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人形机器人集成了关节驱动、运动控制、AI 计算及电源系统等多个功能模块。随着机器人运动负载和计算任务变化，电机、功率器件及芯片等部件会产生热量。如何在有限空间内建立有效的传热路径，并兼顾结构适配、材料性能与长期运行要求，是人形机器人热管理设计需要解决的问题。

机器人热管理研究表明，不同部件的发热特点与结构条件不同，需要结合具体热源和系统架构选择合适的热管理技术。对于器件与散热结构之间存在接触间隙的应用，导热界面材料可以成为整体热管理方案的一部分，但不能代替散热结构或主动冷却系统。

诺丰 NFION 围绕导热界面材料的应用需求，可结合具体部件的界面条件、装配方式及工作环境，开展材料匹配与应用评估，为人形机器人相关部件的热管理设计提供参考。

一、人形机器人为什么需要关注热管理？

人形机器人同时具备机械运动、电子控制和智能计算等功能，其热管理需求与传统工业设备存在一定差异。

1. 关节模组持续运行产生热量

关节模组通常集成电机、减速器、驱动电路及相关传感器。电机运行过程中的绕组损耗、驱动器功率器件损耗以及机械传动过程中的能量损耗，都会形成不同程度的热负荷。

关节模组的结构空间通常较为紧凑，热量需要通过内部结构传递至外壳或其他散热部件。如果热量不能及时导出，可能导致局部温度升高，并影响电机绕组、电子器件及周边材料的工作状态。

2. AI计算与运动控制形成局部热负荷

人形机器人需要处理环境感知、运动规划、视觉识别和实时控制等任务。处理器、AI计算芯片及控制电路在工作时会产生热量，实际热负荷还会随计算任务、工作频率及运行模式变化。

对于高集成度的计算模块，热管理设计不仅需要关注器件本身的温度，还需要考虑芯片与散热结构之间的传热效率、器件之间的热耦合，以及有限安装空间对散热结构布局的限制。

3. 内部空间与整机重量限制散热设计

人形机器人需要兼顾运动灵活性、结构紧凑性和整机重量。散热结构不能只追求更大的体积或更高的散热能力，还需要考虑安装空间、重量、机械强度及运动部件之间的干涉。

因此，热管理设计需要在散热能力、结构布局和整机性能之间进行综合权衡。

4. 运行工况变化增加热管理难度

人形机器人可能经历启动、加速、负载变化、连续运动及待机等不同状态。不同工况下，关节驱动和计算系统的热负荷可能发生变化，局部温度也会随运行时间及环境条件改变。

热管理方案应结合实际运行周期评估，不能仅依据某一时刻的温度或单一器件参数判断整体散热能力。

二、人形机器人哪些关键部件需要解决散热问题？

不同部件的热源、结构和工作条件不同，热管理设计应从具体部件出发，识别主要热源及其传热路径。

1. 关节模组：建立有效的内部传热路径

关节模组是人形机器人实现运动的关键部件，其热管理通常需要关注电机、驱动器功率器件及周边结构。

电机产生的热量可能通过定子、壳体及其他结构向外传递；驱动器功率器件则需要根据封装形式和安装方式，将热量传递至散热基板、壳体或专用散热结构。不同热源的传热路径不一定相同，设计时应分别分析。

实际应用中，需要关注电机和驱动器的主要发热位置、热源与散热结构之间的接触状态、装配间隙、接触压力，以及温度变化和机械振动对材料与连接结构的影响。

对于接触界面存在间隙的部位，可以评估适用的导热界面材料；如果热量主要积聚在电机内部，则还需要从电磁设计、绕组、结构导热及整体散热路径等方面分析，不能仅依靠界面材料解决。

2. 控制器与AI计算模块：关注芯片温度与热耦合

控制器和AI计算模块承担运动控制、数据处理及智能计算等任务。处理器、功率器件及相关电子元件可能形成不同程度的局部热源。

针对这类模块，热管理方案需要考虑芯片功耗、封装形式、允许工作温度、散热器结构及器件之间的距离等因素。

主要关注点包括芯片与散热器之间的接触热阻、多热源集中布置时的热量叠加、散热器与外壳之间的热传递，以及电气绝缘、机械固定和装配空间要求。

对于热源密集的模块，还需要考虑各器件之间的热耦合，而非只关注单颗芯片。

3. 电源与电池系统：兼顾温度控制和安全要求

人形机器人的电源系统可能涉及电池、电源转换器、功率开关器件及配电单元。不同部件的发热机制和温度管理要求存在差异，应分别进行分析。

电源转换及功率控制过程中产生的热量，需要通过合理的电路布局、导热结构和散热设计进行管理。对于电池系统，则需要结合电芯类型、排列方式、充放电工况及电池管理策略，评估温度分布与热安全要求。

