2023年中國空心杯電機行業(yè)概覽：人形機器人核心零部件本土市場需求爆發(fā)可期 -頭豹正式版

行業(yè)概覽

2023/092023年中國空心杯電機行業(yè)概覽：人形機器人核心零部件，本土市場需求爆發(fā)可期ChinaCorelessMotorIndustry中國中國中空カップモーター産業(yè)（摘要版）報告標簽：空心杯電機、微特電機

、人形機器人主筆人：文上報告提供的任何內(nèi)容（包括但不限于數(shù)據(jù)、文字、圖表、圖像等）均系頭豹研究院獨有的高度機密性文件（在報告中另行標明出處者除外）。未經(jīng)頭豹研究院事先書面許可，任何人不得以任何方式擅自復(fù)制、再造、傳播、出版、引用、改編、匯編本報告內(nèi)容，若有違反上述約定的行為發(fā)生，頭豹研究院保留采取法律措施、追究相關(guān)人員責(zé)任的權(quán)利。頭豹研究院開展的所有商業(yè)活動均使用“頭豹研究院”或“頭豹”的商號、商標，頭豹研究院無任何前述名稱之外的其他分支機構(gòu)，也未授權(quán)或聘用其他任何第三方代表頭豹研究院開展商業(yè)活動。行業(yè)概覽

|2023/05報告要點速覽本篇報告主要關(guān)注以下問題：1.

空心杯電機市場發(fā)展空間如何？2.

空心杯電機產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況？3.

空心杯電機競爭格局如何觀點提煉空心杯電機市場發(fā)展空間如何？由于高端工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展，空心杯電動機避開有鐵芯電動機的多種技術(shù)弊端，在多種應(yīng)用場合擁有不可替代的地位，因此市場規(guī)模不斷擴大，預(yù)計2027年全球空心杯電機市場規(guī)模達到70.4億元。機器人是空心杯電機市場發(fā)展最重要的應(yīng)用領(lǐng)域；在2022年空心杯市場規(guī)模中人形機器人領(lǐng)域占比為38.0%，預(yù)計該領(lǐng)域占比將持續(xù)擴大，到2027年占比達到49%，市場規(guī)模為34.8億元。空心杯電機產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)展情況如何？空心杯電機上游主要包括原材料和零部件，上游總體議價能力一般，技術(shù)壁壘較低，產(chǎn)能較充足；中游為制造商，目前馬鞍形和斜線形繞線方式是國際制造廠商主流；下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，多為高端領(lǐng)域。空心杯電機競爭格局是怎樣的？目前，空心杯市場以國際廠商占據(jù)主導(dǎo)，國際市場呈現(xiàn)Maxon、Faulhaber和Portescap三足鼎立格局；中國市場以鳴志電器為代表，此外還包括鼎智科技、拓邦股份兆威機電、偉創(chuàng)電氣等上市企業(yè)。2022年全球空心杯電機CR5為67%，國際頭部企業(yè)歷史積淀悠久，技術(shù)積累深厚，營收規(guī)模處于前列；中國空心杯電機廠商發(fā)展較晚，在規(guī)模和技術(shù)積累等方面與國際頭部企業(yè)相比存在一定差距。2400-072-5588行業(yè)概覽

|2023/09空心杯電機行業(yè)?

精華摘要空心杯電機是一種采用無鐵芯轉(zhuǎn)子的直流永磁伺服控制電動機，在結(jié)構(gòu)上突破傳統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)子形式，從而徹底消除鐵芯形成渦流所造成的功率損耗，具有良好的控制特性和伺服性能空心杯電機定義?

空心杯電機是一種采用無鐵芯轉(zhuǎn)子的直流永磁伺服控制電動機，其尺寸較小，直徑不超過40mm，可將其歸類為微特電機的細分領(lǐng)域?？招谋姍C主要由軸、軸承、電刷、換向器、杯形繞組（轉(zhuǎn)子）、轉(zhuǎn)軸、線圈、滑動軸承、外殼、磁鐵（定子）等組成?

