无框力矩电机：从入门带到高性能带，12 款机型对比

无框力矩电机到手时是两个零件，中间什么都没有：一个按机座尺寸绕线并叠片的定子，与一个承载磁体的转子，既没有外壳，也没有自身的轴承组，更没有轴。这就是它的全部主张，也正因如此，无框力矩电机 品类当前收录的这十二款套件无法排在一条轴上顺序读下来。十二款中有两款重量不超过 40 g，其公布峰值扭矩以牛顿米的百分之一为单位计量。有一款额定 838 W 并公布 12 Nm。从 20 g 的入门端到 710 g 的系列顶端，公布峰值扭矩从 0.072 Nm 延伸到 12 Nm，而这一分布任一端的产品在任何应用里都不是另一端产品的替代品。所以有用的问题不是十二款中哪一款最强，而是三条带之间的边界落在哪里：适合末端轻载轴的带、适合承载人体或负载的实动关节的带，以及必须驱动整台机器而非一根连杆的带。

快速结论

按公布峰值扭矩排序，这十二款落在三个互不重叠的带里，并由记录中清晰的间隙分隔开：20 g 到 105 g 之间有四款峰值不超过 1 Nm，156 g 到 270 g 之间有四款峰值在 1.63 Nm 到 2.68 Nm 之间，352 g 到 710 g 之间有四款峰值在 4 Nm 及以上。这个次序不是营销上的划分。它是公布额定电流攀升的次序，是外径增大的次序，也是绕组从单一 16 V 或 24 V 设计转向 48 V 母线、或转向能真正承载更大绕组所需电流的多母线设计的次序。通读整个 无框力矩电机 品类，正是这把梯子使得十二款无法被折叠成一份强度排名。

有两个结构性事实横跨三个带，而且比带本身更重要。第一是布局：十二款中有七款是内转子，磁体装在内侧转子上、绕组由外侧定子承载，另有五款是外转子，把这一布置反过来。第二是反馈：十二份记录中有三份描述随附霍尔传感器供货的套件，两份描述不随附霍尔传感器供货的套件，而其余七份记录——全部属于 RI 系列——完全没有说明反馈配置，这一差别会改变集成方在电机能够低速换相之前必须补上的东西。当十二款中没有一款落在某个必需包络之内时，能够重新拟订规格的正是无框形式，而这些套件背后的制造商为这类需求记录了可行的路径。

关键评估指标：这 12 款电机是如何分类的

支撑下述分类的是五项公布量，按这个顺序读取，是因为每一项都在收窄下一项需要解释的范围。十二份记录对这五项全部公布，这正是这个家族的 tiered 比较得以成立的前提。

峰值扭矩划定层级边界

此处的每一款都公布两个扭矩数值，本指南的层级边界画在较大的那一个上。峰值扭矩描述的是绕组在驱动器达到电流上限或磁体失去工作点之前的短暂区间内能够输出的值；它说的是一个窗口，而不是一种能力，也是把连续额定值彼此接近的套件诚实区分开来的方式。按这个读法，十二款排序干净：第一带是 0.072 Nm、0.23 Nm、0.6 Nm 和 0.9 Nm，接着是 1.63 Nm、1.67 Nm、2.4 Nm 和 2.68 Nm，然后是 4 Nm、4.1 Nm、4.95 Nm 和 12 Nm。带与带之间的间隙——从 0.9 Nm 到 1.63 Nm，以及从 2.68 Nm 到 4 Nm——各自都接近两倍，因此被放在边界错误一侧的产品绝不是一次勉强可接受的判断。

额定扭矩是连续值

两个扭矩列中较小的那一个，才是关节必须长期与之相处的值。额定扭矩是绕组保持在其绝缘等级之内时套件能够维持的扭矩，与 机器人执行器 品类里的一体化执行器不同，它标注在电机侧而不是减速级之后，因为无框套件没有减速级。十二款中，峰值与额定之比在每份记录上都落在约 2.8 到约 3.1 之间，这只是对两个公布列做算术，所以两个数值同进同退，谁都不能用来找出隐藏的便宜。不同进同退的是单位质量扭矩：最小的两款套件公布每千克约 3.6 和约 5.8 Nm 的峰值扭矩，而 60 g 及以上的产品按同样的算术在约 8.6 到约 16.9 Nm/kg 之间运行。最小的机座每克效率最低，这正是入门带作为一个带而存在、而不只是顶带的廉价版本的原因。