电池相关热管理不能简单套用电子器件的导热界面设计思路。材料的绝缘性、耐温性、阻燃要求、化学兼容性及长期可靠性，都需要依据具体结构和适用标准进行确认。

4. 灵巧手与末端执行器：解决紧凑空间内的局部热量积聚

灵巧手和末端执行器可能集成微型电机、执行机构、传感器及控制电路。受结构尺寸限制，这些部件的散热空间有限，局部热量也可能影响相邻元件。

热管理设计需要结合执行器工作频率、负载、连续运行时间和安装位置进行分析，并评估热量向结构件传递的路径。

对于体积较小、内部布局紧凑的组件，材料厚度、柔顺性、装配空间和可靠性可能与导热性能同样重要。材料选择应服务于实际结构，不宜单纯以较高的导热系数作为判断依据。

5. 感知与通信模块：结合温升和电磁兼容需求评估

视觉、传感、通信及相关电子模块可能同时面临温升、电磁干扰和空间布局等问题。

这类模块的热管理应先确认主要热源及传热路径，再判断是否存在需要同步解决的电磁兼容问题。只有当具体位置确实存在电磁干扰控制需求时，才有必要进一步评估吸波材料、屏蔽材料或兼具相关功能的复合材料。

电磁吸收、屏蔽与导热属于不同的功能目标，不能仅因某个模块同时具有发热和电磁问题，就默认某一种复合材料能够满足全部要求。相关性能需要分别依据热学和电磁测试结果进行验证。

三、人形机器人热管理解决方案如何设计？

人形机器人热管理需要从系统层面建立分析流程。材料是传热路径中的一个组成部分，其应用效果取决于热源、结构、接触状态和整体散热条件。

1. 明确热源与运行工况

热管理设计应先识别关键部件的发热来源，了解器件功耗、工作周期、负载变化及环境温度等条件。

对于关节模组，需要区分电机与驱动器等不同热源；对于计算模块，需要关注芯片功耗及多器件同时运行时的热负荷；对于电源和电池系统，则应结合具体电气架构和运行状态开展分析。

在缺少实际热负荷数据时，不宜直接确定材料型号或给出散热效果结论。

2. 梳理完整的传热路径

识别热源后，需要梳理从发热部件到最终散热环境的传热路径。

以电子器件为例，热量可能依次经过芯片封装、接触界面、散热器及外部环境。若路径中存在较大的接触热阻、结构导热不足或散热能力受限等问题，即使采用高导热材料，也不一定能够实现预期的温度控制效果。

设计时应区分器件内部导热、接触界面传热、结构导热和向环境散热等环节，明确需要解决的实际瓶颈。

3. 根据结构条件确定散热方式

不同部件可以采用不同的热管理方式，具体选择取决于热负荷、安装空间、重量、可靠性及维护要求。

    ●    被动散热： 通过壳体、散热片、导热结构等将热量传递并散发至周围环境，实际效果受散热面积、材料性能和环境条件影响。

    ●    主动散热： 在系统设计需要时，采用风冷、液冷或其他主动热管理方式，提升热量输运或散发能力，同时评估额外的空间、重量、能耗及系统复杂度。

    ●    局部热管理： 针对芯片、功率器件或局部高温区域优化接触界面、热扩散路径及散热结构。

    ●    综合热管理： 将器件布局、结构导热、界面材料、散热结构及控制策略结合起来，针对整机运行条件进行优化。

这些方式并非互斥关系。实际产品可以根据不同模块的需求，组合采用多种热管理手段。

4. 让材料与结构、装配方式相匹配

在确定传热路径后，再评估材料的具体应用位置及要求。需要考虑材料是否能够填充实际间隙、是否满足装配压力和厚度要求、是否影响电气绝缘，以及是否适应长期运行中的温度变化和机械载荷。

