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空心杯电机:人形机器人的指尖心脏

2026-11-09 14

空心杯电机并非什么新技术,其诞生可追溯至20世纪中叶,早期主要用于医疗设备、精密仪器等小众领域。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。

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。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。其突破性的设计在于取消了传统电机的铁芯结构,采用空心杯状绕组,从而实现了极低的转动惯量、高加速度、快速响应和平滑低速运行。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。用在灵巧手上的空心杯电机虽然体积微小,却具备更高的功率密度、更快的反应速度和更高的控制精度。一台具备高灵巧度的人形机器人全身通常包含28至44个运动关节。而末端执行器(灵巧手)为了模拟人类手指的精细抓取动作,每只手需配置5至6个微型空心杯电机。

空心杯电机凭借其体积小、转速高、功率密度大的优势,成为高精度场景的首选,但成本居高不下。灵巧手行业的命运,一大部分攥在了Maxon和意法半导体手里。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。长期以来,空心杯电机、行星滚柱丝杠等核心技术主要掌握在国外企业手中。鸣志电器在2018年收购美国AMP,将后者在空心杯电机设计与制造领域积累多年的技术和工艺纳入体系。2020年以后,公司进一步增加自研绕组的量产投入,逐步突破绕组制造环节。目前其空心杯产品覆盖Φ6mm至Φ38mm,公司称部分型号已经具备替代maxon、Faulhaber同类产品的能力。鼎智科技表示已经具备空心杯绕组自动化批产能力,此前相关产品仍处于量产导入阶段;兆威机电、伟创电气、江苏雷利、昊志机电等厂商也均有相关产品布局。

空心杯电机是灵巧手能实现精细操作的物理前提,而这颗‘指尖心脏’的供应渠道极为狭窄。它的竞争已经从单点参数比拼,转向绕线工艺、自动化产线与批次一致性的系统较量。随着人形机器人从演示到量产,空心杯电机也从‘特种部件’转向‘规模化核心部件’迭代,市场空间的天花板逐渐被打开。

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