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L'année 2025 est considérée comme la première année de production en série des robots humanoïdes, avec une accélération du processus industriel mondial : Tesla prévoit de produire 10 000 unités d'Optimus par an, tandis que Zhiyuan Robotics, en Chine, a déjà atteint une production en série de plusieurs milliers d'unités et vise une commercialisation en 2025. Le projet de collaboration entre Seres et Huawei devrait également entrer en phase de production en série d'ici la fin de l'année... Dans cette vague, la main adroite, en tant que support central pour l'interaction des robots humanoïdes avec leur environnement, est devenue la clé des percées technologiques.

Contrairement aux pinces spécialisées des robots industriels traditionnels, les robots humanoïdes doivent faire face à des scénarios d'application complexes et en constante évolution, ce qui exige de leurs actionneurs une grande polyvalence et une grande flexibilité. La réalisation de cette capacité dépend en grande partie de l'entraînement précis de la main adroite : les solutions d'entraînement électrique sont devenues le choix dominant en raison de leur efficacité et de leur contrôlabilité. Parmi elles, les moteurs sans noyau se distinguent par leur petite taille et leur haute densité de puissance, devenant les « articulations centrales » de la main adroite. Prenons l'exemple d'Optimus de Tesla : chaque main adroite doit être équipée de 6 moteurs, dont 2 moteurs sans noyau pour l'articulation du pouce et 1 pour chacun des 4 autres doigts. Si les deux mains sont équipées de telles mains adroites, un total de 12 moteurs sans noyau sont nécessaires pour l'entraînement des articulations.

Cet article se concentrera sur ce segment à forte croissance, en fournissant une analyse approfondie du composant clé des robots humanoïdes : le moteur sans noyau, et en explorant ses obstacles technologiques et ses opportunités industrielles.

Le matériel central des robots humanoïdes comprend des actionneurs linéaires, des actionneurs rotatifs, des capteurs, des mains adroites, etc., parmi lesquels la main adroite est l'actionneur clé permettant aux robots d'interagir avec leur environnement, avec un seuil technique élevé. Contrairement aux pinces spécialisées des robots industriels traditionnels, les mains adroites doivent posséder un haut degré de liberté, une grande précision et des capacités de réponse rapide, ce qui entraîne directement l'application des moteurs sans noyau. Selon MIR Industry Research, les moteurs sans noyau représentent environ 6,7 % de la valeur matérielle des robots humanoïdes.

Les moteurs sans noyau ne sont pas des produits spécifiquement conçus pour les robots humanoïdes ; leur histoire de développement précède de loin celle des robots humanoïdes. La technologie de base des moteurs sans noyau remonte à 1958, lorsque l'ingénieur allemand Dr. F. Faulhaber a mis au point la technologie de bobinage à enroulement oblique, marquant ainsi la naissance de la technologie des moteurs sans noyau.

En raison de leurs excellentes performances, les moteurs sans noyau ont un large éventail d'applications en aval, ayant d'abord été utilisés dans des industries de pointe telles que l'aérospatiale et le militaire. Ces dernières années, leurs domaines d'application se sont progressivement élargis au marché civil, notamment dans les dispositifs médicaux, l'électronique grand public, les outils électriques, l'automatisation industrielle, les robots et d'autres scénarios. Actuellement, la proportion de robots humanoïdes dans le domaine d'application des moteurs sans noyau reste relativement faible. À l'avenir, avec la production à grande échelle de produits par Tesla et de nombreux producteurs nationaux de robots humanoïdes, les moteurs sans noyau connaîtront également de vastes perspectives d'application et une demande de marché.

Les moteurs sans noyau sont relativement chers, l'obstacle principal résidant dans la technologie de bobinage autoporteuse. Les points clés pour réaliser des bobinages autoporteurs sont les suivants :

1. Conception du processus de bobinage : différentes méthodes de bobinage déterminent les performances du moteur.

• Bobinage linéaire :Le processus est complexe, nécessitant plusieurs bobinages, et convient aux structures de bobinage ayant moins de spires et une plus grande longueur.

• Bobines à enroulement oblique (par exemple, Faulhaber en Allemagne) :Formage unique automatisé, avec un taux de qualification élevé et une bonne planéité.

• Bobinages concentriques (par exemple, Maxon en Suisse) :Plus grande densité de puissance et meilleures performances.

2. Équipement de bobinage : les équipements haut de gamme sont toujours dominés par l'Europe, les États-Unis et le Japon. Bien que les producteurs nationaux aient percé certaines technologies, il subsiste encore un écart en matière de bobinage de grande puissance et de structure complexe.Par exemple, Zhongte Technology a développé et produit plusieurs équipements de bobinage automatiques et semi-automatiques, mais le principe de bobinage de sa machine de bobinage sans noyau à double axes entièrement automatique appartient toujours à la méthode de production en rouleau. Qinlian Technology est l'un des rares producteurs nationaux de machines de bobinage sans noyau à adopter la technologie de production de formage unique. Cependant, sa machine d'enroulement ne peut enrouler que des bobines de taille relativement petite, avec des diamètres de fil fins et des formes simples, ce qui ne répond pas aux exigences des moteurs sans noyau de grande puissance.

D'un point de vue technique, les moteurs sans noyau peuvent être divisés en deux catégories : ceux à balais et ceux sans balais. Dans leurs structures, le rotor d'un moteur sans noyau à balais n'a pas de noyau de fer, tandis que le stator d'un moteur sans noyau sans balais n'a pas de noyau de fer.Le moteur sans noyau sans balais convient aux robots humanoïdes. Sa structure est plus complexe et son coût est plus élevé que celui des moteurs sans noyau à balais utilisés dans les petits appareils ménagers et les jouets, et il existe également un plus grand potentiel de substitution nationale.

