能的極致打磨。宋昕坦言，靈巧手電機(jī)的痛點(diǎn)遠(yuǎn)比想象中復(fù)雜：“要實(shí)現(xiàn)真正絲滑的控制，電機(jī)的精密度、脈動(dòng)力矩都得提升。硬件哪怕有一點(diǎn)間隙，動(dòng)作都會(huì)晃動(dòng)；功率跟不上，握力更達(dá)不到實(shí)際需求。”
就像開車時(shí)1.0、2.0、3.0排量的區(qū)別，一踩油門就知道動(dòng)力差在哪，電機(jī)功率也直接決定機(jī)器人的“行動(dòng)力”。
技術(shù)攻堅(jiān)的背后，是巨額研發(fā)投入的支撐。2025年，貝豐科技研發(fā)費(fèi)用或超4000萬元，占營收比重在三成以上。這種不計(jì)成本的持續(xù)高投入，換來的是79項(xiàng)發(fā)明專利和實(shí)用新型專利的積累。貝豐科技明年仍會(huì)持續(xù)擴(kuò)充產(chǎn)品性能和型號(hào)，“讓對手壓力更大”。此外筆者獲悉，貝豐科技的IPO計(jì)劃已在推進(jìn)當(dāng)中。
展望行業(yè)，靈巧手競爭或聚焦在三個(gè)方向：材料創(chuàng)新，新型永磁體、耐高溫絕緣材料的突破將直接提升電機(jī)性能；智能化，通過傳感器集成實(shí)現(xiàn)電機(jī)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，降低故障率；模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化接口設(shè)計(jì)可大幅降低機(jī)器人企業(yè)的適配成本。
國產(chǎn)替代不僅是技術(shù)攻堅(jiān)，更是產(chǎn)業(yè)鏈安全保衛(wèi)戰(zhàn)，唯有拿出更優(yōu)產(chǎn)品，才能打破壟斷桎梏，贏得平等合作話語權(quán)。（本文首發(fā)于鈦媒體APP，作者｜曹倩）
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國產(chǎn)替代成功了，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈就安全多了。
貝豐科技都要 IPO 了，這是要在電機(jī)領(lǐng)域發(fā)力？
無刷直流電機(jī)現(xiàn)在是主流，未來會(huì)被替代不？
電機(jī)噪聲大振動(dòng)強(qiáng)，機(jī)器人動(dòng)起來不得晃得厲害？
貝豐砸錢搞研發(fā)，積累這么多專利，值得期待。
打破國外壟斷，國產(chǎn)電機(jī)得加把勁了。
微型電機(jī)四大痛點(diǎn)，哪個(gè)解決了都能賺大錢吧。
帶載能力不足，機(jī)器人拿重點(diǎn)的東西就費(fèi)勁了。
貝豐電機(jī)樣機(jī)測試，希望能早點(diǎn)量產(chǎn)落地。
4 極電機(jī)功率密度刷新紀(jì)錄，貝豐有點(diǎn)東西。