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灵巧手作为人形机器人实现操作的终端工具，十分重要，其设计高度仿人手，结构比较复杂，面临的最大难题是空间极小而驱动自由度极多，需要配备功率密度高，体积小且控制精度高的电机。 空心杯电机是体积小且能输出较大力的电机，应用于人形机器人手部关节，具备较强契合度，特斯拉人形机器人Optimus选用其作为动力源。 人形机器人为空心杯电机市场提供了持续增长的机遇，并为行业带来更多的发展潜力。 根据QYResearch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%。 关注乐晴行业观察，洞悉产业先机！ 空心杯电动行业概览电机主要有无框力矩电机和空心杯电机。 无框电机由转子和定子组成，可直接固定在机械设备上，具有节能环保、高精度和免维护等优点，且无框力矩电机适用于体积小、质量轻、惯量低、功率高的应用场合。 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”。 空心杯电动机属于直流永磁的伺服、控制电动机，也可以将其归类为微特电机。通常来讲尺寸一般较小通常不超过40mm。 与传统电机对比来看，一般的直流有刷电机的转子是固定在铁芯上的线圈，而空心杯电机最大的不同在于其电机绕组取消了铁芯结构设计，转子仅由线圈按照一定的排列绕制而成，转子因形似杯子被形象地称为空心杯电机。 空心杯电机技术是从德国Dr.F.Faulhaber在1958年研制出斜绕组线圈绕制技术开始，起步较早，随着生产技术不断发展，国外的空心杯线圈生产技术已经十分成熟。 空心杯电机的主要优点包括启动转矩低、转子与定子间无径向作用力、速度曲线平滑，噪音小、峰值转矩高、散热效果好等。 空心杯电机起动、制动迅速，响应较快，在推荐运行区域内的高速运转状态下，可以对转速进行灵敏调节；与同等功率的铁芯电动机相比，其重量、体积减轻1/3-1/2，显著提高能量密度。  空心杯电机分为有刷和无刷。 有刷电机采用机械换向，随着电机旋转，电刷沿着换向器滑动，产生动态的磁场，由于电刷和换向器存在相对滑动，容易损耗。 无刷电机通过驱动器实现电子换向，因不存在电刷，被称为“无刷电机”。无刷因转速更高、寿命更长适合应用在人形机器人手部。无刷电机通过驱动器实现电子换向，其定子部分使用空心杯绕组，采用无齿槽铁芯设计，具有高转速、长寿命、低噪音的特性，又具有高功率密度、高效率的优势。 空心杯电机采用无铁芯转子和空心杯线圈电枢绕组，性能更好：  数据来源：Maxon Motor 空心杯电机产业链梳理空心杯电机上游原材料主要包括永磁材料、漆包线、钢材、电子元件等。永磁材料供应商包括北矿科技、正极材料等；漆包线供应商包括精达股份、长城电工等；钢材供应商包括宝钢股份、鞍钢股份等。 中游环节主要是空心杯电机的生产制造，包括电机的设计、加工、组装等。 下游应用领域非常广泛，包括汽车、航空航天、电子、医疗、家用电器等。 空心杯电机竞争格局和龙头梳理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。 从市场格局来看，全球市场较为集中。全球龙头主要是瑞士MaxonMaxon、德国faulhaber两家，已经大量申请空心杯电机相关的专利技术。 MaxonMaxon前身是Interelectric AG公司，从1961年以来，Maxon一直致力于为客户提供定制的驱动系统，2022年Maxon总产量约500万台。 目前，国内企业不断加速国产替代，主要布局企业有鸣志电器、鼎智科技、拓邦股份、伟创电气、上海埃依琪、北京奕山等。 Maxon和Faulhaber在技术上处于领先，有刷空心杯电机最小尺寸可做到6mm，无刷空心杯电机直径Maxon和Faulhaber分别可做到4mm和3mm。 Portescap和鸣志电器较为接近，有刷空心杯最小直径为8mm，无刷空心杯可分别做到12 mm、13 mm。 国内外主要空心杯电机品牌产品直径对比：  国内空心杯电机性价比较高，降本需求带来国产新机遇。 将海外厂商Maxon、与国内厂商鸣志电器的性能接近、大小相似的空心杯电机价格进行比对，Maxon产品虽然在功率密度和最大连续转矩上有微小优势，但其价格大约是鸣志电器产品的2倍，鸣志电器产品性价比较高。  鸣志电器2015年取得空心杯电机相关专利，2019年收购瑞士Technosoft Motion AG，在空心杯和无齿槽电机的驱动控制领域始终保持着全球领先的技术水平，并拥有专门为无齿槽和空心杯电机开发的驱动控制器产品系列。 鼎智科技目前公司多个产品即将进入量产阶段，具体时间还需要配合下游客户进展；伟创电气自主研发设计空心杯电动机，产品目前在开发验证阶段，主要面向机器人、医疗等行业；拓邦股份电机产品主要有外转子直流无刷电机、内转子直流无刷电机、空心杯电机及开关磁阻电机，主要应用在电动工具、园林工具、智能制造和精密医疗仪器、机器人灵巧手、汽车激光雷达，汽车电子水泵等领域。 在降本需求的推动下，将会有越来越多的国内厂商进入空心杯行业，有望复刻已经验证过的汽车零部件降本的路线，加快推动人形机器人产业化落地。#人形机器人##机器人##电机##空心杯电机# 结语随着人形机器人的加速发展，对空心杯电机的需求和要求也在不断提高。为了满足人形机器人的高要求，空心杯电机也在不断升级和改进。其中最主要的方向是提高电机的效率、性能和稳定性，同时减小电机的体积和重量。为了满足这些要求，空心杯电机的生产过程也在逐步实现自动化和智能化。 人形机器人需要与人类和其他机器人进行智能感知与协同工作，这对电机的智能化提出了更高的要求。通过引入先进的传感器和控制算法，空心杯电机能够实现更加智能化的控制和感知能力，从而提高人形机器人的工作效率和安全性。 未来，随着人形机器人和人工智能的高速发展，空心杯电机有望在智能感知与协同方面取得更大突破。 关注乐晴行业观察，洞悉产业先机！ |
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