如果问题出在散热器能力不足、结构导热路径不合理或热源布局过于集中，则需要同步调整结构或散热设计。材料选型不能替代对根本热问题的分析。

四、人形机器人不同部件如何选择热管理材料？

人形机器人可能涉及多种热管理材料和结构方案，包括导热界面材料、导热结构材料、绝缘与隔热材料，以及在特定需求下使用的电磁屏蔽或吸波材料等。具体材料类别应根据实际产品设计和应用条件确定，并非每个部件都需要使用所有类型。

以下矩阵以典型应用位置、主要技术痛点和候选解决方向为主线。表内材料类别是工程评估方向，不代表已经完成特定机器人部件验证，也不构成未经测试的固定型号推荐。

表中所列产品匹配方向仍需结合诺丰NFION实际产品规格书、客户结构图纸及验证条件确定。不能仅凭部件名称直接判断某一材料系列或型号最优。

工程师快速选型指南：先确认三个条件

第一步：看界面间隙与结构公差

    ●    接触面较平整、间隙较小：评估薄层界面材料的适用性，并关注实际接触热阻。

    ●    间隙不均或结构公差较大：评估可压缩导热垫片、导热凝胶等方案，并确认压缩量、接触压力及装配限制。

    ●    需要自动化涂覆或点胶：评估材料的流变特性、施工工艺、厚度控制和固化要求。

    ●    热量难以从热源传至散热结构：优先检查完整传热路径，必要时调整结构或散热方式。

上述判断是初步筛选思路，不是固定的间隙分界标准。实际选型应以材料规格、界面设计及测试结果为准。

第二步：看电气安全与环境要求

根据应用位置确定绝缘、耐温、阻燃及材料兼容性等要求。对于驱动器功率器件、电源和电池系统，应结合工作电压、绝缘结构、适用标准及具体测试方法确认指标。

不宜把某个击穿电压数值或阻燃等级直接作为所有机器人部件的统一要求。若使用导电性材料进行热扩散，还需要评估电气隔离、固定方式及与周边元件的兼容性。

第三步：看动态工况与长期可靠性

对于存在振动、温度循环或反复运动的部件，应根据实际工况评估材料的界面稳定性、形变适应性、挥发或迁移风险，以及长期使用中的性能变化。

材料是否需要具备抗泵出、低挥发或高抗撕裂等特性，应根据材料类型、安装方式及实际失效风险确定，而不是对所有应用设置相同的强制条件。

五、热管理材料选型，不能只看导热系数

导热系数是评价材料导热能力的重要参数，但不能单独决定最终应用效果。对于人形机器人这类结构紧凑、工况多变的设备，还需要关注以下因素。

1. 导热性能与实际热阻

导热系数反映材料本身的导热能力，实际应用中的传热效果还受到材料厚度、接触状态和界面热阻等因素影响。

对于接触界面，可以结合材料厚度、接触压力、表面平整度及装配状态进行评估。材料导热系数较高，并不意味着在所有结构中都能获得更低的整体热阻。

2. 厚度、压缩量与结构公差

不同部件的装配间隙不同，材料需要与实际间隙及结构公差相匹配。

对于需要压缩装配的材料，应关注压缩后的厚度、所需压力及对周边器件的机械影响；对于需要点胶或涂覆的应用，则应评估材料的施工方式、覆盖范围和厚度控制能力。

3. 电气绝缘与安全要求

机器人内部包含电源、驱动和控制电路，部分材料应用位置存在电气绝缘要求。材料是否适用，需要结合工作电压、绝缘结构、爬电距离及适用标准进行确认。

不能仅凭材料具备导热功能，就认定其适合所有功率器件或电池系统。

4. 耐温、老化与机械可靠性

人形机器人可能经历温度循环、持续振动及反复运动。材料在长期使用中是否出现性能变化、界面失效或其他可靠性问题，需要结合材料特性和实际工况进行评估。

对于关键部件而言，初始测试性能只是选型依据之一，长期可靠性同样重要。

5. 电磁兼容与复合功能需求

当某一电子模块同时存在热管理与电磁兼容要求时，应分别明确热传递、电磁吸收或屏蔽的目标，再判断是否需要采用复合材料或独立材料组合。

吸波性能需要结合目标频率、材料厚度、安装位置和实际电磁环境验证；屏蔽效果也需要依据对应测试要求确认。导热性能则应结合热源和传热路径评估。不同功能应分别验证，不能用其中一项指标代替另一项。

