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El año 2025 se considera el primer año de producción en masa de robots humanoides, y el proceso industrial global se está acelerando: Tesla planea producir 10.000 unidades de Optimus al año, mientras que Zhiyuan Robotics de China ya ha logrado la producción en masa de miles de unidades y tiene como objetivo la comercialización en 2025. El proyecto de colaboración entre Seres y Huawei también está listo para entrar en la fase de producción en masa a finales de año... En esta ola, la mano diestra, como el portador central para que los robots humanoides interactúen con el entorno, se ha convertido en la clave de los avances tecnológicos.

A diferencia de las pinzas especializadas de los robots industriales tradicionales, los robots humanoides deben hacer frente a escenarios de aplicación complejos y en constante cambio, lo que requiere que sus actuadores posean una alta versatilidad y flexibilidad. La consecución de esta capacidad depende en gran medida del accionamiento preciso de la mano diestra: las soluciones de accionamiento eléctrico se han convertido en la opción principal debido a su eficiencia y controlabilidad. Entre ellas, los motores sin núcleo destacan por su pequeño tamaño y alta densidad de potencia, convirtiéndose en las "articulaciones centrales" de la mano diestra. Tomando como ejemplo el Optimus de Tesla, cada mano diestra debe estar equipada con 6 motores, con 2 motores sin núcleo para la articulación del pulgar y 1 para cada uno de los otros 4 dedos. Si ambas manos están equipadas con estas manos diestras, se necesitan un total de 12 motores sin núcleo para el accionamiento de las articulaciones.

Este artículo se centrará en este sector de alto crecimiento, proporcionando un análisis en profundidad del componente clave de los robots humanoides: el motor sin núcleo, y explorando sus barreras tecnológicas y oportunidades industriales.

El hardware central de los robots humanoides incluye actuadores lineales, actuadores rotativos, sensores, manos diestras, etc., entre los cuales la mano diestra es el actuador clave para que los robots interactúen con el entorno, con un alto umbral técnico. A diferencia de las pinzas especializadas de los robots industriales tradicionales, las manos diestras necesitan poseer altos grados de libertad, alta precisión y capacidades de respuesta rápida, lo que impulsa directamente la aplicación de los motores sin núcleo. Según MIR Industry Research, los motores sin núcleo representan aproximadamente el 6,7 % del valor del hardware de los robots humanoides.

Los motores sin núcleo no son productos fabricados específicamente para robots humanoides; su historia de desarrollo precede en gran medida a la de los robots humanoides. La tecnología básica de los motores sin núcleo se remonta a 1958, cuando el ingeniero alemán Dr. F. Faulhaber desarrolló la tecnología de bobinado de bobinas oblicuas, marcando el nacimiento de la tecnología de motores sin núcleo.

Debido a su excelente rendimiento, los productos de motores sin núcleo tienen una amplia gama de aplicaciones en la industria descendente, y se utilizaron inicialmente en industrias de vanguardia como la aeroespacial y la militar. En los últimos años, sus campos de aplicación se han expandido gradualmente al mercado civil, incluidos dispositivos médicos, electrónica de consumo, herramientas eléctricas, automatización industrial, robots y otros escenarios. Actualmente, la proporción de robots humanoides en el campo de aplicación de los motores sin núcleo sigue siendo relativamente pequeña. En el futuro, con la producción a gran escala de productos por parte de Tesla y numerosos productores nacionales de robots humanoides, los motores sin núcleo también tendrán amplias perspectivas de aplicación y demanda de mercado.

Los motores sin núcleo son relativamente caros, y la principal barrera radica en la tecnología de bobinado autoportante. Los puntos clave para lograr bobinados autoportantes son los siguientes:

1. Diseño del proceso de bobinado: Diferentes métodos de bobinado determinan el rendimiento del motor.

• Bobinado lineal:El proceso es complejo, requiere múltiples bobinados y es adecuado para estructuras de bobinado con menos vueltas y longitudes más largas.

• Bobinas oblicuas (por ejemplo, Faulhaber de Alemania):Formación automatizada de una sola vez, con una alta tasa de calificación y buena planicidad.

• Bobinados concéntricos (por ejemplo, Maxon de Suiza):Mayor densidad de potencia y mejor rendimiento.

2. Equipo de bobinado: El equipo de alta gama sigue estando dominado por Europa, Estados Unidos y Japón. Aunque los productores nacionales han logrado avances en algunas tecnologías, todavía existe una brecha en el bobinado de alta potencia y estructuras complejas.Por ejemplo, Zhongte Technology ha desarrollado y producido varios equipos de bobinado automáticos y semiautomáticos, pero el principio de bobinado de su máquina de bobinado sin núcleo de doble eje totalmente automática sigue perteneciendo al método de producción en rollo. Qinlian Technology es uno de los pocos productores nacionales de máquinas de bobinado sin núcleo que adopta la tecnología de producción de formación de una sola vez. Sin embargo, su máquina de bobinado solo puede bobinar bobinas de tamaños relativamente pequeños, diámetros de alambre delgados y formas simples, lo que no cumple con los requisitos de los motores sin núcleo de gran potencia.

