空心杯電機(jī)是一種微型伺服直流電機(jī)，由定子和轉(zhuǎn)子兩大核心部分組成，通常來講尺寸一般較小通常不超過40mm。在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，其電樞繞組為空心杯線圈，形狀類似水杯，因此被稱為“空心杯電機(jī)”。

//空心杯電機(jī)應(yīng)用特性//

與傳統(tǒng)直流電機(jī)對(duì)比來看，一般的直流有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子是固定在鐵芯上的線圈，而空心杯電機(jī)最大的不同在于其電機(jī)繞組取消了鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子僅由線圈按照一定的排列繞制而成。

據(jù)了解，空心杯電機(jī)首先具備節(jié)能特性，由于無鐵芯設(shè)計(jì)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，能量轉(zhuǎn)換效率很高，其最大效率一般在70%以上，部分產(chǎn)品可達(dá)到90%以上(鐵芯電動(dòng)機(jī)一般在70%)。

同時(shí)具備控制特性，其起動(dòng)、制動(dòng)迅速，響應(yīng)極快，機(jī)械時(shí)間常數(shù)小于28毫秒，部分產(chǎn)品可以達(dá)到10毫秒以內(nèi)(鐵芯電動(dòng)機(jī)一般在100毫秒以上);在推薦運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可以方便地對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行靈敏的調(diào)節(jié)。

此外還有拖動(dòng)特性，即運(yùn)行穩(wěn)定性十分可靠，轉(zhuǎn)速的波動(dòng)很小，作為微型電動(dòng)機(jī)其轉(zhuǎn)速波動(dòng)能夠容易的控制在2%以內(nèi);以及輕量化特性，與同等功率的鐵芯電動(dòng)機(jī)相比，其重量、體積減輕1/3-1/2，能量密度大幅度提高。

空心杯電機(jī)可以說是高端的直流、永磁、伺服微特電機(jī)，上游原材料與微特電機(jī)原材料類似，包括銅、鋼材、磁鋼、軸承、塑料等?？招谋姍C(jī)最初被應(yīng)用于航空、航天、軍事等尖端行業(yè)，近年來其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)展至民用行業(yè)，如醫(yī)療裝置、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具、工業(yè)自動(dòng)化等場景。

//百億級(jí)新增市場空間//

空心杯電機(jī)屬于微特電機(jī)的一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，全球空心杯電機(jī)目前市場規(guī)模預(yù)計(jì)15億美元(折合人民幣約108億元)。原本市場規(guī)模并不大，但是人形機(jī)器人的發(fā)展，給其帶來了廣闊的增量空間。

得益于以ChatGPT為代表的大模型使得通用人工智能得到質(zhì)的飛躍，有望從語言能力、視覺能力、運(yùn)動(dòng)控制和降低成本等幾個(gè)方面推動(dòng)人形機(jī)器人的落地，加上特斯拉作為行業(yè)標(biāo)桿，5月在TeslaAIDay發(fā)布的Optimus最新進(jìn)展超預(yù)期，量產(chǎn)預(yù)期提前，人形機(jī)器人熱度陡然飆升。

據(jù)馬斯克表示，Optimus 有望于2023年底開始交付，2023~2025年目標(biāo)交付量分別為10萬臺(tái)/50萬臺(tái)/100萬臺(tái)。人形機(jī)器人為空心杯電機(jī)帶來新業(yè)務(wù)增量，假設(shè)特斯拉人形機(jī)器人量產(chǎn)25/100萬臺(tái)，對(duì)于空心杯電機(jī)采購額為18/72億元，新增人形機(jī)器人市場彈性為17%/67%。

“未來每個(gè)人都會(huì)擁有一個(gè)人形機(jī)器人，如果人形機(jī)器人和人的比例是2比1左右，那么人們對(duì)機(jī)器人的需求量可能是100億乃至 200 億個(gè)?！鳖A(yù)計(jì)到2025年，空心杯電機(jī)有望迎來近百億級(jí)別的新增市場空間。

//國外空心杯電機(jī)龍頭廠家//

空心杯電機(jī)份額仍然集中在海外廠商，國內(nèi)外空心杯電機(jī)制造商在軟實(shí)力和硬實(shí)力均有一定差距。硬實(shí)力的差距主要集中在電機(jī)材料選用、本體設(shè)計(jì)和機(jī)電控制方案配置，國外企業(yè)具有先進(jìn)的加工鍍膜工藝與更扎實(shí)的電機(jī)材料理論研究、小尺寸電機(jī)設(shè)計(jì)能力強(qiáng)和上千種方案進(jìn)行驅(qū)動(dòng)配置;軟實(shí)力的差距主要集中于市場影響力、客戶資源、品牌聲譽(yù)與市場認(rèn)可度等。

