一直以来应(ying)用医(yi)疗(liao)器(qi)械、航空航天(tian)等高端领域的空心杯电机，在人(ren)形机器(qi)人(ren)带来巨(ju)大增量空间的当下，投资(zi)逻辑(ji)已经发(fa)生变化。
01
什么是空心杯电机？
传统直流电机被广泛应(ying)用于工业生产、家用电器(qi)、交(jiao)通运输(shu)等领域，由定(ding)子和转子两(liang)大核心部分组成，空心杯电机是一种(zhong)特殊的直流电机。空心杯电机在结构上突破了传统直流电机的结构形式，采用的是无铁芯转子，其电枢绕组为空心杯线圈，形状类似水杯，因此被称为“空心杯电机”。
与传统直流电机相比，空心杯电机首先具备节能特性，由于无铁芯设(she)计彻底消除(chu)了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，能量转换效率很高，其最大效率一般在70%以上，部分产品可达到90%以上（铁芯电动机一般在70%）。
同时具备控制特性，其起动、制动迅速，响应(ying)极快，机械时间常数小于28毫秒，部分产品可以达到10毫秒以内（铁芯电动机一般在100毫秒以上）；在推荐运行区域内的高速运转状态下，可以方便地对转速进行灵敏的调节。
此外(wai)还有拖动特性，即运行稳定(ding)性十分可靠，转速的波动很小，作为微型电动机其转速波动能够容易的控制在2%以内；以及轻量化特性，与同等功率的铁芯电动机相比，其重量、体积减轻1/3-1/2，能量密度大幅(fu)度提高。
空心杯电机可以说(shuo)是高端的直流、永磁、伺服微特电机，上游原(yuan)材料与微特电机原(yuan)材料类似，包括铜、钢材、磁钢、轴承、塑料等。空心杯电机最初被应(ying)用于航空、航天(tian)、军事等尖端行业，近年来其应(ying)用领域逐步扩展至(zhi)民用行业，如医(yi)疗(liao)装置、消费类电子产品、电动工具、工业自动化等场景。
资(zi)料来源：《永磁无刷空心杯电机及控制器(qi)研究》，百度百科“空心杯电机”词条
02
为什么此刻(ke)提及空心杯电机？
空心杯电机属(shu)于微特电机的一个细(xi)分领域，原(yuan)本市场规模并不大，但是人(ren)形机器(qi)人(ren)的发(fa)展，给其带来了广阔的增量空间。
据(ju)SKYQUEST数据(ju),2022年全球微特电机市场规模为406.5亿美元，2030年预计达到560.7亿美元，2022-2030年CAGR为4.1%，其中2022年全球空心杯电机市场规模同比增长10.55%至(zhi)7.48亿美元，增速、体量都(dou)很一般。
但得益于以ChatGPT为代(dai)表的大模型使得通用人(ren)工智能得到质的飞跃，有望从(cong)语言能力、视(shi)觉能力、运动控制和降低(di)成本等几个方面推动人(ren)形机器(qi)人(ren)的落地，加(jia)上特斯拉作为行业标杆，5月在TeslaAIDay发(fa)布的Optimus最新进展超预期，量产预期提前，人(ren)形机器(qi)人(ren)热度陡然飙升。
2021年起人(ren)形机器(qi)人(ren)重大事件梳理 资(zi)料来源：TeslaAIday，各(ge)公司官网
其中空心杯电机是正(zheng)是人(ren)形机器(qi)人(ren)灵巧手的关(guan)键零部件。
资(zi)料显示，灵巧手作为机器(qi)人(ren)的末端执行器(qi)，从(cong)3指的Stanford/Jpl手到DIST手、UB手、NASA手、Shadow手等，在学术上已经进行了大量研究。对于人(ren)形机器(qi)人(ren)而言，其灵巧手应(ying)该具备体积小、美观、捏紧(jin)力大、负载力强等特点，因此对于灵巧手的动力源有较高的要求，目前特斯拉为代(dai)表的着(zhe)力于人(ren)形机器(qi)人(ren)量产化的企(qi)业主要采用了空心杯电机方案。
灵巧手抓取示例 来源：刘宏、姜力《仿人(ren)多指灵巧手及其操作控制》
据(ju)安信证券研究中心测算，以Optimus为例，在大规模量产价(jia)格600的假设(she)下，空心杯电机单台机器(qi)人(ren)价(jia)值量为7,200元，占总成本4.43%，属(shu)于占比较高的零部件环节。手部关(guan)节除(chu)空心杯电机外(wai)，还需要搭配行星齿轮箱(xiang)、滚珠丝杠、传感器(qi)和编码(ma)器(qi)，组成模组使用，空心杯电机占手部执行器(qi)成本的54.5%。
