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近期，特斯拉发布的了“擎天柱”（Optimus）二代人形机器人，其运动算法基于特斯拉在汽车领域的丰富经验，全身采用40个电机驱动器来实现运动控制，其中手臂需要12个、颈部2个、躯干部2个、手部12个以及腿部12个。

对于当前最先进的人形机器人Optimus而言，其电机主要包括空心杯电机和无框力矩电机。

空心杯电机主要用于人形机器人手部；力矩电机的研制难度较大，可以在中低速运动中提供更高的扭矩，适用于人形机器人低速且高力矩的需求。

在5月的投资者交流会上，马斯克指出，随着人形机器人技术的成熟，未来每个人可能都将拥有至少一台自己的机器人。他预测，这一市场需求总规模可能将达到100-200亿台，远超过汽车市场的规模。

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Optimus可依照指令进行越来越复杂的工作：

资料来源：tesla day

空心杯电机：应用于人形机器人手部关节

特斯拉Optimus的人形机器人手部采用了空心杯电机作为执行器。

空心杯电机也分为无刷和有刷两种方案。

有刷空心杯电机采用特殊的空心转子设计，具有高加速度、低转动惯量、无齿槽效应等特点，非常适合需要频繁启停和手持应用。由于电刷和换向器的相对滑动，因此存在较高的损耗。

无刷空心杯电机则采用无齿槽铁芯和空心杯绕组的定子，通过驱动器实现电子换向，消除了电刷和换向器的损耗，同时具有高转速、长寿命、低噪音等特性。其难点在于产品设计和制造工艺，尤其是大批量生产的核心工艺。

特斯拉人形机器人全身关节分部：

资料来源：特斯拉AI DAY

市场格局方面来看，海外企业在空心杯电机技术方面起步较早，市场集中度较高。其中三大主要企业的成立时间已经超过60年。

瑞士Maxon和德国Faulhaber是全球空心杯电机的领先制造商，掌握了大批量生产核心工艺。

国内厂商如鸣志电器、江苏雷利、拓邦股份等也在积极发展空心杯电机技术，并取得了一定进展。

国内企业在性价比和降本需求方面具有优势，有望加快推动人形机器人产业化落地。

鸣志电器在2015年取得了与空心杯电机相关的专利，并在2019年成功收购了瑞士的Technosoft Motion AG公司，这家瑞士公司在空心杯和无齿槽电机的驱动控制技术上保持着全球领先地位，并拥有专为这两类电机开发的驱动控制器产品系列。

无框力矩电机：应用于人形机器人身体关节

特斯拉Optimus人形机器人全身除手部以外，使用了6种舵机，共计实现了28个自由度。

其中可能包含14个线性执行器和14个旋转执行器。

线性执行器可能采用无框力矩电机、行星滚柱丝杠、力传感器/IMU以及单列向心球轴承等技术。

旋转执行器则可能采用无框力矩电机、谐波减速器、力传感器/IMU、交叉辊子轴承以及双编码器等技术。

其中，无框力矩电机是一种无框架式永磁电机，以输出扭矩为衡量指标。

无框力矩电机的基本操作原理与传统永磁电机相似，由驱动器供电并控制U/V/W三相电形成电磁场，从而使永磁体的转子转动。

作为一种动力源，无框力矩电机具有与传统伺服电机相同的用途，但在某些应用中具有明显优势。

无框力矩电机是一种特殊的伺服电机，具有低转速、大扭矩、快速响应等优点，非常适合用于机器人关节处。

与传统伺服电机相比，无框力矩电机可长时间低速运行甚至停机，而伺服电机则主要依赖脉冲进行定位。

在人形机器人产业链中，无框力矩电机厂商的核心优势在于卡位，技术壁垒在于磁路和工艺设计以及know-how的积累，以提升低压环境下的输出扭矩和功率。大多应用于机器人、医学、航空航天、光学等技术要求较高的场景。

全球无框力矩电机的主要厂商包括TQ-RoboDrive、科尔摩根、Allied Motion、TECNOTIO、Parker等。

无框力矩电机主要厂商在技术上各具优势：

数据来源：各公司官网

科尔摩根作为全球领先的电机制造商，其无框转矩电机在全球范围内驱动着近一百万个机器人关节和机械臂，广泛应用于手术机器人、协作机械臂、工业机器人以及SCARA机器人等多个领域。#电机##空心杯电机##无框力矩电机##人形机器人##机器人##头条首发挑战赛##财经新势力#

科尔摩根TBM2G无框力矩电机：

近年来，国内的无框力矩电机展现出一定的竞争力，主要厂商主要包括步科股份、鸣志电器、昊志机电等。

步科股份是国内最早涉足无框电机的制造商之一，在国内无框力矩电机销售规模上处于领先。其FMC无框力矩电机产品系列已经成功迭代至第三代，性能卓越。

昊志机电立足于主轴，稳步向转台、直线电机、机器人减速器等数控机床和工业机器人其他核心功能部件拓展，公司的无框力矩电机产品主要应用于轻型机器人，其产品优势主要体现在转矩波动≤1%，这有利于提升机器人的力矩控制精度；其次具备3.5倍的过载能力，增强了机器人的负载能力。

无框力矩电机的广泛应用领域包括协作机器人、人形机器人、四足机器人、医疗手术及康复机器人等，预计未来需求量将持续增长。

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