海外廠商起步較早，擁有性能優(yōu)異的設(shè)備和穩(wěn)定成熟的工藝。海外三大家成立最早、技術(shù)和工藝深厚，價(jià)格偏高，目前空心杯電機(jī)龍頭為瑞士MAXON、德國FAULHABER和瑞士PORTESCAP，全球市占率70-80%，主要用于醫(yī)療領(lǐng)域和電動(dòng)工具。

瑞士MAXON：成立于1961年，全球約3200名員工，總部在瑞士 Sachseln。1)產(chǎn)品，1.2w個(gè)品種，包括直流有刷、無刷電機(jī)，齒輪箱，傳感器，編碼器，伺服放大器，位置控制器;2)產(chǎn)量，約500萬件;3)營收，2022年7.08億瑞士法郎(折合人民幣57億元);4)空心杯電機(jī)應(yīng)用，主要用于醫(yī)療領(lǐng)域。

德國FAULHABER：1947 年Dr. Fritz Faulhaber GmbH在德國斯圖加特附近成立，全球約2300名員工，總部在德國。1)產(chǎn)品，包括高性能直流電機(jī)、無刷直流電機(jī)、線性電機(jī)、步進(jìn)電機(jī);2)研發(fā)生產(chǎn)基地，包括德國、瑞士、美國、羅馬尼亞、匈牙利;3)專利，集團(tuán)在全球范圍內(nèi)擁有超過50項(xiàng)專利;4)空心杯電機(jī)應(yīng)用，主要用于電動(dòng)工具。

瑞士PORTESCAP：1931年在瑞士成立，1959年推出空心杯電機(jī)后進(jìn)入微型電機(jī)行業(yè)。1)產(chǎn)品，包括直流有刷、無刷電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，齒輪箱，驅(qū)動(dòng)器，編碼器;2)研發(fā)生產(chǎn)基地，研發(fā)中心包括美國、中國、印度和瑞士，制造工廠位于美國、印度;3)空心杯電機(jī)應(yīng)用，用于醫(yī)療領(lǐng)域和電動(dòng)工具。

//空心杯電機(jī)國產(chǎn)化壁壘//

高端空心杯電機(jī)國產(chǎn)化率較低，壁壘在于：設(shè)計(jì)：線圈專利多，每家廠商繞組設(shè)計(jì)不同。海外繞線具體工藝處于保密狀態(tài)，瑞士MAXON擁有精密直流電機(jī)的五種繞組技術(shù)，德國FAULHABER采用Fritz Faulhaber博士設(shè)計(jì)的斜交纏繞設(shè)計(jì)，鳴志電器空心杯繞組設(shè)計(jì)采用V狀結(jié)構(gòu)。

目前國內(nèi)設(shè)計(jì)性能達(dá)不到國際先進(jìn)水平;設(shè)備：設(shè)備要求高，產(chǎn)品的一致性、長壽命和批量化生產(chǎn)需要自動(dòng)化產(chǎn)線。MAXON、FAULHABER自研自制自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，外部不供應(yīng)，量產(chǎn)產(chǎn)能2000萬臺(tái)。國內(nèi)已有廠商主要采用半自動(dòng)/手工生產(chǎn)，返工率高(國內(nèi)萬分之三十，國外萬分之五)，性能有偏差，且不具備批量生產(chǎn)能力。國內(nèi)鳴志電器的繞線機(jī)采購自日本小田原&田中精機(jī)，鼎智科技表示能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化批產(chǎn)，但尚未進(jìn)入量產(chǎn)階段;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(控制芯片、軟件算法)未能及時(shí)跟進(jìn)。

性能：通過近似尺寸產(chǎn)品性能參數(shù)對(duì)比，可以看出鳴志電器空心杯電機(jī)基本與瑞士MAXON、德國FAULHABER、瑞士PORTESCAP對(duì)標(biāo)，主要性能滿足機(jī)器人應(yīng)用要求。

