人工智能行業(yè)：人形機(jī)器人動力之源，電機(jī)應(yīng)用要求與變革方向.pdf

人工智能行業(yè)：人形機(jī)器人動力之源，電機(jī)應(yīng)用要求與變革方向。

電機(jī)是人形機(jī)器人動力源，性能直接影響人形機(jī)器人運(yùn)動能力、穩(wěn)定性等多方面表現(xiàn)

電機(jī)是實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換的樞紐，人形機(jī)器人電機(jī)主要采用無框力矩電機(jī)及空心杯電機(jī)。作為人形機(jī)器人核心零部件 之一，電機(jī)性能直接影響人形機(jī)器人運(yùn)動能力、靈活性、穩(wěn)定性和能效等多方面的表現(xiàn)。從特斯拉Optimus、宇樹H1/G1 等多款人形機(jī)器人關(guān)節(jié)核心參數(shù)看，電機(jī)動力輸出、能效優(yōu)化訴求突出，高性能電機(jī)是目前關(guān)節(jié)迭代的關(guān)鍵，為人形機(jī)器 人從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

人形機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊，有限空間內(nèi)提升電機(jī)性能需聚焦結(jié)構(gòu)、原理、材料及控制等方向

人形機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式： ，在不增加體積的情況下，實(shí)現(xiàn)扭矩/動 態(tài)響應(yīng)速度的提升，需提升電機(jī)電負(fù)荷、磁負(fù)荷及轉(zhuǎn)矩線性度，對應(yīng)在電機(jī)設(shè)計(jì)中需聚焦三個主要方向：結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、原理 創(chuàng)新、材料與控制創(chuàng)新。 1、電機(jī)本體結(jié)構(gòu)革新：①軸向磁通電機(jī)：相對普通電機(jī)結(jié)構(gòu)扁平輕薄，同等條件下扭矩提升可達(dá)4倍，功率密度極高。② PCB定子電機(jī)： 定子線圈蝕刻在電路板上，減重50%，適合輕量化需求。③超聲波電機(jī)：擁有斷電自鎖、低速大扭矩等特 點(diǎn)，是靈巧手驅(qū)動的潛在競爭者。④扁平線繞組：槽滿率提升20-30%，增加磁場強(qiáng)度，且扁線接觸面積大，散熱更優(yōu)。 2、電機(jī)工作原理創(chuàng)新：諧波磁場技術(shù)（磁場調(diào)制）： 打破定轉(zhuǎn)子極對數(shù)限制，大幅提升轉(zhuǎn)矩密度。 3、熱管理與控制系統(tǒng)升級：①散熱改進(jìn)：引入液冷通道、碳納米管及相變材料，解決高負(fù)載發(fā)熱問題。②GaN（氮化鎵） 驅(qū)動： 相比傳統(tǒng)MOSFET，GaN能實(shí)現(xiàn)更高頻率的PWM控制（如100kHz），提升控制精度并減小驅(qū)動器體積。

靈巧手集成化設(shè)計(jì)趨勢明顯，微型電機(jī)壁壘較高

我們認(rèn)為手部執(zhí)行器總數(shù)約為50個左右，按照每個微型電機(jī)200元的價(jià)格測算，Optimus的微型電機(jī)ASP約為10000元。 空心杯電機(jī)和微型無框電機(jī)已成為靈巧手實(shí)現(xiàn)精確伺服驅(qū)動運(yùn)動的理想解決方案：1）空心杯電機(jī)：采用了無鐵芯轉(zhuǎn)子，使 得電機(jī)重量和轉(zhuǎn)動慣量大幅降低，從而減少轉(zhuǎn)子自身的機(jī)械能損耗；2）無框電機(jī)：已精簡到只剩定子和轉(zhuǎn)子，并舍棄了傳 統(tǒng)的框架、軸承和軸，支持軸向長度靈活調(diào)整，徑向尺寸也可以根據(jù)關(guān)節(jié)腔定制，甚至能實(shí)現(xiàn)徑向安裝或中空貫通布局， 這種靈活性能讓工程師“創(chuàng)造關(guān)節(jié)”而不是被動地“適配電機(jī)”。