空心杯電機磁體需在徑向方向上進行磁化，因此圓環(huán)磁體的端面上設(shè)槽是它的顯著特點之一。空心杯電動機具有突出的節(jié)能特性、靈敏方便的控制特性和穩(wěn)定的運行特性，技術(shù)先進性十分明顯?？招谋姍C產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩均勻分布，在低速下保持平穩(wěn)運行，在高速運轉(zhuǎn)下減少震動和噪音空心杯電機結(jié)構(gòu)圖軸墊圈

軸承電刷換向器線圈磁鐵外殼空心杯電機特點與特性無齒槽效應(yīng)低電感結(jié)構(gòu)緊湊低運行平穩(wěn)，低振動，低噪音，轉(zhuǎn)子可控制在任意位置節(jié)能特性磁路設(shè)計更優(yōu)，功率密度更高，溫升低，效率高高動態(tài)響應(yīng)，高加速度控制特性空心杯電機具有快速響應(yīng)速度和較小機械時間常數(shù)，一般在28毫秒以內(nèi)；而鐵芯電機機械時間在100毫秒以上；空心杯電機具有良好的啟動和停止特性，在高速運行空心杯電機能量轉(zhuǎn)化效率一般超過70%，部分產(chǎn)品能夠達到90%以上，而傳統(tǒng)電機轉(zhuǎn)化效率通常在70%以下空心杯電機特點與特性時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)靈敏拖動特性能量密度特性空心杯電機運行穩(wěn)定可靠，轉(zhuǎn)速波動較小且易于控制，通?？煽刂圃?%以內(nèi)的范圍內(nèi)具有較高能量密度，相較于相同功率的傳統(tǒng)鐵芯電機，空心杯電機重量可減輕30%-50%，體積減小30%-50%?

空心杯電機具有無齒槽效應(yīng)、低電感和結(jié)構(gòu)緊湊等特點，也具備節(jié)能、控制、拖動和能量密度等特性。在結(jié)構(gòu)上，空心杯電機突破傳統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)采用無鐵芯轉(zhuǎn)子，從而徹底消除鐵芯形成渦流所造成的功率損耗；同時，空心杯電機轉(zhuǎn)動慣量大幅降低，且響應(yīng)速度快，具有良好的控制特性和伺服性能來源：頭豹研究院3400-072-5588行業(yè)概覽

|2023/09空心杯電機行業(yè)根據(jù)換向方式不同，空心杯電機可分為有刷空心杯電機和無刷空心杯電機，無刷電機適用于需長時間運行和具有較高控制要求的應(yīng)用場景，有刷電機適用于對產(chǎn)品靈敏性和可靠性要求較高的行業(yè)空心杯電機分類（按換向方式劃分）墊圈電機磁體無鐵芯繞組前端蓋

繞組

磁鋼

外殼

霍爾傳感器

波簧

柔性電路板套筒軸承軸簧環(huán)機殼套筒軸承換向器后蓋平衡環(huán)

霍爾磁鋼

鐵芯

安裝架

滾珠軸承

后端蓋無刷空心杯電機有刷空心杯電機電機壽命受限（2000h）電機轉(zhuǎn)速有限有火花長壽命（20000h）高轉(zhuǎn)速電磁干擾可忽略有鐵損無鐵損需要驅(qū)動控制控制簡單?

根據(jù)換向方式的不同，空心杯電機可分為有刷空心杯電機和無刷空心杯電機?

無刷空心杯電機（采用電子換向，線圈固定，磁極旋轉(zhuǎn)）無刷空心杯電機利用電子設(shè)備、霍爾元件感知永磁體磁極位置，并根據(jù)感知結(jié)果使用電子線路適時切換線圈中電流方向，使其產(chǎn)生正確方向的磁力來驅(qū)動電機。由于采用自控式運行，電機無需像變頻調(diào)速下的同步電機那樣在轉(zhuǎn)子上額外增加啟動繞組，也可避免在負載突變時產(chǎn)生振蕩和失步現(xiàn)象。無刷空心杯電機采用無齒槽結(jié)構(gòu)線圈，消除齒槽轉(zhuǎn)矩，并大幅提升電機效率和功率密度。它適用于需要長時間連續(xù)運行和具有較高控制要求或可靠性要求的應(yīng)用場景?

有刷空心杯電機（采用機械換向，磁極固定，線圈旋轉(zhuǎn)）有刷空心杯電機通過換向器和碳刷的交替接觸，使線圈電流方向隨著電機的轉(zhuǎn)動而變化。由于碳刷的摩擦?xí)?dǎo)致能量損耗，需要定期更換碳刷；此外，碳刷與線圈接線頭之間的斷續(xù)接觸會產(chǎn)生電火花，并干擾電子設(shè)備。有刷空心杯電機采用空心杯線圈轉(zhuǎn)子，具有無齒槽轉(zhuǎn)矩、小轉(zhuǎn)動慣量、靈敏反應(yīng)和高扭矩的特點，適用于對產(chǎn)品靈敏性和可靠性要求較高的行業(yè)400-072-5588行業(yè)概覽

