空心杯電機是一種微型伺服直流電機，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”。

//空心杯電機應用特性//

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

據(jù)了解，空心杯電機首先具備節(jié)能特性，由于無鐵芯設計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)品可達到90%以上(鐵芯電動機一般在70%)。

同時具備控制特性，其起動、制動迅速，響應極快，機械時間常數(shù)小于28毫秒，部分產(chǎn)品可以達到10毫秒以內(nèi)(鐵芯電動機一般在100毫秒以上);在推薦運行區(qū)域內(nèi)的高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可以方便地對轉(zhuǎn)速進行靈敏的調(diào)節(jié)。

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

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

//百億級新增市場空間//

空心杯電機屬于微特電機的一個細分領域，相關數(shù)據(jù)顯示，全球空心杯電機目前市場規(guī)模預計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、運動控制和降低成本等幾個方面推動人形機器人的落地，加上特斯拉作為行業(yè)標桿，5月在TeslaAIDay發(fā)布的Optimus最新進展超預期，量產(chǎn)預期提前，人形機器人熱度陡然飆升。

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

“未來每個人都會擁有一個人形機器人，如果人形機器人和人的比例是2比1左右，那么人們對機器人的需求量可能是100億乃至 200 億個?！鳖A計到2025年，空心杯電機有望迎來近百億級別的新增市場空間。

//國外空心杯電機龍頭廠家//

空心杯電機份額仍然集中在海外廠商，國內(nèi)外空心杯電機制造商在軟實力和硬實力均有一定差距。硬實力的差距主要集中在電機材料選用、本體設計和機電控制方案配置，國外企業(yè)具有先進的加工鍍膜工藝與更扎實的電機材料理論研究、小尺寸電機設計能力強和上千種方案進行驅(qū)動配置;軟實力的差距主要集中于市場影響力、客戶資源、品牌聲譽與市場認可度等。

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

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個品種，包括直流有刷、無刷電機，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)空心杯電機應用，主要用于醫(yī)療領域。

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、無刷直流電機、線性電機、步進電機;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，集團在全球范圍內(nèi)擁有超過50項專利;4)空心杯電機應用，主要用于電動工具。

瑞士PORTESCAP：1931年在瑞士成立，1959年推出空心杯電機后進入微型電機行業(yè)。1)產(chǎn)品，包括直流有刷、無刷電機，步進電機，齒輪箱，驅(qū)動器，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)空心杯電機應用，用于醫(yī)療領域和電動工具。

//空心杯電機國產(chǎn)化壁壘//

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

目前國內(nèi)設計性能達不到國際先進水平;設備：設備要求高，產(chǎn)品的一致性、長壽命和批量化生產(chǎn)需要自動化產(chǎn)線。MAXON、FAULHABER自研自制自動化生產(chǎn)設備，外部不供應，量產(chǎn)產(chǎn)能2000萬臺。國內(nèi)已有廠商主要采用半自動/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)鳴志電器的繞線機采購自日本小田原&田中精機，鼎智科技表示能實現(xiàn)自動化批產(chǎn)，但尚未進入量產(chǎn)階段;驅(qū)動系統(tǒng)(控制芯片、軟件算法)未能及時跟進。

性能：通過近似尺寸產(chǎn)品性能參數(shù)對比，可以看出鳴志電器空心杯電機基本與瑞士MAXON、德國FAULHABER、瑞士PORTESCAP對標，主要性能滿足機器人應用要求。

1)額定轉(zhuǎn)矩和額定電流(對應電機力矩)：鳴志與MAXON接近，略低于PORTESCAP;2)熱阻(對應電機發(fā)熱情況)：鳴志與MAXON 、PORTESCAP接近，優(yōu)于FAULHABER。價格：海外均價在2000元/個，國產(chǎn)均價1000元/個，鳴志表示量產(chǎn)時價格可降至600+元/個，具備性價比優(yōu)勢。