电流、功率以及它们背后的母线

额定电流决定电池与驱动器必须供给多少，以及必须从绕组带走多少热量，是最清楚地把各带区分开的列。第一带额定电流在 1.47 A 到 3.4 A 之间，第二带在 4.8 A 到 7.1 A 之间，第三带在 8.5 A 到 20 A 之间。额定功率沿同一把梯子攀升，从入门端的 18 W 到顶端的 838 W，而这些数值背后的电压也随之变动：最小的套件额定 16 V，入门带与中带的一部分为 24 V，顶带为 48 V，其中中带里有五款公布的是 24 V、36 V 和 48 V 三个工作点，而不是单一母线。有一点一致性值得记录，因为它在这个平台的记录里并非普遍成立：对十二款逐一用额定扭矩乘以额定转速，并把弧度每秒换算成每分钟转数，在每一份记录上都能在约百分之四以内复现公布的额定功率，所以这三列是在同一组条件下取得的，可以交叉读取。

无外壳套件的包络与质量

这个家族的直径从 25 mm 到 113.5 mm，叠厚从 13 mm 到 36.2 mm，而且因为没有外壳，公布的尺寸就是定子本身而不是成品封装——轴承、轴与安装都由集成方提供，所以设计需要找出的径向空间是绕组与转子，轴向空间则是一段叠厚。质量是这段空间被填满多少的诚实折算：入门带为 20 g、40 g、60 g 和 105 g，中带为 155.9 g 到 270.4 g，顶端为 352 g 到 710 g。在无框关节中，这份质量就落在电机所在的位置，而对末端轴来说，这正是选择这一等级的全部理由。

套件是否配霍尔传感器

十二份记录中有三份标明随附霍尔传感器供货，两份标明不随附，而这个分野沿 RO 系列而不是 RI 系列落定：RO40 KV140 Lite 与 RO50 KV108 Lite 的记录是标为不带霍尔传感器的两款，而 RO60、RO80 与 RO100 Standard 的记录标为随附霍尔传感器。就这一个词改变了周边设计。不带霍尔传感器的套件必须依据从绕组本身推得的转子位置估算、或依据集成方加装的编码器来换相，而在低速或静止时——恰恰是保持型关节要花大量时间待着的地方——估算比运动中获得起来更难。随附霍尔传感器的套件开箱即给出粗略的绝对位置，简化了启动路径，代价是关节包络内多一条传感器线束。两者本身并无优劣；要紧的是这一差别写在记录里，而不是在安装座加工完才发现。

12 款无框力矩电机规格对比矩阵

下表把 无框力矩电机 品类当前收录的每一款无框力矩电机读作一套规格，按公布峰值扭矩排序，因为层级正是画在这条轴上。每个数值都是本平台产品记录中保存的制造商公布值。转速为电机侧数值；对没有减速级的无框套件而言，它也是集成方追加任何齿轮传动之后关节侧的数值。

无框力矩电机品类当前收录的无框力矩电机，其公布额定扭矩与峰值扭矩、额定功率、额定扭矩下的额定转速、以外径乘叠厚表示的定子外形，以及质量，按峰值扭矩排序。额定扭矩是绕组热限值内的连续值；峰值扭矩是短窗口数值。单一转速表示单母线套件；三个数值依次是 24 V、36 V 和 48 V 工作点。这些是仅有定子与转子的套件，因此十二份记录中都不出现减速比、回差或输出侧额定值。

