能量利用率最高90%！空心杯电机赋能人形机器人灵巧手关节

电子发烧友网报道（文/李弯弯）空心杯电机是一种采用无铁芯转子结构的微型伺服直流电机。传统电机的转子通常由铁芯与绕组构成，而空心杯电机彻底摒弃铁芯，采用空心杯形绕组直接作为转子。空心杯电机具有高功率密度、高传动效率、高响应速度和高精度控制等优点，天然适用于人形机器人的关节驱动。其无铁芯设计消除了磁滞和涡流损耗，提高了能量转换效率，降低了发热和噪音。

空心杯电机在人形机器人中主要应用于灵巧手关节，并逐步向手臂、腿部关节拓展。灵巧手电机要求体积小、扭矩密度高、精度高、寿命长、响应快。空心杯电机具备超轻量化设计，最新直径可以到3-4mm，且转速快，能量利用率在75%~90%，高功率密度，适合灵巧手使用，是目前的主流驱动电机。

人形机器人灵巧手通常需要6-12个自由度，单个灵巧手需配备6-12个空心杯电机。例如，特斯拉Optimus第一代灵巧手采用12个空心杯电机，实现手指的伸缩、翻转等复杂动作。

空心杯电机分有刷和无刷两种。有刷空心杯采用机械换向，磁极不动，线圈旋转。无刷空心杯采用电子换向，线圈不动，磁极旋转。无刷空心杯电机更适合用于灵巧手，无刷空心杯采用电子换向，具有效率高，转矩波动小，使用寿命高，结构精巧，维护方便，易保养的特点。其寿命可达10000h+，好于有刷1000-3000h。

国内厂商在空心杯电机设计方面面临技术壁垒，其一是空心杯线圈绕组成型工艺难，批量后良率难保障，海外厂商多采用一次成型空心杯绕线技术，龙头厂商绕线设备自研，且绕组设计专利壁垒深厚。国内厂商通常采用人工绕线或卷绕式工艺，生产效率和线圈质量落后国外。

其二是高速转动的零部件精密制造要求高，针对人形机器人应用的空心杯电机直径通常在13mm及以下，且通常以几万-10万转每分钟的高速运动、各机械件公差配合难度高，考验精密制造能力，通常会采用日本、德国等地进口的机床进行精加工。

在日前举办的某机器人展会上，有知名灵巧手企业人士对电子发烧友表示，目前不少灵巧手更倾向于采用国外空心杯电机，不过国内一些电机逐渐表现出更高的性能，相信会越来越好。

确实，国内厂商在空心杯领域技术逐步突破，开始在人形领域拓展。如国内鸣志电器空心杯技术领先，同时雷赛智能、兆威等产品已成熟，已推出直径6-8mm产品，用于自研灵巧手上，且开始外供部分客户。

雷赛智能的电机采用马鞍型全自动绕线技术，对标全球最优技术水平。无刷空心杯EC系列标准型性价比较高，直径12mm-40mm；ECH系列主打超高转速，直径8mm-22mm，额定转速20000rpm-62000rpm，空载转速28000rpm-65000rpm；ECT系列转矩大幅提升至
43.8mNm-92.7mNm，直径6mm-30mm，目前已经发布多个类型灵巧手。

兆威机电的MC无刷空心杯系列直径有6、8、10、12mm；扭矩 0.4mNm - 2.38mNm，随着电机尺寸增大相应增加；6mm产品转速可达46800±10%rpm；滚珠轴承和端子型号可定制；正在开发4mm产品。空心杯+齿轮模组已供货Figure，此外和华为云等有合作。

整体而言，国内空心杯电机厂商在规模和技术积累上与国际头部企业存在差距，但在部分技术参数上已实现追赶。随着人形机器人降本需求的迫切，国产空心杯电机厂商有望通过性价比优势切入市场，推动人形机器人产业化落地。