机器人关节领域瞄准薄饼电机

2026年06月24日 11:44
本文共计4137个字,预计阅读时长14分钟。
来源/具身研习社 责编/TouziXiaohu 投资小狐

人形机器人想要实现奔跑、跳跃乃至负重前行等高级动态运动时,首先面临的性能瓶颈往往并非来自控制算法,而是源于其关节内部的驱动电机。

当下,无框力矩电机与空心杯电机,仍是驱动人形机器人关节的主流方案。然而,随着行业对扭矩密度、轻量化与动态响应能力的追求不断攀至新高,一条曾在新能源汽车及eVTOL领域积累技术的电机发展路径,正被强力推至机器人产业链的聚光灯下——它便是轴向磁通电机。

与传统径向磁通电机中磁场方向垂直于转轴的结构存在差异,轴向磁通电机的磁力线是沿电机轴向贯穿的,其定子与转子以轴向方式紧密叠合。正是这种被称为“薄饼式”的紧凑构型,使其在相同体积内拥有更短的磁通路径以及更大的有效磁面积,从而在特定的拓扑结构下,扭矩密度能够达到传统径向电机的数倍之多。

对于新能源汽车而言,轴向磁通电机所带来的最大价值主要体现在它能够实现高度集成的电驱动系统,以及提供更高的功率密度。然而,对于机器人技术领域来说,这项技术所真正触及并试图解决的,是关节执行器底层存在的核心矛盾:即机器人关节不仅需要具备输出大扭矩、实现轻量化与高动态响应的能力,同时还必须被紧凑地容纳进极为有限的安装空间内。为了同时满足这些近乎相互冲突的技术指标,轴向磁通电机恰好为行业提供了一种全新的解决方案。

强势玩家扎堆轴向磁通赛道

当前,在国内已成功汇聚起一批专注于轴向磁通电机领域的企业,例如盘毂动力、小象电动、璇玑动力、指尖智擎、星汉动力、贝塞默以及仪坤动力等企业。

盘毂动力在此前的新能源汽车领域已经进行了长期的技术积累,根据公开数据显示,其轴向磁通电机和电驱动解决方案的累计出货量已接近60000台套。在同年6月,该公司发布了高性能轴向磁通电机的创新成果,其以PGH专用磁钢为基础,成功打造了面向人形机器人关节的电驱动模组,实现了总成扭矩密度达到293N·m/kg。

小象电动已针对人形机器人开发了六款关节模组,其中包括三款旋转关节和三款直线关节,这些模组的扭矩密度最高可达260N·m/kg。根据参股小象电动的东睦股份年报数据,小象电动在2025年共销售了各类轴向磁通电机4843台,同比增长了103.49%。

璇玑动力同样选择了进入轴向磁通电机这一赛道,并且依靠全栈自主研发的模式,成功将其轴向磁通电机模组的扭矩密度提升到了240N·m/kg。璇玑动力的合伙人鲁锋表示,做出这一选择一方面是出于这样的考虑:希望掌握关节模组中那些对产品价值与性能具有较高影响的核心硬件;而另一方面,也是建立在团队过去于高效电机方案上所积累的技术沉淀之基础。

与此同时,不少机器人本体企业开始押注于轴向磁通电机这一技术路线。以多足机器人为例,上文提及的璇玑动力,就在其四足机器人上成功搭载了自研的一体化高扭矩轴向磁通电机模组,结合轮足式的设计结构,从而为其在复杂地形以及危险环境下的作业任务提供了可靠的动力支撑。

在已公布的人形机器人项目中,青龙机器人的公版方案,于腰部和腿部关节均采用了轴向磁通电机,以打造高爆发力的驱动单元,其关节模组的扭矩密度能够达到200N·m/kg。广汽集团发布的第三代具身智能人形机器人GoMate,同样在全身多关节采用了轴向磁通电机作为核心驱动单元,使其最大输出力矩达到了1000N·m。

