I. 技術理念と構造革新
フレームレス トルク モーターは、従来のモーター ハウジング、ベアリング、その他のコンポーネントを廃棄し、コア ローター (永久磁石アセンブリ) とステーター (銅巻線と鋼板積層体) のみを保持します。機械構造に直接組み込まれることで出力を実現します。その設計上の特徴は次のとおりです。
高電力密度:フレームレス設計により冗長コンポーネントが削減され、体積が 30% ～ 50% 削減され、トルク密度が 15% ～ 20% 増加します。
低慣性応答:低いローター慣性と短い応答時間により、ロボット関節の瞬間的な爆発力要求 (ジャンプ中やスプリント中など) をサポートできます。
カスタマイズの互換性:モジュラー設計はさまざまなジョイント サイズに適応します (たとえば、Tesla Optimus はジョイントの駆動に 28 個のフレームレス モーターを使用します)。
主な技術的課題は、磁気回路の最適化と効果的な熱管理の設計にあります。たとえば、ドイツの TQ Robodrive は、冷却効率を高めるためにエポキシ ポッティングを備えた 20 極、18 スロットの磁気回路レイアウトを採用しています。一方、米国に本拠を置く Kollmorgen は、12 極、39 スロットの設計を採用してトルク リップルを低減し、スムーズな動作を保証します。
II.応用シナリオ：産業分野からバイオニクス分野までの包括的な浸透
フレームレス トルク モーターの中心的な応用分野は、従来の産業用ロボットから、ヒューマノイド ロボットや医療機器などの高精度分野に拡大しています。{0}
人型ロボットの関節:
Tesla Optimus の 28 個のジョイントでは、フレームレス モーターが回転駆動と直線駆動の両方を処理し、ユニットの価値の約 15.4% を占めます。
AI テクノロジーと統合された Wolong Electric Drive のジョイント モジュールは、人間の動作特性を模倣できるため、複雑な環境での検査や救助任務に適しています。
協働ロボット:各協働ロボットには 6 ～ 7 個のフレームレス モーターが必要です。コンパクトな設計 (最小直径 25 mm) が高い機敏性をサポートします。
医療および精密製造:
手術用ロボットでは、モーターの精度がミクロンレベルに達することがあり、低侵襲手術をサポートします。
工作機械では、ダイレクトドライブ技術により機械伝達エラーが排除され、加工の再現性が向上します。
Ⅲ．製造工程：精密加工と国内生産の躍進
フレームレス トルク モーターの製造には、高精度の機械加工と高度な電磁設計が必要です。{0}重要な側面は次のとおりです。
資材と設備
ワインディングとポッティングのプロセス:
Buke Corporation の第 3 世代製品は、フレームレス ポッティング技術と組み合わせたセグメント巻線設計を採用しており、冷却効率と構造安定性を向上させています。{0}
LeiSai Intelligent の FM1 シリーズは、巻線スロットの充填率を最適化し、競合他社よりも 15% 高いトルク密度を達成しています。
国内の進捗状況:
ビュークコーポレーションは国内市場で50％近いシェアを誇り、外径52mmから132mmまで様々な用途に合わせた製品を提供しています。
LeiSai Intelligent は 25 mm マイクロモーターを導入し、複数の人型ロボット企業を対象として 2024 年に試験生産を開始しました。
IV.競争環境: 外国の優位性の中での国内代替の機会
海外ブランド：Kollmorgen（米国）や TQ Robodrive（ドイツ）などの企業は、磁気回路シミュレーションとプロセスの安定性における技術的優位性により、ハイエンド市場を独占しています。{0}
国内メーカー：
ビュークコーポレーション：その第 3 世代の製品は国際標準と同等ですが、第 4 世代の研究は軽量設計とコストの最適化に焦点を当てています。{{1}
