一直以來應用醫療器械、航空航天等高端領域的空心杯電機，在人形機器人帶來巨大增量空間的當下，投資邏輯已經發生變化。

01、什么是空心杯電機？

傳統直流電機被廣泛應用于工業生產、家用電器、交通運輸等領域，由定子和轉子兩大核心部分組成，空心杯電機是一種特殊的直流電機?？招谋姍C在結構上突破了傳統直流電機的結構形式，采用的是無鐵芯轉子，其電樞繞組為空心杯線圈，形狀類似水杯，因此被稱為“空心杯電機”。

與傳統直流電機相比，空心杯電機首先具備節能特性，由于無鐵芯設計徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，能量轉換效率很高，其最大效率一般在70%以上，部分產品可達到90%以上（鐵芯電動機一般在70%）。

同時具備控制特性，其起動、制動迅速，響應極快，機械時間常數小于28毫秒，部分產品可以達到10毫秒以內（鐵芯電動機一般在100毫秒以上）；在推薦運行區域內的高速運轉狀態下，可以方便地對轉速進行靈敏的調節。

此外還有拖動特性，即運行穩定性十分可靠，轉速的波動很小，作為微型電動機其轉速波動能夠容易的控制在2%以內；以及輕量化特性，與同等功率的鐵芯電動機相比，其重量、體積減輕1/3-1/2，能量密度大幅度提高。

空心杯電機可以說是高端的直流、永磁、伺服微特電機，上游原材料與微特電機原材料類似，包括銅、鋼材、磁鋼、軸承、塑料等?？招谋姍C最初被應用于航空、航天、軍事等尖端行業，近年來其應用領域逐步擴展至民用行業，如醫療裝置、消費類電子產品、電動工具、工業自動化等場景。

資料來源：《永磁無刷空心杯電機及控制器研究》，百度百科“空心杯電機”詞條

02?、為什么此刻提及空心杯電機？

空心杯電機屬于微特電機的一個細分領域，原本市場規模并不大，但是人形機器人的發展，給其帶來了廣闊的增量空間。

據SKYQUEST數據,2022年全球微特電機市場規模為406.5億美元，2030年預計達到560.7億美元，2022-2030年CAGR為4.1%，其中2022年全球空心杯電機市場規模同比增長10.55%至7.48億美元，增速、體量都很一般。

但得益于以ChatGPT為代表的大模型使得通用人工智能得到質的飛躍，有望從語言能力、視覺能力、運動控制和降低成本等幾個方面推動人形機器人的落地，加上特斯拉作為行業標桿，5月在TeslaAIDay發布的Optimus最新進展超預期，量產預期提前，人形機器人熱度陡然飆升。

2021年起人形機器人重大事件梳理資料來源：TeslaAIday，各公司官網

其中空心杯電機是正是人形機器人靈巧手的關鍵零部件。

資料顯示，靈巧手作為機器人的末端執行器，從3指的Stanford/Jpl手到DIST手、UB手、NASA手、Shadow手等，在學術上已經進行了大量研究。對于人形機器人而言，其靈巧手應該具備體積小、美觀、捏緊力大、負載力強等特點，因此對于靈巧手的動力源有較高的要求，目前特斯拉為代表的著力于人形機器人量產化的企業主要采用了空心杯電機方案。

靈巧手抓取示例來源：劉宏、姜力《仿人多指靈巧手及其操作控制》

據安信證券研究中心測算，以Optimus為例，在大規模量產價格600的假設下，空心杯電機單臺機器人價值量為7,200元，占總成本4.43%，屬于占比較高的零部件環節。手部關節除空心杯電機外，還需要搭配行星齒輪箱、滾珠絲杠、傳感器和編碼器，組成模組使用，空心杯電機占手部執行器成本的54.5%。

以此假設為前提，在人形機器人銷量分別為10、50、100萬臺時，空心杯電機市場規模分別為12、48、72億元，相對于2022年市場規模的彈性分別為23.2%、93.0%、139.5%。

申萬宏源觀點認為，若僅考慮特斯拉人形機器人：根據馬斯克在22年AIDAY的演講，公司將在3-5年面向消費者銷售，前期將在工廠中使用，機器人銷量的趨勢參考其電動車，產品成熟后銷量將呈指數級增長。中期階段，針對特定場景的機器人量產，人形機器人產量在樂觀、中觀、悲觀的假設下分別為10萬、5萬、1萬臺；遠期階段，面向大眾的人形機器人產品規?；慨a，產量在樂觀、中觀、悲觀的假設下分別為100萬、50萬、10萬臺。

參考目前的硬件架構，單臺機器人的空心杯電機使用數量為12個。參考公司官網的產品報價，假設中期空心杯電機單價1000元，遠期降至800元。測算得到，中期空心杯電機的增量空間在樂觀、中觀、悲觀的假設下分別為12億、6億、1.2億元；遠期分別為96億、48億、9.6億元。

若考慮后續全球其他品牌機器人陸續推出：其他假設不變，假設遠期特斯拉在人形機器人中占比20%，則空心杯電機的增量空間在樂觀、中觀、悲觀的假設下分別為480億、240億、48億元；假設遠期特斯拉在人形機器人中占比50%，則空心杯電機的增量空間在樂觀、中觀、悲觀的假設下分別為192億、96億、19億元，同樣有著巨大增幅。

