[Анализ развития отрасли бескаркасных постоянных магнитных двигателей для деталей {{гуманоидных роботов}}] | MIR DATABANK

2025 год считается первым годом массового производства гуманоидных роботов, при этом глобальный промышленный процесс ускоряется: Tesla планирует ежегодно производить 10 000 единиц Optimus, в то время как китайская компания Zhiyuan Robotics уже достигла массового производства тысяч единиц и нацелена на коммерциализацию в 2025 году. Совместный проект Seres и Huawei также должен выйти на стадию массового производства к концу года… В этом потоке ловкая рука, как основной носитель взаимодействия гуманоидных роботов с окружающей средой, стала ключом к технологическим прорывам.

В отличие от специализированных захватов традиционных промышленных роботов, гуманоидным роботам нужно справляться со сложными и постоянно меняющимися сценариями применения, требуя от их исполнительных механизмов как высокой универсальности, так и гибкости. Реализация этой возможности в значительной степени зависит от точного привода ловкой руки — электроприводные решения стали основным выбором из-за их эффективности и управляемости. Среди них бескаркасные двигатели выделяются своими небольшими размерами и высокой плотностью мощности, становясь «основными суставами» ловкой руки. Возьмем в качестве примера Optimus от Tesla: каждая ловкая рука должна быть оснащена 6 двигателями, причем 2 бескаркасных двигателя для сустава большого пальца и по одному для каждого из остальных 4 пальцев. Если обе руки оснащены такими ловкими руками, для привода суставов потребуется в общей сложности 12 бескаркасных двигателей.

В этой статье основное внимание будет уделено этому высокоростущему сектору, предоставляя глубокий анализ ключевого компонента гуманоидных роботов — бескаркасного двигателя — и исследуя его технологические барьеры и промышленные возможности.

Основное оборудование гуманоидных роботов включает линейные приводы, вращающиеся приводы, датчики, ловкие руки и т. д., среди которых ловкая рука является ключевым исполнительным механизмом для взаимодействия роботов с окружающей средой, обладающим высоким технологическим порогом. В отличие от специализированных захватов традиционных промышленных роботов, ловким рукам требуется высокая степень свободы, высокая точность и быстрота реакции, что напрямую стимулирует применение бескаркасных двигателей. По данным MIR Industry Research, бескаркасные двигатели составляют примерно 6,7% от стоимости оборудования гуманоидных роботов.

Безсердечниковые двигатели не являются продуктами, специально разработанными для гуманоидных роботов; история их разработки значительно опережает историю создания гуманоидных роботов. Основная технология безсердечниковых двигателей восходит к 1958 году, когда немецкий инженер доктор Ф. Фаульхабер разработал технологию намотки спирали с наклоном, положившую начало технологии безсердечниковых двигателей.

Благодаря своей превосходной производительности, безсердечниковые двигатели нашли широкое применение в различных отраслях, первоначально используясь в таких передовых областях, как аэрокосмическая и военная промышленность. В последние годы сферы их применения постепенно расширились и на гражданский рынок, включая медицинское оборудование, бытовую электронику, электроинструменты, промышленную автоматизацию, роботов и другие сферы. В настоящее время доля гуманоидных роботов в сфере применения безсердечниковых двигателей остается относительно небольшой. В будущем, с массовым производством продукции компанией Tesla и многочисленными отечественными производителями гуманоидных роботов, безсердечниковые двигатели также получат широкие перспективы применения и спрос на рынке.

Безсердечниковые двигатели относительно дороги, и основным барьером является технология самостоятельной намотки. Ключевые моменты достижения самостоятельной намотки заключаются в следующем:

1. Конструкция процесса намотки: различные методы намотки определяют производительность двигателя.

• Линейная намотка:Процесс сложен, требует многократных намоток и подходит для конструкций намотки с меньшим количеством витков и большей длиной.

• Спирали с наклоном (например, Faulhaber из Германии):Автоматическое одноэтапное формирование с высоким процентом годности и хорошей плоскостью.

• Концентрические намотки (например, Maxon из Швейцарии):Более высокая плотность мощности и лучшая производительность.

2. Оборудование для намотки: высокотехнологичное оборудование по-прежнему доминирует в Европе, США и Японии. Хотя отечественные производители достигли прорыва в некоторых технологиях, все еще существует разрыв в намотке с большой мощностью и сложной конструкцией.Например, компания Zhongte Technology разработала и произвела несколько автоматических и полуавтоматических оборудований для намотки, но принцип намотки ее полностью автоматической двухосевой безсердечниковой намотки все еще относится к рулонному методу производства. Компания Qinlian Technology является одним из немногих отечественных производителей безсердечниковых намоточных станков, которые используют технологию производства с одноэтапным формированием. Однако его обмоточная машина может обматывать только катушки относительно небольшого размера, с тонким диаметром провода и простыми формами, что не соответствует требованиям мощных бескаркасных двигателей.

С технической точки зрения бескаркасные двигатели можно разделить на две категории: с щетками и бесщеточные. В конструкции ротора бескаркасного двигателя с щетками нет сердечника, в то время как в статоре бесщеточного бескаркасного двигателя нет сердечника.Бесщеточный бескаркасный двигатель подходит для гуманоидных роботов. Его конструкция более сложна, а стоимость выше по сравнению с бескаркасными двигателями с щетками, используемыми в небольших бытовых приборах и игрушках, и имеет больший потенциал для импортозамещения.