Les moteurs sans noyau sans balais ne disposent pas de balais de carbone ni de collecteurs. Ils réalisent principalement la conversion de l'énergie électrique par l'intermédiaire de convertisseurs électroniques, ajustent automatiquement le sens du courant en fonction de la position du rotor, permettent un fonctionnement sans étincelles, n'ont pratiquement pas de pertes par frottement et prolongent la durée de vie du moteur. La durée de vie des moteurs sans balais est plus de trois fois supérieure à celle des moteurs à balais. Il est important de noter qu'ils sont plus petits et plus légers, ce qui correspond à la tendance de développement des robots. En raison de leurs processus plus complexes et de leur consommation plus importante de matières premières, leurs coûts sont également nettement plus élevés que ceux des moteurs à balais.

À l'échelle mondiale, des entreprises de premier plan telles que Maxon (Suisse), Faulhaber (Allemagne) et Portescap (Suisse) occupent depuis longtemps une part de marché élevée dans le domaine des moteurs sans noyau. Dans le même temps, les producteurs nationaux accélèrent également leur présence dans ce domaine, tels que Moons' Industries, Dingzhi Technology, Zhaowei Electromechanical, Leadshine Technology, Sanhua Intelligent Controls, Weichuang Electric, Topband et Hichuan Technology.

Actuellement, l'industrie des robots humanoïdes se trouve à un stade critique de la définition des applications des produits. De nombreux producteurs ont lancé des prototypes et effectué divers tests dans le but d'explorer la forme optimale pour une adoption évolutive et généralisée des robots humanoïdes. Dans ce processus, les entreprises de moteurs sans noyau qui fournissent directement ces fabricants de robots humanoïdes peuvent obtenir des retours d'application de première main. Cela leur permet d'ajuster rapidement leurs orientations en matière de R&D et d'optimisation des produits. S'appuyant sur les bases solides construites grâce à la R&D conjointe et aux échanges techniques avec les clients, ces entreprises de moteurs sans noyau sont prêtes à devenir des fournisseurs désignés après la production en série de robots humanoïdes, gagnant ainsi un avantage de premier entrant sur le vaste marché futur des moteurs sans noyau.

Fondée en 1994, Moons' Industries est un fabricant polyvalent dans le domaine du contrôle de mouvement, avec des années d'expertise dans la technologie des moteurs, maîtrisant les capacités de R&D, d'entraînement et de fabrication. En 2024, elle a réalisé un chiffre d'affaires d'exploitation de 2,4 milliards de yuans, en baisse de 4,99 % en glissement annuel.

Selon les données du site Web officiel de Moons' Industries, le plus petit diamètre extérieur réalisable par ses moteurs sans balais et sans encoches (sans noyau) est de 10 mm, avec des modèles supplémentaires allant de 13 mm à 30 mm. Les moteurs sans noyau de la société utilisent sa technologie brevetée exclusive d'enroulement sans noyau, une conception spéciale qui offre un couple élevé, une résistance à la torsion élevée et un faible niveau de bruit, permettant un fonctionnement plus fluide à haute et basse vitesse, un contrôle plus précis, ainsi qu'une efficacité et une densité de puissance plus élevées. Les données du rapport annuel montrent queen 2024, l'activité moteurs sans balais de Moons' Industries a généré un chiffre d'affaires d'exploitation total de 219,51 millions de yuans, en hausse de 31 % en glissement annuel.

Fondée en 2008, Dingzhi Technology produit principalement des actionneurs linéaires, des moteurs pas à pas hybrides, des moteurs à courant continu, des moteurs à bobine mobile et leurs composants, desservant des clients en aval dans les secteurs de l'équipement médical, de l'automatisation industrielle et d'autres secteurs manufacturiers. Son chiffre d'affaires annuel de 2024 a atteint 224 millions de yuans, en baisse de 20,80 % en glissement annuel.

Selon son rapport financier de 2024, Dingzhi Technology a achevé le développement de séries de moteurs sans noyau allant de 6 mm à 42 mm, associés à des réducteurs planétaires de précision de 6 mm à 42 mm, conçus pour répondre à divers besoins d'automatisation industrielle. Ces produits se caractérisent par un faible niveau de bruit, une longue durée de vie et une grande précision, adaptés aux mains adroites, aux interrupteurs de porte, aux outils électriques, aux équipements dentaires, etc., et sont déjà fournis à des clients, répondant à des exigences personnalisées.

Fondée en 2001, Zhaowei Electromechanical est principalement engagée dans la R&D, la production et la vente de micro-transmissions et de systèmes d'entraînement. Ses produits trouvent des applications dans plusieurs secteurs, notamment les véhicules intelligents, les technologies grand public et médicales, l'industrie avancée et la fabrication intelligente, ainsi que la robotique. En 2024, la société a réalisé un chiffre d'affaires d'exploitation de 1,525 milliard de yuans, en hausse de 26,42 % en glissement annuel.

Selon le rapport financier de 2024, Zhaowei Electromechanical a achevé la construction d'une plateforme sérialisée pour les moteurs sans noyau sans balais, tous les moteurs sérialisés ayant atteint la production de masse. Le moteur sans noyau et sans balai de 4 mm a surmonté les défis techniques et est entré en production à petite échelle. À l'avenir, l'accent sera mis sur le développement de produits à 4 pôles pour les moteurs sans noyau et sans balai afin d'améliorer les performances des produits.