破解人形机器人关节电机“卡脖子”难题 灵枢元动团队闯出国产化新路

近日，河南理工大学灵枢元动团队发布其智能关节电机研发最新进展：团队自主研发的智能关节电机已完成台架测试阶段温升、效率、负载、耐久等多轮全工况性能验证，正加速推进小批量量产。

“灵枢元动”以解决当前高端关节电机长期依赖进口的问题为切入点，产品在传统铁芯电机的基础上采用轴向磁通拓扑与无铁芯PCB集成定子等创新设计，在满足人形机器人高动态、高负载运动需求的同时，实现模型预测控制、全域温升预警、驱动传感一体化等系统功能，有效提升了关节电机的功率密度与运行效率，降低了整机重量与用户采购成本。

灵枢元动团队成立于2024年，成员来自电气、自动化、机械、金融、管理等八大专业，依托河南省智能装备直驱技术与控制国际联合实验室持续攻关。三年来，团队成员先后走访多家机器人整机厂商与核心零部件企业，围绕人形机器人髋膝、手肘、手腕等关节场景的真实需求持续打磨产品性能，攻克了无铁芯PCB定子绕组拓扑优化、磁热耦合建模等关键技术难题，将转矩脉动率由5%以内的设计指标优化至实测3.76%。“灵巧为本、本源驱动”，正是对工匠精神的生动诠释。

图1 项目实物图

在上述攻关基础上，围绕“控制—本体—热管理”三个维度，团队构筑起闭环技术体系：采用MPC模型预测控制替代传统方案，动态响应速度提升60%以上，转速波动率控制在3%以内；自主研发6毫米超薄无铁芯PCB集成定子，以微米级光刻工艺替代手工绕线，实现定子、驱动、传感三合一集成，减重60%-70%；构建磁热耦合全域温升预测与主动防护系统，基于LoRa无线感知实现毫秒级热状态监测与预警，防护等级达IP68。实测电机额定效率达93.2%，空载噪音低至30分贝。

图2 三大核心技术闭环与技术壁垒示意图

目前，项目已与河南省济源市恒发电力工程有限公司、九江明阳电路科技有限公司、湖南天茂建设集团有限公司、横川机器人（深圳）有限公司、湖南金麦浪科技发展有限公司、焦作市东方祥生电器有限公司等10余家企业签订意向合同书，构建起覆盖“融资—研发—生产—销售”的产业化合作体系。

创新成果同步沉淀为知识产权，项目已形成发明专利2项、实用新型专利1项、软件著作权3项以及已受理发明专利等13项核心知识产权。相关论文同步落地：无铁芯轴向磁通PCB电机最小铜损协同优化设计将于十月在国际电机与系统会议（ICEMS）见刊；双凸极电磁电机设计与电磁-热分析研究发表于SCI一区top期刊。

图3 灵枢元动团队合影

灵枢元动项目契合《人形机器人创新发展指导意见》关于突破高转矩密度伺服电机、高效热管理等关键技术的部署，也与“十五五”时期机器人产业向高精度、轻量化升级的方向同频共振，高性能国产化关节电机市场前景广阔。从实验室走向台架测试，团队正一步一个脚印推动产品落地；对这支来自多个专业的年轻队伍而言，每一次技术攻关既是产品性能的提升，也是跨学科创新人才的成长历练，让人形机器人的“中国关节”更加灵动有力。

（通讯员：梁宇洁，肖有岐，周林怡）