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

行業(yè)概覽2023/092023年中國(guó)空心杯電機(jī)行業(yè)概覽：人形機(jī)器人核心零部件，本土市場(chǎng)需求爆發(fā)可期ChinaCorelessMotorIndustry中國(guó)中國(guó)中空カップモーター産業(yè)（摘要版）報(bào)告標(biāo)簽：空心杯電機(jī)、微特電機(jī)、人形機(jī)器人主筆人：文上報(bào)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(dú)有的高度機(jī)密性文件（在報(bào)告中另行標(biāo)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(bào)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(dòng)均使用“頭豹研究院”或“頭豹”的商號(hào)、商標(biāo)，頭豹研究院無任何前述名稱之外的其他分支機(jī)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(dòng)。行業(yè)概覽|2023/05報(bào)告要點(diǎn)速覽本篇報(bào)告主要關(guān)注以下問題：空心杯電機(jī)市場(chǎng)發(fā)展空間如何？空心杯電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況？空心杯電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)格局如何觀點(diǎn)提煉1.空心杯電機(jī)市場(chǎng)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(dòng)機(jī)避開有鐵芯電動(dòng)機(jī)的多種技術(shù)弊端，在多種應(yīng)用場(chǎng)合擁有不可替代的地位，因此市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)2027年全球空心杯電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到70.4億元。機(jī)器人是空心杯電機(jī)市場(chǎng)發(fā)展最重要的應(yīng)用領(lǐng)域；在2022年空心杯市場(chǎng)規(guī)模中人形機(jī)器人領(lǐng)域占比為38.0%，預(yù)計(jì)該領(lǐng)域占比將持續(xù)擴(kuò)大，到2027年占比達(dá)到49%，市場(chǎng)規(guī)模為34.8億元。2.空心杯電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)展情況如何？空心杯電機(jī)上游主要包括原材料和零部件，上游總體議價(jià)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(guó)際制造廠商主流；下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，多為高端領(lǐng)域。2.空心杯電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)格局是怎樣的？目前，空心杯市場(chǎng)以國(guó)際廠商占據(jù)主導(dǎo)，國(guó)際市場(chǎng)呈現(xiàn)Maxon、Faulhaber和Portescap三足鼎立格局；中國(guó)市場(chǎng)以鳴志電器為代表，此外還包括鼎智科技、拓邦股份兆威機(jī)電、偉創(chuàng)電氣等上市企業(yè)。2022年全球空心杯電機(jī)CR5為67%，國(guó)際頭部企業(yè)歷史積淀悠久，技術(shù)積累深厚，營(yíng)收規(guī)模處于前列；中國(guó)空心杯電機(jī)廠商發(fā)展較晚，在規(guī)模和技術(shù)積累等方面與國(guó)際頭部企業(yè)相比存在一定差距。400-072-55882行業(yè)概覽|2023/09 空心杯電機(jī)行業(yè)精華摘要空心杯電機(jī)是一種采用無鐵芯轉(zhuǎn)子的直流永磁伺服控制電動(dòng)機(jī)，在結(jié)構(gòu)上突破傳統(tǒng)電機(jī)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(jī)定義?空心杯電機(jī)是一種采用無鐵芯轉(zhuǎn)子的直流永磁伺服控制電動(dòng)機(jī)，其尺寸較小，直徑不超過40mm，可將其歸類為微特電機(jī)的細(xì)分領(lǐng)域?？招谋姍C(jī)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(dòng)軸承、外殼、磁鐵（定子）等組成?空心杯電機(jī)磁體需在徑向方向上進(jìn)行磁化，因此圓環(huán)磁體的端面上設(shè)槽是它的顯著特點(diǎn)之一?？招谋妱?dòng)機(jī)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(yùn)行特性，技術(shù)先進(jìn)性十分明顯?？