SMM

O ano de 2025 é visto como o primeiro ano de produção em massa de robôs humanóides, com o processo industrial global a acelerar: a Tesla planeja produzir 10.000 unidades do Optimus por ano, enquanto a Zhiyuan Robotics, da China, já alcançou a produção em massa de milhares de unidades e visa a comercialização em 2025. O projeto colaborativo entre a Seres e a Huawei também está programado para entrar na fase de produção em massa até o final do ano... Nesta onda, a mão ágil, como principal meio de interação dos robôs humanóides com o ambiente, tornou-se a chave para os avanços tecnológicos.

Diferentemente das pinças especializadas dos robôs industriais tradicionais, os robôs humanóides precisam lidar com cenários de aplicação complexos e em constante mudança, exigindo que seus atuadores possuam alta versatilidade e flexibilidade. A realização dessa capacidade depende em grande parte da acionamento preciso da mão ágil — as soluções de acionamento elétrico tornaram-se a escolha dominante devido à sua eficiência e controlabilidade. Entre elas, os motores sem núcleo destacam-se por seu pequeno tamanho e alta densidade de potência, tornando-se as "juntas centrais" da mão ágil. Tomando o Optimus da Tesla como exemplo, cada mão ágil precisa ser equipada com 6 motores, com 2 motores sem núcleo para a articulação do polegar e 1 para cada um dos outros 4 dedos. Se ambas as mãos forem equipadas com mãos ágeis, serão necessários um total de 12 motores sem núcleo para o acionamento das articulações.

Este artigo se concentrará nesse segmento de alto crescimento, fornecendo uma análise aprofundada do componente-chave dos robôs humanóides — o motor sem núcleo — e explorando suas barreiras tecnológicas e oportunidades industriais.

O hardware central dos robôs humanóides inclui atuadores lineares, atuadores rotativos, sensores, mãos ágeis, etc., entre os quais a mão ágil é o principal atuador para a interação dos robôs com o ambiente, com um alto limiar técnico. Diferentemente das pinças especializadas dos robôs industriais tradicionais, as mãos ágeis precisam possuir altos graus de liberdade, alta precisão e capacidades de resposta rápida, impulsionando diretamente a aplicação de motores sem núcleo. De acordo com a MIR Industry Research, os motores sem núcleo representam aproximadamente 6,7% do valor do hardware dos robôs humanóides.

Os motores sem núcleo não são produtos especificamente fabricados para robôs humanóides; sua história de desenvolvimento antecede em muito a dos robôs humanóides. A tecnologia básica dos motores sem núcleo pode ser rastreada até 1958, quando o engenheiro alemão Dr. F. Faulhaber desenvolveu a tecnologia de enrolamento de bobina oblíqua, marcando o nascimento da tecnologia de motores sem núcleo.

Devido ao seu excelente desempenho, os produtos de motores sem núcleo têm uma ampla gama de aplicações a jusante, tendo sido inicialmente utilizados em setores de ponta, como aeroespacial e militar. Nos últimos anos, seus campos de aplicação expandiram-se gradualmente para o mercado civil, abrangendo dispositivos médicos, eletrônicos de consumo, ferramentas elétricas, automação industrial, robôs e outras cenas. Atualmente, a proporção de robôs humanóides no campo de aplicação dos motores sem núcleo ainda é relativamente pequena. No futuro, com a produção em grande escala de produtos pela Tesla e por numerosos fabricantes nacionais de robôs humanóides, os motores sem núcleo também terão amplas perspectivas de aplicação e demanda de mercado.

Os motores sem núcleo são relativamente caros, e a principal barreira reside na tecnologia de enrolamento autoportante. Os pontos-chave para alcançar enrolamentos autoportantes são os seguintes:

1. Design do processo de enrolamento: Diferentes métodos de enrolamento determinam o desempenho do motor.

• Enrolamento linear:O processo é complexo, exigindo várias bobinas, e é adequado para estruturas de enrolamento com menos espiras e comprimentos mais longos.

• Bobinas oblíquas (por exemplo, Faulhaber, da Alemanha):Formação automatizada única, com alta taxa de qualificação e boa planicidade.

• Enrolamentos concêntricos (por exemplo, Maxon, da Suíça):Maior densidade de potência e melhor desempenho.

2. Equipamento de enrolamento: Os equipamentos de ponta ainda são dominados pela Europa, Estados Unidos e Japão. Embora os fabricantes nacionais tenham rompido algumas tecnologias, ainda há uma lacuna no enrolamento de alta potência e estrutura complexa.Por exemplo, a Zhongte Technology desenvolveu e produziu vários equipamentos de enrolamento automáticos e semi-automáticos, mas o princípio de enrolamento de sua máquina de enrolamento sem núcleo de dois eixos totalmente automática ainda pertence ao método de produção do tipo rolo. A Qinlian Technology é um dos poucos fabricantes nacionais de máquinas de enrolamento sem núcleo que adota a tecnologia de produção de formação única. No entanto, a sua máquina de enrolamento só pode enrolar bobinas de tamanhos relativamente pequenos, com diâmetros de fios finos e formas simples, o que não atende aos requisitos de motores sem núcleo de grande potência.

