空心杯电机如何卡住人形机器人的手

曾用于制导系统的空心杯电机，如今装进了人形机器人的手指。一个直径不到1厘米的空心杯电机，正驱动人形机器人的灵巧手完成精细动作。

空心杯电机处在灵巧手的驱动环节，负责把电能转成手指关节需要的快速、精细运动。它与普通电机最大的区别，在转子。传统电机通常有铁芯，空心杯电机去掉了这部分结构，直接用漆包线绕成一只薄薄的杯状转子。内部没有铁芯支撑，转子重量和转动惯量因此大幅下降，也消除了铁芯齿槽带来的顿挫。

空心杯电机是一种采用独特空心杯状转子的微型伺服直流电机。主要由定子、转子和换向系统组成，由于采用了无铁芯转子，形状类似于一个空心的杯子，其相较于传统铁芯电机具备高效率、快速转速、迅捷响应、长寿命、小巧便携和稳定运行等特性。

结果就是，同样很小的一颗电机，可以启动得更快、停得更快，控制也更平顺。这恰好对应灵巧手最需要的能力。手指关节的运动幅度小、启停频率高，还需要持续做细微的位置和力度调整。

据公开拆解，特斯拉单只灵巧手配置6颗空心杯电机，其中拇指关节2颗，其余四指各1颗，双手合计12颗。部分研报把腕部和更多自由度方案一并计入，单台机器人用量达到16至17颗。单手机用量可达6-12个，如果自由度继续提升，预期还将增加。

从组件成本构成来看，空心杯电机占比最高，达到38%。在大规模量产阶段，单手整体成本预计可降至约3.16万元。灵巧手作为人形机器人与物理世界交互的‘最后一厘米’，其价值可能超过20%整机成本。

以Maxon、Faulhaber为代表的欧洲供应商凭借数十年技术积淀，占据全球约85%市场份额。瑞士Maxon、德国Faulhaber、日本Orbray，这三家占据全球高端市场70%至80%的份额。进口单价高达50至80美元，采购周期长达数月甚至一年。2026年，Maxon和Faulhaber的订单排期已超过12个月。国内厂商要采购，不仅要等，还要接受对方制定的价格和交付条款。

“真正难做的地方，就藏在那只没有支撑的杯状绕组里。漆包线悬空成型，每一匝线的位置、张力和排列都必须保持稳定。绕组一旦出现局部松紧不一致或者排布偏差，磁场就会受到影响，最终表现为转速波动、发热增加，甚至疲劳寿命下降。Faulhaber在其无刷电机产品资料里，就将绕线技术与磁路设计并列为决定电机性能的关键环节。目前国产多采用半自动卷绕工艺，效率与良品率受限，而海外已实现高度自动化一次成型。国产厂商与海外龙头的差距，也主要集中在这一道工序的自动化和一致性上。国内部分头部企业使用的高端绕线设备来自日本小田原、田中精机等厂商。据公开资料，一条自动化空心杯电机产线投资约500万至600万元。半自动产线设备投入约280万元，其中绕线机单台约40万元，一条产线通常至少配置三台。单台设备年产量接近3万个，平均约五分钟下线一颗。

决定一家公司能做多少颗、良率能做到多高、成本还能压下多少的，是漆包线能不能以同样的张力和形状，一颗接一颗稳定绕出来。灵巧手的精密装配，可能是制造业里罕见的‘规模扩大反而无法摊薄成本’的品类。