2023年空心杯电机行业研究：迎国产替代机遇，人形机器人助力市场扩容

1.空心杯电机：小体积、高效率、高精度驱动装置，高精尖应用领域广泛

原理及特点：结构紧凑、效率高、灵敏度高、运行稳定，空心杯线圈为关键零部件

空心杯电机是一种无铁芯转子结构的直流电机。空心杯电机，又称“无铁芯电机”、“无齿槽电机”，是一种特殊结构的直流 电机。和传统直流电机相比，空心杯电机省去铁芯作为支撑结构，靠空心杯状的线圈绕组与连接板、主轴等共同组成转子或者 定子。

空心杯电机属于直流、永磁、伺服微特电机。根据《电机测试技术与标准应用》和科力尔招股说明书，电机可进行如下分类， ①按照电源类型分类：电机可以分为直流电机和交流电机。②按照磁场产生方式分类：电机分为永磁电机和电磁电机。③按照 电机用途分类：电机分为驱动电机和控制电机。④按照功率分类：根据科力尔招股说明书，电机分为大型电机、中小型电机和 微特电机，其中微特电机功率通常在750瓦以下，外径一般不大于160mm。

空心杯电机可按照换向方式分为有刷空心杯电机和无刷空心杯电机，有刷、无刷空心杯电机结构的区别为定转子工作方式以及 是否有换向器。根据鸣志电器官网，有刷空心杯、无刷电机的结构有所区别：①有刷空心杯电机：主要零件包括带有换向器的 空心杯线圈、永磁体、换向刷和换向刷支架，其中换向器使用机械电刷，永磁体为定子，空心杯线圈为转子；②无刷空心杯电 机：主要零件包括空心杯线圈、永磁体转子和霍尔传感器PCB。其中，换向器采用霍尔传感器探测转子磁场信号，将机械换向 变成电子信号换向，进一步简化空心杯电机物理结构。无刷空心杯电机的转子为永磁体，定子为空心杯线圈。

应用领域：广泛用于航空航天、医疗、自动化等高精尖行业，逐步拓展至民用领域

根据鸣志电器官网，空心杯电机可在以下场景中使用：①需要快速响应的随动系统，如导弹的飞行方向快速调节，高倍率光驱 的随动控制，快速自动调焦，高灵敏的记录和检测设备，工业机器人，仿生义肢等，空心杯电动机能很好地满足其技术要求。 ②对驱动元件要求平稳持久拖动的产品，如各类便携式的仪器仪表，个人随身装备，野外作业的仪器设备等，同样一组电源， 使用空心杯电机较传统直流电机供电时间可以延长一倍以上。③各种飞行器，包括航空、航天、航模等，利用空心杯电动机重 量轻，体积小，能耗低的优点，可以很大程度地减轻飞行器的重量。④光学仪器、医疗设备等，细分应用有牙科设备、微型泵、 红外镜头、移液模块、电动夹爪、机器人手、点胶阀、手术工具等。

2.行业分析：市场规模受限于应用成本，人形机器人有望带来需求扩容

市场规模：目前市场规模较小，亚太地区为全球空心杯电机的最大市场

2021年全球空心杯电机市场规模约6.75亿美元。根据NTCysd披露的数据，2021年全球空心杯电机市场规模约6.75亿美元， 如果不考虑人形机器人需求，预计到2025年全球空心杯电机市场规模将增长至9.36亿美元，2021-2025年CAGR为8.52%。 空心杯电机在微特电机市场中占比较小。根据Allied Market Research和Market.Us数据显示，2021年全球微特电机行业市场 规模达到390.52亿美元，计算得当年全球空心杯电机仅占微特电机市场规模的1.73%，空心杯电机在微特电机市场中占比较小。