招谋姍C(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩均勻分布，在低速下保持平穩(wěn)運(yùn)行，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下減少震動(dòng)和噪音空心杯電機(jī)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(jī)特點(diǎn)與特性無齒槽效應(yīng)低電感結(jié)構(gòu)緊湊低運(yùn)行平穩(wěn)，低振動(dòng)，低噪音，高動(dòng)態(tài)響應(yīng)，高加速度磁路設(shè)計(jì)更優(yōu)，功率密度更轉(zhuǎn)子可控制在任意位置高，溫升低，效率高節(jié)能特性控制特性空心杯電機(jī)能量轉(zhuǎn)化效率一般超過70%，空心杯電機(jī)具有快速響應(yīng)速度和較小機(jī)械時(shí)間常數(shù)，一般在28毫秒以內(nèi)；而鐵芯電部分產(chǎn)品能夠達(dá)到90%以上，而傳統(tǒng)電機(jī)機(jī)機(jī)械時(shí)間在100毫秒以上；空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)化效率通常在70%以下具有良好的啟動(dòng)和停止特性，在高速運(yùn)行空心杯電機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)靈敏拖動(dòng)特性特點(diǎn)與特性能量密度特性空心杯電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，轉(zhuǎn)速波具有較高能量密度，相較于相同功率動(dòng)較小且易于控制，通?？煽刂圃诘膫鹘y(tǒng)鐵芯電機(jī)，空心杯電機(jī)重量可2%以內(nèi)的范圍內(nèi)減輕30%-50%，體積減小30%-50%空心杯電機(jī)具有無齒槽效應(yīng)、低電感和結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，也具備節(jié)能、控制、拖動(dòng)和能量密度等特性。在結(jié)構(gòu)上，空心杯電機(jī)突破傳統(tǒng)電機(jī)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(shí)，空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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400-072-55883行業(yè)概覽|2023/09 空心杯電機(jī)行業(yè)根據(jù)換向方式不同，空心杯電機(jī)可分為有刷空心杯電機(jī)和無刷空心杯電機(jī)，無刷電機(jī)適用于需長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行和具有較高控制要求的應(yīng)用場(chǎng)景，有刷電機(jī)適用于對(duì)產(chǎn)品靈敏性和可靠性要求較高的行業(yè)空心杯電機(jī)分類（按換向方式劃分）墊圈電機(jī)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(jī)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(jī)有刷空心杯電機(jī)長(zhǎng)壽命（20000h）電機(jī)壽命受限（2000h）高轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速有限電磁干擾可忽略有火花有鐵損無鐵損需要驅(qū)動(dòng)控制控制簡(jiǎn)單根據(jù)換向方式的不同，空心杯電機(jī)可分為有刷空心杯電機(jī)和無刷空心杯電機(jī)無刷空心杯電機(jī)（采用電子換向，線圈固定，磁極旋轉(zhuǎn)）無刷空心杯電機(jī)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(shí)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(dòng)電機(jī)。由于采用自控式運(yùn)行，電機(jī)無需像變頻調(diào)速下的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上額外增加啟動(dòng)繞組，也可避免在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步現(xiàn)象。無刷空心杯電機(jī)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(jī)效率和功率密度。它適用于需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行和具有較高控制要求或可靠性要求的應(yīng)用場(chǎng)景有刷空心杯電機(jī)（采用機(jī)械換向，磁極固定，線圈旋轉(zhuǎn)）有刷空心杯電機(jī)通過換向器和碳刷的交替接觸，使線圈電流方向隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(huì)產(chǎn)生電火花，并干擾電子設(shè)備。有刷空心杯電機(jī)采用空心杯線圈轉(zhuǎn)子，具有無齒槽轉(zhuǎn)矩、小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、靈敏反應(yīng)和高扭矩的特點(diǎn)，適用于對(duì)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(jī)行業(yè)空心杯電機(jī)上游主要包括原材料和零部件，上游總體議價(jià)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(guó)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(jī)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鋼材電刷磁鋼塑料空心杯電機(jī)的上游構(gòu)成與微特電機(jī)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(diǎn)和性能存在差異，在保證產(chǎn)生的磁場(chǎng)穩(wěn)定的同時(shí)，需根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)工作溫度、環(huán)境的要求，合理的配置永磁材料，達(dá)到電機(jī)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(jī)，貴金屬電刷更適用于空心杯電機(jī)（<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(jī)?？