8月16日，2023世界机器人大会在北京开幕，优必选、小米、达闼、追觅、浙江大学等的多款人形机器人将集中亮相，人形机器人发展备受关注。

安信证券机械行业首席分析师郭倩倩指出，机器人主要分为软硬件两个部分。软件就是机器人的大脑，环节主要是大模型，包括训练系统等。硬件端主要由电池组，各种关节构成，比如旋转关节、直线关节、手关节。空心杯电机作为人形机器人关节部分的应用而成为热门领域，去年还曾应用于特斯拉人形机器人Optimus身上，打开市场想象空间。

什么是空心杯电机？行业发展态势如何？国产空心杯行业面临何种机遇？

电机领域“皇冠上的明珠”

空心杯因特殊的绕组结构而得名，其转子形似杯子，也因其优异性能被誉为电机领域“皇冠上的明珠”。

空心杯电机是一种微型伺服直流电机，得名于其转子部分的设计。空心杯电机的转子在结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁芯转子，是一个空心的杯状结构，内部环绕着绕组和磁铁。这种转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，同时其重量和转动惯量大幅降低，从而减少了转子自身的机械能损耗。

德国的 Dr. F. Faulhaber 在1958年研制出斜绕组线圈绕制技术, 并经过不断开发和完善，在 1965 年获得空心杯电机转子线圈斜绕组专利技术，正式标志着空心杯电机的诞生。

传统直流电机铁芯结构质量较大，降低整体动态性能。传统的直流电机主要由定子、转子、电刷和换向器组成，定子通常由永磁体或电磁绕组制成，位于电机外圈，外壳用于引导磁通量和安装法兰。转子由带有线圈绕组的铁芯制成，位于电机内圈。换向器和电刷控制转子绕组的通电顺序，以产生连续旋转并连接直流电源进行电机驱动。由于直流电机的铁芯绕组质量较大，整体惯性也会增加，从而导致电机的加速度和响应速度降低， 特别是在需要频繁启停或快速变速的应用中，较大的铁芯质量会影响电机的动态性能。

空心杯电机的定子是位于电机内圈的永磁体，转子是位于外侧的杯状自支撑的线圈。相比于传统有刷直流电机，空心杯电机有以下几大特点：1. 电机铁损减少：传统的有刷直 流电机运转过程中会在铁芯中产生涡流，造成较大电机铁损。而空心杯电机由于没有铁 芯，铁损可以被大大减少甚至忽略。2、换向片数量增加：传统的有刷直流电机通常只有 3 到 5 片换向片，而空心杯电机一般有 9 、11 或 13 片换向片。3. 转子惯量减少：传统的有刷直流电机由于铁芯的存在，惯量一般比较大，而空心杯电机由于转子是杯状的自支撑的线圈，因此在相同尺寸下，转子的惯量会明显减小。4. 线圈电感减少：由于没有铁芯的存在，空心杯电机的线圈电感相对于相同尺寸的传统有刷直流电机要小很多。

技术核心的壁垒在于绕线

空心杯电机行业蓬勃发展，22 年全球市场超 7 亿美元。空心杯电机以其独特的设计和出色的性能，在各个行业和应用领域中得到了广泛的认可和应用，市场规模快速增长。

根据 GII 引用 QY Research 的统计数据，全球空心杯电机市场规模由 2022 年的 7.48 亿美元将增长至 2028 年的 11.86 亿美元，期间 CAGR 为 7.98%。从产品结构来看，有刷空心杯电机价值量占比较高，2021 年市场比例达到 67.33％，预计到 2028 年市场空间将超过 6.85亿美元。随着智能化和自动化技术的不断发展，智能设备的兴起，医疗器械和航空航天领域的需求增加，空心杯电机有望继续迎来更大的市场机遇。

空心杯电机市场仍以老牌海外厂商为主，市场份额仍然集中在头部厂商。空心杯电机发源于瑞士、德国、日本、欧洲等厂商研制较早，具有性能优异的生产设备和稳定成熟的工艺。因此市场的主要份额也基本集中在MAXOON和Faulhaber等国际头部空心杯厂商。根据Maxoon官网，2021年全球头部厂商Maxoon的出货量约为500万台，品类超过12000个，销售额约为6.26亿瑞士法郎（合计约为50亿元人民币）。2016年Faulhaber的销售额就超过2亿欧元（合计约16亿人民币）。

Maxoon：公司成立于1961年，全球约有3200个员工，销售网络遍布全球40多个国家。公司产品系列丰富，包括有刷、无刷空心杯电机，行星齿轮箱、传感器、编码器等。下游市场横跨医疗、工控、安防、汽车、航空航天等。根据公司官网，其空心杯产品直径包括4-90mm，功率从0.3-650w，产品系列丰富。

