空心杯电机优点、市场空间、竞争格局及壁垒分析

产品精度、响应度高，主要应用于灵巧手。

1.空心杯电机为灵巧手核心零部件，单机器人预计使用12个

空心杯电机是构成五指灵巧手的核心零部件，性能优于传统电机，使用数量为 12 个。空 心杯电机属于直流永磁的伺服、控制电动机，也可以将其归类为微特电机，在结构上突破 了传统电机的转子结构模式，采用无铁芯转子，彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电 能损耗，效率比普通微型直流电机高，它的线圈就是转子，转动惯量小，易于控制，具有 响应速度快、稳定性强、能量转换效率高、体积小等优点。 空心杯电机的结构是：空心杯电机主要由后盖、接线端子、电刷端盖、电刷、换向器、杯 型绕组（转子）、转轴、垫圈、滑动轴承、外壳、磁铁（定子）、法兰、定位环组成。

空心杯电机作为微特电机的一种，在高精度、高速响应、紧凑高效场得到广泛应用。据华 经产业研究院 2023 年发布的报告，从微特电机的下游看信息处理、家用电气和武器、航 空等领域占据主要市场份额，占比分别为 29%、26%、20%，其余领域包括汽车电器设备、 视像处理、工业控制领域占比共为 25%。

2.空心杯电机市场空间广阔，国产替代潜力大

人形机器人灵巧手共需使用 12 个空心杯电机，至 30 年市场空间有望达 923 亿元。以特 斯拉 Optimus 为例，在身体机械部分有 28 个关节（14 个旋转执行器+14 个线性执行器）， 2 个灵巧手共有 12 个关节。每一个旋转关节和线性关节都需要一个无框电机，每一个灵 巧手的关节都需要一个空心杯电机。随着人形机器人的大规模生产和销售，空心杯电机的 市场空间有望进一步增长。目前来看空心杯电机单价约为 2500 元，结合全球人形机器人 销售量来看，预计当前空心杯电机市场空间约为 6 亿元。在人形机器人零部件国产化趋势 下预计空心杯电机降本空间大，假设空心杯电机售价每年以 6%~8%进行下降，预计到 2030 年空心杯电机的价格将下降至 1500 元/套，市场空间将突破 923 亿元，2023-2030 年全球空心杯电机市场空间 CAGR 为 97%，国产替代空间大。

3.空心杯电机的竞争格局：长期被外资垄断，大量国产替代机遇

空心杯电机由于长期以来被外资主导，国内存在大量的国产替代机遇。应用于人形机器人 的空心杯电机市场潜力逐年扩大，国产替代具备持续扩张潜力。空心杯电机市场集中度高， 据QY Research数据，2022年全球空心杯电机CR5为67%，前五名企业包括Faulhaber、 Portescap、Allied Motion Technologies、Maxon Motor 及 Nidec Copal Corporation。海 外头部企业历史积淀悠久，技术积累深厚，营收规模处于前列。我国的主要空心杯电机制 造商包括鸣志电器、江苏雷利等，由于发展起步较晚，在规模、技术积累方面与海外相比 有一定差距。随着国内制造商的技术水平不断提高，空心杯电机国产替代潜力大。

4.空心杯电机的技术壁垒高，绕线等工艺为主要壁垒

壁垒一：线圈设计。空心杯电机的核心技术是线圈的绕制技术，国外厂商具备绕线技术和 绕线设备研发优势，国内厂商在相关技术和设备的成本投入尚处于起步阶段，短时间内很 难打破护城河。绕线方法可以分为直绕式、斜绕式和马鞍式，国际空心杯电机生产商主要 采用斜绕式和马鞍式，比如，德国 Faulhaber 采用斜绕式，瑞士 Maxon 电机采用马鞍式。相较于斜绕式，马鞍式具备节约材料和功率更小的优点。

壁垒二：绕卷式工艺复杂。绕卷式工艺步骤繁多，人工参与率较高，且难以满足较小尺寸 的空心杯线圈绕制。《绕卷式空心杯电枢制作工艺及其设备》指出，1 台绕线机需要配备 4 名操作工人，能达到 3 万台空心杯的年产。这种绕卷式工艺比较适合生产直径在 20-30mm 的空心杯，不能绕制抽头间距小于 7mm 的小尺寸线圈。 壁垒三：设备要求高和绕线机操作困难。绕线机的组成结构包括机架、主轴结构、排线结 构、张力控制结构和模具等。一般导线的直径在 0.02~0.25mm，需要配置具有很高精度的 PLC、伺服以及传动器等设备，在导线给进过程中，如果张力过大，导线容易被拉扯导致 电阻增大，如果张力过小，容易使得排线疏松，绕线的质量下降。因此，如何控制合适的 张力是绕线机的操作难点。