作为人形机器人系列的第五篇，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，没有看过前四篇的小伙伴可以点击如下链接查看上篇文章内容：
第一篇-机器人产业链（一）：为什么减速器是机器人环节中的重点？（附股）
第三篇-机器人产业链梳理（三）：控制器概念龙头5天4板，关注这些公司
第四篇-机器人产业链梳理（四）：线性关节核心部件及个股梳理（附粉丝福利）
一，什么是空心杯电机？
空杯机是不超过40mm的微型电机，作为人形机器人关节部分的应用而成为热门领域。
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。
二，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有铁芯，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。
三，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%。
根据NTCysd测算，2022年全球空心杯电机市场规模为51.0亿人民币；2028年市场规模将达到83.0亿人民币，期间CAGR约8.5%。
四，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%。
新市场竞争格局：
1）第一梯队，瑞士MAXON、德国FAULHABER、瑞士PORTESCAP，海外三大家成立最早、技术和工艺深厚，价格偏高；
2）第二梯队，鸣志电器和美、日企业，其中鸣志电器产品具备性价比优势，后续进一步突破设备壁垒，提升产品一致性和实现批量化生产；
3）第三梯队，鼎智科技、兆威机电、伟创电气，19年以来纷纷布局空心杯电机，鼎智和伟创尚处于测试阶段，兆威产品侧重低端应用，产品较第二梯队存在差距。
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。
五，壁垒
高端空心杯电机国产化率较低，壁垒在于：
1，设计：线圈专利多，每家厂商绕组设计不同。海外绕线具体工艺处于保密状态，瑞士MAXON拥有精密直流电机的五种绕组技术，德国FAULHABER采用Fritz Faulhaber博士设计的斜交缠绕设计，鸣志电器空心杯绕组设计采用V状结构。目前国内设计性能达不到国际先进水平；
2，设备：设备要求高，产品的一致性、长寿命和批量化生产需要自动化产线。MAXON、FAULHABER自研自制自动化生产设备，外部不供应，量产产能2000万台。国内已有厂商主要采用半自动/手工生产，返工率高（国内万分之三十，国外万分之五），性能有偏差，且不具备批量生产能力。国内鸣志电器的绕线机采购自日本小田原&田中精机，鼎智科技表示能实现自动化批产，但尚未进入量产阶段；
3，驱动系统（控制芯片、软件算法）未能及时跟进。
表：MAXON、鸣志、鼎智空心杯电机生产技术对比
表：主要厂商同尺寸空心杯电机性能对比
六，空心杯电机供应商一览：
1.鸣志电器
已有产品：空心杯电机（本体+驱动器）、减速机、编码器。
有刷空心杯电机：机座尺寸范围φ8mm-φ24mm，空载转速最高可达10000rpm~16000rpm，最高功率可达13.5w；
无刷空心杯电机：机座尺寸范围φ13mm-φ30mm，分为ECU（普通）和ECH（高速）系列，空载转速可达15000rpm~50000rpm，最高功率可达150w；
驱动器：T motion的ONE FOR ALL 全能型智能电机驱动器，能实现通用电机支持（可匹配无刷空心杯电机）。
应用情况：定位高端应用，主要布局慢速移动人工智能、高端医疗器械及生化分析仪器、智能汽车电子、暖通水泵模组系统、半导体生产设备和工控自动化等领域。
22年空心杯电机产销情况：营收1000w元，产量2万台。订单超出产能，订单收入占比排序为电动工具（单价5、600元/台）>半导体>医疗（单价1500元/台）。根据专家口径，公司计划扩张15条产品线，规划产能达30万台/年，最快预计24年底投产。
送样进度：B样阶段，2022年10月、12月分别为第一、第二轮送样，2023年3月第三轮送样，已送样300+台，预计今年10月C样；2）反馈，已满足TSL需求。
2.鼎智科技/江苏雷利
已有产品：22年推出无刷空心杯电机，电机直径范围φ16mm-φ42mm，包括5个产品系列。
应用情况：当前多款样品处在测试阶段。1）医疗领域，无刷空心杯电机可替代有创呼吸机的主电机，已处于客户验证阶段，”空心杯电机+精密齿轮箱”模组可用于多款口腔医疗仪器；2）军工领域，空心杯电机可用于国内导弹精准制导系统。
3.兆威机电
已有产品：公司主要产品以微型电机+齿轮箱为主，其中电机主要为外采标准化电机，公司优势在于齿轮箱。如公司的相机调焦驱动系统，由直流空心杯电机+塑胶行星齿轮箱构成，其结构紧凑、占用空间小，质量轻。
应用情况：集中在汽车电子、智能家居、消费电子领域，如美容仪、吹风机、电动牙刷、智能门锁等。后续向工业装备、智慧医疗深入布局。
研发实力：侧重驱动和传动控制，公司核心技术人员陈毅东（研发二部经理）从事电机控制系统研发10余年，包括空心杯电机控制技术研发，参与国家自然科学基金重点项目1项，发表论文10余篇。
4.伟创电气
已有产品：公司22Q2成立了机器人行业部，有空心杯电机产品。目前主要是以机器人大配套为出发点，执行端主要以低压伺服、空心杯电机、特种无框力矩电机、谐波减速器等这类产品为主。公司研制的空心杯电动机具有高转速、高扭矩、低噪音振动的优势，电机运行平稳、更精确的控制；电机结构紧凑让电机提供了更高的效率和功率密度。
应用情况：产品目前在内部测试阶段，主要面向移动类、协作类、服务类的机器人领域。
【设备供应商】
田中精机
供应产品：精密绕线机，可实现绕线平整性，单价40w+/台。
公司简况：前身为日本田中精机株式会社，始创于1933年。公司具有行业领先的自动化生产设备研发设计和定制化生产能力。
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