LeiSai インテリジェント:同社のマイクロドライブと人型関節モジュールは試験販売を開始しており、2024年に向けて明確な生産能力計画が設定されている。
臥龍電気ドライブ:AI テクノロジーを統合することで、電力、医療、その他の垂直市場での用途を拡大するバイオニック関節システムを開発しています。
市場の見通し:人型ロボット用フレームレストルクモーターの世界市場は2025年までに60億元に達すると予想され、2030年までに280億元を超える可能性があり、国内代替率は30％から50％に上昇する可能性がある。
V. 課題と今後の動向
技術的なボトルネック:
{0}}ハイエンド製品は、トルク密度と信頼性の点で依然として海外ブランドに遅れをとっています。
温度上昇制御とカスタマイズ要件の増加により、製造プロセスはさらに複雑になります。
革新的な方向性:
デュアルステータ設計:たとえば、特許取得済みのソリューションでは、内側{0}}外側ステータ レイアウトを使用して耐衝撃性を強化し、高負荷の産業用ロボットに適しています。-
インテリジェントな統合:ドライバー、エンコーダー、モーターを 1 つの統合設計に組み合わせることで、信号干渉を軽減できます (Haozhi Electromechanical のジョイント モジュールに見られるように)。
サプライチェーンのコラボレーション:上流の磁性材料会社と下流のロボットメーカーは、市場導入を加速するカスタマイズされたソリューションを共同開発しています。
VI.統合サーボ ホイール: フレームレス トルク モーターの性能の飛躍
当社の統合サーボ ホイールは、フレームレス トルク モーター用のオールインワン キャリアとして機能し、モーター、ドライバー、エンコーダー、ホイールを深く統合して、コンパクトな「電力-制御-実行」ユニットを作成します。その主な利点には、優れたスペース利用率と爆発的な動的応答が含まれます。たとえば、外径 80 mm の一般的な設計では、150 N·m のピーク トルクを実現し、100 kg の動的荷重をサポートでき、従来の減速機や伝達構造が不要になります。-これにより、AGV シャーシやヒューマノイド ロボットのジョイントのレイアウトの自由度が 40% 以上増加します。
フレームレス トルク モーターの低慣性のおかげで、ホイールの応答時間は約 2 ミリ秒に短縮されます。 0.5-メートルの狭い倉庫通路で±0.1mmの正確な停止を達成する場合でも、人型ロボットの足首が地面に接触した瞬間に瞬時の後進を実行する場合でも、ミリ秒-レベルの力制御が実現可能です。ダイレクトドライブ技術は機械伝達損失をさらに最小限に抑え、同じ負荷の下でエネルギー消費を 15%-20% 削減します。 IP65 定格の統合エンクロージャと組み合わせることで、粉塵、油、高周波振動のある産業環境でも 20,000 時間以上の故障のない動作が保証されます。
さらに重要なのは、この設計が、組み込みのバス プロトコル（EtherCAT など）を介したマルチホイール調整および強制位置ハイブリッド制御をサポートしていることです。{{0}たとえば、上り坂や障害物を乗り越える際、システムは車輪間にトルクを動的に割り当て、生体筋肉の協調的な取り組みをシミュレートできます。手術用ロボットなどの高感度のシナリオでは、ミクロンレベルの位置決め精度と柔軟な出力により、人間の指の触感を再現することもできます。-この「アルゴリズムキャリアとしてのハードウェア」特性は、ロボットの動作制御の限界を再定義しています。
結論
人型ロボットの「筋肉システム」として、フレームレス トルク モーターは、ロボットの性能上限に直接影響を与える技術的な進歩と製造のアップグレードを表します。国内企業はプロセスの成熟度やハイエンド市場での存在感において依然として海外ブランドに遅れをとっていますが、差別化されたイノベーション（小型化や高いコストパフォーマンスなど）とサプライチェーンの連携により、海外独占を徐々に打破しつつあります。-将来的には、AI- 駆動の人型ロボットの大量生産の波により、この分野は「爆発的な成長サイクル」を経験する可能性があります。