十二款摆在同一页上时，有两点读法格外突出。第一，各带是被记录中的间隙分隔开的，而不是被选定的切分点分隔开的。0.9 Nm 峰值的 105 g RO50 KV108 Lite 与 1.63 Nm 峰值的 155.9 g RI60 KV120 之间一款产品都没有，2.68 Nm 的 270.4 g RI70 KV95 与 4 Nm 的 352 g RO80 KV105 Standard 之间同样如此。一份例如需要峰值 1.2 Nm、130 g 的候选清单，无法通过取两个邻居中间的做法来满足，因为那里没有邻居。

第二，在小端，质量与单位质量扭矩指向相反方向。20 g 的 RI20 KV600 公布每千克 3.6 Nm 的峰值扭矩，40 g 的 RI30 KV260 约为 5.8，而 60 g 的 RO40 KV140 Lite 已经达到约 10，710 g 的 RO100 KV55 Standard 约为 16.9——四个数值都是对公布扭矩与质量列做的算术。把这读成小套件的缺陷是误读。20 g 的机座铁更少、磁路更短，其质量中更大比例落在无法承载该几何所允许磁通的铜上，因此小端买到的是分辨率与贴近性，而不是密度。

层级 1：入门与紧凑

这个带有四款产品，公布峰值扭矩全部不超过 1 Nm，重量全部在 20 g 到 105 g 之间。把它们连在一起的不是价格或品质，而是它们能承担的工况：手部或腕部轴、小型机械臂的末端关节、轻载康复连杆，或紧凑型摄像平台的指向轴。把它们区分开的是布局与反馈，而这两个词比扭矩列更能决定周边设计。四款都是单母线设计——最小的一款为 16 V，其余三款为 24 V——所以一款额定 24 V 单电源的驱动器已经覆盖了这个带的大部分。

RI20 KV600 与 RI30 KV260：紧凑的内转子双款

RI20 KV600 是整个品类的入门产品，25 mm 直径、14.5 mm 叠厚下重 20 g，公布额定 0.024 Nm、峰值扭矩 0.072 Nm、额定功率 18 W，16 V 母线下额定转速 7452 rpm。其 9600 rpm 的空载转速是表中最高，600 KV 也是最高，两者共同描述的是一款为旋转而非为推动而生的套件：25 mm 机座上的 7 对极绕组造不出有用的扭矩，但在经齿轮传动、或直接驱动小卷筒时能给出非常细的角度分辨率。RI30 KV260 是同一思路大一个机座尺寸——40 g、38 mm 直径、14 mm 叠厚——额定 0.076 Nm、峰值扭矩 0.23 Nm、额定功率 33 W，24 V 下额定转速 4110 rpm。两者在记录中都标为新品，上市日期都在最近几个月内，且都是内转子，所以磁体位于集成方将提供的轴上，绕组位于集成方将夹持的定子内。两者的公布额定电流都不超过 2 A，这正是它们在掌上或可穿戴包络内的小型驱动器上切实可用的原因。

RO40 KV140 Lite 与 RO50 KV108 Lite：不带霍尔的外转子双款

RO40 KV140 Lite 与 RO50 KV108 Lite 是记录中标明不随附霍尔传感器供货的两款，也是这个带里的两款外转子。RO40 在 46.3 mm 直径、13 mm 叠厚、重 60 g 的体积内输出额定 0.2 Nm、峰值扭矩 0.6 Nm，额定功率 51 W，额定转速 2450 rpm；RO50 把其中大部分翻倍，额定 0.3 Nm、峰值扭矩 0.9 Nm，额定功率 66 W，额定转速 2100 rpm，体积为 61.7 mm 直径、14.5 mm 叠厚、重 105 g。扁平性正是此处外转子布局的意义：两款峰值达到 0.6 Nm 和 0.9 Nm 的套件只占 13 mm 与 14.5 mm 的轴向空间，这让它们能装进包络呈圆盘而非圆柱的关节。代价是缺失的传感器。记录中没有霍尔器件，低速与静止时的换相只能来自外部编码器或无传感器估算，而对一个大部分时间静止的保持型关节来说，这是一项在安装座加工之前而非之后就要做出的设计决定。

