中國粉體網(wǎng)訊  在人形機器人追求高靈活性、長續(xù)航與精密控制的發(fā)展過程中，驅(qū)動系統(tǒng)的性能起著決定性作用。作為驅(qū)動執(zhí)行器的核心動力來源，無框電機與空心杯電機憑借獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)異性能，成為當前人形機器人驅(qū)動方案的關(guān)鍵選擇，二者不僅支撐起機器人關(guān)節(jié)活動與靈巧操作，更在輕量化、高效化方向上推動人形機器人實用性突破。

伺服電機是實現(xiàn)精準控制的基礎(chǔ)，其能將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，通過接收脈沖信號完成對應(yīng)角度的旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)高精度位移與定位，為人形機器人的精準動作提供技術(shù)支撐。無框電機與空心杯電機均屬于伺服電機范疇，卻針對不同驅(qū)動需求形成了差異化優(yōu)勢。

無框電機作為伺服電機的重要分支，是人形機器人執(zhí)行器的核心動力源。與傳統(tǒng)電機相比，無框電機最大的特點是消除了鐵芯結(jié)構(gòu)，僅由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，這種極簡設(shè)計使其具備結(jié)構(gòu)緊湊小巧、功率密度高、低能耗與低摩擦的顯著優(yōu)勢，能完美適配人形機器人對驅(qū)動部件“小體積、高性能”的需求。

從結(jié)構(gòu)拆解來看，無框電機的轉(zhuǎn)子由帶永磁體的旋轉(zhuǎn)鋼圓環(huán)組件構(gòu)成，直接安裝在機器軸上，其中環(huán)形永磁鐵多采用釹鐵硼或釤鈷等高性能永磁材料；定子則包含高磁導(dǎo)率磁芯（材料可選鈷鐵合金、鎳鐵合金或硅鋼片），外部包裹能產(chǎn)生電磁力的銅繞組，緊密安裝在機器外殼主體內(nèi)，同時依靠聚氨酯或聚合樹脂制成的絕緣涂層保障安全運行。

無框電機結(jié)構(gòu)拆解  來源：科爾摩根官網(wǎng)

材料價值方面，永磁材料在無框電機中占據(jù)核心地位。據(jù)觀研報告網(wǎng)數(shù)據(jù)，永磁材料的價值量占無框電機整體的35%，是成本占比最高的材料。從實際應(yīng)用參數(shù)來看，以尼得科為機器人關(guān)節(jié)設(shè)計的無框電機為例，其轉(zhuǎn)子重量區(qū)間在0.027kg-0.336kg，中等型號無框電機的轉(zhuǎn)子中，釹鐵硼永磁材料的用量約為0.1kg，足見高性能永磁材料對無框電機性能的關(guān)鍵支撐作用。

空心杯電機則屬于直流永磁伺服電機中的“微特電機”（尺寸不超過40mm），憑借體積小巧、靈敏度高、效率優(yōu)異的特點，成為人形機器人精密操作部件的理想驅(qū)動選擇。其核心優(yōu)勢在于突出的節(jié)能特性、靈活精準的控制特性與穩(wěn)定的運行特性，技術(shù)先進性十分顯著，尤其適配對空間與精度要求極高的場景。

根據(jù)是否存在電刷，空心杯電機可分為有刷與無刷兩類，二者在性能上差異明顯。有刷空心杯電機工作壽命約2000小時，轉(zhuǎn)速較低且工作時會產(chǎn)生火花，但不存在鐵損；無刷空心杯電機通過驅(qū)動器實現(xiàn)電子換向，工作壽命大幅延長至20000小時，不僅轉(zhuǎn)速更高，且電磁干擾幾乎為零，唯一不足是存在鐵損。

不同空心杯電機特性對比  來源：國海證券研究所

正是憑借長壽命、高轉(zhuǎn)速與低干擾的優(yōu)勢，無刷空心杯電機更適合應(yīng)用于人形機器人手部，成為靈巧手驅(qū)動的核心部件。以特斯拉Optimus為例，其每只靈巧手均搭載17個由空心杯電機驅(qū)動的關(guān)節(jié)，為手部提供17個自由度，從而實現(xiàn)靈活抓取、精細操作等復(fù)雜動作。

Optimus靈巧手部分空心杯電機示意  來源：特斯拉

技術(shù)壁壘與材料構(gòu)成上，空心杯電機的核心難點在于定子/轉(zhuǎn)子的自支撐繞組技術(shù)，該技術(shù)的實現(xiàn)依賴于先進的繞組形式（如直線型、斜繞型、同心式繞型等）與專用繞組設(shè)備。目前，德國Faulhaber、瑞士Maxon等海外廠商在繞組工藝與技術(shù)沉淀上具備先發(fā)優(yōu)勢，其產(chǎn)品性能處于行業(yè)領(lǐng)先水平。從結(jié)構(gòu)組成來看，無刷空心杯電機主要包括線圈、轉(zhuǎn)子、外殼、霍爾傳感器等部件，線圈由銅質(zhì)漆包線（含絕緣材料）繞制而成，轉(zhuǎn)子則由永磁材料與鐵芯構(gòu)成，其中永磁材料同樣是價值量最大的部分，直接影響電機的驅(qū)動力與效率。

從市場規(guī)模與應(yīng)用前景來看，無框電機與空心杯電機憑借對人形機器人需求的高度適配，展現(xiàn)出龐大的市場潛力。機器人關(guān)節(jié)對電機的核心要求是體積小、扭矩大、響應(yīng)快，無框電機輕量化、高功率的特點，使其在低轉(zhuǎn)速下能輸出更大扭矩，完美契合關(guān)節(jié)驅(qū)動需求；空心杯電機則因小巧的體積與優(yōu)異的精密控制性能，成為靈巧手驅(qū)動的不二之選。例如，無框電機在Optimus上應(yīng)用數(shù)量達到28個，空心杯電機的應(yīng)用數(shù)量為34個，未來市場空間巨大。

隨著技術(shù)不斷迭代、材料性能持續(xù)升級，兩類電機必將在輕量化、高效化、低成本化方向上進一步突破，為人形機器人實現(xiàn)更長續(xù)航、更靈活動作與更廣泛應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)，推動人形機器人從實驗室走向?qū)嶋H場景，開啟人機協(xié)作的全新階段。

參考來源:

特斯拉、科爾摩根官網(wǎng)

國海證券《新材料產(chǎn)業(yè)深度報告：人形機器人量產(chǎn)在即，新材料藍海廣闊——新材料產(chǎn)業(yè)框架之四》

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/月明)

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