机器人电机行业报告：机器人动力之源（24页）

行业报告下载 2023年08月02日 10:15 管理员

壁垒：磁路和工艺设计。电机的转矩密度、功率密度是影响机器人性能的重要指标，而无框力矩电机要在低压供电的环境下输出较大的功率，因此在磁路和工艺设计方面存在一定的技术能力要求。海外厂商起步较早，工艺技术存在先发优势，例如韩国 TM TECH 转子采用整体充磁磁环技术，美国科尔摩根采用分布式的分数槽及碳纤维绑扎技术，德国 TQ Robodrive 采用模块化定子和环氧塑封灌胶技术。国内企业起步晚，转矩密度和国外高端无框力矩电机相比存在差距。格局：全球龙头为科尔摩根，国内外厂商产品性能仍有差距。美国科尔摩根是全球无框力矩电机龙头，拥有超 70 年的运动控制研发经验，电机性能在全球处于第一梯队。国内目前进展较快的公司包括步科股份、航天电器。相比海外龙头，国产无框力矩电机输出扭矩较小，在产品性能方面仍有差距。空心杯电机属于伺服电机，被誉为“电机皇冠上的明珠”。不同于普通铁芯电机将电机绕组固定在铁芯之上，空心杯电机绕组不依靠铁芯支撑，而是利用特殊工艺将电机绕组做成可以独立支撑的杯状。由于采用无铁芯转子结构，空心杯电机消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗。同时，其重量和转动惯量大幅降低，减少了转子自身的机械能损耗，大幅提高了电机的运转性能。

控制精度高、寿命长。空心杯电机的机械时间常数小，一般在 28 毫秒以内，而铁芯电机一般在 100 毫秒以上，因此空心杯电机响应时间极快。由于电机特性为线性，因而具有理想的控制性能，转子转速范围宽，便于对转速进行高精度控制操作。此外，空心杯电机换向片数量多，换向时电流波动小，加之电机电感量较小，换向系统在换向时受到的腐蚀小，从而寿命更长，可达 1000-3000 小时，约是普通有刷直流电机的 4-6 倍。转速快、能效高。空心杯电机由于采用无铁芯转子结构，基本没有涡流损耗、磁滞损耗，所以最高转速设计可达 10000rpm，最高能效多位于 65%-85%。普通有刷直流电机由于涡流损耗与转速的平方成正比，故其连续力矩会随转速上升而快速下降，最高转速一般在 5000rpm 以下。此外，由于铁损耗与机械损耗的存在，普通有刷直流电机的能量转化效率一般在 50%左右。体积小、能量密度大、拖动特性优。与同等功率的普通有刷直流电机相比，空心杯电机体积更小、质量更轻，因而能量密度更大。此外，其输出转矩较高、转矩脉动更小，加之其换向片数量很多，因而操作更加平稳、可靠，转速波动小且容易控制，具有理想的拖动性能。