除此之外,轴向磁通电机技术也从此前聚焦的场景中拓展开来,开始在协作机器人领域得到实际应用。华沿机器人在今年5月成功研发并推出了自主研发的轴向磁通电机产品,该电机所能达到的单电机峰值扭矩密度经测试为15N·m/kg。华沿机器人方面表示,这款新一代轴向磁通电机将会逐步应用到华沿全系列的协作机器人产品线当中,尤其是那些大负载的机器人产品。

轴向磁通电机 / 华沿机器人

不少嗅觉敏锐的上市企业也纷纷察觉到风向的变化,开始加速切入轴向磁通电机这一新兴赛道:

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鸿海旗下子公司广宇科技于今年年初投入3220万欧元,收购了比利时无轭轴向磁通电机公司Magnax的过半股权,以此进军人形机器人应用领域。

参股小象电动的东睦股份在2024年成功完成了1000平方米轴向磁通电机生产车间的基建建设工作,并在此基础上组建了1条轴向磁通电机装配生产的样板线。根据其年度报告所显示的数据,该公司在2025年实现了各类轴向磁通电机共计1724台的销售。

科德数控于2025年9月启动了轴向磁通电机的研发工作,经过七个月的持续技术攻关,成功完成了两款具有差异化特征的轴向磁通电机产品的开发,具体包括应用于机床转台的弧形/分段式轴向磁通电机,以及面向具身智能关节和新能源汽车领域的集成式轴向磁通电机。

中科三环与盘毂动力正式签署了《战略合作框架协议》。双方将围绕应用于轴向磁通电机的磁性材料,在其开发与供应环节建立起长期的战略合作关系。

双林股份与东南大学电气工程学院正式签署合作协议,旨在共同开展针对低空飞行器、人形机器人以及轮毂电机等领域的轴向磁通电机研发工作。

步科股份宣布成立了技术研究院,该机构紧密围绕机器人关节对于电机轻量化与大力矩的核心需求,开展了轴向磁通电机等新技术的长期预研与跟踪工作,目前已经推出样品,进入了客户试用阶段。

伟创电气与科达利联手合作,联合上海盟立等企业,共同投资组建了伟达立公司,其业务主要聚焦于谐波、行星、摆线、直线以及轴向磁通等各类关节模组的布局工作。

江苏雷利在2025年对轴向磁通电机企业仪坤动力进行了投资,双方共同推进盘式电机在新能源汽车、低空经济、机器人以及特种装备等场景的规模化落地。

富临精工成功实现了集成轴向磁通电机的一体化电关节技术的研发。

卧龙电驱已正式启动一项旨在研发高扭矩密度轴向磁通电机的项目。

由此可见,从专业电机厂商、机器人本体企业,到磁性材料、工业自动化以及高端装备龙头企业,轴向磁通电机已经成为产业链各方竞相布局的新焦点。

轴向磁通电机并不会赢家通吃

尽管行业针对这一新兴驱动方案呈现出空前的高涨热情,但轴向磁通电机并不必然适用于机器人所有的关节配置。

综合公开案例与产业交流信息,轴向磁通电机目前更适用于四足或多足机器人的腿部关节,以及人形机器人的下肢与腿部等承担高负载的关节部位。这主要源于该类关节在运行过程中,对负载能力、动态响应特性以及瞬时爆发力提出了更为严苛的要求,而轴向磁通电机在这些性能维度上具备显著优势。

人形机器人的腿部系统承担着整机的支撑、行走、下蹲、转向以及越障等多种动作。髋关节、膝关节与踝关节不仅需要承受静态重量,还会面临动态冲击的考验。与上肢和手部相比,下肢更易于将轴向磁通电机所具备的高扭矩密度优势,有效转化为整机的运动能力。从青龙机器人的电机方案中也能够观察到,其轴向磁通电机主要应用于腰部与腿部关节的模组当中。

