中國粉體網訊  在人形機器人追求高靈活性、長續航與精密控制的發展過程中，驅動系統的性能起著決定性作用。作為驅動執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構設計與優異性能，成為當前人形機器人驅動方案的關鍵選擇，二者不僅支撐起機器人關節活動與靈巧操作，更在輕量化、高效化方向上推動人形機器人實用性突破。

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

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

從結構拆解來看，無框電機的轉子由帶永磁體的旋轉鋼圓環組件構成，直接安裝在機器軸上，其中環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），外部包裹能產生電磁力的銅繞組，緊密安裝在機器外殼主體內，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。

無框電機結構拆解  來源：科爾摩根官網

材料價值方面，永磁材料在無框電機中占據核心地位。據觀研報告網數據，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。從實際應用參數來看，以尼得科為機器人關節設計的無框電機為例，其轉子重量區間在0.027kg-0.336kg，中等型號無框電機的轉子中，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、效率優異的特點，成為人形機器人精密操作部件的理想驅動選擇。其核心優勢在于突出的節能特性、靈活精準的控制特性與穩定的運行特性，技術先進性十分顯著，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，轉速較低且工作時會產生火花，但不存在鐵損；無刷空心杯電機通過驅動器實現電子換向，工作壽命大幅延長至20000小時，不僅轉速更高，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、高轉速與低干擾的優勢，無刷空心杯電機更適合應用于人形機器人手部，成為靈巧手驅動的核心部件。以特斯拉Optimus為例，其每只靈巧手均搭載17個由空心杯電機驅動的關節，為手部提供17個自由度，從而實現靈活抓取、精細操作等復雜動作。

Optimus靈巧手部分空心杯電機示意  來源：特斯拉

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

從市場規模與應用前景來看，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，展現出龐大的市場潛力。機器人關節對電機的核心要求是體積小、扭矩大、響應快，無框電機輕量化、高功率的特點，使其在低轉速下能輸出更大扭矩，完美契合關節驅動需求；空心杯電機則因小巧的體積與優異的精密控制性能，成為靈巧手驅動的不二之選。例如，無框電機在Optimus上應用數量達到28個，空心杯電機的應用數量為34個，未來市場空間巨大。

隨著技術不斷迭代、材料性能持續升級，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，為人形機器人實現更長續航、更靈活動作與更廣泛應用奠定堅實基礎，推動人形機器人從實驗室走向實際場景，開啟人機協作的全新階段。

參考來源:

特斯拉、科爾摩根官網

國海證券《新材料產業深度報告：人形機器人量產在即，新材料藍海廣闊——新材料產業框架之四》

(中國粉體網編輯整理/月明)

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