Flujo axial frente a par sin marco: comparación de rutas de motores para articulaciones de robots humanoides

El motor de flujo axial y el motor de par sin marco son las dos rutas tecnológicas centrales actuales para la propulsión de las articulaciones de los robots humanoides; difieren notablemente en topología, prestaciones y grado de industrialización, y se adaptan respectivamente a necesidades de articulación y fases de desarrollo distintas.

Principio del circuito magnético del motor de flujo axial Magnetic Circuit Principle of Axial-Flux Motor
Principio del circuito magnético del motor de flujo axial Magnetic Circuit Principle of Axial-Flux Motor

En cuanto a la topología, en el motor de flujo axial la dirección del flujo es paralela al eje del motor, con estátor y rotor dispuestos en configuración de doble disco o de múltiples discos enfrentados y el campo magnético del entrehierro distribuido axialmente; en comparación con el motor radial tradicional, se acorta la longitud del circuito magnético y se reducen las pérdidas por reluctancia. El motor de par sin marco prescinde de la carcasa, los rodamientos y el eje de salida del motor convencional, conservando solo el conjunto de estátor y rotor, y puede integrarse directamente en el interior de la articulación junto con el reductor; su principio de funcionamiento es similar al del motor de accionamiento directo, pero con una densidad de par superior.

Comparación visual de los indicadores de prestaciones de dos tipos de motores Visual Comparison of Performance Indicators for Two Types of Motors
Comparación visual de los indicadores de prestaciones de dos tipos de motores Visual Comparison of Performance Indicators for Two Types of Motors

En el plano de las prestaciones, la ventaja central del motor de flujo axial reside en su altísima densidad de potencia y su estructura plana. Su densidad de potencia puede alcanzar 10 kW/kg y su densidad de par 30 Nm/kg, con una reducción del 50 % de la dimensión axial frente a las soluciones tradicionales y una eficiencia superior al 90 % en el rango de carga del 20 % al 95 %, lo que se adapta a los frecuentes arranques y paradas de los robots humanoides y encaja mejor con los requisitos de espacio de las articulaciones integradas. Las ventajas del motor de par sin marco se concentran en su alta integración y madurez industrial: se diseña de forma integrada con la estructura de la articulación, elevando la utilización del espacio en más de un 40 %, permite una transmisión sin juego y alcanza un par punta superior a 500 Nm; al mismo tiempo, la cadena de suministro está bien consolidada y ya se entrega en serie, siendo la solución de implantación dominante en la actualidad.

Diagrama comparativo de ventajas Advantage Comparison Chart
Diagrama comparativo de ventajas Advantage Comparison Chart

Comparando los indicadores clave, el motor de flujo axial aventaja en densidad de potencia, densidad de par y dimensión axial, pero su coste es mayor y su refrigeración más difícil, y su industrialización aún está en fase inicial; el motor de par sin marco tiene un coste de producción en serie bajo y una cadena de suministro madura, pero su dimensión radial es mayor y su densidad de potencia relativamente menor.

Diagrama de distribución de selección de articulaciones de robots humanoides Joint Selection Distribution Diagram of Humanoid Robots
Diagrama de distribución de selección de articulaciones de robots humanoides Joint Selection Distribution Diagram of Humanoid Robots

Desde el punto de vista de la selección, las articulaciones de las extremidades inferiores que soportan gran peso, como la cadera o la rodilla, se adaptan mejor a la alta densidad de par del motor de flujo axial. A corto plazo, el motor de par sin marco sigue siendo la corriente principal del mercado; a medio y largo plazo, se espera que el flujo axial forme una alternativa diferenciada en escenarios de par elevado de las extremidades inferiores, y una solución de propulsión híbrida de ambos podría convertirse en el destino final del sector. Jiuju posee una tecnología madura en operaciones clave como la magnetización de estátor y rotor y el montaje de precisión de ambos tipos de motores, pudiendo apoyar el control de precisión y la implantación en serie de los motores de articulación y contribuir al avance tecnológico del sector.

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