规模受限原因：市场规模受限于应用成本，配套成本+生产工艺导致成本偏高

空心杯电机价格一般高于普通直流电机。根据鸣志电器官网，以功率为7.0W的电机为例，R22系列直流无刷电机价格 约为278元，ECU16024系列无刷空心杯电机约为921元，是同功率普通直流无刷电机约3倍。因此，尽管空心杯电机 可应用场景正在持续拓展，但是目前空心杯电机主要集中在航空、医疗、高端电动工具等领域，尤其对直径6mm65mm的电机需要精密位置、转速、扭矩控制的场景，市场空间依旧较小。

空心杯电机配套成本较高，常与减速箱、编码器和电机驱动器等配套设备搭配以实现高扭矩、强控制。①减速箱：空心杯电机转速较高，通常需 要搭配减速器成为减速电机，以满足高扭矩、低转速的输出需求。根据鸣志电器官网，有刷空心杯、无刷空心杯电机配备减速机后价格分别提高 约60%和72%；根据MAXON官网，功率为5W的DC-max系列电机价格约为764-824元，搭配该电机的行星齿轮箱价格约为884-1932元，价格 提高达到116%-253%。②编码器：编码器是一种适用于电动机上将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。 空心杯电机内置编码器反馈装置，可实现对电机的定位控制和转矩控制。根据鸣志电器官网，无刷空心杯电机配备减速机和编码器后价格分别提 高约117%-135%；根据MAXON官网，功率为5W的DC-max系列电机配置的ENX系列编码器价格约为1046元，空心杯电机配置编码器后价格提 升超过1倍以上。③电机驱动器：电机驱动器能控制电机的旋转角度、运转速度和位置，通常使用晶体管、场效应管、IGBT、功率二极管等电子 元件控制电机输出功率。无刷空心杯电机以电子换向器取代了机械换向器，因此需要用到驱动器；部分有特殊要求的有刷空心杯电机也需要电机 驱动器。根据MAXON官网，搭配EC系列电机的数字放大器价格约为413-838元，ESCON系列伺服驱动器价格约为891-2704元。

未来发展：蓄势迎接人形机器人发展机遇，有望实现空间扩容

人形机器人研究起步于双足行走的模仿，目前在控制方法和人工智能技术不断更迭的基础上取得了迅速发展，商业化条件日益 成熟。由日本早稻田大学加藤一郎教授率先解决了人形机器人的双足行走问题，至此揭开了人形机器人研究的序幕。1990年 以来，机器人的行走能力、智能化和功能也越来越强大，本田公司的ASIMO是行业的典范。2010以来，互联网的发展推动人 形机器人受到了更多大众关注，技术也愈发成熟，2015年，Pepper的市售是人形机器人走入大众市场的重大尝试，2021年波 士顿动力旗下Atlas的跑酷视频一经发出便收获百万点赞，电动车巨头Tesla也于2021年宣布将推出人形机器人产品“擎天柱”， 预计该项目的价值将超过电动车和FSD芯片。

3.行业格局：外资厂商占据全球大部分市场，内资厂商快速崛起

竞争格局：外资厂商占据空心杯电机市场主要份额，内资厂商积极布局

外资空心杯电机厂商占据绝大部分市场份额。根据QY Research，2021年全球空心杯电机CR3为55.43%，市场集中度较高， 主要被瑞士Maxon，德国Faulhaber、美国Portescap等外资厂商占据。外资厂商成立时间较早，经过多年发展后掌握较多的 空心杯电机专利技术，产品尺寸范围较大，应用场景较为广泛，占据主要市场份额。