Desde una perspectiva técnica, los motores sin núcleo se pueden dividir en dos categorías: con escobillas y sin escobillas. En sus estructuras, el rotor de un motor sin núcleo con escobillas no tiene núcleo de hierro, mientras que el estator de un motor sin núcleo sin escobillas no tiene núcleo de hierro.El motor sin núcleo sin escobillas es adecuado para robots humanoides. Su estructura es más compleja y su costo es mayor en comparación con los motores sin núcleo con escobillas utilizados en pequeños electrodomésticos y juguetes, y también existe un mayor potencial de sustitución nacional.

Los motores sin núcleo sin escobillas no tienen escobillas de carbono ni conmutadores. Logran principalmente la conversión de energía eléctrica a través de convertidores electrónicos, ajustan automáticamente la dirección de la corriente en función de la posición del rotor, logran un funcionamiento sin chispas, prácticamente sin pérdidas por fricción y extienden la vida útil del motor. La vida útil de los motores sin escobillas es más de tres veces mayor que la de los motores con escobillas. Es importante destacar que son más pequeños y livianos, lo que se alinea con la tendencia de desarrollo de los robots. Debido a sus procesos más complejos y a la mayor cantidad de materias primas, sus costos también son significativamente más altos que los de los motores con escobillas.

A nivel mundial, empresas de primer nivel como Maxon de Suiza, Faulhaber de Alemania y Portescap de Suiza han ocupado durante mucho tiempo una alta cuota de mercado en motores sin núcleo. Mientras tanto, los productores nacionales también están acelerando su presencia en este campo, como Moons' Industries, Dingzhi Technology, Zhaowei Electromechanical, Leadshine Technology, Sanhua Intelligent Controls, Weichuang Electric, Topband y Hichuan Technology.

Actualmente, la industria de robots humanoides se encuentra en una etapa crítica de definición de la aplicación del producto. Numerosos productores han lanzado prototipos y realizado diversas pruebas en un intento de explorar la forma óptima para la adopción escalable y generalizada de robots humanoides. En este proceso, las empresas de motores sin núcleo que suministran directamente a estos fabricantes de robots humanoides pueden obtener retroalimentación de primera mano sobre la aplicación. Esto les permite ajustar oportunamente sus direcciones de I+D y optimización de productos. Aprovechando la base sólida construida a través de la I+D conjunta temprana y los intercambios técnicos con los clientes, estas empresas de motores sin núcleo están preparadas para convertirse en proveedores designados después de la producción en masa de robots humanoides, obteniendo así una ventaja de primer movimiento en el vasto mercado futuro de motores sin núcleo.

Fundada en 1994, Moons' Industries es un fabricante integral en el campo del control de movimiento, con años de experiencia en tecnología de motores, dominando las capacidades centrales de I+D, accionamiento y fabricación. En 2024, logró unos ingresos operativos de 2.400 millones de yuanes, lo que supone una disminución interanual del 4,99 %.

Según los datos del sitio web oficial de Moons' Industries, el diámetro exterior más pequeño que pueden alcanzar sus motores sin escobillas y sin ranuras (sin núcleo sin escobillas) es de 10 mm, con modelos adicionales que van desde 13 mm hasta 30 mm. Los motores sin núcleo de la empresa utilizan su tecnología patentada de bobinado sin núcleo, un diseño especial que ofrece un par elevado, una alta resistencia torsional y un bajo nivel de ruido, lo que permite un funcionamiento más suave a altas y bajas velocidades, un control más preciso y una mayor eficiencia y densidad de potencia. Los datos del informe anual muestran queen 2024, el negocio de motores sin escobillas de Moons' Industries generó unos ingresos operativos totales de 219,51 millones de yuanes, lo que supone un aumento interanual del 31 %.

Fundada en 2008, Dingzhi Technology produce principalmente actuadores lineales, motores paso a paso híbridos, motores de corriente continua, motores de bobina de voz y sus componentes, y atiende a clientes de la industria de equipos médicos, automatización industrial y otros sectores manufacturerios. Sus ingresos anuales de 2024 alcanzaron los 224 millones de yuanes, lo que supone una disminución interanual del 20,80 %.

Según su informe financiero de 2024, Dingzhi Technology ha completado el desarrollo de una serie de motores sin núcleo que van desde 6 mm hasta 42 mm, junto con reductores planetarios de precisión de 6 mm a 42 mm, diseñados para diversas necesidades de automatización industrial. Estos productos se caracterizan por su bajo nivel de ruido, larga vida útil y alta precisión, y son adecuados para manos hábiles, interruptores de puertas, herramientas eléctricas, equipos dentales, etc., y ya se están suministrando a clientes, cumpliendo con los requisitos personalizados.

Fundada en 2001, Zhaowei Electromechanical se dedica principalmente a la I+D, la producción y la venta de sistemas de microtransmisión y accionamiento. Sus productos tienen aplicaciones en múltiples sectores, como los vehículos inteligentes, la tecnología de consumo y médica, la fabricación industrial avanzada e inteligente y la robótica. En 2024, la empresa logró unos ingresos operativos de 1.525 millones de yuanes, lo que supone un aumento interanual del 26,42 %.

Según el informe financiero de 2024, Zhaowei Electromechanical ha completado la construcción de una plataforma serializada para motores sin núcleo sin escobillas, y todos los motores serializados han alcanzado la producción en masa. El motor sin escobillas y sin núcleo de 4 mm ha superado los desafíos técnicos y ha entrado en producción a pequeña escala. En el futuro, el enfoque se centrará en el desarrollo de productos de 4 polos para motores sin escobillas y sin núcleo para mejorar el rendimiento del producto.