Бесщеточные бескаркасные двигатели не имеют угольных щеток или коммутаторов. Они в основном осуществляют преобразование электрической энергии с помощью электронных преобразователей, автоматически регулируют направление тока в зависимости от положения ротора, обеспечивают бесискровую работу, практически не имеют потерь на трение и продлевают срок службы двигателя. Срок службы бесщеточных двигателей более чем в три раза превышает срок службы двигателей с щетками. Важно отметить, что они имеют меньшие размеры и меньший вес, что соответствует тенденциям развития робототехники. Из-за более сложных процессов и большего количества сырья их стоимость также значительно выше, чем у двигателей с щетками.

Во всем мире ведущие предприятия, такие как швейцарская Maxon, немецкая Faulhaber и швейцарская Portescap, уже давно занимают значительную долю рынка бескаркасных двигателей. В то же время отечественные производители также активизируют свое присутствие в этой области, такие как Moons' Industries, Dingzhi Technology, Zhaowei Electromechanical, Leadshine Technology, Sanhua Intelligent Controls, Weichuang Electric, Topband и Hichuan Technology.

В настоящее время отрасль гуманоидных роботов находится на критическом этапе определения применения продукции. Многие производители запустили прототипы и провели различные испытания, пытаясь найти оптимальную форму для масштабируемого и широкого внедрения гуманоидных роботов. В этом процессе компании, поставляющие бескаркасные двигатели для производителей гуманоидных роботов, могут получить отзывы о применении из первых рук. Это позволяет им оперативно корректировать направления исследований и разработок, а также оптимизации продукции. Опираясь на прочную основу, созданную благодаря ранним совместным исследованиям и разработкам, а также техническим обменам с клиентами, эти компании по производству бескаркасных двигателей готовы стать назначенными поставщиками после начала массового производства гуманоидных роботов, тем самым получив преимущество первопроходца на огромном будущем рынке бескаркасных двигателей.

Основанная в 1994 году, компания Moons' Industries является комплексным производителем в области управления движением, обладающим многолетним опытом в области технологий электродвигателей, владеющим основными возможностями в области исследований и разработок, приводов и производства. В 2024 году ее операционная выручка составила 2,4 млрд юаней, что на 4,99% ниже по сравнению с предыдущим годом.

Согласно данным с официального сайта Moons' Industries, минимальный наружный диаметр, достижимый ее бесщеточными бесканальными двигателями (бесщеточными бессердечниковыми), составляет 10 мм, а дополнительные модели имеют диапазон от 13 мм до 30 мм. Бессердечниковые двигатели компании используют собственную запатентованную технологию бессердечниковой обмотки, специальную конструкцию, обеспечивающую высокий крутящий момент, высокую крутильную жесткость и низкий уровень шума, что обеспечивает более плавную работу на высоких и низких скоростях, более точное управление, а также более высокую эффективность и плотность мощности. Данные годового отчета показывают, чтов 2024 году бизнес Moons' Industries по производству бесщеточных двигателей принес общую операционную выручку в размере 219,51 млн юаней, что на 31% больше по сравнению с предыдущим годом.

Основанная в 2008 году, компания Dingzhi Technology в основном производит линейные приводы, гибридные шаговые двигатели, постоянные токовые двигатели, голосовые катушечные двигатели и их компоненты, обслуживая клиентов в медицинском оборудовании, промышленной автоматизации и других производственных секторах. Ее годовая выручка в 2024 году составила 224 млн юаней, что на 20,80% ниже по сравнению с предыдущим годом.

Согласно ее финансовому отчету за 2024 год, Dingzhi Technology завершила разработку серии бессердечниковых двигателей диапазоном от 6 мм до 42 мм, сопряженных с прецизионными планетарными редукторами диапазоном от 6 мм до 42 мм, предназначенных для различных потребностей промышленной автоматизации. Эти продукты отличаются низким уровнем шума, длительным сроком службы и высокой точностью, подходят для использования в точных манипуляторах, дверных замках, электроинструментах, стоматологическом оборудовании и т.д., и уже поставляются клиентам в соответствии с их индивидуальными требованиями.

Основанная в 2001 году, компания Zhaowei Electromechanical в основном занимается исследованиями и разработками, производством и продажами микропередаточных и приводных систем. Ее продукция находит применение в различных секторах, включая интеллектуальные транспортные средства, потребительские и медицинские технологии, передовые промышленные и интеллектуальные производства, а также робототехнику. В 2024 году компания достигла операционной выручки в размере 1,525 млрд юаней, что на 26,42% больше по сравнению с предыдущим годом.

Согласно финансовому отчету за 2024 год, Zhaowei Electromechanical завершила строительство сериализованной платформы для бесщеточных бессердечниковых двигателей, при этом все сериализованные двигатели достигли массового производства. 4-миллиметровый бесщеточный бескорпусный двигатель преодолел технические препятствия и вышел на стадию мелкосерийного производства. В будущем основное внимание будет уделено разработке 4-полюсных изделий для бесщеточных бескорпусных двигателей с целью повышения производительности продукции.