03?、國產替代還存在彎道超車機遇

目前空心杯電機行業的高端市場仍被歐企主導。

根據立鼎產業研究網信息，全球空心杯電機市場的主要制造商包括Maxon、Faulhaber、Portescap、AlliedMotionTechnolgies等公司，目前這四家頂級制造商占據了市場份額的65%以上。海外廠商如德國Faulhaber和瑞士的Maxon等企業深耕行業多年，行業地位較高，且掌握了大批量生產的核心工藝，國內大多數廠商主要受制于此項工藝。

目前空心杯電機技術核心難點在于繞線，我國在技術、工藝方面的積累較為薄弱，與海外存在差距。

無鐵芯的自支撐繞組由所謂的漆包線制成，這是一根絕緣銅線，外面有一層漆。在制造過程中，通過施加壓力和溫度將相鄰電線的漆熔化在一起。適當的粘合（膠帶或玻璃纖維）可進一步提高纏繞的強度和形狀穩定性，這一點在高電流負載下尤為重要。

海外繞線工藝發展早，自動化程度高于國內。國內主要采用繞卷式生產，工藝比較繁瑣，工人勞動強度大，無法完成線徑較粗的線圈，廢品率高。國外主要采用一次性繞制成型的生產技術，自動化程度較高，生產效率高，線圈線徑范圍大、線圈質量好、排列緊密，電機種類多、性能好。

繞線機繞線工作過程資料來源：《永磁無刷空心杯電機及控制器研究》

以Maxon、Faulhaber、Portescap為代表的海外企業成立超60年，技術起步早、工藝積累深，海外有刷/無刷空心杯電機最小尺寸可做到6mm/3mm量級，而國內僅能做到8mm/12mm，在功率、效率等部分性能參數方面仍有差距。

不過降本需求和政策驅動下，國產替代會持續加速。目前人形機器人落地的難點之一在于其高昂的成本，降本需求迫切。與海外企業相比，我國企業具備價格低廉、交付周期短、響應迅速等優勢。鳴志電器產品大部分性能已對標國際產品，可滿足人形機器人對空心杯電機的要求。

加上《基礎電子元器件產業發展行動計劃（2021—2023年）》中提出重點產品高端行動，包括“小型化、集成化、高精密、高效節能微特電機”，隨著國產廠商陸續切入空心杯電機領域，在技術上實現追趕超越，國內企業份額預計會穩步提升。

04?、相關企業有哪些？

首先是HB步進電機份額全球第四的鳴志電器，其在空心杯電機領域同樣具備領先優勢，公司有刷空心杯電機外徑可做到8mm。其空心杯電機領域相關專利可追溯至2015年，2019年收購瑞士TechnosoftMotionAG，進一步加強其在空心杯電機領域的優勢。

截至2022年底，公司共取得專利546項，數量較2018年增長一倍以上，其中發明專利55項。具體到空心杯電機，根據國家知識產權局查詢結果，檢索關鍵詞“空心杯”，鳴志電器共檢索到12項有效專利，包括3項發明專利和9項實用新型專利，在2015年已具備自主知識產權。

其次是微特電機隱形冠軍鼎智科技，其空心杯電機屬于無刷電機，根據產品構思、結構設計，確定繞線原理，攻克了繞線工藝、繞線成型、線包固化等多項技術難點，相關專利正處于申請過程中。目前公司已實現空心杯電機全自動量產，并能針對客戶的不同需求提供定制化產品和組件。當前多款樣品處在測試階段。

并且，鼎智科技和母公司江蘇雷利同樣專注于微特電機領域，可形成協同效應，在渠道擴展、客戶開發、提供一體化解決方案等方面具備優勢。

拓邦股份則是智能控制器龍頭，電機業務從2007年開始布局，2008年突破技術門檻成為國內第一家空心杯電機制造企業，2010年空心杯電機率先應用于醫療產品并得到市場認可，2014年成為德語區空心杯電機核心供應商。公司電機產品包括空心杯電機、直流無刷電機及伺服、步進系統，目前公司有刷空心杯電機產品尺寸為16-40mm，無刷空心杯電機尺寸為12-40mm。

2020年公司募投項目“拓邦惠州第二工業園項目”達產后將形成年產1.3GWh的鋰電池產品以及年產860萬件高效電機產品的生產能力，高效電機以直流無刷電機為主，也包括一部分空心杯電機產品。截至目前，公司空心杯電機已經在智能制造的電動夾爪、醫療健康的骨科動力工具、智能跟隨的高爾夫球包車等領域實現批量應用。

偉創電氣在2022年成立了機器人行業部，切入機器人產業鏈，主要面向移動類、協作類、服務類的機器人領域，提供低壓伺服、空心杯電機、特種無框力矩電機等核心部件。產品目前在內部測試階段，具有高轉速、高扭矩、低噪音振動等優勢。

此外還有禾川科技，一家專注于工業自動化產品的研發、制造、銷售及應用集成，致力于為智慧工廠提供核心部件和系統集成解決方案的企業，公司較早進入了工業機器人行業的國產伺服品牌，公司目前已有空心杯電機產品，但還未進行銷售。

隨著人形機器人帶動空心杯電機需求放量，以上企業有望迎來一波發展機遇。