受益人形機器人崛起，空心杯電機迎國產替代機遇

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8月16日，2023世界機器人大會在北京開幕，優必選、小米、達闼、追覓、浙江大學等的多款人形機器人將集中亮相，人形機器人發展備受關注。

安信證券機械行業首席分析師郭倩倩指出，機器人主要分為軟硬件兩個部分。軟件就是機器人的大腦，環節主要是大模型，包括訓練系統等。硬件端主要由電池組，各種關節構成，比如旋轉關節、直線關節、手關節。

空心杯電機作為人形機器人關節部分的應用而成為熱門領域，去年還曾應用於特斯拉人形機器人Optimus身上，打開市場想象空間。

什麽是空心杯電機？行業發展態勢如何？國產空心杯行業面臨何種機遇？

不超過40mm的微型電機

空心杯電機是一種採用無鐵芯轉子的直流永磁伺服控制電機，其名字帶「杯」字主要因為其轉子形似杯子。由於其能量轉換效率高、噪音小、體積小重量輕、控制性能好等優異性能，空心杯電機也被譽為電機領域「皇冠上的明珠」。

尤其是在小尺寸方面，由於空心杯電機採用空心轉子結構，使得電機的體積和重量得以減小，適合於便攜式設備和小型自動化設備。一般空心杯電機直徑不超過40mm，也可歸類為微型電機。

由於其特殊性能，空心杯應用領域非常廣，覆蓋醫療、半導體、機器人和自動化、航空航天、軍工領域。

如在汽車電子、3C、智能家居、工業設備等商用/家用領域，空心杯電機被廣泛應用於電動工具、無人機、智能門鎖、電動牙刷、吹風機等產品。

在醫療領域，空心杯電機主要用於毛囊提取儀、胃鏡手術機器人、實驗室移液泵、試劑瓶開瓶器、營養泵、組織旋切刀等設備。

在機器人和自動化領域，空心杯電機則用於電動夾爪、機器人關節、機器人手、物流穿梭車、深井油田閥門、掛軌機器人等。

受益於智能社會發展，新技術的不斷湧現，空心杯電機需求量增加，應用空間被進一步打開。根據NTCysd測算，2022年全球空心杯電機市場規模為51.0億人民幣；另根據NTCysd預計，2028年市場規模將達到83.0億人民幣，期間CAGR約8.5%。

受益人形機器人崛起

電機是機器人的關鍵組成部件之一，尤其是在人形機器人應用上，由於人形機器人手指、關節等部位較為狹小，小尺寸的空心杯電機凸顯優勢。

此外，人形機器人的關節需要具備高自由度和高精度控制能力，空心杯電機能夠滿足這些要求。空心杯電機還具有高功率密度、高響應速度、高精度控制等優點，適用於人形機器人的各個運動關節。

例如，特斯拉的Optimus機器人就採用了空心杯電機。其手指採用了6個執行器，11個自由度，能夠實現靈活地操作和精準的控制。

隨著2022年特斯拉人形機器人Optimus的問世，靈巧手再度打開空心杯電機的想象空間。

2023年，騰訊Robotics X實驗室發佈自研靈巧手TRX-Hand和TRX-Arm，擁有三根手指和8個獨立控制關節。

因時機器人也發佈了自己的RH56BFX系列和RH56DFX系列產品，整體具有6個自由度和12個運動關節。

整體看，空心杯電機在人形機器人領域具有廣泛的應用前景和市場需求。中金認為，特斯拉人形機器人有望帶動空心杯電機及相關繞線設備的需求放量。隨著未來人形機器人的商業化落地和持續量產推進，空心杯電機需求也有望迎來持續放量。

財通證券認為，靈巧手作為機器人的末端執行器，對電機功率密度、體積等要求較高，空心杯電機或將得到大量應用。假設未來人形機器人銷量達到100萬級别後空心杯電機均價為800元左右，假設單個人形機器人需要12個空心杯電機，對應人形機器人所需空心杯電機市場規模約為96億元，為空心杯電機創造了更大的市場。

海外企業主導，國產替代機遇高

從市場發展格局看，由於瑞士、德國、美國等廠商對空心杯電機研發較早，生產設備和工藝相對領先。

行業主要制造商Maxon、Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technologies佔據了市場份額的65%以上，競爭格局高度集中。

其中，深耕行業多年的瑞士企業Maxon成立於1961年，其空心杯產品直徑包括4-90mm，功率從0.3-650w，包括有刷、無刷空心杯電機，行星齒輪箱、傳感器、編碼器等，產品供應領域覆蓋醫療、工控、安防、汽車、航空航天等。目前Maxon業務遍及全球40多個國家，全球約有3000多名員工。

德國Faulhaber是一家獨立的由家族經營的集團公司。1958年，Faulhaber博士設計出斜線繞組方式的空心杯電機產品。其產品最小直徑甚至可以達到1.9mm。

國内方面，雖然空心杯電機市場發展迅速，但大部分企業的產品主要集中在中低端領域，市場競爭也相對激烈。

國内的一些企業如鳴志電器(603728.SH)、鼎智科技、禾川科技(688320.SH)、拓邦股份(002139.SZ)等在空心杯電機領域具備一定競爭力，但具備空心杯電機量產化能力企業較少。

2023年6月，鼎智科技在調研中披露，其線性傳動及空心杯電機等產品在人形機器人、靈巧手市場有應用潛力。

目前鼎智科技已實現空心杯電機全自動量產，並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。

另一家行業企業拓邦股份自2007年開始就佈局電機業務。公司還曾於2016年收購了主營為驅動及運動控制的研控子公司，快速進入工業控制領域。

目前拓邦股份電機及驅動產品類型包括空心杯電機、直流無刷電機及伺服、步進系統，具備電機本體+驅動/控制一體化的解決方案的能力。

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。

下遊應用領域也從中高端的工業級、專業級和汽車級應用領域，拓展至機器人等應用領域。

拓邦股份表示，機器人應用是公司很看好的應用方向，公司的商用炒菜機器人已批量出貨；在清潔機器人、服務機器人、工業機器人等領域有不同部件的應用，主要為控制器、電機、驅動等產品。

而相比上述原有機器人應用，人形機器人綜合了AI、機器視覺等先進技術，給行業帶來很好的機會，但目前尚處於產業化初期，未來隨著支持政策落地及產業加速發展，對核心部件需求將隨著提升，公司看好機器人應用帶來的機會。