I. 기술원리와 구조적 혁신
프레임리스 토크 모터는 기존 모터 하우징, 베어링 및 기타 구성 요소를 폐기하고 코어 회전자(영구 자석 조립체)와 고정자(구리 권선 및 강철 적층)만 유지합니다. 기계 구조에 직접 통합되어 전력 출력을 달성합니다. 디자인 특징은 다음과 같습니다:
높은 전력 밀도:프레임 없는 디자인은 중복 구성 요소를 줄여 볼륨을 30%-50% 줄이면서 토크 밀도를 15%-20% 높입니다.
낮은 관성 응답:낮은 로터 관성과 짧은 응답 시간으로 로봇 관절의 순간 폭발력 요구(예: 점프 또는 질주 중)를 지원할 수 있습니다.
사용자 정의 호환성:모듈식 설계는 다양한 관절 크기에 맞게 조정됩니다(예를 들어 Tesla Optimus는 28개의 프레임리스 모터를 사용하여 관절을 구동합니다).
주요 기술적 과제는 자기 회로를 최적화하고 효과적인 열 관리를 설계하는 데 있습니다. 예를 들어, 독일의 TQ Robodrive는 냉각 효율을 높이기 위해 에폭시 포팅이 포함된 20-폴, 18슬롯 자기 회로 레이아웃을 사용합니다. 한편 미국에 본사를 둔 Kollmorgen은 12극, 39슬롯 설계를 활용하여 토크 리플을 줄이고 원활한 작동을 보장합니다.
II. 응용 시나리오: 산업 분야에서 생체공학 분야까지 포괄적인 침투
프레임리스 토크 모터의 핵심 응용 분야는 기존 산업용 로봇에서 휴머노이드 로봇 및 의료 장비와 같은{0}}고정밀 분야로 확장되었습니다.
휴머노이드 로봇 관절:
Tesla Optimus의 28개 관절에서 프레임리스 모터는 회전 및 선형 드라이브를 모두 처리하며 장치 가치의 약 15.4%를 차지합니다.
AI 기술과 통합된 Wolong Electric Drive의 조인트 모듈은 인간의 동작 특성을 모방할 수 있어 복잡한 환경에서 검사 및 구조 임무에 적합합니다.
협동로봇:각 협동 로봇에는 6~7개의 프레임리스 모터가 필요합니다. 컴팩트한 디자인(최소 직경 25mm)은 높은 민첩성을 지원합니다.
의료 및 정밀 제조:
수술용 로봇의 경우 모터 정밀도가 미크론 수준에 도달하여 최소 침습 수술을 지원합니다.
공작기계에서 직접 구동 기술은 기계적 전달 오류를 제거하여 가공 반복성을 향상시킵니다.
III. 제조공정: 정밀가공과 국내생산의 혁신
프레임 없는 토크 모터를 제조하려면 고정밀 가공과 고급 전자기 설계가 필요합니다.- 주요 측면은 다음과 같습니다.
재료 및 장비
와인딩 및 포팅 공정:
Buke Corporation의 3세대-세대 제품은 프레임 없는 포팅 기술과 결합된 분할 권선 설계를 사용하여 냉각 효율성과 구조적 안정성을 향상시킵니다.
LeiSai Intelligent의 FM1 시리즈는 권선 슬롯 충진율을 최적화하여 경쟁사보다 15% 더 높은 토크 밀도를 달성합니다.
국내 진행 상황:
Buke Corporation은 국내 시장 점유율의 약 50%를 점유하고 있으며 다양한 응용 분야에 적합한 외경 52mm~132mm 범위의 제품을 제공합니다.
LeiSai Intelligent는 여러 휴머노이드 로봇 기업을 대상으로 2024년 시험 생산에 들어간 25mm 마이크로 모터를 출시했습니다.
IV. 경쟁 환경: 해외 지배 속에서 국내 대체 기회
외국 브랜드:Kollmorgen(미국) 및 TQ Robodrive(독일)와 같은 회사는 자기 회로 시뮬레이션 및 프로세스 안정성 분야의 기술적 이점을 바탕으로{0}}고급 시장을 장악하고 있습니다.
국내 제조사:
부크 코퍼레이션:3세대 제품은-국제 표준과 동등하며, 4세대 연구는 경량 설계와 비용 최적화에 중점을 두고 있습니다.
LeiSai 지능형:마이크로 드라이브와 휴머노이드 관절 모듈은 2024년으로 명확한 생산 능력 계획을 세우고 시험 판매를 시작했습니다.
