特斯拉最新釋出的人形機器人產品，有望推動電機用量的增長。
特斯拉機器人將采用先進的電機技術，包括伺服電機和步進電機，以滿足其各種運動的需求。
人形機器人也被稱為仿人機器人或類人機器人，它不僅具有人的形態，還具備了人的功能。不僅可以模擬人的肢體運動，完成各種作業，還具備感知、學習和認知的能力。
和傳統的機器人相比較，人形機器人在人機互動方面具有明顯的優勢。
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人形機器人電機行業概覽
電機是人形機器人的重要部件之一，對伺服電機的效能有著極高的要求。
從電機用量的角度來看，單台人形機器人的電機用量超過40個。
其中，伺服電機因其高精度控制特性而被廣泛套用於工業機器人和通用自動化領域。
伺服電機能夠將輸入的電壓訊號高效地轉換為電機軸上的機械輸出量，從而精確地控制拖動元件的運動。
伺服電機必須能夠承受頻繁的正反向切換和加減速執行，同時在短時間內承受數倍的過載。這種堅固耐用的特性是確保機器人長時間穩定執行的關鍵因素。
除此之外，步進電機則能夠將電脈沖訊號精確地轉換為角位移，為機器人的精確定位提供了有力支持。
步進電機在人形機器人的眼睛部位具有較好的適配性，因此在人形機器人眼部安裝步進電機是一個理想的選擇。
力矩電機作為一種特殊的扁平型多級永磁直流電動機，透過降低轉矩脈動和轉速脈動，為機器人提供更穩定可靠動力輸出。
人形機器人電機使用圖示：
資料來源：行行查
特斯拉Optimus人形機器人擁有高達40個自由度，對應著40個伺服關節。
由於各關節在機器人身上的位置不同，因此輸出特性也各不相同。
靈巧手部份使用了空心杯電機，關節模組采用了無框力矩電機。
本文重點梳理空心杯電機和無框力矩電機兩大核心零部件。
空心杯電機
在微型伺服電機的世界中，空心杯電機以其獨特的設計和高效的效能脫穎而出。
空心杯電機歸屬於旋轉關節的大類。傳統直流電機的結構形式在空心杯電機這裏得到了徹底的革新。摒棄了常規的鐵芯轉子，而是采用了無鐵芯設計，其電樞繞組形如一個空心杯，因此得名「空心杯電機」。
特斯拉的人形機器人Optimus是空心杯電機的典型套用。
在特斯拉人形機器人Optimus的手部設計中，共采用了12個執行器，每一個都由空心杯電機驅動。
空心杯電機的生產器材供應存在一定的壁壘。目前，海外企業如瑞士的Meteor和日本的NipponSerbig在技術上處於領先地位。
中國器材廠商起步較晚，技術水平還存在一定差距。但國內已有如鳴誌電器、江蘇雷利/鼎智科技等企業有所布局。
鳴誌電器成功研發了無齒槽&空心杯電機，公司的空心杯電機產品線已直接覆蓋8mm至24mm的廣泛規格範圍。
無框力矩電機
無框力矩電機是一種高效的無刷直流永磁電機，透過驅動器提供的三相交流電源形成旋轉電磁場，從而驅動永磁體轉子在磁場中自由轉動。
無框力矩電機的核心部件包括獨立的轉子和定子：轉子由固定在輪轂上的高能稀土磁體制成，輪轂則精巧地安裝在軸和軸承元件上；而定子則由繞組構成，並巧妙地安裝在機械器材的內部。
無框力矩電機高扭矩密度使得它能在極小的體積內輸出巨大的扭矩，這對於追求緊湊和輕量的人形機器人來說至關重要。
由於無需額外的外殼，無框力矩電機可以輕松地整合到機器人的關節和身體部位中，這種緊密的整合方式不僅有助於模仿人體結構，還為人形機器人賦予了更自然的外觀和運動方式。
特斯拉人形機器人Optimus的所有關節執行器都搭載了無框電機。
在特斯拉的Optimus線性執行器中，每個執行器都配備了無框電機，單台機器人對無框電機的需求量達到了28個。
從市場格局方面來看，在當前的無框力矩電機市場中，海外企業依舊穩坐領頭羊的位置。美國的科爾摩根、德國的威騰斯坦、日本的尼得科以及美國的派克漢尼汾等，都是這一領域的佼佼者。
科爾摩根憑借其分布式的分數槽及碳纖維綁紮技術，在降低齒槽轉矩和轉矩脈動方面取得了顯著成效，從而確保了電機的平穩執行，並對驅動器的要求有所降低。
威騰斯坦透過采用模組化定子和環氧塑封灌膠技術，不僅提高了繞組槽滿率，還增強了電機的散熱能力，進而有效提升了電機的轉矩密度。
國內企業如步科股份、昊誌機電等企業已經成功推出了自己的無框力矩電機產品。
2022年，步科推出了第三代無框力矩電機——FMC系列。FMC系列首次采用了無框灌封工藝，實作了輕量化設計和更薄的機身。這一創新不僅讓電機的運動速度更快、更平穩，還大大降低了銅損。
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