复盘海外龙头：技术积累、应用领域、定制化服务及全球化布局塑造行业龙头

外资厂商较早涉足空心杯电机业务，拥有数十年技术经验。FAULHABER发展历史最早可追溯至1958年，Faulhaber博士在德 国研发并注册 “微电机”专利，目前公司在全球范围内共拥有超过50项专利。MAXON早在20世纪60年代开始自行设计DC迷 你型电机，1970年DC电机成为MAXON商标下的注册商品。Portescap在1959年推出空心杯转子直流电机，闯入微型电机行 业。外资龙头均在20世纪60年代左右布局空心杯电机，经过近80多年发展已经拥有丰富的技术经验，形成较为核心的技术体 系。 空心杯电机龙头高精度产品处于领先。外资龙头的空心杯电机产品在精度方面处于领先，最小尺寸可至3mm，最小扭矩达到 0.0018mN·m。相比于外资厂商，内资厂商生产的产品尺寸较少达到8mm以下，产品的最小扭矩达到0.3mN·m，与外资厂商 产品性能存在一定差距。

外资龙头下游应用广泛，产品涉足航空航天领域。外资龙头的空心杯电机广泛应用于医疗技术、航空航天、工业自动化、机器 人、实验室自动化、计量与测试以及民用等领域，尤其在航空航天领域具有先入优势。外资龙头MAXON、FAULHABER的产 品已经较多地应用于太空探索等具有极端环境的应用场景，产品也能在该环境中实现正常运作。相比于外资龙头，内资厂商的 空心杯电机产品主要应用于智能运输、汽车部件、医疗、家居生活等领域，较少涉及航天航空领域。

外资龙头通过收购兼并不断拓宽区域覆盖。在海外空心杯电机公司发展过程中，收购兼并是公司扩大业务面的重要手段。以 Faulhaber为例，根据其官网信息， Faulhaber自1999年以来陆续收购Feintechnik Bertsch GmbH & Co. KG、Precistep SA、Rolla Microgear AG、Minimotor SA等公司，不断丰富应用领域，提升核心技术、完善产品线、扩大市场覆盖范围。

展望内资厂商：技术进步、切入医疗领域、海外拓展，借助价格优势加速国产替代

国内空心杯电机市场于21世纪初期开始发展，内资厂商持续加大研发投入，实现产品——设备——零部件国产替代三步走。 ①产品国产替代：鸣志电器2018年投放空心杯电机，逐步实现空心杯电机在医疗仪器等领域的应用，2021年空心杯产品已具 备与全球一流同行竞争的能力。鼎智科技在2020年开展空心杯电机相关研究项目，项目投入近700万，2022年空心杯电机产 线正在筹建。 拓邦股份2007年在精密空心杯电机等产品上取得了一定的成果；2017年开展两对极空心杯电机项目，开发支出 约580万元。②设备国产替代：鸣志电器2022年扩充空心杯电机和无刷电机的自动化生产设备和改善工程工艺。鼎智科技在 2022年空心杯电机关键绕线工艺设备实现自制，能实现多工位自动化绕线成型。 ③零部件国产替代：鼎智科技实现微特电机 产品的核心零部件自主可控，成为在全球线性执行器产品领域内，较少数具备丝杆部件和螺母部件独立生产能力的企业。鸣志 电器通过收购兼并逐渐拥有高端电机定制化设计以及核心零部件自产能力。

4.重点公司分析

Maxon：全球行业龙头，产品谱系丰富，航天领域品牌优势突出，人形机器人应用抢先落地

深耕驱动领域60多年，公司积极布局全球化产销网络，发展为全球空心杯电机龙头。Interelectric AG为MAXON集团的前身， 创立于1961年。公司总部位于瑞士，致力于研发并生产性能强大的电动驱动器，同时按客户要求专门提出定制的驱动器和系 统解决方案。公司在瑞士、德国、匈牙利、韩国、中国等国家拥有8个生产基地，在全球40个国家拥有销售网络。

公司构建多元化产品矩阵，其中空心杯电机系列多、性能突出、应用场景广泛。公司产品涵盖无刷和有刷直流电机、齿轮箱、 传感器、编码器、伺服放大器、位置控制等，产量超过500万件，约12000个品种。公司生产的空心杯电机直径范围在6mm65mm，功率范围在0.3W-250W，寿命长、设计紧凑、效率高，质量可克服极端环境，能用于航天航空等严苛环境。