Do ponto de vista técnico, os motores sem núcleo podem ser divididos em duas categorias: com escovas e sem escovas. Nas suas estruturas, o rotor de um motor sem núcleo com escovas não tem núcleo de ferro, enquanto o estator de um motor sem núcleo sem escovas não tem núcleo de ferro.O motor sem núcleo sem escovas é adequado para robôs humanóides. A sua estrutura é mais complexa e o seu custo é mais elevado em comparação com os motores sem núcleo com escovas utilizados em pequenos eletrodomésticos e brinquedos, e também há um maior potencial para substituição nacional.

Os motores sem núcleo sem escovas não têm escovas de carbono nem comutadores. Eles alcançam principalmente a conversão de energia elétrica através de conversores eletrónicos, ajustam automaticamente a direção da corrente com base na posição do rotor, alcançam uma operação sem faíscas, têm basicamente nenhuma perda por fricção e prolongam a vida útil do motor. A vida útil dos motores sem escovas é mais de três vezes superior à dos motores com escovas. É importante ressaltar que eles são menores em tamanho e mais leves, alinhados com a tendência de desenvolvimento dos robôs. Devido aos seus processos mais complexos e a mais matérias-primas, os seus custos também são significativamente mais elevados do que os dos motores com escovas.

Globalmente, empresas de topo, como a Maxon da Suíça, a Faulhaber da Alemanha e a Portescap da Suíça, ocupam há muito tempo uma elevada quota de mercado nos motores sem núcleo. Enquanto isso, os produtores nacionais também estão a acelerar a sua presença neste campo, como a Moons' Industries, a Dingzhi Technology, a Zhaowei Electromechanical, a Leadshine Technology, a Sanhua Intelligent Controls, a Weichuang Electric, a Topband e a Hichuan Technology.

Atualmente, a indústria de robôs humanóides encontra-se numa fase crítica de definição da aplicação do produto. Numerosos produtores lançaram protótipos e realizaram vários testes na tentativa de explorar a forma ideal para uma adoção escalável e generalizada de robôs humanóides. Neste processo, as empresas de motores sem núcleo que fornecem diretamente a esses fabricantes de robôs humanóides podem obter feedback de primeira mão sobre a aplicação. Isto permite-lhes ajustar prontamente as suas direções de I&D e otimização de produtos. Aproveitando a sólida base construída através de I&D conjunta e trocas técnicas com clientes no início, estas empresas de motores sem núcleo estão preparadas para se tornarem fornecedoras designadas após a produção em massa de robôs humanóides, ganhando assim uma vantagem de pioneirismo no vasto mercado futuro de motores sem núcleo.

Fundada em 1994, a Moons' Industries é uma fabricante abrangente no campo do controle de movimento, com anos de experiência em tecnologia de motores, dominando as principais capacidades de P&D, acionamento e fabricação. Em 2024, alcançou uma receita operacional de 2,4 bilhões de yuan, uma queda de 4,99% em relação ao mesmo período do ano anterior.

De acordo com os dados do site oficial da Moons' Industries, o menor diâmetro externo alcançável por seus motores sem escovas e sem fendas (sem núcleo sem escovas) é de 10 mm, com modelos adicionais variando de 13 mm a 30 mm. Os motores sem núcleo da empresa utilizam sua tecnologia patenteada de enrolamento sem núcleo, um design especial que oferece alto torque, alta resistência à torção e baixo ruído, permitindo uma operação mais suave em altas e baixas velocidades, um controle mais preciso e maior eficiência e densidade de potência. Os dados do relatório anual mostram queem 2024, o negócio de motores sem escovas da Moons' Industries gerou uma receita operacional total de 219,51 milhões de yuan, um aumento de 31% em relação ao mesmo período do ano anterior.

Fundada em 2008, a Dingzhi Technology produz principalmente atuadores lineares, motores de passo híbridos, motores DC, motores de bobina de voz e seus componentes, atendendo a clientes a jusante nos setores de equipamentos médicos, automação industrial e outros setores manufatureiros. Sua receita anual em 2024 atingiu 224 milhões de yuan, uma queda de 20,80% em relação ao mesmo período do ano anterior.

De acordo com seu relatório financeiro de 2024, a Dingzhi Technology concluiu o desenvolvimento de uma série de motores sem núcleo que variam de 6 mm a 42 mm, emparelhados com redutores planetários de precisão de 6 mm a 42 mm, projetados para várias necessidades de automação industrial. Esses produtos apresentam baixo ruído, longa vida útil e alta precisão, adequados para mãos ágeis, interruptores de portas, ferramentas elétricas, equipamentos odontológicos, etc., e já estão sendo fornecidos aos clientes, atendendo a requisitos personalizados.

Fundada em 2001, a Zhaowei Electromechanical está principalmente envolvida na P&D, produção e vendas de sistemas de microtransmissão e acionamento. Seus produtos encontram aplicações em vários setores, incluindo veículos inteligentes, tecnologia de consumo e médica, manufatura industrial avançada e inteligente e robótica. Em 2024, a empresa alcançou uma receita operacional de 1,525 bilhão de yuan, um aumento de 26,42% em relação ao mesmo período do ano anterior.

De acordo com o relatório financeiro de 2024, a Zhaowei Electromechanical concluiu a construção de uma plataforma serializada para motores sem núcleo sem escovas, com todos os motores serializados alcançando a produção em massa. O motor sem núcleo sem escovas de 4 mm superou os desafios técnicos e entrou em produção em pequena escala. No futuro, o foco será no desenvolvimento de produtos de 4 polos para motores sem núcleo sem escovas, a fim de melhorar o desempenho dos produtos.