层级 2：中段与协作

中带容纳最可能被用作实动关节选型依据的四款产品：峰值扭矩 1.63 Nm 到 2.68 Nm，质量 155.9 g 到 270.4 g，额定电流 4.8 A 到 8.5 A。这个带里，在多个轴之间共用部件开始变得合理，因为最轻与最重产品之间的差距不到两倍，而公布扭矩横跨 1.6 Nm 到 2.7 Nm。也是这个带里母线出现分化：这里的三款内转子公布 24 V、36 V 和 48 V 工作点，而外转子公布单一 48 V 额定值，所以 48 V 电源的选择是对整条手臂做一次，而不是每个轴各做一次。

RI50 KV100 与 RI60 KV120：24-48 V 母线上的两款中段内转子

RI60 KV120 是这对中较轻的一款，60 mm 直径、23 mm 叠厚下重 155.9 g，公布额定 0.57 Nm、峰值扭矩 1.63 Nm、额定功率 85 W，24 V 工作点额定转速 1440 rpm，48 V 下升至 3190 rpm。RI50 KV100 是较宽的一款，54 mm 直径、27 mm 叠厚下重 180.8 g，公布额定 0.58 Nm、峰值扭矩 1.67 Nm、额定功率 66 W，24 V 下额定转速 1090 rpm，48 V 下 2600 rpm。两者在扭矩上接近到在初次估算中可以互换，在形状上又不同到日后会显出差别：RI60 搭载 14 对极绕组，而 RI50 搭载 7 对极，所以 RI60 在低速下每安培产生更大扭矩，而 RI50 在同一母线下转得更快，其更大的直径与更短的叠厚适合更扁的包络。两者都记录为 FOC 驱动，这正是让无位置传感器的套件在低速下表现出可用行为的那种换相方案。

RI70 KV95：峰值 3 Nm 以下的最后一款

RI70 KV95 收束中带，76 mm 直径、24 mm 叠厚下重 270.4 g，公布额定 0.94 Nm、峰值扭矩 2.68 Nm、额定功率 125 W，24 V 下额定转速 1270 rpm，48 V 下升至 2710 rpm，额定电流 7.1 A。对比带内位于其下的两款，它是这里第一款额定扭矩逼近 1 Nm 的套件，而这正是无框套件能在小型机器上不加齿轮便让连杆抗住重力的临界点。其 7.1 A 的额定电流是中带里最高的，所以其背后的驱动器与线束会与机座同步升一档。在它之上直到峰值 4 Nm 之前什么都没有，因此一个峰值需求落在 2.7 Nm 到 4 Nm 之间的设计，要么接受比期望更大的机座，要么离开无框路线改用一体化产品。

RO60 KV115 Standard：层级边界上的外转子

RO60 KV115 Standard 是中带里唯一的外转子，也是表中单独公布 48 V 额定值的最轻产品，73.8 mm 直径、23 mm 叠厚下重 248 g。它公布额定 0.8 Nm、峰值扭矩 2.4 Nm、额定功率 352 W，额定转速 4200 rpm、空载 5520 rpm，额定电流 8.5 A。那个功率数值是这一带的离群值——是 RI60 KV120 额定功率的四倍以上，而扭矩只多了一半——其解释在于取值时的转速，因为同样的扭矩在 4200 rpm 下输出，每秒做的功比在 1440 rpm 下更多。它的记录也是标明随附霍尔传感器供货的三份之一，因此在关节必须在带载下从静止可靠启动的场合，它是中带自然的选择；而外转子布局让它在四分之一扭矩的水平上拥有两款 Lite 套件那样的扁平圆盘包络。

层级 3：高性能与重载

顶带从公布峰值扭矩 4 Nm 起、到 12 Nm 止，落在 352 g 到 710 g 之间，其中每一款要么是 48 V 单母线设计，要么是 24-48 V 三母线设计。在这里，无框套件不再是连杆的一个部件，而成为驱动肢体或整台机器的东西：双足机器人的髋与膝、四足机器人的腿部关节、轮驱单元，以及康复设备的承重轴。这里的额定值大到周边设计与电机同等重要：这一带额定电流在 9.4 A 到 20 A 之间，而当若干这样的轴共用一块电池与一个热容空间时，决定上限的是系统预算，而不是单件产品的记录。