|2023/09空心杯電機行業(yè)空心杯電機上游主要包括原材料和零部件，上游總體議價能力一般，技術(shù)壁壘較低，產(chǎn)能較充足；中游為制造商，目前馬鞍形和斜線形繞線方式是國際制造廠商主流；下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，多為高端領(lǐng)域空心杯電機產(chǎn)業(yè)鏈圖譜上游：原材料與零部件原材料零部件銅軸承鑄件電刷塑料鋼材磁鋼?空心杯電機的上游構(gòu)成與微特電機相似，主要包括原材料和零部件，原材料包括銅、鋼材、永磁體材料等，零部件包括軸承、鑄件和塑料件等。在原材料中，不同永磁體的特點和性能存在差異，在保證產(chǎn)生的磁場穩(wěn)定的同時，需根據(jù)應(yīng)用場景對工作溫度、環(huán)境的要求，合理的配置永磁材料，達到電機的性能和成本效應(yīng)最大化；此外，石墨電刷（>26mm，>10W）更適用于大電機，貴金屬電刷更適用于空心杯電機（<13mm）。在零部件方面，套筒軸承相比較滾柱軸承更適用于空心杯電機。總體來看，上游議價能力一般，技術(shù)壁壘較低，產(chǎn)能較充足中游：空心杯電機制造商空心杯電機市場規(guī)模，2022-2027E空心杯電機市場分布情況，2021年國際中國單位：億元2027E2026E2025E2024E2023E202270.465.659.455.852.950中國34.8%39.3%歐洲其他地區(qū)25.9%?空心杯電機制造工藝線圈繞組主要分為直線形、馬鞍形和斜繞形。目前，馬鞍形和斜線形繞線方式是國際制造廠商的主流線形設(shè)計，這是由于馬鞍形和斜線形無端部繞組，導(dǎo)線利用率高，重量優(yōu)化，同等條件下具備轉(zhuǎn)動慣量、時間常數(shù)小和輸出力矩大等優(yōu)勢下游：應(yīng)用領(lǐng)域空心杯電機應(yīng)用領(lǐng)域占比，2022年運營商航空航天機器人醫(yī)療器械國防軍工消費電子測量儀器光學(xué)設(shè)備生活用品人形機器人領(lǐng)域其他領(lǐng)域空心杯電機最初被應(yīng)用于航空航天、軍事等尖端行業(yè)，近年其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴展至民用市場，如醫(yī)療裝置、消費類電子產(chǎn)品、電動工具、工業(yè)自動化等場景38%62%工業(yè)自動化400-072-5588行業(yè)概覽

|2023/09空心杯電機行業(yè)特斯拉Optimus人形機器人催化空心杯電機發(fā)展，產(chǎn)業(yè)進展大幅加速，空心杯電機作為人形機器人靈巧手關(guān)鍵零部件，在手部執(zhí)行器零部件成本占比達54.5%，單臺人形機器人需12個空心杯電機特斯拉人形機器人成本占比情況特斯拉人形機器人手部執(zhí)行器零部件成本情況0.9%1.8%肢體骨骼8.1%0.3%運動控制處理器旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)執(zhí)行器線性關(guān)節(jié)執(zhí)行器頭部交互14.8%22.4%30.8%手部關(guān)節(jié)執(zhí)行器環(huán)境探測傳感器動力電池20.9%?

空心杯電機是人形機器人靈巧手的關(guān)鍵零部件，其成本占比達54.5%（以特斯特斯拉Optimus手部關(guān)節(jié)拉為例）空心杯電機主要應(yīng)用于人形機器人手部關(guān)節(jié)。人形機器人手指關(guān)節(jié)自由度提升，考慮到人形機器人的仿真性，其手指關(guān)節(jié)處需要配備體積小且能輸出較大力的電機，空心杯電機具備較強契合度特斯拉Optimus人形機器人中，靈巧手包含6個手部執(zhí)行器，11個自由度，采用經(jīng)典的六電機+金屬腱繩方案。靈巧手主要由空心杯電機、精密行星減速器、滾珠絲杠、傳感器和編碼器構(gòu)成?？招谋姍C使手指擁有活動能力，其中大拇指外的每節(jié)手指對應(yīng)一個空心杯電機模組，大拇指環(huán)節(jié)同時完成伸縮和翻轉(zhuǎn)2個動作配備2個空心杯電機模組，每個靈巧手由6個電機驅(qū)動；精密行星齒輪箱可實現(xiàn)降速增矩的作用，使機械手定位更精準、運用更靈活，增大手指抓握力；編碼器提供手部高精度位置反饋和速度反饋；傳感器使機器人擁有類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力全球機器人市場產(chǎn)量單位：百萬臺工業(yè)機器人服務(wù)機器人0.54.30.54.40.40.44.10.40.43.60.43.30.43.33.84.02020202120222023E2024E2025E2026E2027E來源：頭豹研究院400-072-5588行業(yè)概覽

|2023/09空心杯電機行業(yè)2022年全球空心杯電機CR5為67%，國際頭部企業(yè)歷史積淀悠久，技術(shù)積累深厚，營收規(guī)模處于前列；中國空心杯電機廠商發(fā)展較晚，在規(guī)模和技術(shù)積累等方面與國際頭部企業(yè)相比存在一定差距全球空心杯電機競爭格局，2022年?

