机器人空心杯电机市场规模与竞争格局分析(30页报告)

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1、空心杯电机:优势显著，无刷是未来发展趋势

空心杯电动机属于直流永磁的伺服、控制电动机。空心杯电机(又称无铁芯电机、无齿槽电机)通常尺寸较小，是一种无铁芯转子的直流伺服电机。空心杯电动机在结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁芯转子。这种转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗。同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗。由于转子的结构变化而使电动机的运转特性得到了改善，不但具有突出的节能特点，更为重要的是具备了铁芯电动机所无法达到的控制和拖动特性。空心杯电机在搭配不同速比的减速机和不同分辨率的编码器后，也可以作为力矩电机以及位置反馈的装置使用。空心杯电机通常应用于便携式空气采样泵、仿人机器人、仿生手、手持电动工具等场景。

空心杯电机主要由后盖、接线端子、电刷端盖、电刷、换向器、杯形绕组(转子)、转轴、垫圈、滑动轴承、外壳、磁铁(定子)、法兰、定位环组成。定子由永磁体、壳体、法兰组成。外壳提供了恒定的磁场，使电机无铁损耗。没有软磁性牙齿。所产生的转矩是均匀的，即使在低速下也能使运行平稳。在较高的速度下，电机能减少振动，减少噪音。有绕组和换向器的转子。绕组通过所谓的换向板连接到轴上。线圈在磁铁和外壳之间的气隙中运动。换向系统使用一对贵金属刷减少了电刷火花。减少的电刷火花产生较少的电磁排放。

空心杯电机按照其换向方式可以分为有刷空心杯电机和无刷空心杯电机两种。空心杯电机分为有刷和无刷两种，有刷电机转子无铁芯，无刷电机(又称无刷无齿槽电机)定子无铁芯。

有刷电机:空心杯直流有刷微电机采用机械换向，磁极不动，线圈旋转。电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是通过随电机转动的换向器和电刷来完成的。在转动的过程中会摩擦碳刷，造成损耗，需要定期更换碳刷。碳刷与线圈接线头之间通断交替，会发生电火花，产生电磁波，干扰电子设备。

无刷电机:无刷空心杯直流电机采取电子换向，线圈不动，磁极旋转。无刷空心杯直流电机，是使用一套电子设备，通过霍尔元件，感知永磁体磁极的位置，根据这种感知，使用电子线路，适时切换线圈中电流的方向，保证产生正确方向的磁力，来驱动电机。因为是自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。无刷电机具有噪音小、寿命长、易维护等特点，或是未来发展趋势。

2、产业链结构:机器人领域或成为市场关注焦点

空心杯电机是机器人灵活手的关键零件。以特斯拉2023年开始生产的擎天柱Optimus的人形机器人为例，空心杯电机占单台机器人成本的4.43%，属于占比较高的零部件环节。特斯拉Optimus单手有11个自由度，采用6个执行器，采用空心杯电机+蜗轮蜗杆+金属肌腱驱动的方案，空心杯电机占手部执行器成本的54.5%。

在原材料中，空心杯电机的永磁材料以高端钕铁硼(第三代稀土永磁)为主，2022年钕铁硼永磁材料中高端型占比43%。不同永碰体的特点和性能存在差异，在保证产生的磁场稳定的同时，需根据应用场县对工作温度、环垃的要求，合理的配置永磁材料，达到电机的性能和成本效应最大化。

目前稀土产量受限于企业的冶炼分离能力，中国头部企业产能利用率约为85%，钕铁硼永磁材料应用领城不断扩大。包括风电领域、变频空调、工业机器人等多方面对稀土需求形成有力支撑。

3、壁垒:绕组设计与设备、产品矩阵及客户背书

空心杯制作的难点在于如何实现自动化。空心杯电机由于体积小，大多使用螺旋管微型线圈。螺线管微型线圈是一个三维线圈，由多匝导线缠绕而成，缠绕内部空心，电流流入缠绕导线，并产生均匀磁场。传统螺旋管微型线圈制作方法以手工缠绕为主，第一步绕线和粘胶带;第二步压扁;第三步切线头，第四步浸锡;第五步取胶带;第六步卷圆;第七步浸酒精，第八步整形打圆。手工生产空心杯电枢线圈劳动生产率低，人工成本高，而且工作环境使用酒精，对工人的适应性有一定阻碍且增加了材料成本，已不能适应现代化大规模精细生产要求。因此，空心杯制作的难点在于大批量生产及较难的装配，手工制作方式在生产效率、产品稳定性方面无法满足客户需求。

(1)电机绕组

空心杯电机的核心技术在于电机绕组。导线粗细、绕组匝数的不同，使得绕组电阻值，启动电流以及速度常数等电机参数存在较大的差异。电机绕组是电机的重要组成部分，绕组的质量决定了空心杯电机的质量，直接影响到电机可靠性和运行性能。随着科学技术的进步，电机绕组的生产方式不断地发生改变。发展历程经历了最初的完全手工绕线，半自动绕线机，直至现在的自动线圈绕制设备，电机绕组的生产过程趋于自动化，绕制质量和效率也在不断地提高。

空心杯电机常用的线圈绕法有直绕形、马鞍形、斜绕形三种形式。其中，直绕形绕制方法工艺较为复杂，多用于较长绕组结构，常为多次绕制而成。斜绕形和马鞍形在绕制工艺上相对简单，国内外绕线机多采用这两种方式。欧洲著名品牌Faulhaber电机采用的是斜绕形线圈，瑞士Maxon电机采用马鞍形绕制方法，电机有着较为优越的性能。