降價空間：1)產(chǎn)線投資，根據(jù)鼎智，自動化產(chǎn)線投資約500-600w/條，鳴志表示單條半自動產(chǎn)線設備投資額280w(繞線機40w/臺*3+其他);2)產(chǎn)線產(chǎn)出，鳴志表示單臺設備平均年產(chǎn)出近3w個(5分鐘下線一個)，年產(chǎn)出額4500w元。根據(jù)投入產(chǎn)出比，國內(nèi)廠商還具有進一步降價空間。

國產(chǎn)替代進度：19年以來，由于疫情難以進口，國內(nèi)企業(yè)加緊研發(fā)、改進工藝，涌現(xiàn)出一批企業(yè)，實現(xiàn)較多技術攻關，國內(nèi)空心杯電機得到空前發(fā)展。在人形機器人等應用催化下，國內(nèi)企業(yè)會持續(xù)加大研發(fā)投入，改進設備工藝，加速高端應用領域國內(nèi)空心杯電機替代。性能：通過近似尺寸產(chǎn)品性能參數(shù)對比，可以看出鳴志電器空心杯電機基本與瑞士MAXON、德國FAULHABER、瑞士PORTESCAP對標，主要性能滿足機器人應用要求。

//空心杯電機國內(nèi)主要供應商//

從國內(nèi)市場來看，國內(nèi)具備空心杯電機公司不多，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(本體+驅(qū)動器)、減速機、編碼器。

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

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

驅(qū)動器：T motion的ONE FOR ALL 全能型智能電機驅(qū)動器，能實現(xiàn)通用電機支持(可匹配無刷空心杯電機)。

應用情況：定位高端應用，主要布局慢速移動人工智能、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)、半導體生產(chǎn)設備和工控自動化等領域。

22年空心杯電機產(chǎn)銷情況：營收1000w元，產(chǎn)量2萬臺。訂單超出產(chǎn)能，訂單收入占比排序為電動工具(單價5、600元/臺)>半導體>醫(yī)療(單價1500元/臺)。根據(jù)專家口徑，公司計劃擴張15條產(chǎn)品線，規(guī)劃產(chǎn)能達30萬臺/年，最快預計24年底投產(chǎn)。

公司主要優(yōu)勢在于：1)技術積累：鳴志2010年起開始研發(fā)空心杯電機，2018年起空心杯電機產(chǎn)品線建立，截至目前公司擁有空心杯電機發(fā)明專利30項;2)驅(qū)動配套：驅(qū)動器通過高頻率控制電壓電流驅(qū)動電機，技術和算法門檻較高。子公司瑞士T Motion生產(chǎn)的驅(qū)動器，技術對標以色列ELMO，能與空心杯電機搭配形成微驅(qū)系統(tǒng);3)本土化服務：國內(nèi)生產(chǎn)空心杯電機，美國子公司AMP(專注高精度運動控制)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，可直接對接北美客戶提供服務;

送樣進度：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，預計今年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，電機直徑范圍φ16mm-φ42mm，包括5個產(chǎn)品系列。

應用情況：當前多款樣品處在測試階段。1)醫(yī)療領域，無刷空心杯電機可替代有創(chuàng)呼吸機的主電機，已處于客戶驗證階段，”空心杯電機+精密齒輪箱”模組可用于多款口腔醫(yī)療儀器;2)軍工領域，空心杯電機可用于國內(nèi)導彈精準制導系統(tǒng)。

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

03

兆威機電 

已有產(chǎn)品：公司主要產(chǎn)品以微型電機+齒輪箱為主，其中電機主要為外采標準化電機，公司優(yōu)勢在于齒輪箱。如公司的相機調(diào)焦驅(qū)動系統(tǒng)，由直流空心杯電機+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。

應用情況：集中在汽車電子、智能家居、消費電子領域，如美容儀、吹風機、電動牙刷、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)實力：側(cè)重驅(qū)動和傳動控制，公司核心技術人員陳毅東(研發(fā)二部經(jīng)理)從事電機控制系統(tǒng)研發(fā)10余年，包括空心杯電機控制技術研發(fā)，參與國家自然科學基金重點項目1項，發(fā)表論文10余篇。

04

偉創(chuàng)電氣

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

應用情況：產(chǎn)品目前在內(nèi)部測試階段，主要面向移動類、協(xié)作類、服務類的機器人領域。

此文章部分素材來源于：電機通