Wolong 전기 드라이브:AI 기술을 접목해 전력, 의료 등 수직 시장으로 활용 범위를 확대하는 생체공학 관절 시스템을 개발하고 있다.
시장 전망:휴머노이드 로봇의 프레임리스 토크 모터 세계 시장은 2025년까지 60억 위안에 이를 것으로 예상되며, 2030년에는 280억 위안을 초과할 것으로 예상되며, 국내 대체율은 잠재적으로 30%에서 50%로 증가할 수 있습니다.
V. 과제와 미래 동향
기술적 병목 현상:
고급-제품은 토크 밀도와 신뢰성 측면에서 아직 외국 브랜드에 비해 뒤떨어져 있습니다.
온도 상승 제어와 증가하는 맞춤 요구 사항으로 인해 제조 공정이 더욱 복잡해졌습니다.
혁신적인 방향:
이중 고정자 디자인:예를 들어, 특허 받은 솔루션은 내부-외부 고정자 레이아웃을 사용하여 충격 저항을 향상시켜 고부하 산업용 로봇에 적합합니다.-
지능형 통합:드라이버, 인코더 및 모터를 하나의 통합 설계로 결합하면 신호 간섭을 줄이는 데 도움이 됩니다(Haozhi Electromechanical의 조인트 모듈에서 볼 수 있듯이).
공급망 협업:업스트림 자성 재료 회사와 다운스트림 로봇 제조업체는 시장 채택을 가속화하기 위해 맞춤형 솔루션을 공동으로 개발하고 있습니다.
6. 통합 서보 휠: 프레임리스 토크 모터 성능의 도약
당사의 통합 서보 휠은 프레임 없는 토크 모터를 위한 올인원 캐리어 역할을 하며, 모터, 드라이버, 인코더 및 휠을 긴밀하게 통합하여 소형 '전력{2}}제어-실행' 장치를 만듭니다. 핵심 장점은 탁월한 공간 활용성과 폭발적인 동적 반응입니다. 예를 들어, 외경이 80mm인 일반적인 설계를 사용하면 150N·m의 최대 토크를 제공하고 100kg의 동적 하중을 지원할 수 있으며 기존 감속기 및 변속기 구조가 필요하지 않으므로-AGV 섀시 또는 인간형 로봇 관절의 레이아웃 자유도가 40% 이상 향상됩니다.
프레임리스 토크 모터의 낮은 관성 덕분에 휠의 응답 시간은 약 2ms로 압축됩니다. 0.5-미터의 좁은 창고 통로에서 ±0.1mm의 정밀한 정지를 달성하든, 인간형 로봇의 발목이 지면에 닿는 순간 순간 역방향 구동을 실행하든, 밀리초- 수준의 힘 제어가 가능합니다. 직접 구동 기술은 기계적 변속기 손실을 더욱 최소화하여 동일한 부하에서 에너지 소비를 15%-20% 줄입니다. 통합 IP65 등급 인클로저와 결합되어 먼지, 기름 또는 고주파 진동이 있는 산업 환경에서도 20,000시간 이상의 오류 없는 작동을 보장합니다.
더 중요한 점은 이 설계가 내장된 버스 프로토콜(예: EtherCAT)을 통해 다중-휠 조정 및 강제-위치 하이브리드 제어를 지원한다는 점입니다.- 예를 들어, 오르막길을 오르거나 장애물을 협상하는 동안 시스템은 바퀴 사이에 토크를 동적으로 할당하여 생물학적 근육의 조화로운 노력을 시뮬레이션할 수 있습니다. 수술용 로봇공학과 같은 고-민감도 시나리오에서는 미크론-수준의 포지셔닝 정확도와 유연한 출력으로 인간 손가락의 촉각 감각까지 재현할 수 있습니다. 이러한 "알고리즘 캐리어로서의 하드웨어" 특성은 로봇 모션 제어의 경계를 재정의하고 있습니다.
결론
휴머노이드 로봇의 "근육 시스템"인 프레임리스 토크 모터는 로봇의 성능 한계에 직접적인 영향을 미치는 기술적 혁신과 제조 업그레이드를 나타냅니다. 국내 기업은 프로세스 성숙도와 고급 시장 입지 측면에서 여전히 외국 브랜드에 뒤처져 있지만, 차별화된 혁신(예: 소형화 및 높은 비용-성능)과 공급망 협력을 통해 외국 브랜드의 독점이 점차 무너지고 있습니다. 미래에는 AI- 기반 휴머노이드 로봇의 대량 생산 물결로 인해 이 부문이 '폭발적인 성장 주기'를 경험할 수 있습니다.
