人工智能行業：人形機器人動力之源，電機應用要求與變革方向.pdf

人工智能行業：人形機器人動力之源，電機應用要求與變革方向。

電機是人形機器人動力源，性能直接影響人形機器人運動能力、穩定性等多方面表現

電機是實現電能向機械能轉換的樞紐，人形機器人電機主要采用無框力矩電機及空心杯電機。作為人形機器人核心零部件 之一，電機性能直接影響人形機器人運動能力、靈活性、穩定性和能效等多方面的表現。從特斯拉Optimus、宇樹H1/G1 等多款人形機器人關節核心參數看，電機動力輸出、能效優化訴求突出，高性能電機是目前關節迭代的關鍵，為人形機器 人從實驗室走向規模化應用奠定基礎。

人形機器人結構緊湊，有限空間內提升電機性能需聚焦結構、原理、材料及控制等方向

人形機器人結構緊湊，根據電機轉矩公式： ，在不增加體積的情況下，實現扭矩/動 態響應速度的提升，需提升電機電負荷、磁負荷及轉矩線性度，對應在電機設計中需聚焦三個主要方向：結構創新、原理 創新、材料與控制創新。 1、電機本體結構革新：①軸向磁通電機：相對普通電機結構扁平輕薄，同等條件下扭矩提升可達4倍，功率密度極高。② PCB定子電機： 定子線圈蝕刻在電路板上，減重50%，適合輕量化需求。③超聲波電機：擁有斷電自鎖、低速大扭矩等特 點，是靈巧手驅動的潛在競爭者。④扁平線繞組：槽滿率提升20-30%，增加磁場強度，且扁線接觸面積大，散熱更優。 2、電機工作原理創新：諧波磁場技術（磁場調制）： 打破定轉子極對數限制，大幅提升轉矩密度。 3、熱管理與控制系統升級：①散熱改進：引入液冷通道、碳納米管及相變材料，解決高負載發熱問題。②GaN（氮化鎵） 驅動： 相比傳統MOSFET，GaN能實現更高頻率的PWM控制（如100kHz），提升控制精度并減小驅動器體積。

靈巧手集成化設計趨勢明顯，微型電機壁壘較高

我們認為手部執行器總數約為50個左右，按照每個微型電機200元的價格測算，Optimus的微型電機ASP約為10000元。 空心杯電機和微型無框電機已成為靈巧手實現精確伺服驅動運動的理想解決方案：1）空心杯電機：采用了無鐵芯轉子，使 得電機重量和轉動慣量大幅降低，從而減少轉子自身的機械能損耗；2）無框電機：已精簡到只剩定子和轉子，并舍棄了傳 統的框架、軸承和軸，支持軸向長度靈活調整，徑向尺寸也可以根據關節腔定制，甚至能實現徑向安裝或中空貫通布局， 這種靈活性能讓工程師“創造關節”而不是被動地“適配電機”。