以此假设(she)为前提，在人(ren)形机器(qi)人(ren)销量分别为10、50、100万(wan)台时，空心杯电机市场规模分别为12、48、72亿元，相对于2022年市场规模的弹(dan)性分别为23.2%、93.0%、139.5%。
申万(wan)宏源观点认为，若仅考虑(lu)特斯拉人(ren)形机器(qi)人(ren)：根据(ju)马斯克在22年AIDAY的演讲，公司将在3-5年面向消费者销售(shou)，前期将在工厂(chang)中使用，机器(qi)人(ren)销量的趋势参考其电动车，产品成熟后销量将呈指数级增长。中期阶段，针(zhen)对特定(ding)场景的机器(qi)人(ren)量产，人(ren)形机器(qi)人(ren)产量在乐观、中观、悲观的假设(she)下分别为10万(wan)、5万(wan)、1万(wan)台；远期阶段，面向大众的人(ren)形机器(qi)人(ren)产品规模化量产，产量在乐观、中观、悲观的假设(she)下分别为100万(wan)、50万(wan)、10万(wan)台。
参考目前的硬件架构，单台机器(qi)人(ren)的空心杯电机使用数量为12个。参考公司官网的产品报价(jia)，假设(she)中期空心杯电机单价(jia)1000元，远期降至(zhi)800元。测算得到，中期空心杯电机的增量空间在乐观、中观、悲观的假设(she)下分别为12亿、6亿、1.2亿元；远期分别为96亿、48亿、9.6亿元。
若考虑(lu)后续全球其他品牌机器(qi)人(ren)陆续推出：其他假设(she)不变，假设(she)远期特斯拉在人(ren)形机器(qi)人(ren)中占比20%，则空心杯电机的增量空间在乐观、中观、悲观的假设(she)下分别为480亿、240亿、48亿元；假设(she)远期特斯拉在人(ren)形机器(qi)人(ren)中占比50%，则空心杯电机的增量空间在乐观、中观、悲观的假设(she)下分别为192亿、96亿、19亿元，同样有着(zhe)巨(ju)大增幅(fu)。
03
国(guo)产替代(dai)还存(cun)在弯道超车机遇
目前空心杯电机行业的高端市场仍被欧企(qi)主导。
根据(ju)立鼎产业研究网信息(xi)，全球空心杯电机市场的主要制造商包括Maxon、Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technolgies等公司，目前这四家顶级制造商占据(ju)了市场份额的65%以上。海外(wai)厂(chang)商如德国(guo)Faulhaber和瑞士的Maxon等企(qi)业深耕行业多年，行业地位较高，且掌握了大批量生产的核心工艺，国(guo)内大多数厂(chang)商主要受制于此项工艺。
目前空心杯电机技术核心难点在于绕线，我国(guo)在技术、工艺方面的积累较为薄弱，与海外(wai)存(cun)在差距。
无铁芯的自支撑绕组由所谓的漆包线制成，这是一根绝缘铜线，外(wai)面有一层漆。在制造过程中，通过施(shi)加(jia)压力和温度将相邻电线的漆熔化在一起。适当的粘合（胶带或玻璃纤维）可进一步提高缠绕的强度和形状稳定(ding)性，这一点在高电流负载下尤为重要。
海外(wai)绕线工艺发(fa)展早，自动化程度高于国(guo)内。国(guo)内主要采用绕卷式生产，工艺比较繁琐，工人(ren)劳动强度大，无法完(wan)成线径(jing)较粗的线圈，废品率高。国(guo)外(wai)主要采用一次性绕制成型的生产技术，自动化程度较高，生产效率高，线圈线径(jing)范围大、线圈质量好、排(pai)列(lie)紧(jin)密，电机种(zhong)类多、性能好。
绕线机绕线工作过程 资(zi)料来源：《永磁无刷空心杯电机及控制器(qi)研究》
以Maxon、Faulhaber、Portescap为代(dai)表的海外(wai)企(qi)业成立超60年，技术起步早、工艺积累深，海外(wai)有刷/无刷空心杯电机最小尺寸可做到6mm/3mm量级，而国(guo)内仅能做到8mm/12mm，在功率、效率等部分性能参数方面仍有差距。
