免费参会门票领取说明
1. 领取对象：仅限国内外人形机器人本体企业。
2. 领取时间：2025年12月25日-2026年1月23日。
3. 审核相关：审核时间为2个工作日，工作人员会将审核邮件发至您的注册邮箱并与您取得联系，请注意邮箱和电话。（注意邮箱必须是公司邮箱）
4. 转发链接到朋友圈凭截图还可享受会议期间的资料和餐券。
扫码报名
欢迎大家邀请同事好友一起出席！好消息需要大家奔走相告！
1 关节伺服电机：人形机器人运动能力核心
1.1 电机驱动塑造人形机器人，具有独特的功能诉求
人形机器人采用电机作为动力源，存在独特的功能诉求。电驱动是目前人形机器人最常见的驱动方式，通常包括旋转驱动、直线驱动以及线驱动（腱绳驱动）。在塑造机器人结构和动态运动场景下，其作为关键的动力部件，需要满足相关条件以符合人形机器人关节的功能诉求。例如：
（1）由于机器人关节常在较低速输出大转矩，需要采用电机与传动部件配合构成关节执行器；
（2）由于机器人关节在与环境进行物理交互的过程中涉及短接触时间内的高力矩输出，需要电机在短时间内具有极强的过载能力;
（3）由于机器人关节处于频繁的加减速、往复旋转运动中，需要电机具有较好的动态响应性能；
（4）由于机器人常与非结构化环境频繁地交互，需要电机具有良好的抗扰性能和抗冲击性能；
（5）由于机器人特定的形体限制了其关节空间，需要电机具有较高的转矩密度和功率密度。
除了功能诉求外，机器人整体结构的对电机的尺寸和结构也提出了相关的要求。从目前应用来看，无框力矩电机和空心杯电机率先脱颖而出。
无框力矩电机结构紧凑，重量低，性能出色，仅包括转子和定子两个组件，无轴、轴承和端部，高度契合人形机器人结构。无框力矩电机实质上是基于机电一体化的理念集成的一体化关节模组。其转子可直接与关节外壳、减速器或弹性元件集成，降低了轴向长度和重量，提高了伺服电机的转矩密度和响应速度。同时，由于紧凑的结构，可以安装于关节间连杆的腔体内，实现高转矩和高精度。目前，不同企业的技术路线差异较大、各有优势。国内的无框力矩电机产业起步较晚，在包括充磁/灌封/绕线技术、过载设计及轻量化设计方面存在一定的差距。
空心杯电机属于一种特殊的永磁伺服电机，结构小、质量低，十分适合应用于尺寸小且精度和灵活性要求高的机器人灵巧手。空心杯是指该类有刷电机没有转子铁芯，电枢直接由绕组线圈绕成杯状，由电枢支架支撑与固定。由于空心杯电机的转子为无铁心的圆筒形绕组，转子的质量和惯量小、不存在铁耗和齿槽转矩。因此，空心杯电机具有转矩波动低、运行稳定、效率高和动态响应性好等优点。
空心杯电机的优势与特点可以很好的被高精尖的机电一体化系统所吸纳。从海里到地面，再到太空，普通环境及严苛外界条件的应用场景都离不开空心杯电机的身影。空心杯电机适用领域众多，为解决不同应用场景下的问题具有较大的实用价值。在人形机器人身上，则与手部的功能需求高度匹配。
目前，机器人关节用空心杯电机的直径主要集中在 10mm 左右，以小微型为主流。空心杯电机产业在国外发展较早，包括瑞士 Maxon、德国 Faulhaber、瑞士 Portescap 等厂商占据主要市场；国内的产业起步较晚、技术相对薄弱，尤其在小尺寸范围(8mm 及以下)落后于国外企业。
1.2 性能需求指导设计是未来发展重点
在人形机器人全身关节解决方案中，不同位置上的关节处理方案并不相同，形成的相关结构存在差异。特斯拉Optimus全身伺服关节方案中，包括了旋转关节、直线关节、空心杯电机三大类，总共有 14 个旋转关节、14 个直线关节和 12 个空心杯电机。旋转关节分布在肩部（6 个），腕部（2 个），髋部（4 个），躯干（2 个）；直接关节分布在肘部 2 个，腕部 4 个，髋部 2 个，膝部 2 个，踝部 4 个；而空心杯电机均分布在灵巧手上。在旋转关节和直线关节上，主要采用了无框力矩电机结合不同的机械部件形成关节模组；而空心杯电机则应用在灵巧手上，并结合了其他的机械部件。从特斯拉的方案可以看出，全身不同处关节处理方案是不同的，结构也存在较大差异，本质上是由于全身各个关节承担的功能作用不同。