全球空心杯電機市場集中度較高，2022年全球空心Maxon杯電機CR5為67%。按照業(yè)務(wù)營收規(guī)模來看，Maxon、Faulhaber、Portescap占據(jù)全球主要市場份額，此外，第

二

梯

隊

AlliedMotionTechnologies、NidecCopal、Orbray也表現(xiàn)較突出FaulhaberPortescapCR567%AlliedMotionTechnologiesNidecCopalOrbray全球空心杯電機競爭格局?

中國空心杯電機廠商發(fā)展較晚，距國際廠商仍有一定差距鳴志電器國際頭部企業(yè)歷史積淀悠久，技術(shù)積累深厚，營收規(guī)模處于前列，而中國空心杯電機發(fā)展較晚，在規(guī)模和技術(shù)積累等方面與國際頭部企業(yè)相比有一定差距。在營收規(guī)模上，2022年Maxon營收7.1億瑞士法郎（約52.8億人民幣），而鳴志電器、鼎智科技、拓邦股份營收分別29.6、3.2、88.7億元，但目前中國廠商空心杯電機占營收比例極小，屬于非主營業(yè)務(wù)，因此規(guī)模與國際頭部企業(yè)相差較大拓邦股份、鼎智科技萬至達電機、偉創(chuàng)電氣、兆威機電、昊升電機、鑫寶達電機等國際與中國空心杯電機產(chǎn)品對比——直徑對比空心杯電機廠商Mason有刷空心杯直徑（mm）無刷空心杯直徑（mm）6-656-388-358-24/4-903-44FaulhaberPortescap鳴志電器鼎智科技拓邦股份12-3513-3016-4212-4016-40來源：頭豹研究院400-072-5588行業(yè)概覽

|2023/09空心杯電機行業(yè)中國本土廠商中，鳴志電器產(chǎn)品性能參數(shù)較優(yōu)，量產(chǎn)時價格可降至600+元/個，具備性價比優(yōu)勢；在人形機器人等下游應(yīng)用領(lǐng)域的催化下，預(yù)計本土廠商持續(xù)研發(fā)投入，加速本土空心杯電機替代國際與中國空心杯電機廠商產(chǎn)品對比——性能對比MaxonFaulhaberPortescap鳴志電器產(chǎn)品尺寸（mm）ECXSPEED13LSeries1218B12ECP488B21ECU13026H061318126129136額定電壓（V）額定電流/最大連續(xù)電流（A）額定轉(zhuǎn)矩/最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩（mNm）空載轉(zhuǎn)速（rpm）電機效率1.425.1641,90079%34/3.31.342.7724,60069%19/8.130,50062%8.348.310.61257.7/36,000/重量（g）30外殼-環(huán)境熱阻（°C/W）繞組-外殼熱阻（°C/W）最大繞組溫度（°C）機械時間（ms）19.5224.22.5323.691555.679961553.252,1981251.1零售價格（元）2,321?

通過各廠商相似尺寸產(chǎn)品性能參數(shù)對比，鳴志電器空心杯電機基本與瑞士MAXON、德國FAULHABER、瑞士PORTESCAP對標，主要性能滿足機器人應(yīng)用要求。在額定轉(zhuǎn)矩和額定電流（對應(yīng)電機力矩）方面，鳴志電器與Maxon接近，略低于Portescap；在熱阻（對應(yīng)電機發(fā)熱情況）方面，鳴志電器與Maxon和Portescap接近，優(yōu)于Faulhaber。此外，國際廠商空心杯電機均價約為2,000元/個，國產(chǎn)均價為1,000元/個，鳴志表示量產(chǎn)時價格可降至600+元/個，具備性價比優(yōu)勢?

2019年以來，由于國際宏觀環(huán)境進口較難，中國本土廠商加緊研發(fā)、改進工藝，涌現(xiàn)出一批企業(yè)，實現(xiàn)較多技術(shù)攻關(guān)，本土空心杯電機國產(chǎn)替代空前發(fā)展。在人形機器人等下游應(yīng)用領(lǐng)域的催化下，預(yù)計本土廠商將持續(xù)加大研發(fā)投入，改進設(shè)備工藝，加速高端應(yīng)用領(lǐng)域的本土空心杯電機替代來源：頭豹研究院400-072-5588完整版研究報告閱讀渠道：?

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