人形机器人产业链专题之灵巧手的掌上明珠空心杯电机探究
作为人形机器人系列的第四篇，本篇主要针对人形机器人的运动价值量较高主要是灵巧手核心部件空心杯电机进行梳理，以帮助我们更好的把握和了解产业链的发展情况，没有看过前三篇的小伙伴可以点击如下链接查看上篇文章内容：
第一篇-人工智能皇冠上的明珠-人形机器人
一、空心杯电机的应用场景和市场容量发展前景
1，空心杯电机构成及工作原理
空心杯电机是一种微型伺服直流电机，得名于其转子部分的设计，它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，是一个空心的杯状结构。主要由定子、转子和换向系统组成，其转子创新性的突破了传统电机的结构形式，采用无铁芯空心杯状结构。空心杯电机具有效率高、转速快、响应快、寿命长、体积小和运行稳等特点，凭借这些性能优势，空心杯电机下游应用领域广泛，在机器人、医疗器械、无人机和自动化设备等场景中均有广泛运用。
空心杯的工作原理：空心杯电机的工作原理基于交错磁极和交变磁场的原理。它由内外两层转子和定子组成，内转子上有一些铁芯梁和磁铁，外转子则由塑料材料制成。当外部电流施加到定子上时，就会在定子上产生一个旋转磁场，进而引起内部转子旋转。因为内转子中间是空心的，所以可以在其中安装传感器等装置，实现更加灵活和多样化的控制功能相比于传统有刷直流电机，空心杯电机有以下几大特点：
1）电机铁损减少：传统的有刷直流电机运转过程中会在铁芯中产生涡流，造成较大电机铁损。而空心杯电机由于没有铁芯，铁损可以被大大减少甚至忽略。
2）换向片数量增加：传统的有刷直流电机通常只有 3 到 5 片换向片，而空心杯电机一般有 9 、11 或 13 片换向片。
3）转子惯量减少：传统的有刷直流电机由于铁芯的存在，惯量一般比较大，而空心杯电机由于转子是杯状的自支撑的线圈，因此在相同尺寸下，转子的惯量会明显减小。
4）线圈电感减少：由于没有铁芯的存在，空心杯电机的线圈电感相对于相同尺寸的传统有刷直流电机要小很多。
空心杯电机的最高效率都在 65%~85%之间，最高的可达 90%，而有刷直流电机的最高效率一般都在 50%左右。
空心杯电机分有刷和无刷空心杯2种，有刷空心杯电机转子无铁芯，无刷空心杯电机定子无铁芯。有刷空心杯就是以线杯加换向器作为电机的转子，无刷空心杯就是以线杯做为定子，永磁磁铁作为转子的结构。相互滑动，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，产生电磁破，干扰电子设备。
2，空心杯电机的市场容量
根据 GII 引用 QY Research 的统计数据，全球空心杯电机市场规模由 2022 年的 7.48 亿美元将增长至 2028 年的 11.86 亿美元，期间 CAGR 为 7.98%。这个增速在现有的产品状况市场容量算小的，因其小巧的尺寸，人形机器人的快速发展有望带动空心杯电机的快速发展。
根据GII引用QY Research的统计数据，2021 年中国空心杯电机市场规模为 2.36 亿美元，市场份额为 34.80%，并预计以 10.44% 的 CAGR 成长至 2028 年的 4.73 亿美元，市场份额提升至 39.88%。
3，空心杯电机的应用领域
得益于空心杯电机优异性能，下游应用领域广泛。空心杯电机小巧的体积和轻盈的重量使其具有良好的集成性，可以广泛应用于空间有限的设备和系统，如微型机器人、智能穿戴设备和医疗器械等。同时，空心杯电机具有高效能、快速响应和精度高的特点，使其成为无人机、机器人臂、自动化设备、精密定位系统和光学仪器等需要高功率密度和高速运动领域的最佳方案。
二、空心杯电机的市场竞争格局（海外和国内）
1、空心杯电机目前的海外的主要制造商有如下4家
国外两大知名空心杯电机生产公司德国 Faulhaber 和瑞士 Maxon Motor 均采用斜绕组电枢，并采用自动化设备一次性绕制成型，合格率高达100%。
2、空心杯电机国内主要制造商经营情况说明
国内上市公司中经公开披露的信息中共有6家产品中涉及空心杯电机，分别是昊志机电、兆威机电、鸣志电器、江苏雷利子上市公司鼎智科技、拓邦股份和伟创电气（尚在内部验证中）
3、空心杯电机国内外产品的主要差距
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，软实力的差距主要集中于市场影响力、销售渠道和客户资源，海外厂商拥有强大的研发团队和广泛的国际销售网络、客户基础，能够更好地满足全球市场的需求，从而品牌声誉和市场认可度更高。
三、代表公司的业绩情况和优劣势
1，鸣志电器
1）公司空心杯产品简述
鸣志电器生产开发有无刷和有刷空心杯电机，目前开发出φ13mm、φ16mm、φ22mm、φ30mm机座尺寸的无刷空心杯电机，电机的空载转速可以达到15000rpm~50000rpm；在有刷空心杯电机产品领域，鸣志开发了φ8mm、φ10mm、φ13mm、φ16mm、φ17mm、φ24mm等众多机座尺寸，电机的空载转速在10000rpm~16000rpm，产品性能与瑞士Maxon对比如下：