傮w來看，上游議價(jià)能力一般，技術(shù)壁壘較低，產(chǎn)能較充足中游：空心杯電機(jī)制造商空心杯電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模，2022-2027E空心杯電機(jī)市場(chǎng)分布情況，2021年國(guó)際單位：億元2027E70.4中國(guó)2026E65.634.8%2025E39.3%59.4中國(guó)2024E55.82023E52.9其他地區(qū)25.9%202250空心杯電機(jī)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(guó)際制造廠商的主流線形設(shè)計(jì)，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?jī)?yōu)化，同等條件下具備轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、時(shí)間常數(shù)小和輸出力矩大等優(yōu)勢(shì)下游：應(yīng)用領(lǐng)域運(yùn)營(yíng)商空心杯電機(jī)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(kuò)展至民用市場(chǎng)，如醫(yī)療裝置、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具、工業(yè)自動(dòng)化等場(chǎng)景

空心杯電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域占比，2022年航空航天醫(yī)療器械測(cè)量?jī)x器人形機(jī)器人領(lǐng)域其他領(lǐng)域機(jī)器人國(guó)防軍工光學(xué)設(shè)備38%62%工業(yè)自動(dòng)化消費(fèi)電子生活用品400-072-5588行業(yè)概覽|2023/09 空心杯電機(jī)行業(yè)特斯拉Optimus人形機(jī)器人催化空心杯電機(jī)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)進(jìn)展大幅加速，空心杯電機(jī)作為人形機(jī)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(dá)54.5%，單臺(tái)人形機(jī)器人需12個(gè)空心杯電機(jī)特斯拉人形機(jī)器人成本占比情況 特斯拉人形機(jī)器人手部執(zhí)行器零部件成本情況0.9%肢體骨骼8.1%1.8%運(yùn)動(dòng)控制處理器0.3%14.8%旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)執(zhí)行器線性關(guān)節(jié)執(zhí)行器22.4%頭部交互30.8%手部關(guān)節(jié)執(zhí)行器環(huán)境探測(cè)傳感器 20.9%動(dòng)力電池空心杯電機(jī)是人形機(jī)器人靈巧手的關(guān)鍵零部件，其成本占比達(dá)54.5%（以特斯特斯拉Optimus手部關(guān)節(jié) 拉為例）空心杯電機(jī)主要應(yīng)用于人形機(jī)器人手部關(guān)節(jié)。人形機(jī)器人手指關(guān)節(jié)自由度提升，考慮到人形機(jī)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(jī)，空心杯電機(jī)具備較強(qiáng)契合度特斯拉Optimus人形機(jī)器人中，靈巧手包含6個(gè)手部執(zhí)行器，11個(gè)自由度，采用經(jīng)典的六電機(jī)+金屬腱繩方案。靈巧手主要由空心杯電機(jī)、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(jī)使手指擁有活動(dòng)能力，其中大拇指外的每節(jié)手指對(duì)應(yīng)一個(gè)空心杯電機(jī)模組，大拇指環(huán)節(jié)同時(shí)完成伸縮和翻轉(zhuǎn)2個(gè)動(dòng)作配備2個(gè)空心杯電機(jī)模組，每個(gè)靈巧手由6個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；精密行星齒輪箱可實(shí)現(xiàn)降速增矩的作用，使機(jī)械手定位更精準(zhǔn)、運(yùn)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(jī)器人擁有類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力全球機(jī)器人市場(chǎng)產(chǎn)量單位：百萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人4.02020202120222023E2024E2025E2026E2027E來源：頭豹研究院400-072-5588行業(yè)概覽|2023/09 空心杯電機(jī)行業(yè)2022年全球空心杯電機(jī)CR5為67%，國(guó)際頭部企業(yè)歷史積淀悠久，技術(shù)積累深厚，營(yíng)收規(guī)模處于前列；中國(guó)空心杯電機(jī)廠商發(fā)展較晚，在規(guī)模和技術(shù)積累等方面與國(guó)際頭部企業(yè)相比存在一定差距全球空心杯電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)格局，2022年MaxonFaulhaberCR5Portescap 67%AlliedMotionTechnologiesNidecCopalOrbray

