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空心杯电机：国产替代与机器人新机遇

一、空心杯电机概述

空心杯电机作为一种特殊的直流电机，在多个领域展现出了卓越的性能。其无铁芯转子结构带来了诸多优势，首先是节能特性突出。能量转换效率很高，最大效率通常在 70% 以上，部分产品甚至可达到 90%，远高于铁芯电动机一般的 70% 效率。

在控制特性方面，空心杯电机起动、制动迅速，响应极快。机械时间常数小于 28 毫秒，部分产品能达到 10 毫秒以内，而铁芯电动机一般在 100 毫秒以上。在高速运转状态下，还能方便地对转速进行灵敏调节。

拖动特性也十分稳定，转速波动很小，可容易地控制在 2% 以内。同时，由于无铁芯设计，在轻量化方面表现出色，与同等功率的铁芯电动机相比，重量和体积减轻了 1/3 - 1/2，能量密度大幅度提高。

空心杯电机按结构分为有刷和无刷两种。有刷空心杯电机采用机械电刷换向，由机壳、软磁材料内定子、永磁体外定子、空心杯型转子电枢组成。但这种换向方式会因相对摩擦产生噪声、电火花，降低电机使用寿命。无刷空心杯电机则采用电子换向，由机壳、软磁材料、绝缘材料和空心杯电枢构成的定子及永磁钢转子等组成，具有效率高、转矩波动小、使用寿命高、结构精巧、维护方便等特点。

二、市场现状与格局

（一）全球市场规模持续扩大

近年来，随着工业技术飞速发展以及下游需求的不断增加，全球空心杯电机行业市场规模持续扩大。根据相关数据显示，2021 年全球空心杯电机市场规模约 6.75 亿美元，预计到 2025 年全球空心杯电机市场规模将增长至 9.36 亿美元，2021 - 2025 年复合增长率为 8.52%。2022 年全球空心杯电机市场规模为 51.0 亿人民币，预计 2028 年市场规模将达到 83.0 亿人民币，期间复合年均增长率约 8.5%。我国和欧洲是主要市场，然而由于空心杯电机技术、生产工艺水平、自动化率及成品率要求高，高端市场依旧被欧企主导。2021 年中国和欧洲的空心杯市场份额分别为 34.8%、25.9%。

（二）竞争格局

目前，海外企业占据主要市场份额，全球空心杯电机市场的主要制造商包括 Maxon、Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technologies 等公司，这四家顶级制造商占据了市场份额的 65% 以上。国内厂商如鸣志电器、鼎智科技等积极布局空心杯电机领域，逐步实现自主设计生产。虽然国内厂商在技术积累和规模上与海外企业存在一定差距，但通过本土化的销售战略以及持续的研发投入，逐渐打开市场。我国空心杯电机国产化率偏低，目前仅为 15%，但提升空间广阔。随着人形机器人产业的发展以及国内厂商在研发和渠道建设方面的持续发力，未来有望在人形机器人产业进程中提升市场份额，实现弯道超车。

三、应用领域与前景

（一）广泛的应用领域

空心杯电机凭借其独特的性能优势，在多个领域发挥着重要作用。在航空航天领域，空心杯电机因其重量轻、体积小、能耗低等特点，被广泛应用于卫星姿态调整、无人机等设备中。例如，在火星探测器、航天飞机等高科技装备中，空心杯电机能够实现对设备的精确控制，确保任务的顺利完成。

在医疗领域，空心杯电机主要用于各种精密医疗设备。如毛囊提取仪、胃镜手术机器人、实验室移液泵等设备中，空心杯电机能够提供精准的动力输出，确保医疗操作的准确性和安全性。此外，营养泵、组织旋切刀等设备也离不开空心杯电机的支持。

在工业自动化领域，空心杯电机可用于机器人关节、物流穿梭车、深井油田阀门等设备。其快速响应、高精度的特点，能够满足工业自动化对设备性能的高要求，提高生产效率和质量。

在民用领域，空心杯电机逐步拓展至电动工具、智能门锁、电动牙刷、吹风机等产品。这些产品对电机的体积、重量和性能有一定要求，空心杯电机正好满足了这些需求。

而在人形机器人领域，空心杯电机作为灵巧手关键零部件，具有不可替代的作用。每只人形机器人的灵巧手通常需要用到 6 个空心杯电机，以实现手指的灵活运动和精确控制。

（二）人形机器人带来新机遇

随着人形机器人技术的不断发展，其市场规模也在迅速扩大。根据相关数据预测，2024 年中国人形机器人市场规模将达到 27.6 亿元；2026 年达到 104.71 亿元；2029 年达到 750 亿元，占世界总量的 32.7%；到 2035 年，市场规模更有望达 3000 亿元。人形机器人的快速发展为空心杯电机带来了广阔的增长空间。

以特斯拉 Optimus 为例，单台机器人预计搭载 12 件空心杯电机，占手部执行器成本的 54.5%。参考国产品牌的定价，若 Optimus 在 2025 年实现 100 万台目标交付量，有望为空心杯电机带来近百亿级别的增量市场空间。

此外，国内众多企业纷纷布局人形机器人领域，加大对相关技术的研发投入。随着技术的不断进步和成本的降低，人形机器人有望在更多领域得到应用，进一步推动空心杯电机市场的发展。

总之，人形机器人的发展为空心杯电机带来了新的机遇，未来空心杯电机有望在人形机器人市场中发挥更加重要的作用。

四、国产替代机遇

（一）国内外差距与挑战

海外空心杯电机企业起步早，技术积累深厚。以 Maxon、Faulhaber、Portescap 为代表的海外企业成立超 60 年，在技术和工艺方面处于领先地位。我国企业在技术差距体现在设计和加工环节。在设计环节，我国欠缺体系化的正向设计，缺乏定制化要求的系统驱动方案配置与产品设计能力。在加工环节，空心杯电机漆包线是悬空绕线，内部没有支撑，其加工精度直接影响磁场的稳定性，国内厂商需要在生产加工环节提高精度、良品率、自动化程度。

从产品尺寸和性能参数方面来看，海外有刷 / 无刷空心杯电机最小尺寸可做到 6mm/3mm 量级，而国内仅能做到 8mm/12mm，在功率、效率等部分性能参数方面仍有差距。此外，我国企业空心杯电机非各家主营业务，占比较小，营收有待提升。

（二）国内厂商的优势与发展

国内厂商具有价格优势和交付周期优势。人形机器人量产在即，国内厂商有望凭借这些优势提升市场份额，实现弯道超车。

国内厂商如鸣志电器、鼎智科技、江苏雷利、微光股份、拓邦股份等在空心杯电机领域积极布局，具备一定的竞争力。鸣志电器在空心杯电机领域国内领先，技术储备、生产工艺上具备先发优势和卡位优势。江苏雷利、鼎智科技、微光股份微特电机领域隐形冠军，人形机器人线性执行器 + 空心杯电机双产品布局，业绩增速、盈利水平行业领先，成长潜力大。拓邦股份智能控制器国内龙头，电机业务有望成为公司第四增长曲线，空心杯电机业务起步早，产品已在智能制造、医疗健康等领域实现批量应用。

国内厂商未来将持续发力研发积累和渠道建设，加深对下游应用行业的把控，提升交付整体解决方案的能力。随着技术的不断进步，国内厂商有望逐步缩小与海外企业的差距，在人形机器人产业进程中发挥更大的作用。同时，国家政策的支持也将为国内空心杯电机厂商提供良好的发展环境，推动空心杯电机行业的国产化进程