2）主要业务及相关财务指标情况
公司空心杯电机属于控制电机及驱动系统产品的产品之一，毛利率较高，且公司海外业务占比跟国内平分秋色，毛利还高于国内，值得继续细化关注。
公司空心杯业务主要是2019年收购瑞士T Motion 公司，扩展无刷电机、空心杯电机业务。T Motion 公司在空心杯电机领域始终保持着全球领先的技术水平，在空心杯电机领域享有一定的 knowhow 工艺，主要专注于高端医疗/生命科学及实验室仪器、超细微加工、半导体设备、AGV 和机器人等应用领域，在海外拥有稳定的高端客户资源。收购 T Motion 公司帮助公司快速推进空心杯电机的批量化，并帮助公司完善空心杯电机+驱动控制器的系统级平台产品。
2、江苏雷利（鼎智科技）
江苏雷利曾在互动平台表示：无刷空心杯电机的绕线生产由公司负责，绕线设备由公司自动化团队及鼎智科技共同研发，市场上无相关产品，在成本上有一定优势。
1）公司空心杯产品简述
公司北交所上市子公司鼎智科技官网有空心杯电机的系列说明，主要是16-42mm系列的空心杯产品，产品当前主要应用于智能家电、医疗泵、手术器械等领域
公司的空心杯电机采用斜绕组实现机器的自动绕线，保证品质的一致性和性能可靠
2）主要业务及相关财务指标情况
公司的空心杯电机属于主营业务直流电机里的一种，22年营业收入总共4606万元，切公司产品境外和境内占比五五开，切毛利均高达50%以上。
鼎智科技公司的营收规模从 2019 年的 0.8 亿元扩张至 2022 年的 3.2 亿元，年均复合增长率为 58.7%；归母净利润从 2019 年的 216.5 万元扩张至 2022 年的 1.0 亿元，年均复合增长率达到 259.9%，公司明显处在快速扩张期。
进一步查看公司的毛利率和净利率情况，毛利率基本稳定，净利率逐步提升到近30%，说明公司的产品还是非常有竞争力的，这个比较看好。
3、兆威机电
公司当前在机器人领域的电机和减速机产品主要可应用于机器人头部旋转、机器人关节、自动喂食器、编程机器人舵机等领域。在机器人关节应用层面，公司产品包括机器人关节齿轮箱与关节电机，公司的机器人关节齿轮箱拥有二级、三级、四级驱动变化可根据机器人电机的设计需求更换减速比及调整齿轮箱的输入转速及力矩。
1）公司空心杯产品情况说明
公司可生产6-32mm的空心杯电机及减速机配套产品，在消费电子，智能家居、汽车电子和工业装备等领域使用。
公司主要产品为微型驱动系统、微型传动系统、精密注塑件和精密模具等。公司主要产品类型包括：
1）全系列精密行星齿轮箱减速电机，直径 3.4mm-38mm，功率：0.01-40W，输出转速 5-2000rpm，减速比 5-1500，输出扭矩1kgf•cm 到 50kgf•cm；
2）通用驱动器、调节器齿轮箱传动机构系统；
3）定制化精密齿轮、蜗杆传动机构系统；4）精密、微小的塑胶和特殊金属粉末冶金零件
及集成装配组件。
2）公司的主营业务和主要财务指标情况
公司的产品跟消费电子强相关，无论营收还是净利润都比较明显能反映出行业的状况。
公司的毛利率总体看也在逐步下降，对应管理费用率占比超过15%，研发费用率超过10%研发投入应该还是不少的，这点跟公司产品定制件较多有较大关系。
4、拓邦股份
公司专注智能控制器行业长达 26 年，经过不断进行技术经验与产品方案积累，已经成为全球领先的智能控制方案提供商。从下游来看，公司目前专注于家用电器、电动工具和新能源三大领域，提供的产品主要包括控制器、电机、锂电池、BMS/PCS/EMS 等
1）公司空心杯产品布局
公司空心杯电机属于公司主营业务工业部分的电机产品，公司有无刷和有刷空心杯电机，无刷系列从12mm-40mm的都有。
2）公司的主营业务和主要财务指标情况
公司是智能控制器起家，近几年一直在不断扩展业务版图，公司主要业务毛利率相对前三家都不算太高，行业竞争激烈，公司出口海外的业务占60%。
公司近五年营收复合增速 27%、利润复合增速 29%。根据公司年报，2022 年实现营业收入 88.75 亿元，同比增长 14.27%。
公司的毛利率近三年逐步走低，23年Q1的反弹持续性有带观察，同时费用方面，公司的管理费用和销售费用均控制在3%左右，管理能效较好，研发费用率近6%，公司的研发投入还是挺大的。
除了上面4家，另外根据券商推荐的昊志机电和伟创电气的空心杯电机均处在内部验证也没有官网信息可以查询到，在此不做展开说明。
另外通过百度和阿里巴巴采购网站搜索空心杯电机，一些非上市公司也会有相关产品，跟无框力矩电机一样，只要市场空间足够到，依照中国公司的竞争能力必然可以占据相当的市场份额，让我们一起关注，让中国制造走向更强大。
如果觉得不错感谢点赞、转发和关注，也欢迎多多交流。
注释说明：本文参网上券商公开发表的研报内容，如有侵权请及时练习告知我进行删除