?全球空心杯電機(jī)市場(chǎng)集中度較高，2022年全球空心杯電機(jī)CR5為67%。按照業(yè)務(wù)營(yíng)收規(guī)模來看，Maxon、Faulhaber、Portescap占據(jù)全球主要市場(chǎng)份額，此外，第二梯隊(duì)AlliedMotionTechnologies、NidecCopal、Orbray也表現(xiàn)較突出全球空心杯電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)格局?中國(guó)空心杯電機(jī)廠商發(fā)展較晚，距國(guó)際廠商仍有一定差距鳴志電器國(guó)際頭部企業(yè)歷史積淀悠久，技術(shù)積累深厚，營(yíng)收規(guī)模處于前列，而中國(guó)空心杯電機(jī)發(fā)展較晚，在規(guī)模和技術(shù)積累等方面與國(guó)際頭部企業(yè)相比有一定差距。在營(yíng)收規(guī)模上，2022年拓邦股份、鼎智科技Maxon營(yíng)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(yíng)收分別29.6、3.2、88.7億元，但目前萬至達(dá)電機(jī)、偉創(chuàng)電氣、兆威機(jī)中國(guó)廠商空心杯電機(jī)占營(yíng)收比例極小，屬于非主營(yíng)業(yè)務(wù)，因電、昊升電機(jī)、鑫寶達(dá)電機(jī)等此規(guī)模與國(guó)際頭部企業(yè)相差較大國(guó)際與中國(guó)空心杯電機(jī)產(chǎn)品對(duì)比——直徑對(duì)比空心杯電機(jī)廠商有刷空心杯直徑（mm）無刷空心杯直徑（mm）Mason6-654-90Faulhaber6-383-44Portescap8-3512-35鳴志電器8-2413-30鼎智科技/16-42拓邦股份16-4012-40來源：頭豹研究院400-072-5588行業(yè)概覽|2023/09 空心杯電機(jī)行業(yè)中國(guó)本土廠商中，鳴志電器產(chǎn)品性能參數(shù)較優(yōu)，量產(chǎn)時(shí)價(jià)格可降至600+元/個(gè)，具備性價(jià)比優(yōu)勢(shì)；在人形機(jī)器人等下游應(yīng)用領(lǐng)域的催化下，預(yù)計(jì)本土廠商持續(xù)研發(fā)投入，加速本土空心杯電機(jī)替代國(guó)際與中國(guó)空心杯電機(jī)廠商產(chǎn)品對(duì)比——性能對(duì)比MaxonFaulhaberPortescap鳴志電器產(chǎn)品ECXSPEED13LSeries1218B12ECP488B21ECU13026H06尺寸（mm）13121213額定電壓（V）18696額定電流/最大連續(xù)電流（A）1.42/3.31.34額定轉(zhuǎn)矩/最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩（mNm）5.16/8.12.77空載轉(zhuǎn)速（rpm）41,90030,50036,00024,600電機(jī)效率79%62%/69%重量（g）348.33019外殼-環(huán)境熱阻（°C/W）19.548.324.232繞組-外殼熱阻（°C/W）9最大繞組溫度（°C）155125125155機(jī)械時(shí)間（ms）3.27零售價(jià)格（元）2,198/2,321996通過各廠商相似尺寸產(chǎn)品性能參數(shù)對(duì)比，鳴志電器空心杯電機(jī)基本與瑞士MAXON、德國(guó)FAULHABER、瑞士PORTESCAP對(duì)標(biāo)，主要性能滿足機(jī)器人應(yīng)用要求。在額定轉(zhuǎn)矩和額定電流（對(duì)應(yīng)電機(jī)力矩）方面，鳴志電器與Maxon接近，略低于Portescap；在熱阻（對(duì)應(yīng)電機(jī)發(fā)熱情況）方面，鳴志電器與Maxon和Portescap接近，優(yōu)于Faulhaber。此外，國(guó)際廠商空心杯電機(jī)均價(jià)約為2,000元/個(gè)，國(guó)產(chǎn)均價(jià)為1,000元/個(gè)，鳴志表示量產(chǎn)時(shí)價(jià)格可降至600+元/個(gè)，具備性價(jià)比優(yōu)勢(shì)2019年以來，由于國(guó)際宏觀環(huán)境進(jìn)口較難，中國(guó)本土廠商加緊研發(fā)、改進(jìn)工藝，涌現(xiàn)出一批企業(yè)，實(shí)現(xiàn)較多技術(shù)攻關(guān)，本土空心杯電機(jī)國(guó)產(chǎn)替代空前發(fā)展。在人形機(jī)器人等下游應(yīng)用領(lǐng)域的催化下，預(yù)計(jì)本土廠商將持續(xù)加大研發(fā)投入，改進(jìn)設(shè)備工藝，加速高端應(yīng)用領(lǐng)域的本土空心杯電機(jī)替代來源：頭豹研究院4