RO80 KV105 Standard 与 RI80 V2.0 KV75：最初的一对 4 Nm

RO80 KV105 Standard 是这个带的入口，92.6 mm 直径、26.4 mm 叠厚下重 352 g，公布额定 1.3 Nm、峰值扭矩 4 Nm、额定功率 490 W，48 V 下额定转速 3600 rpm、空载 5040 rpm，额定电流 15 A。RI80 V2.0 KV75 在扭矩上与之相邻，峰值 4.1 Nm、额定 1.45 Nm，但形状截然不同——85 mm 直径、27 mm 叠厚下重 411 g——额定功率低得多，172 W，24 V 下额定转速 1135 rpm，48 V 下升至 2430 rpm。两者以不同路径达到同样的峰值扭矩。RO80 靠单一 48 V 母线上的高转速电流与 15 A 额定取值做到；RI80 靠一条更慢、更高扭矩的绕组、在三档可选母线上以 9.4 A 做到。RO80 的记录标明随附霍尔传感器供货，RI80 记录为 FOC 驱动。当关节必须长时间抗住重力保持负载时，RI80 的低速额定值是更从容的落点；当车轮或快速髋轴需要迅速移动时，RO80 的转速数值决定了选择。

RI100 KV105 与 RO100 KV55 Standard：系列顶端

品类中最大的两款套件在同一取舍上取了不同立场。RI100 KV105 是这里最宽的内转子，104 mm 直径却只有 26 mm 叠厚，重 500 g，公布额定 1.76 Nm、峰值扭矩 4.95 Nm、额定功率 252 W，24 V 下额定转速 1370 rpm，48 V 下升至 2825 rpm，额定电流 13.6 A。RO100 KV55 Standard 是在每个要紧维度上都最大的十二款之一：113.5 mm 直径、36.2 mm 叠厚、710 g，公布额定 4 Nm、峰值扭矩 12 Nm、额定功率 838 W，48 V 下额定转速 2000 rpm、空载 2550 rpm，额定电流 20 A。它 55 KV 是表中最低的，而这正是 113.5 mm 机座上 21 对极绕组的用途：以电流而不是以转速产生扭矩，所用母线电压低到一组电池包就能供给。RO100 的记录标明随附霍尔传感器供货，而两者都大到集成方必须有意规划热路径，因为裸定子在设计出围绕它的外壳之前，没有可导热的去处。

选型矩阵：将层级与应用对应起来

三个带对应的是关节位置，而不是行业，因为同一款电机会出现在可穿戴设备、协作机器人和移动平台上。下表把每个带对照它能承载的关节，以及这些关节在本平台上出现的应用品类来读。

峰值扭矩带、典型关节位置、母线范围、质量范围、每个带的代表型号，以及这些关节出现的本平台应用品类。各带画在公布峰值扭矩上且互不重叠；应用清单说明的是该带通常被用在哪里，而不是被限制在哪里，因为同一个关节位置会出现在多种机器类型上。

矩阵中有两点值得直说。第一，母线跟随的是带，而不是应用。协作机器人上的腕轴与康复手套上的腕轴都是入门带的工况，通常都由单条 24 V 供电轨供电；一旦关节必须抗住重力保持整条肢体，记录就转到 48 V，因为在 4 Nm 及以上的保持扭矩要求小型电池包在 24 V 下无法供给的电流，除非加一级自带损耗的升压。第二，一项需求落在哪个带，由关节承受的最差扭矩决定，而不是平均扭矩。一个大部分时间在 0.024 Nm 运行、在快速重新定向时承受 0.9 Nm 峰值的腕部属于入门带，所选产品必须对照那个峰值来读，而不是对照它一天里大部分时间维持的工况。按这个基准来读，无框力矩电机 品类分为末端组、实动关节组与驱动整机行动组，这正是上表所重述的内容。