不同传动部件形成的结构会赋予电机不同的特点，不同位置的关节执行器输出特性存在差异，从而对伺服电机的电磁性能、传感器需求和控制策略不同。按照传动部件类型分类，关节执行器主要可以分为三种类型，柔性执行器、弹性执行器和准直驱执行器。柔性执行器一般由“电机+高减速比减速器”构成，通过高减速比减速器大大提高了输出扭矩，因此对电机本身的转矩需求较低，但易引发机械谐振，从而影响控制精度。弹性执行器在柔性执行器的基础上增加了弹性元件，抗强冲击性能出色，同时能高效实现高峰值扭矩，因此对电机本身峰值转矩需求较低，但其动态响应性能较一般，难以实现机器人灵活的运动调整。准直驱执行器则一般由“高转矩密度电机+低减速比减速器”构成，低减速比减速器的非线性误差和静摩擦力都较小，可实现较高精度的转矩控制，但对转矩的提高有限，对电机本身的转矩需求要求较高。
此外，传动部件组合架构对伺服电机的尺寸、形状形成约束，导致整体性能输出特性也存在差异。目前机器人关节执行器的传动部件组合架构有如下三种类型：①并轴级联式：电机输出轴与减速器沿径向排列，输出轴非同轴；②同轴串联式：电机与减速器沿同轴排列；③同轴内嵌式：电机与减速器同轴排列，减速器嵌入电机内。
除了执行器整体结构和组合架构对电机输出性能产生差异外，电机本身的拓扑结构也不同，从而对电机性能、尺寸等方面的要求也不同。不同拓扑结构类型的电机与不同的传动部件配合也会产生不一样的效果。目前，常见的机器人关节电机拓扑包括内转子径向磁通永磁电机、外转子径向磁通永磁电机和轴向磁通永磁电机。此外，空心杯电机作为一种特殊的永磁电机也常用于机器人的微小型关节，而电机的拓扑结构实际上远远不止图中几种，其结构优化是实现电机性能提升的重要方式之一。
结合以上几部分，可以刻画出当前人形机器人关节电机的特征图谱，但仍然尚未有全面理想的解决方案，需要在某些功能特性上做出妥协。在当前人形机器人的应用中，可以发现在低径长比、直径为 8~20 mm 的关节中，以空心杯电机为主，主要应用场景为微型机器人、灵巧手；在中径长比、直径为 30~80 mm 的关节中，以内转子电机为主，主要应用场景为机械臂等机器人上肢关节；在高径长比、直径为 100~180 mm 的关节中，以外转子电机为主，主要应用场景为高动态腿足式机器人关节等机器人下肢关节。
相较于汽车等其他领域，由于人形机器人功能诉求更加多元化、系统化、因此从面向具体机器人的关节特性，有针对性地设计电机，以性能需求指导设计，可能是未来人形机器人运动核心发展重点。在汽车上，电机的功能诉求没有机器人那么多元，功率密度和转矩密度是衡量电机性能的关键指标，在电动汽车永磁同步电机发展过程中可以明显看到功率不断提升的趋势。但在机器人身上，参数并不是最重要的，而是需要从机器人性能需求出发，根据各个关节承担功能和实际应用场景，来指导关节电机设计和优化，以满足特定部件上人形机器人的功能诉求。
2 磁组件：伺服电机关键部件，设计适配或构筑关键壁垒
2.1 磁组件是稀土永磁材料精深加工环节
磁组件属于稀土永磁材料精深加工环节。稀土永磁产业链包括上游稀土的开采、冶炼环节；中游为材料的精深加工环节；生产出的各种成品器件则应用于下游消费电子、新能源汽车、节能家电、风力发电等终端产品领域。
稀土永磁材料器件的生产包括坯料环节和成品工序，生产工序较为繁杂，不同企业的工艺路线不同，行业内既有全工序生产的企业，也有只做毛坯或者只做成品的企业。坯料工序是将镨钕金属、纯铁等原料按比例混合通过熔炼、制粉、压型等工序制成钕铁硼毛坯，属于制造钕铁硼成品的“前道工序”。成品工序是将钕铁硼毛坯按照终端产品的设计方案，通过精密加工、表面处理、智能组装等环节制造出钕铁硼成品器件，属于“后道工序”。天和磁材产品为烧结钕铁硼、烧结钐钴永磁材料，其产品生产工艺即为“前道工序”；中科磁业在毛坯基础上加工、充磁后获得的钕铁硼磁钢则为“后道工序”；而英思特由于主要面向消费电子领域，其在中科磁业的基础上又多了智能组装环节，最终的产品形式为磁组件应用器件。在以上几类企业工艺方式中，英思特的工艺最多，但也最接近终端需求。
2.2 永磁材料：磁性能最为核心，牌号储备决定定制化能力
磁性材料系由一系列可直接、间接产生磁性的物质形成的材料，元素铁、钴、镍及其合金等。根据磁化后再出现退磁的难易程度，磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料，其中：软磁材料经外加磁场后易磁化从而产生磁性，但离开外加磁场后极易退磁，通常仅用于导磁，如变压器铁芯、磁路轭铁等；硬磁材料经外加磁场充磁、达到磁饱和后即形成较高的矫顽力和磁能积，脱离外加磁场后仍可保持较强的内生磁场和磁性能，可持续、稳定帮助下游领域实现电能与机械能间的能量转换、电信号转换等功能，在当今全球生产、生活中广泛应用，亦称永磁材料。