然而,当前也有部分企业开始尝试对轴向磁通电机进行小型化处理,并将其应用于灵巧手等对尺寸和精度要求较高的精细部位。例如,中科灵犀的SQ-1503灵巧手便采用了轴向磁通电机与钨丝腱绳相结合的驱动设计,实现了20个自由度,能够执行螺丝锁付等精密的装配任务。

同样将业务重点聚焦于灵巧手市场的,还有指尖智擎这家公司。他们借助深度融合自主研发的微型轴向磁通电机、微型摆线减速器以及非接触式编码器等组件的方式,成功打造出了微型关节执行器。该产品将外径尺寸严格控制在16至30毫米的小型化范围之内,从而为灵巧手、轻型机械臂以及医疗设备等对于安装空间有着极为苛刻要求的应用场景,提供了可靠的动力解决方案。

由此可见,轴向磁通电机在机器人身上的应用很可能会呈现出一种分区适配的格局。具体来说,对于像下肢这样需要承受较大负载并提供瞬时爆发力的关节部位,轴向磁通电机因其高扭矩密度的特性,很可能率先获得规模化应用。而在上肢以及其他对运动精度和空间要求更为苛刻的关节位置,则仍可能由其他技术更为成熟的电机方案来承担驱动任务。

轴向磁通规模落地的瓶颈

当前,机器人领域的主流执行器方案仍以无框力矩电机、空心杯电机,以及伺服电机搭配谐波减速器、行星减速器、丝杠等组合形式为主。这些技术路线已经建立了成熟的供应链体系、具备了可控的成本结构并展现出较高的工程可靠性,因此在市场上占据主导地位。与之相比,轴向磁通电机虽然潜力显著,但在投入大规模应用之前,仍需克服一系列挑战,主要包括散热性能优化、成本控制以及规模化量产工艺的完善等方面。

首先是散热方面的问题。即使针对已趋于成熟的无框力矩电机而言,关节过热现象所引发的各类故障案例亦屡见不鲜。而轴向磁通电机由于其独特的架构特征,定子被夹持于两片转子之间,使得热源更难以有效地向外部传导,热管理工作的难度由此进一步增加。

一位电机铁芯供应商的负责人指出,常规磁钢在高温、高负载条件下由于其结构特点可能会出现退磁及性能衰减等问题,这会对机器人的长期高频服役构成一定挑战。展望未来,机器人的轴向磁通电机也可能会借鉴汽车领域的经验,引入油冷等高效散热方案来应对这一问题。

更关键的瓶颈则在量产方面,据小象电动总裁刘霄介绍,轴向磁通电机大规模应用的瓶颈在于量产环节面临较大困难。当前,轴向电机的材料成本与加工成本均高于传统无框电机,而用于生产制造此类电机的自动化设备,要么在生产效率上存在瓶颈,要么仍处于从0到1的起步阶段,因此难以切入大批量场景。

轴向磁通电机模组 / 璇玑动力

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为此,旨在破解量产瓶颈,多家轴向磁通电机企业正致力于探索创新的制造路径:一方面,指尖智擎选用PCB绕组方案来构建轴向磁通定子,借助IC基板所具备的高密度互联技术,成功制备出层数达48层、厚度仅为4.2毫米的微型定子单元,这显著增强了铜材料的填充率与产品的一致性。另一方面,小象电动与璇玑动力等企业则普遍采用了定子压铸工艺,此工艺在减少生产耗材的同时,也有效提高了整体制造良率。此外,璇玑动力的合伙人鲁锋向高工机器人透露,该公司目前已建设了自主研发的生产线,并在卷线等关键制造环节运用了自研设备,以此来强化其规模化交付能力。

这正是轴向磁通电机尽管被普遍视为"机器人电机的未来形态",却仍需跨越多道门槛才能实现规模化落地的根本原因所在。唯有将散热、成本与产线效率等关键难题逐一攻克,这种被称为"薄饼电机"的技术方案才有望真正为机器人的下一步发展提供有力支撑。

来源:机器人关节,盯上“薄饼电机” | 具身研习社

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