并非每项需求都落在这十二款之内。因为无框套件是定子与转子而非成品，同一机座可以按不同规格绕线、叠片与镗孔，而这些型号背后的制造商恰恰为此记录了路径：不同的叠厚、同一母线下为另一档 KV 绕制的不同绕组、集成方所需的另一种孔径或轴接口。因此，落在各带间隙中的需求——约 1.2 Nm 峰值，或超过 12 Nm，或十二种直径都不容许的包络——是规格询价，而不是死路。上表中每个产品页都链接到制造商自己的站点，那个链接就是这类询价的起点；本指南中的数值仍是平台记录中保存的公布值。

无框关节的选型顺序

三步承担了大部分决策，按这个顺序进行，因为每一步都在收窄下一步必须交付的内容。

先确定工况与最差峰值扭矩

在任何型号之前先写下来：关节必须移动的质量、最差姿态下的力臂、工作制以及各阶段持续多久，还有关节将承受的最大瞬态。由此得出三个数值——连续保持的扭矩、最差瞬间所需的扭矩，以及最快阶段所要求的角行程。带由其中第二个选定，带内的产品由第一个选定。

其次确定母线与包络

在比较产品之前先选电源电压，因为多母线记录在 24 V、36 V 和 48 V 下公布不同的数值，比较的形状会随适用哪一个而改变。然后确定包络：外径对叠厚，以及关节为圆盘留有径向空间、还是为圆柱留有轴向空间。在扭矩列上胜出的产品可能仅因这一步而落败，因为 54 mm 定子与 60 mm 定子即使公布扭矩相差在百分之几牛顿米之内，也只适配不同的连杆几何。

确认现有能重新拟订什么规格

无框电机是由其绕组、叠厚与孔径定义的，而不是由一个封死的件号，因此与十二款略有偏差的需求通常是变体请求，而不是全新开发：同一母线下另一档 KV、同一直径下为更高扭矩而加的更高叠厚，或为特定轴定尺寸的孔径。制造商自己的产品页是这类对话的起点，上表中的每一款都链接到那里。

常见问题

官方资源

CubeMars 在自己的站点上记录了无框系列，本表中的十二款产品各自都有一个官方页面，载有其完整规格、绕组数据与安装图。制造商的产品系列 是入口，而这次比较的两端各自有单独记录——轻端的 RI20 KV600 与重端的 RO100 KV55 Standard。平台各品类下的产品文档汇集在 技术资料 中。绕组选项、热额定值、定制叠厚与孔径询价以及驱动配置，始终以制造商为事实来源；ToBMS 保留发现与比较层，本指南中使用的每个数值都是平台产品记录中保存的公布值。

下一步

与本指南最贴近的姊妹篇是 无框力矩电机：如何为机器人关节选择定子与转子套件，它把同样的十二款产品由内向外读——定子、转子、两种布局，以及每一列规格究竟承诺了什么——而本指南是由外向内、按带与按关节位置来读。两者合起来回答机座尺寸提出的两个不同问题：无框套件是什么，以及某一套件属于哪里。

当选择发生在本等级与已装配等级之间时，外骨骼用 BLDC 电机：无框力矩电机还是集成执行器 把两条路线在质量、刚度、回差以及绕组热量必须排往何处上并排摆开，而这是先于上表任何带的决定。当减速级正是让更小电机够到更重关节的东西时，准直驱执行器：8:1 减速比带来什么 覆盖低减速比的情形，而 机器人执行器：如何为机器人关节选择合适的一体化执行器 完整覆盖已装配的替代方案。

若目的是形成候选清单而不是做研究，就在 选型 中按扭矩、电压、质量与包络筛选候选，再在 产品对比 中把它们相互对照。对矩阵中提到的关节位置，平台把候选归在 人形机器人、外骨骼、四足机器人、康复机器人、关节模组、协作机械臂、轮式机器人 与 AGV 之下。此处比较的十二款产品全部位于 无框力矩电机 品类，CubeMars 汇集了该系列的其余部分。