Faulhaber：公司历史可以追溯至1947年，最早于1958年由Faulhaber博士设计斜线绕组方式的空心杯电机产品。作为空心杯电机的发明企业，Faulhaber一度成为空心杯你电机的代名词，其产品最小直径甚至可以达到1.9mm，其产品的最大连续扭矩则可以达到200N·m。

空心杯电机生产的关键是线圈的生产，因此其核心壁垒主要在于线圈设计、绕线工艺以及绕线设备。空心杯电机的发展趋势始终是更小的体积、更快的转速、更高的功率密度和更高的良率，而这些性能最直接的影响因素在于线圈绕制。导线的线径、匝数、线性等都直接影响电机的各项核心参数。线圈绕制的核心壁垒直接体现在线圈设计，因为不同的绕线类型在自动化率、铜耗等各有差异；另一方面也体现在绕线设备和绕线方式上，不同的绕线机械绕制的空心杯槽满率有所差异，进而导致稀疏有别，直接影响电机损耗、散热、功率等。而先进的空心杯绕线工艺和设计一直被海外厂商掌控，且海外设备价格昂贵。

人形机器人打开空心杯市场空间

机器人的发展跟随制造业自动化程度不断提升，从最早的单任务起重机式臂到机器人，再到能够与人直接交互的协作机器人，再发展到与人工智能结合的人形机器人。

人形机器人的手指空间狭小，因而人形机器人手指关节需配备更多小型化且能够输出较大力的电机。属于直流永磁伺服电动机的空心杯电机完美契合人形机器人对应手指关节轻量化、高精度等需求。比如，特斯拉人形机器人擎天柱灵巧手采取了较为经典的六电机布局，其中拇指采用双电机驱动弯曲和侧摆，其它4指各用1个电机带动，可实现11个自由度。灵巧手主要由空心杯电机、螺纹丝杠、行星精密齿轮箱和编码器构成，其中空心杯电机为核心部件。

特斯拉人形机器人突破40个关节，有望达到人类的灵活水平，人形机器人不断迭代，产业化加速。受全球劳动力缺口持续扩大影响，人形机器人替代带动巨大市场需求，假设按照2030年105万台空间的计算（替代美国210万劳动力缺口的50%），市场规模达210亿美元。人形机器人商业化的解决方案以电机为主，主要是电机控制精度更高、应用更为广泛。

特斯拉人形机器人产业大幕拉开，越来越多的厂商逐步加入灵巧手项目的开发，我们看到国内外不同公司贡献差异化的解决方案，并持续探索更高效、更灵活、更具性价比的灵巧手，持续带动产业化落地。2023年腾讯RoboticsX实验室发布自研灵巧手TRX-hand以及TRX-arm，拥有三根手指和8个独立控制关节；此前因时也发布了自己的RH56BFX系列和RH56DFX系列产品，整体具有6个自由度和12个运动关节。

当前已有诸多灵巧手方案，但整体技术路线聚焦在腱绳式和连杆式两种。对比来看，腱绳式的方案可以实现长距离传动，电机配置位置更灵活提升灵巧手设计的自由度；而连杆式的承重能力相对较高，对比来看采用腱绳式的Shadow在4.3kg自重的情况下负载5kg，而IH2在0.64kg的自重夏也同样可以负载5kg。

特斯拉的Optimus灵巧手采用经典的六电机+金属腱绳方案。其中大拇指外的每节手指对应一个空心杯电机模组，大拇指环节同时完成伸缩和翻转两个动作配备两个空心杯电机模组。

竞争格局方面，民生证券邓永康等人6月24日研报指出，全球空心杯电机市场的主要制造商包括Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technologies等公司，这三家顶级制造商占据了市场份额的65%以上。在地域分布上，欧洲、北美是主要的生产和销售地区，中国紧随其后。

在空心杯电机领域有所布局的A股上市公司包括江苏雷利、鸣志电器、禾川科技、伟创电气、鼎智科技和拓邦股份等。

其中，鸣志电器龙头地位巩固，22年混合式步进电机产量约1,800万台，跻身全球Top3，在美、意、日、新设立全资子公司负责全球销售服务，2022年海外收入14.2+亿，公司的空心杯电机和直流无刷电机产品已广泛应用于重症呼吸机的应用场景；江苏雷利与鼎智科技及其他合作方共同研发无刷空心杯电机，其中，绕线生产由公司负责，绕线设备由三方共同研发；鼎智科技控股股东为江苏雷利电机股份有限公司，已实现空心杯电机全自动量产，并能针对客户的不同需求提供定制化产品和组件，公司自研高速无槽无刷电机制造一体化技术，能够实现空心杯电机自动化批产，当前多款样品处在测试阶段。