2026年人形机器人行业专题报告7：“腕”与“踵”——商业化落地前夕，机器人的散热瓶颈

人形机器人热管理，从哪些环节开始？

引言：人形机器人热管理，从哪些环节开始？电子器件/结构设计/电池等

广泛意义上的机器人可分为机械部分与电气部分。主要的机械结构如机体、传动机构等更多的是通过合适的耐高温材料选择与结构设计，承担耐热与隔热的作用；电气（各类电子器件、电机及电池等）是对温度敏感的器件，目前机器人热控相关研究也主要集中在这些方面。

对比人类，机器人为什么面临散热难题？

在相同功率水平下，人形机器人的能量转化效率远低于人类。原因在于，在机器人产生的能量中，90%的能量直接转化为了热量，并积聚在电机绕组、齿轮箱和芯片等狭小空间内，核心是散热能力不足。特别是在小体积、紧凑型的结构设计中如灵巧手关节腔体中，空间极端受限（腔体内间隙可能不足2mm），传统5mm的离心风扇无法安装，因此无法实现较传统的风冷方案。

热量来自哪里？主要发热模块及发热贡献拆解

机器人关节电机（尤其人形 / 协作 / 工业机器人）面临体积小、功率密度高、工况复杂多变的极端散热挑战。热管理的核心目标是控制绕组/永磁体温度在安全阈值内，抑制局部热点，实现热平衡，从而避免绝缘失效、永磁退磁与机械磨损加速。

电机热管理：针对主要发热环节展开

铜损热：主要来自电流通过电阻绕组产生的热量

在高动态运动工况下，机器人驱动器如丝杠副等会产生显著的热积聚效应。原因在于：1）紧凑型模组的结构限制使得散热面积不足，传统自然对流散热方式的热阻高，难以满足高功率密度应用需求；2）温度梯度引发的结构热变形具有显著的非对称特性，轴向热伸长系数与径向热膨胀系数的差异会导致复杂的多自由度位姿误差。因此，需要在电机体积-扭矩-热量三个核心参数之间进行协调。

如何解决？可以从以下几个方面考虑：1）调整结构：开发高散热结构，提升传热效率；2）改进材料：采用低热膨胀合金制造丝杠，降低热变形；3）算法推进：采用实时温度补偿算法抑制温漂误差。

铜损热：可采用被动方案 - 模块结构调整 - 以灵巧手为例

以灵巧手为例，作为目前主流灵巧手的电机模组布局可分为：内置式、外置式、混合布置式三类，其中，1）内置式：电机放于手掌或手指中，同时控制系统也布置于手掌或手腕中；2）外置式：驱动器和电气系统全部布置于前臂中；3）混合布置式：大功率驱动器布置在前臂中，其余小功率驱动器则布置在手掌中。

根据马斯克对灵巧手方案变化的更新，我们认为，下一代Tesla灵巧手的结构变化可能在：可能采用混合布置式，即结合手腕电机+掌内电机结合，采用腱绳驱动的方式。这种手腕电机+腱绳穿过手指的结构设计，为手指内部预留了更多的空间，并将密集的电机设置在了空间更大的手腕处，有利于减缓发热效果。

铁损热：可采取主动方案 - 转子散热管理 - 涡流

在电机中，由于转子铁心磁场相对稳定，其磁滞损耗以及附加损耗占比不大，电磁损耗中对转子温升起主要贡献的是转子涡流损耗。

由于转子铁心磁场相对稳定，其磁滞损耗以及附加损耗占比不大，高速永磁电机转子处于复杂的磁场环境中，谐波磁场相对于转子异步旋转，根据法拉第电磁感应定律，异步磁场将在转子导电部件中产生感应电动势进而产生涡流，并由此产生涡流损耗。准确地计算转子涡流损耗是进行合理有效的冷却设计的前提。若涡流损耗值计算偏低，将导致实际运行时转子过热，并引发一系列安全隐患。

铁损热：可采取主动方案 - 转子散热管理 - 风磨损

为了更高的功率密度，高速永磁电机转子表面线速度不断提高。以圆柱形转子为例，靠近转子表面的流体速度与转子保持一致，靠近定子表面的流体速度与定子保持一致（即静止）。转子在无轴向流动时，其表面线速度可达到 250 m/s，高速永磁电机物理气隙一般在1.0mm~2.0mm区间内，气隙中流体的切向速度需要在2.0 m距m离的内从高于 200 m/s 降到 0 m/s，具有极大的速度梯度。气隙中流体的湍流切应力造成了流体的流动损失，这些损失以热的形式作用在高速永磁电机上。尤其是具有大速度梯度的转子表面。

铁损热：可采取主动方案 - 风冷

在满足机器人使用要求的前提下，风冷是最经济可靠的散热方法之一，设计简单、成本低，工质获取便捷，是应用最广的冷却方式。风冷包括自然对流散热与强迫风冷两种形式。自然对流散热由流体受温度影响导致的密度差引起，只适用于热流密度不超过0.8 W/cm2的器件散热，而强迫风冷空气流动强劲，散热效果可达到自然散热的 5 ~ 10 倍。 

不足：风冷散热受环境温度影响较大，且提高风速会造成系统噪音增加。因而，风冷设计时需要着重考虑风机的选型与风道的设计，合理的散热结构能减少风扇的数量，从而降低机器人的故障率与噪声。

应用现状：高速永磁电机内部的热辐射以及热传导都是电机各部件之间的热量传递，而转子冷却的最终目的是将转子热量释放到外界冷却介质中，这只能通过对流换热实现。因此，目前高速永磁电机转子散热多使用低温冷却介质流过转子表面时与高温转子进行热量传递从而对转子进行冷却的方案。按照冷却介质的状态，可以采用通风冷却，即使用气体作为冷却介质，如空气、氦气。

电机的芯片控制与热管理

高性能步进电机控制芯片：减小驱动电流，使步进电机从开环驱动到闭 环驱动。为了使步进电机能够可靠工作，目前不得不使用较大的驱动电 流，导致功耗较大和电机发热严重。高性能步进电机控制芯片的应用有 利于以无感方式实现步进电机的“闭环驱动”，提升步进电机性能，并且 能够以较小的驱动电流来实现高可靠性的运行，进而扩大步进电机的应 用范围。

以峰岹科技为例，公司产品涵盖电机驱动控制部的关全键芯片，包括电 机主控芯片 MCU/ASIC、电机驱动芯片 HVIC、电机专用功率器件 MOSFET等。其中，BLDC无刷直流电机驱动控制芯片等已逐步拓展到 人形机器人领域，如在2025年11月推出的FU75xx系列MCU，用于机器 人关节、并联机器人、灵巧手、ZR轴电机、伺服一体机等控制领域。

目前进展：公司在工业伺服领域进行前瞻性研发布局，并取得一定的研发成果，如角度位置传感技术、旋变解码技术均为公司在相关领域的核心技术积累。同时还有与机器人相关的在研项目正在进行，如“高性能伺服运动控制芯片关键技术研发”、“高精度高安全等级电机传感器及关键技术研发”等。另外，公司与三花控股集团有限公司签署《合作框架协议》并成立合资公司，该公司主营业务为专注于空心杯电机（无槽永磁交流电机）本体及相关产品的研发、设计、制造和销售，公司对该合资公司持股 36%。

编辑：火腿肠