1)額定轉(zhuǎn)矩和額定電流(對(duì)應(yīng)電機(jī)力矩)：鳴志與MAXON接近，略低于PORTESCAP;2)熱阻(對(duì)應(yīng)電機(jī)發(fā)熱情況)：鳴志與MAXON 、PORTESCAP接近，優(yōu)于FAULHABER。價(jià)格：海外均價(jià)在2000元/個(gè)，國產(chǎn)均價(jià)1000元/個(gè)，鳴志表示量產(chǎn)時(shí)價(jià)格可降至600+元/個(gè)，具備性價(jià)比優(yōu)勢。

降價(jià)空間：1)產(chǎn)線投資，根據(jù)鼎智，自動(dòng)化產(chǎn)線投資約500-600w/條，鳴志表示單條半自動(dòng)產(chǎn)線設(shè)備投資額280w(繞線機(jī)40w/臺(tái)*3+其他);2)產(chǎn)線產(chǎn)出，鳴志表示單臺(tái)設(shè)備平均年產(chǎn)出近3w個(gè)(5分鐘下線一個(gè))，年產(chǎn)出額4500w元。根據(jù)投入產(chǎn)出比，國內(nèi)廠商還具有進(jìn)一步降價(jià)空間。

國產(chǎn)替代進(jìn)度：19年以來，由于疫情難以進(jìn)口，國內(nèi)企業(yè)加緊研發(fā)、改進(jìn)工藝，涌現(xiàn)出一批企業(yè)，實(shí)現(xiàn)較多技術(shù)攻關(guān)，國內(nèi)空心杯電機(jī)得到空前發(fā)展。在人形機(jī)器人等應(yīng)用催化下，國內(nèi)企業(yè)會(huì)持續(xù)加大研發(fā)投入，改進(jìn)設(shè)備工藝，加速高端應(yīng)用領(lǐng)域國內(nèi)空心杯電機(jī)替代。性能：通過近似尺寸產(chǎn)品性能參數(shù)對(duì)比，可以看出鳴志電器空心杯電機(jī)基本與瑞士MAXON、德國FAULHABER、瑞士PORTESCAP對(duì)標(biāo)，主要性能滿足機(jī)器人應(yīng)用要求。

//空心杯電機(jī)國內(nèi)主要供應(yīng)商//

從國內(nèi)市場來看，國內(nèi)具備空心杯電機(jī)公司不多，市場還擁有較大增量空間，國產(chǎn)廠商持續(xù)推進(jìn)國產(chǎn)替代。值得注意的是，

01

鳴志電器

已有產(chǎn)品：空心杯電機(jī)(本體+驅(qū)動(dòng)器)、減速機(jī)、編碼器。

有刷空心杯電機(jī)：機(jī)座尺寸范圍φ8mm-φ24mm，空載轉(zhuǎn)速最高可達(dá)10000rpm~16000rpm，最高功率可達(dá)13.5w;

無刷空心杯電機(jī)：機(jī)座尺寸范圍φ13mm-φ30mm，分為ECU(普通)和ECH(高速)系列，空載轉(zhuǎn)速可達(dá)15000rpm~50000rpm，最高功率可達(dá)150w;

驅(qū)動(dòng)器：T motion的ONE FOR ALL 全能型智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，能實(shí)現(xiàn)通用電機(jī)支持(可匹配無刷空心杯電機(jī))。

應(yīng)用情況：定位高端應(yīng)用，主要布局慢速移動(dòng)人工智能、高端醫(yī)療器械及生化分析儀器、智能汽車電子、暖通水泵模組系統(tǒng)、半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備和工控自動(dòng)化等領(lǐng)域。

22年空心杯電機(jī)產(chǎn)銷情況：營收1000w元，產(chǎn)量2萬臺(tái)。訂單超出產(chǎn)能，訂單收入占比排序?yàn)殡妱?dòng)工具(單價(jià)5、600元/臺(tái))>半導(dǎo)體>醫(yī)療(單價(jià)1500元/臺(tái))。根據(jù)專家口徑，公司計(jì)劃擴(kuò)張15條產(chǎn)品線，規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)30萬臺(tái)/年，最快預(yù)計(jì)24年底投產(chǎn)。