6. 施工工艺与批量一致性

材料性能还需要与生产装配过程相适配。对于批量制造的机器人产品，应关注材料的施工便利性、厚度或用量控制、装配节拍及批次稳定性。

在材料导入阶段，应同步评估实际工艺条件，避免实验室测试结果与批量装配效果之间出现明显差异。

六、从材料选型到部件测试：如何开展工程验证？

材料是否适用，需要通过与具体结构相匹配的验证过程进行判断。可参考以下流程建立工程评估方案。

第一步：明确应用条件。 确认热源位置、运行工况、环境温度、结构尺寸、装配方式及目标温度要求。

第二步：建立评价指标。 根据应用位置确定需要验证的指标，例如温升、热阻、接触状态、绝缘性能、耐温性能或电磁兼容指标。

第三步：筛选候选方案。 结合结构设计、材料性能和工艺要求，筛选适合进行样品测试的材料或散热方案。对于存在多种技术路径的部件，可以设置对照方案。

第四步：开展样品与部件测试。 在尽可能接近实际应用的装配条件下，测试材料及部件的相关性能。测试应明确样品厚度、压缩量、接触压力、热源功率和环境条件等关键参数，确保结果具备可比性。

第五步：评估可靠性与批量适配性。 对关键部件，根据设计要求开展温度循环、振动或其他适用的可靠性验证，并评估材料在实际生产工艺中的一致性。

第六步：结合整机工况确认方案。 材料测试通过不等于整机热管理方案已经验证。最终仍需要结合部件结构、系统散热能力和整机运行条件，确认温度表现是否符合设计要求。

通过分阶段验证，可以明确材料在实际传热路径中的作用，也有助于区分材料本身、装配界面和整体散热结构分别带来的影响。

七、诺丰NFION热管理材料的应用评估方向

人形机器人涉及机械结构、驱动控制、智能计算和电源系统等多个领域，对材料的需求取决于具体部件的结构形式、工作环境及可靠性要求。

诺丰NFION围绕热管理材料应用，可结合客户提供的部件信息、界面条件、装配方式及性能要求，开展材料规格沟通、候选方案匹配、技术资料支持与样品评估。

在具体项目中，材料评估应以实际应用条件为基础，重点确认以下内容：

    ●    应用位置： 明确材料用于器件接触界面、结构传热、绝缘隔热还是其他特定功能位置。

    ●    性能要求： 根据实际工况确认导热、热阻、耐温、绝缘或电磁兼容等相关指标。

    ●    结构与工艺： 核对安装空间、间隙尺寸、装配压力、施工方式及批量生产条件。

    ●    验证要求： 根据部件设计和测试计划确定样品测试及后续可靠性评估内容。

不同部件可能需要不同的材料组合和散热方案。对于尚未明确热源、结构或性能指标的应用，应先开展需求分析，再确定候选材料，不宜直接以单一产品或某个性能参数作为通用答案。

具体产品型号与参数，应以诺丰NFION对应产品的正式技术资料及实际测试结果为准。在缺乏具体项目验证证据时，不应将材料适用性直接表述为已经完成机器人部件或整机应用验证。

八、结语

人形机器人热管理是一项涉及热源、结构、材料、装配工艺与系统运行条件的综合性工程。关节模组、控制器、AI计算模块、电源系统及末端执行器的发热特征和结构条件各不相同，需要针对具体部件建立传热路径，并选择适合的散热方式与材料方案。

对于材料应用而言，导热系数只是选型依据之一。实际效果还取决于界面热阻、结构间隙、装配压力、工作温度、机械可靠性及整体散热设计。只有将材料性能与部件结构、生产工艺和工程验证结合起来，才能更准确地判断材料的适用性。

随着人形机器人向更高集成度、更复杂运动能力和更长运行时间发展，热管理将持续成为关键部件设计与系统验证中需要关注的技术环节。

参考资料

以下资料用于了解机器人热管理及相关技术研究方向，不代表其中提出的技术路线已经适用于所有人形机器人，也不构成诺丰NFION产品的应用验证依据。

1.Sevinchan E, Dincer I, Lang H. A review on thermal management methods for robots. Applied Thermal Engineering, 2018, 140: 799–813.

2.Du X, Ye Y, Jiao B, et al. A flexible thermal management method for high-power chips in humanoid robots. Device, 2025, 3(2): 100576.

3.Li J, Gao L, Gao J, et al. A nodes-based topology optimization method for thermal designs of hydraulic humanoid robot. Journal of Computational Design and Engineering, 2025, 12(5): 78–94.