不过降本需求和政策驱动下，国(guo)产替代(dai)会持续加(jia)速。目前人(ren)形机器(qi)人(ren)落地的难点之一在于其高昂的成本，降本需求迫切(qie)。与海外(wai)企(qi)业相比，我国(guo)企(qi)业具备价(jia)格低(di)廉(lian)、交(jiao)付周期短、响应(ying)迅速等优势。鸣志电器(qi)产品大部分性能已对标国(guo)际产品，可满(man)足人(ren)形机器(qi)人(ren)对空心杯电机的要求。
加(jia)上《基础(chu)电子元器(qi)件产业发(fa)展行动计划（2021—2023年）》中提出重点产品高端行动，包括“小型化、集(ji)成化、高精密、高效节能微特电机”，随着(zhe)国(guo)产厂(chang)商陆续切(qie)入空心杯电机领域，在技术上实现追赶超越，国(guo)内企(qi)业份额预计会稳步提升。
04
相关(guan)企(qi)业有哪些？
首先是HB步进电机份额全球第四的鸣志电器(qi)，其在空心杯电机领域同样具备领先优势，公司有刷空心杯电机外(wai)径(jing)可做到8mm。其空心杯电机领域相关(guan)专利可追溯至(zhi)2015年，2019年收购瑞士Technosoft Motion AG，进一步加(jia)强其在空心杯电机领域的优势。
截至(zhi)2022年底，公司共取得专利546项，数量较2018年增长一倍以上，其中发(fa)明专利55项。具体到空心杯电机，根据(ju)国(guo)家知识产权(quan)局查询结果，检索关(guan)键词“空心杯”，鸣志电器(qi)共检索到12项有效专利，包括3项发(fa)明专利和9项实用新型专利，在2015年已具备自主知识产权(quan)。
其次是微特电机隐形冠军鼎智科技，其空心杯电机属(shu)于无刷电机，根据(ju)产品构思、结构设(she)计，确定(ding)绕线原(yuan)理，攻(gong)克了绕线工艺、绕线成型、线包固化等多项技术难点，相关(guan)专利正(zheng)处于申请过程中。目前公司已实现空心杯电机全自动量产，并能针(zhen)对客(ke)户的不同需求提供定(ding)制化产品和组件。当前多款样品处在测试阶段。
并且，鼎智科技和母公司江苏雷利同样专注于微特电机领域，可形成协同效应(ying)，在渠道扩展、客(ke)户开发(fa)、提供一体化解决方案等方面具备优势。
拓邦股份则是智能控制器(qi)龙(long)头，电机业务从(cong)2007年开始布局，2008年突破技术门槛成为国(guo)内第一家空心杯电机制造企(qi)业，2010年空心杯电机率先应(ying)用于医(yi)疗(liao)产品并得到市场认可，2014年成为德语区空心杯电机核心供应(ying)商。公司电机产品包括空心杯电机、直流无刷电机及伺服、步进系统，目前公司有刷空心杯电机产品尺寸为16-40mm，无刷空心杯电机尺寸为12-40mm。
2020年公司募投项目“拓邦惠州第二工业园(yuan)项目”达产后将形成年产1.3GWh的锂电池产品以及年产860万(wan)件高效电机产品的生产能力，高效电机以直流无刷电机为主，也包括一部分空心杯电机产品。截至(zhi)目前，公司空心杯电机已经在智能制造的电动夹爪、医(yi)疗(liao)健康的骨科动力工具、智能跟随的高尔(er)夫球包车等领域实现批量应(ying)用。
伟创电气在2022年成立了机器(qi)人(ren)行业部，切(qie)入机器(qi)人(ren)产业链(lian)，主要面向移(yi)动类、协作类、服务类的机器(qi)人(ren)领域，提供低(di)压伺服、空心杯电机、特种(zhong)无框力矩电机等核心部件。产品目前在内部测试阶段，具有高转速、高扭矩、低(di)噪音(yin)振动等优势。
此外(wai)还有禾川科技，一家专注于工业自动化产品的研发(fa)、制造、销售(shou)及应(ying)用集(ji)成，致力于为智慧工厂(chang)提供核心部件和系统集(ji)成解决方案的企(qi)业，公司较早进入了工业机器(qi)人(ren)行业的国(guo)产伺服品牌，公司目前已有空心杯电机产品，但还未进行销售(shou)。
随着(zhe)人(ren)形机器(qi)人(ren)带动空心杯电机需求放量，以上企(qi)业有望迎来一波发(fa)展机遇。