公司主要優(yōu)勢在于：1)技術(shù)積累：鳴志2010年起開始研發(fā)空心杯電機(jī)，2018年起空心杯電機(jī)產(chǎn)品線建立，截至目前公司擁有空心杯電機(jī)發(fā)明專利30項(xiàng);2)驅(qū)動(dòng)配套：驅(qū)動(dòng)器通過高頻率控制電壓電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)，技術(shù)和算法門檻較高。子公司瑞士T Motion生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)器，技術(shù)對(duì)標(biāo)以色列ELMO，能與空心杯電機(jī)搭配形成微驅(qū)系統(tǒng);3)本土化服務(wù)：國內(nèi)生產(chǎn)空心杯電機(jī)，美國子公司AMP(專注高精度運(yùn)動(dòng)控制)提供控制算法和前端研發(fā)，美國子公司LIN整合銷售網(wǎng)絡(luò)，可直接對(duì)接北美客戶提供服務(wù);

送樣進(jìn)度：B樣階段，2022年10月、12月分別為第一、第二輪送樣，2023年3月第三輪送樣，已送樣300+臺(tái)，預(yù)計(jì)今年10月C樣;2)反饋，已滿足TSL需求。

02

鼎智科技/江蘇雷利

已有產(chǎn)品：22年推出無刷空心杯電機(jī)，電機(jī)直徑范圍φ16mm-φ42mm，包括5個(gè)產(chǎn)品系列。

應(yīng)用情況：當(dāng)前多款樣品處在測試階段。1)醫(yī)療領(lǐng)域，無刷空心杯電機(jī)可替代有創(chuàng)呼吸機(jī)的主電機(jī)，已處于客戶驗(yàn)證階段，”空心杯電機(jī)+精密齒輪箱”模組可用于多款口腔醫(yī)療儀器;2)軍工領(lǐng)域，空心杯電機(jī)可用于國內(nèi)導(dǎo)彈精準(zhǔn)制導(dǎo)系統(tǒng)。

優(yōu)勢在于：1)批量生產(chǎn)：國內(nèi)第一家能夠?qū)崿F(xiàn)空心杯電機(jī)自動(dòng)化批產(chǎn)廠商，公司自研高速無槽無刷電機(jī)制造一體化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化批產(chǎn)，降低返工率，制造能力具備一致性、長壽命;2)自研自動(dòng)化設(shè)備：繞線設(shè)備由母公司江蘇雷利自動(dòng)化團(tuán)隊(duì)、鼎智科技以及其他合作方共同研發(fā)，市場上無相關(guān)產(chǎn)品，可避免需求爆發(fā)設(shè)備供應(yīng)限制的情況。

03

兆威機(jī)電 

已有產(chǎn)品：公司主要產(chǎn)品以微型電機(jī)+齒輪箱為主，其中電機(jī)主要為外采標(biāo)準(zhǔn)化電機(jī)，公司優(yōu)勢在于齒輪箱。如公司的相機(jī)調(diào)焦驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，由直流空心杯電機(jī)+塑膠行星齒輪箱構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小，質(zhì)量輕。

應(yīng)用情況：集中在汽車電子、智能家居、消費(fèi)電子領(lǐng)域，如美容儀、吹風(fēng)機(jī)、電動(dòng)牙刷、智能門鎖等。后續(xù)向工業(yè)裝備、智慧醫(yī)療深入布局。

研發(fā)實(shí)力：側(cè)重驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)控制，公司核心技術(shù)人員陳毅東(研發(fā)二部經(jīng)理)從事電機(jī)控制系統(tǒng)研發(fā)10余年，包括空心杯電機(jī)控制技術(shù)研發(fā)，參與國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)，發(fā)表論文10余篇。

04

偉創(chuàng)電氣

已有產(chǎn)品：公司22Q2成立了機(jī)器人行業(yè)部，有空心杯電機(jī)產(chǎn)品。目前主要是以機(jī)器人大配套為出發(fā)點(diǎn)，執(zhí)行端主要以低壓伺服、空心杯電機(jī)、特種無框力矩電機(jī)、諧波減速器等這類產(chǎn)品為主。公司研制的空心杯電動(dòng)機(jī)具有高轉(zhuǎn)速、高扭矩、低噪音振動(dòng)的優(yōu)勢，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、更精確的控制;電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊讓電機(jī)提供了更高的效率和功率密度。

應(yīng)用情況：產(chǎn)品目前在內(nèi)部測試階段，主要面向移動(dòng)類、協(xié)作類、服務(wù)類的機(jī)器人領(lǐng)域。

此文章部分素材來源于：電機(jī)通