受益人形机器人崛起空心杯电机迎国产替代机遇
发布日期： 2024-07-13 | 作者：产品中心
8月16日，2023世界机器人大会在北京开幕，优必选、小米、达闼、追觅、浙江大学等的多款人形机器人将集中亮相，人形机器人发展备受关注。
安信证券机械行业首席分析师郭倩倩指出，机器人大致上可以分为软硬件两个部分。软件就是机器人的大脑，环节主要是大模型，包括训练系统等。硬件端主要由电池组，各种关节构成，比如旋转关节、直线关节、手关节。
空心杯电机作为人形机器人关节部分的应用而成为热门领域，去年还曾应用于特斯拉人形机器人Optimus身上，打开市场想象空间。
空心杯电机是一种采用无铁芯转子的直流永磁伺服控制电机，其名字带“杯”字主要因为其转子形似杯子。由于其能量转换效率高、噪音小、体积小重量轻、控制性能好等优异性能，空心杯电机也被誉为电机领域“皇冠上的明珠”。
尤其是在小尺寸方面，由于空心杯电机采用空心转子结构，使得电机的体积和重量得以减小，适合于便携式设备和小型自动化设备。一般空心杯电机直径不超过40mm，也可归类为微型电机。
由于其特殊性能，空心杯应用领域非常广，覆盖医疗、半导体、机器人和自动化、航空航天、军工领域。
如在汽车电子、3C、智能家居、工业设施等商用/家用领域，空心杯电机被大范围的应用于电动工具、无人机、智能锁、电动牙刷、吹风机等产品。
在医疗领域，空心杯电机大多数都用在毛囊提取仪、胃镜手术机器人、实验室移液泵、试剂瓶开瓶器、营养泵、组织旋切刀等设备。
在机器人和自动化领域，空心杯电机则用于电动夹爪、机器人关节、机器人手、物流穿梭车、深井油田阀门、挂轨机器人等。
受益于智能社会持续健康发展，新技术的不断涌现，空心杯电机需求量增加，应用空间被进一步打开。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；另根据NTCysd预计，2028年市场规模将达到83.0亿人民币，期间CAGR约8.5%。
电机是机器人的关键组成部件之一，尤其是在人形机器人应用上，由于人形机器人手指、关节等部位较为狭小，小尺寸的空心杯电机凸显优势。
此外，人形机器人的关节需要具备高自由度和高精度控制能力，空心杯电机能够很好的满足这些要求。空心杯电机还具有高功率密度、高响应速度、高精度控制等优点，适用于人形机器人的各个运动关节。
例如，特斯拉的Optimus机器人就采用了空心杯电机。其手指采用了6个执行器，11个自由度，可以在一定程度上完成灵活地操作和精准的控制。
随着2022年特斯拉人形机器人Optimus的问世，灵巧手再度打开空心杯电机的想象空间。
2023年，腾讯Robotics X实验室发布自研灵巧手TRX-Hand和TRX-Arm，拥有三根手指和8个独立控制关节。
因时机器人也发布了自己的RH56BFX系列和RH56DFX系列新产品，整体具有6个自由度和12个运动关节。
整体看，空心杯电机在人形机器人领域具有广泛的应用前景和市场需求。中金认为，特斯拉人形机器人有望带动空心杯电机及相关绕线设备的需求放量。随着未来人形机器人的商业化落地和持续量产推进，空心杯电机需求也有望迎来持续放量。
财通证券觉得，灵巧手作为机器人的末端执行器，对电机功率密度、体积等要求比较高，空心杯电机或将得到大量应用。假设未来人形机器人销量达到100万级别后空心杯电机均价为800元左右，假设单个人形机器人需要12个空心杯电机，对应人形机器人所需空心杯电机市场规模约为96亿元，为空心杯电机创造了更大的市场。
从市场发展格局看，由于瑞士、德国、美国等厂商对空心杯电机研发较早，生产设备和工艺相对领先。
行业主要制造商Maxon、Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technologies占据了市场占有率的65%以上，竞争格局高度集中。
其中，深耕行业多年的瑞士企业Maxon成立于1961年，其空心杯产品直径包括4-90mm，功率从0.3-650w，包括有刷、无刷空心杯电机，行星齿轮箱、传感器、编码器等，产品供应领域覆盖医疗、工控、安防、汽车、航空航天等。目前Maxon业务遍及全球40多个国家，全球约有3000多名员工。
德国Faulhaber是一家独立的由家族经营的集团公司。1958年，Faulhaber博士设计出斜线绕组方式的空心杯电机产品。其产品最小直径还可以达到1.9mm。
国内方面，虽然空心杯电机市场发展迅速，但大部分企业的产品大多分布在在中低端领域，市场之间的竞争也相对激烈。
国内的一些企业如鸣志电器(603728.SH)、鼎智科技、禾川科技(688320.SH)、拓邦股份(002139.SZ)等在空心杯电机领域具备一定竞争力，但具备空心杯电机量产化能力企业较少。
2023年6月，鼎智科技在调研中披露，其线性传动及空心杯电机等产品在人形机器人、灵巧手市场有应用潜力。
并能针对客户的不一样的需求提供定制化产品和组件。当前多款样品处在测试阶段。
。公司还曾于2016年收购了主营为驱动及运动控制的研控子公司，快速进入工业控制领域。
目前拓邦股份电机及驱动产品类型包括空心杯电机、直流无刷电机及伺服、步进系统，具备电机本体+驱动/控制一体化的解决方案的能力。
公司空心杯电机已经在人机一体化智能系统的电动夹爪、医疗健康的骨科动力工具、智能跟随的高尔夫球包车等领域实现批量应用。
下游应用领域也从中高端的工业级、专业级和汽车级应用领域，拓展至机器人等应用领域。
公司的商用炒菜机器人已批量出货；在清洁机器人、服务机器人、工业机器人等领域有不同部件的应用，主要为控制器、电机、驱动等产品。
而相比上述原有机器人应用，人形机器人综合了AI、机器视觉等先进的技术，给行业带来很好的机会，
，未来随着支持政策落地及产业加速发展，对核心部件需求将随着提升，公司看好机器人应用带来的机会。