(2)绕组设备

绕线设备国外领先，国内企业起步较晚。作为电机制造行业鲜明的代表，瑞士的Meteor公司是全球占有率较高的绕线机供应商。Meteor在该行业具有较为先进的技术和强大的研发实力，研制出诸多类型的线圈绕制设备，攻克了较多技术上的难题，在多个方面有着独特的解决方案。另外，作为世界绕线机生产的鼻祖，日本田中精机株氏协会，第一个将计算机控制用于全自动绕线机上，发明了磁铁无摩擦张力器，研发出CNC可翻转的多轴绕线设备。受到空心杯电机关键技术和工艺的制约，其中核心技术即线圈的设计、绕制工艺以及绕制设备，先进的技术和工艺设备一直被德国、瑞士等少数发达国家所垄断，同时国外的高质量设备价格昂贵，我国对空心杯电动机制造设备的研发愈发重视，如中特科技、台立电子、勤联科技、昆山库克自动化等均有绕线设备产品。但是现有线圈绕制设备问题，包括一次成型的自动化绕制设备较少，马鞍形线圈多为卷绕式的成型方式，现有自动化的绕制线圈的类型多为斜绕形，且在线圈两端的质量较差等一系列问题。

(3)产品矩阵及客户背书

产品矩阵和客户背书是空心杯电机的重要壁垒。以Maxon和Faulhaber两家公司为例进行分析，两者均具有完善的产品矩阵和优秀的客户背书，这也是其能够成为全球领先的空心杯电机制造商的重要影响因素。

1)Maxon:拥有完善的纵向一体化电机产品矩阵。公司产品包括有刷和无刷直流电机、无刷盘式电机:行星齿轮箱、正齿轮箱、特殊齿轮箱;传感器;运动控制器、电机控制器、位置控制器;客户定制驱动方案等。多年来为高精尖领域提供创新解决方案，具有优秀的客户背书。公司产品应用于工业自动化、医疗技术、安全技术、仪器仪表、通讯技术、日用消费等领域。美国国家航空航天局火星探测车的驱动力来源就是Maxon电机;医疗、机器人、精密工业设备等领域也有Maxon电机的应用。以上领域均为高精尖领域，Maxon具有优秀的客户背书以及较强的客户粘性。

2)Faulhaber:产品矩阵完善。公司产品包括直流电机、直流无刷电机、线性电机、步进电机等，以及减速箱、线性致动器、编码器、电子控件等，每种驱动系统都致力于在实现最小尺寸和最轻质量设计的同时达到最大性能。产品应用于高精尖领域，产品背书优秀。公司为医疗设备、航天航空、高精密光学仪器、机器人和自动化等高标准应用领域提供定制产品以及技术方案。

、市场规模:人形机器人带来增量4.

2022年空心杯电机全球市场规模超50亿元人民币。根据QYResearch数据:全球空心杯电机市场规模在2022年约为7.48亿美元，折合人民币约53.56亿元(以美元/人民币=7.16的汇率进行折算)，预计到2028年将达到11.86亿美元，2022-2028年复合年增长率为7.98%;若进一步区分有刷和无刷，2021年全球有刷空心杯电机市场规模占全球空心杯电机市场规模比例(按金额)为67.33%，并预计到2028年有刷空心杯电机全球市场规模将达到6.86亿美元，2022-2028年复合增长率为5.68%。

根据QYResearch数据:分地区来看，2021年中国、欧洲空心杯电机市场规模分别约为2.36亿美元、1.75亿美元，占全球空心杯电机市场规模比例(按金额)分别为34.80%、25.85%。

对人形机器人空心杯电机市场空间进行了简单测算，核心假设如下:

(1)以特斯拉人形机器人Optimus为例，其手部共有12个执行器(双手)，所用电机为空心杯电机，因此假设单台人形机器人空心杯电机用量为12个;

(2)随着人形机器人大规模量产，降本要求提高，空心杯电机平均价格逐渐下降;

3)根据Market Research，全球领先的空心杯电机企业基本均位于海外，2021年全球空心杯电机前三大企业的市场份额(按收入)为55.43%。基于此，假设当人形机器人年产量为5万台时，中国企业市占率为30%，并且该市占率随着人形机器人年产量的增加而上升。

当人形机器人年产量分别为5/10/50/100万台时，假设空心杯电机平均价格分别为1000/800/600/500元/个，则对应市场空间分别为6/9.6/36/60亿元;若进一步假设中国企业市占率分别为30%/40%/50%/60%，则中国企业可获得市场空间分别为1.8/3.8/18/36亿元。

5、竞争格局:外国公司占据大部分份额，国产替代空间广阔

国外空心杯电机排名前列的公司分别是Maxon Motor、Faulhaber、Portescap、Allied MotionTechnologies、及Nidec Copal Corporation;国内空心杯电机龙头公司是鸣志电器，拓邦股份、鼎智科技、伟创电气、昊升电机也是重要的空心杯电机公司。

可以发现，海外公司成立年份较早，产品横向、纵向布局均较为完善，具备大量的驱动配置方案，且均为全球化企业。国外龙头企业小尺寸电机设计能力强，直径最小尺寸可至6mm，而国内企业少有12mm以下尺寸的空心杯电机产品，直径上限也比较高。国内成立较晚，研发及生产则是以点带面，逐步丰富能力，随着能力不断深化，未来有广阔的国产替代的空间。