空心杯电机组成部分、特点、市场规模、竞争格局及绕线工艺优缺点分析

实现高效率与稳定运行，是灵巧手的最佳选择之一。

空心杯电机的主要组成部分包括空心杯绕组、转子组件、传感器组件、法兰、轴承、磁轭等，永磁体作为转子，绕组作为定 子，三相定子绕组采用绕线杯结构，电枢绕组以自支撑的形式分布在气隙中，绕线杯式绕组式实现消除齿槽转矩的关键部件。

空心杯电机与其他电机的主要区别是使用了绕线杯式电机绕组，这种新型结构由于没有冲齿槽结构，减小了电机运行时 的磁阻力矩和齿槽引起的转矩脉动，降低了电机运行过程中的能量损失，使电机性能得到了极大的提高，具有节能、效 率高、灵敏度高、运行稳定等特点。因此，空心杯适用于高续航（如智能手表、健康监测器）以及结构紧凑的机器设备 （如机器人、无人机）等领域，满足其对高效、节能、小型化的电机的需求。

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，也叫空心杯型转子。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。空心杯电机能量 转换效率很高，其最大效率一般在70%以上，部分产品可达到90%以上（普通铁芯电动机一般在15-50%）。空心杯电机作为 高效率的能量转换装置，在很多领域代表了电动机的发展方向。  根据华经产业研究院，2022年全球空心杯电机市场规模约为51.0亿人民币，预计2028年市场规模将达到83.0亿人民币，期 间复合年均增长率约8.5%。

中国与欧洲为空心杯电机的主要市场，但高端市场仍被欧洲企业主导。根据QYResearch数据，2021年中国和欧洲的空心杯市 场份额分别占全球总市场的34.8%、25.9%。  空心杯全球竞争格局高度集中，目前海外厂商为主。全球空心杯电机市场的主要制造商包括瑞士MAXON、德国FAULHABER、 瑞士PORTESCAP、美国Allied MotionTechnologies公司，这四家顶级制造商占据了市场份额的65%以上。由于瑞士、德国 等欧洲以及北美厂商对空心杯电机研发较早，具有性能优异的生产设备和稳定成熟的工艺，行业地位较高，因此产品竞争优势 明显，形成一定程度垄断。而国内大多数厂商主要受制于核心技术的突破。

国内外空心杯电机制造商在软实力和硬实力均有一定差距。硬实力的差距主要集中在电机材料选用、本体设计和机电控制方案 配置，国外企业具有先进的加工镀膜工艺与更扎实的电机材料理论研究、小尺寸电机设计能力强和上千种方案进行驱动配置; 软实力的差距主要集中于市场影响力、客户资源、品牌声誉与市场认可度等。

国内厂商在生产效率、产品寿命、精度方面，较海外厂商仍存在一定的技术差距。在产品设计层面上，国内厂商与国外先进厂 商相比尺寸精密度有差距，国外企业小尺寸电机设计能力强，直径最小尺寸可至6mm，MAXON和FAULHABER的无刷空心杯 电机尺寸可达4mm和3mm，而国内企业少有12mm以下尺寸的空心杯电机产品。在相同的8mm直径、6V额定电压的有刷空 心杯参数对比下，国内电器在功率、最大效率的表现较国外厂商有一定差距。

空心杯电机的生产工艺主要分为四个步骤：铁芯制造、线圈绕制、转子制造和电子调速器的组装。其中，铁芯制造是生产过 程中的关键环节，需要精确的加工和组装工艺。线圈绕制则是将铁芯和线圈进行组合，制造定子。转子制造是将磁钢和轴承 进行组装，制造转子。最后再将电子调速器和传感器进行组装。  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。

直绕式是指元件有效导体部分与电枢轴线平行的绕组，属于集中绕组。绕制时先按匝数要求在绕线模上绕制成普通环形的漆包 线元件，在排线芯轴上按绕线组展开图连成绕组，两端部涂以适当的粘结剂并固化成型。  优点：槽满率较高，绕线杯中部壁薄。  缺点：由于绕制线圈时漆包线排布不整齐有堆叠，故整个电枢杯线圈排布较乱，且排线时端部须留有走线余量，从而导致端部 尺寸较高。

斜绕式也称蜂房式绕组，采用蜂房式绕发制成，中间留抽头，为了能连续绕制，必须使元件有效边和电枢轴线成一定倾斜角度。  优点：端部尺寸较小。斜绕组以其绕线工艺简单易操作被广泛应用，国外两大知名空心杯电机生产公司德国某公司和瑞士某公 司均采用斜绕组电枢杯，采用先进的绕线工艺技术，采用自动化设备一次性绕制成型，合格率 100%，绕组杯平整度、一致性 很好。  缺点：由于斜绕式连续绕制需要一定的排线角，使得漆包线交叠，槽满率较低。

线圈排列形状上，马鞍形线圈的每匝线圈呈现马鞍的形状一层层紧密排列。  优点：线圈排列纹路清晰，铜线之间不发生干涉，线圈两端重叠率较低；线圈材料耗费小，导线总长减小，线圈内阻小；相同 的磁体，利用效率更高。  缺点：国内马鞍形线圈多是卷绕法的成型方式，多采用手工或半自动化设备，自动化程度低，绕制线圈质量和效率较低。