灵巧手 FOC

常见电机分类

常见电机分类标准和标签如下

分类维度	常见标签	回答的问题
换向方式	有刷、无刷	绕组电流方向由机械换向器切换，还是由功率电子器件切换？
转子磁场来源	永磁、电励磁、感应	转子磁场由永磁体、励磁绕组还是感应电流产生？
转子与旋转磁场关系	同步、异步	稳态下转子是否跟随定子旋转磁场同步转动？
电磁结构与控制习惯	BLDC、PMSM	永磁同步电机按怎样的绕组、反电势和换相/控制习惯设计？
齿槽结构	有槽、无槽	电枢绕组是否布置在铁芯齿槽内？无槽结构仍可保留背铁。
绕组支撑与转动部件	铁芯绕组、自支撑空气芯、杯形转子	绕组是否依附铁芯，转动部件中是否包含绕组铁芯？
转子位置	内转子、外转子	转子位于定子内侧还是外侧？
机械交付形态	有框、无框	厂商是否提供外壳、轴承、输出轴、端盖等完整机械支撑？
设计工作点	高速电机、力矩电机	电机偏向高速小转矩配减速器，还是低速大转矩工作？
控制用途	普通电机、伺服电机	是否通过反馈闭环控制位置、速度或转矩？
输出运动	旋转电机、直线电机	输出是转矩和转角，还是推力和位移？

目前人形机器人上常用的电机可以分为力矩电机、空心杯电机、无框力矩电机、永磁同步电机这几种类型。

• 力矩电机：在结构上采用定子和转子轴向排列，体积较大但轴向尺寸紧凑；具备低速高扭输出能力，可以直接驱动，适合快速启停和精准控制。由于直驱的特性，力矩电机适合用于人形机器人的髋关节上。

• 无框力矩电机：相比力矩电机，无框力矩电机即简化了外壳结构，只提供定子和转子，电机需嵌入机器人机械结构中。一般需要与谐波减速器、编码器组合成紧凑关节模块。这种电机的优势在于扭矩密度高，散热也可以与机器人的结构共同优化，散热效率上限高，空间利用率高，同时保持高精度。在人形机器人中，无框力矩电机在灵巧手、膝关节等部分应用。

• 空心杯电机：转子采用空心杯形绕组，无铁芯的设计，重量极轻；转动惯量仅为传统电机的 1/10，响应速度极快；无铁损，能量转换效率可达 90%以上。总结就是有超轻量化，响应快，低噪音，无齿槽效应、效率高等优点，缺点则输出扭矩小，过载易烧毁，成本较高。因此空心杯电机适合一些小扭矩的场景，如医疗微型手术器械、昆虫仿生机器人等，在人形机器人上，灵巧手中也大量用到空心杯电机。

• 永磁同步电机：这是应用极为广泛的电机类型，新能源汽车、两轮电动车都有应用。主要的结构是嵌入永磁体的转子，以及三相绕组的定子，需要复杂算法对磁场进行定向控制。但优势明显，扭矩密度高、精度高、效率大于 95%，在机器人领域，像工业机器人的机械臂、轮足机器人的轮毂驱动部分会使用到永磁同步电机。

补充：无刷电机可以分为 BLDC 和 PMSM 两种，BLDC 即无刷直流电机，PMSM 即永磁同步电机，两者电磁结构非常接近，区别在于反电动势波形和控制方式。一般来说 BLDC 的反电动势波形近似梯形，相电流为方波，控制方式常用六步换向法，转矩脉动相对较大；PMSM 的反电动势波形近似正弦，相电流为正弦，控制方式常用 FOC 矢量控制，转矩脉动相对较小。两者的界限并不是那么清晰，BLDC 也可以结合抗齿槽算法的 FOC 进行力矩补偿实现平滑控制。广义上来讲，所有直流母线供电的永磁无刷电机都叫 BLDC。

FOC原理

见参考资料

参考资料

人形机器人中的电机和减速器科普

【自制 FOC 驱动器】深入浅出讲解 FOC 算法与 SVPWM 技术