永磁材料具有一经磁化即能保持恒定磁性，具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁的特点，其基本功能是不需要消耗电能便可提供稳定持久的磁通量，同时可简化机械设备结构，降低维护成本，对环境影响较小，有节能和环保的优势。
稀土永磁材料综合性能最出色，实现了广泛应用，目前已发展至第三代。常见的永磁材料包括三类，即金属合金永磁材料、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料。其中，稀土永磁材料以稀土金属元素 RE（Sm、Nd、Pr 等）和过渡族金属元素 TM（Fe、Co 等）所形成的金属间化合物为基础，是目前磁性能较好、综合性能较优、发展较为迅速的永磁材料。
上世纪六十年代以来，稀土永磁材料快速发展。1967 年，美国发明了钐钴SmCo5，标志着稀土永磁材料的诞生，被业界认定为第一代稀土永磁材料。1977年，日本发明了第二代稀土永磁材料钐钴 Sm2Co17。其后，世界各国一直在研究成本更低，磁性能优良的稀土永磁材料。1983 年，美国、日本成功发明了第三代稀土永磁材料钕铁硼 Nd2Fe14B。钕铁硼 Nd2Fe14B 和烧结钐钴 SmCo5、烧结钐钴 Sm2Co17 共同构成当前稀土永磁材料应用的主要类别。
稀土铁氮永磁体具有优良的热力学稳定性、抗氧化性和耐腐蚀性，该材料目前尚处于研发阶段，制备工艺上亦存在技术难题，若未来技术取得重大突破，则有望成为第四代稀土永磁材料。
2.3 磁组件：契合电机结构，适配设计构筑壁垒
电机的结构设计多样，对电机整体性能有较大的影响。根据转子位置不同，可以分成内转子电机和外转子电机。内转子电机又可以分成表贴式和内置式。其中表贴式可以分为凸机式和插入式；内置式又有多种方式，根据永磁体磁化方向和转子所呈的角度，又可以分为径向式、切向式和混合式三种，更显电机结构的多样性和复杂性。
不同转子结构对磁路的影响主要表现在交轴同步电抗和直轴同步电抗 Xad 的大小及其比例（凸极率）的不同，对电机的转矩转速特性，损耗和效率等均有较大影响。同时，不同转子结构对加工工艺复杂程度也不尽相同，生产成本上也会产生较大差异。从实验结果来看，分层结构 d、q 轴之间的电抗差值更大，这提高了电机磁阻转矩的利用率(磁阻转矩利用率 = 磁阻转矩分量/电磁转矩)和过载能力，从而可以实现更高效的能量转换和运动输出。同样的，不同的分层结构对稀土磁材的用量也是不同的，双层结构较单层结构多用了 14.0%的永磁材料，三层结构较双层结构多用了 17.1%的永磁材料，三层结构较单层结构更是多用了 33.5%的永磁材料，并且工艺更加复杂。因此，电机的结构设计是绝对电机性能的重要方向之一。
永磁体的设计在电机拓扑结构中同样影响重大。永磁体磁化方向长度 hM、永磁体宽度 bM，永磁体的夹角和圆心距都会对电机性能产生影响。电动机的磁负荷就取决于永磁体的尺寸。而电机的磁负荷直接影响电机的功率密度和损耗，所以永磁体的尺寸设计非常重要，要合理选取永磁体磁化方向长度 hM和永磁体宽度bM，这两个参数决定着永磁体提供励磁磁场的能力，设计值过大容易导致磁路饱和。在保证永磁体用量尽可能少的前提下，选取的设计值应使永磁体工作在最佳工作点。
永磁体的形状设计同样是优化电机拓扑结构的方式之一，对材料用量节约和性能改进都有重要意义。永磁体材料的选择，可以进一步提高永磁同步电机的效率和输出功率，降低制造成本，促进电机技术的发展和应用。通过针对磁钢用量调整，利用铁氧体和钕铁硼混合使用的材料设计方案，实现了电机永磁体成本大幅度的降低，并且有效降低了反电动势谐波及转矩脉动，同时提升混合电机转矩输出能力。
除了磁钢的形状和摆放位置外，磁钢的固定方法也会影响电机的工艺成本和电机性能。不同的磁钢固定方式的优缺点各不相同，通过对比分析，可以针对具体工况选择合适的磁钢固定工艺；根据各种磁钢固定方法调整零件结构进行磁钢固定方式的优化。
对于磁材企业而言，磁钢的形状设计和固定方法或是偏上游企业深度参与终端产品设计、更紧密贴近客户的重要途径，相关工序的产品附加值或更高，类似因斯特在消费电子领域中的“灵活组装”环节，或是构筑企业在人形机器人领域壁垒所在。
会议推荐
扫描下方二维码即可登记报名