Faulhaber：空心杯电机发明起源，注重高端化+定制化，收购兼并拓宽区域覆盖

公司为高精度微型和微驱动系统领域龙头，积极打造全球化布局。FAULHABER是一家独立的由家族经营的集团公司，集团由 FAULHABER Drive Systems（总部位于德国）和 Micro Precision Systems（总部位于瑞士）两个业务分部组成。公司在瑞 士、美国、罗马尼亚、匈牙利开设研发生产基地，在全球30多个国家设有子公司。 2014年公司收购北京众志恒公司，以完全 直销的方式在国内开展业务，并且在上海、西安和深圳设有分公司。

公司构建多元化产品矩阵，空心杯电机掌握独有创新技术，性能突出。公司产品系列包括高性能DC电机、BLDC电机、线性电 机、步进电机等。FAULHABER空心杯电机型号齐全，产品直径范围在Ø3mm~Ø44mm，功率范围在0.065W~282W，并且 能提供定制化驱动配置方案。公司空心杯电机转子由一个无铁芯、自承式、带斜绕组的铜线圈组成，这项技术由Fritz Faulhaber Sr.博士开发，并于1958年获得专利，成为公司产品的核心技术。得益于无铁芯自承式铜线圈，电机的总重量很轻。 此外，这种结构确保最小惯性矩和无齿槽、高精度运行。

Portescap：背靠Regal Rexnord集团，聚焦医疗&工控领域，打造全球化供应链

Portescap是全球领先的微型运动技术供应商。Portescap隶属于Regal Rexnord集团， Regal Rexnord 是一家多元化且持续 发展的工业性企业，专业为工业自动化和精密仪器设备提供优质产品和服务。Portescap作为全球领先的微型运动技术供应商， 为客户提供专业化定制化的微型电机技术，为医疗、工业和商业客户设计、制造和销售创新的产品和服务。根据Kona Equity， 2022年公司营收约为3.04亿欧元。

全球化供应链实现快速响应客户需求。公司在瑞士、日本、美国、印度、韩国和中国等6个国家设立全球主要办事处和支持中 心， Portescap的全球供应链有多重货源，在全球的所有主要地区都设有工程与客户服务中心，在北美、欧洲和亚洲的低成本 制造设施确保供货，以快速响应客户的需求和提供本地支持。

鼎智科技：全球线性执行器领先企业，立足定制化开发，持续延伸新产品与新应用

公司是以微特电机为主要产品的定制化精密运动控制解决方案提供商。公司主要从事线性执行器、混合式步进电机、直流电机、音圈电机及其组 件等产品的设计、研发、生产和销售，公司以客户需求为导向，将成熟技术方案向客户进行推广应用，并针对特定需求开展定制化产品开发。

产品行业领先，直流电机营收保持高增长。公司产品主要包括线性执行器、混合式步进电机、音圈电机、直流电机等产品。公司多项产品在医疗 器械、工业自动化等行业内具有较强竞争力，其中公司线性执行器为行业领先产品，在迈瑞医疗、深圳新产业、美国IDEXX、美国Adaptas、韩 国三星等企业产品中得到应用；呼吸机配套音圈电机打破国外垄断，已在迈瑞医疗呼吸机中批量应用。2022年度公司营业收入3.18亿元，同比增 长63.99%，其中线性执行器、混合式步进电机、直流电机和音圈电机等主营产品营收分别为1.92、0.65、0.46、0.05亿元，占比分别为60.38%、 20.44%、14.47%、1.57%；2023年上半年度公司营业收入1.95亿元，同比增长22.19%，其中线性执行器、混合式步进电机、直流电机和音圈电 机等主营产品营收占比分别为39.07%、32.18%、15.10%、5.75%。空心杯电机业务主要归属于直流电机业务，2022年直流电机业务营收同比增 长229%，占总营收比重同比提升了7.25pct。

报告节选：

编辑：火腿肠