芯耀
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2025年被視為人形機(jī)器人的量產(chǎn)元年，全球產(chǎn)業(yè)進(jìn)程正加速推進(jìn)：特斯拉計劃年產(chǎn)1萬臺Optimus，國內(nèi)智元機(jī)器人已實(shí)現(xiàn)千臺量產(chǎn)并劍指2025年商業(yè)化落地，賽力斯與華為的合作項(xiàng)目也將在年底邁入量產(chǎn)階段……在這一浪潮中，靈巧手作為人形機(jī)器人與環(huán)境交互的核心載體，成為技術(shù)突破的關(guān)鍵。
與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的專用夾爪不同，人形機(jī)器人需應(yīng)對復(fù)雜多變的應(yīng)用場景，其執(zhí)行器必須兼具高度通用性與靈活性。而這一能力的實(shí)現(xiàn)，很大程度上依賴于靈巧手的精密驅(qū)動——電驅(qū)方案因其高效可控成為主流選擇，其中空心杯電機(jī)憑借體積小、功率密度高的特性脫穎而出，成為靈巧手的“核心關(guān)節(jié)”。以特斯拉Optimus為例，單只靈巧手需搭載6臺電機(jī)，其中拇指關(guān)節(jié)配備了2個空心杯電機(jī)，而其他4個手指則各設(shè)一個，若雙手均配備此靈巧手，則需12個空心杯電機(jī)共同驅(qū)動。
本文將聚焦這一高成長性賽道，深入解析人形機(jī)器人的關(guān)鍵零部件——空心杯電機(jī)，探討其技術(shù)壁壘與產(chǎn)業(yè)機(jī)遇。
01人形機(jī)器人量產(chǎn)：空心杯電機(jī)的產(chǎn)業(yè)空間可期
人形機(jī)器人的核心硬件包括線性執(zhí)行器、旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器、傳感器、靈巧手等，其中靈巧手是機(jī)器人與環(huán)境交互的關(guān)鍵執(zhí)行器，技術(shù)門檻較高。與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的專用夾爪不同，靈巧手需具備高自由度、高精度和快速響應(yīng)能力，而這一需求直接推動了空心杯電機(jī)的應(yīng)用。據(jù)MIR 睿工業(yè)測算，空心杯電機(jī)約占人形機(jī)器人硬件價值量的6.7%。
人形機(jī)器人硬件價值量拆解
信息來源：MIR 睿工業(yè)收集公開資料進(jìn)行整理，MIR DATABANK
空心杯電機(jī)并不是為人形機(jī)器人專門生產(chǎn)的產(chǎn)品，它的發(fā)展歷史比人形機(jī)器人要早得多?？招谋姍C(jī)的基礎(chǔ)技術(shù)最早可以追溯到1958年，德國工程師Dr. F. Faulhaber研制出了斜繞組線圈繞制技術(shù)，這標(biāo)志著空心杯電機(jī)技術(shù)的誕生。
空心杯電機(jī)產(chǎn)品因其優(yōu)異性能，下游應(yīng)用場景廣泛，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，如醫(yī)療裝置、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、電動工具、工業(yè)自動化、機(jī)器人等場景。目前，人形機(jī)器人在空心杯電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中的占比仍然較小。未來，隨著特斯拉及國內(nèi)眾多人形機(jī)器人廠商產(chǎn)品規(guī)?；?，空心杯電機(jī)也將迎來廣泛的應(yīng)用前景和市場需求。
2023-2030E年中國空心杯電機(jī)市場規(guī)模推移（百萬元）
數(shù)據(jù)來源：MIR DATABANK，僅統(tǒng)計工業(yè)場景應(yīng)用數(shù)據(jù)
02無刷空心杯電機(jī)：人形機(jī)器人的必然選擇
空心杯電機(jī)價格較貴，核心壁壘在于自支撐繞組技術(shù)。實(shí)現(xiàn)自支撐繞組的關(guān)鍵點(diǎn)：
一是繞組工藝設(shè)計，不同繞制方式?jīng)Q定電機(jī)性能。
- 直線型繞制：工藝復(fù)雜，需多次繞制，適用于較少匝數(shù)、較長繞組結(jié)構(gòu)。
- 斜繞型線圈（如德國Faulhaber）：自動化一次性成型，合格率高，平整度好。
- 同心式繞組（如瑞士Maxon）：功率密度更高，性能更優(yōu)。
二是繞線設(shè)備，高端設(shè)備仍由歐美日主導(dǎo)，國內(nèi)廠商雖已突破部分技術(shù)，但在大功率、復(fù)雜結(jié)構(gòu)繞制上仍存差距。如中特科技研發(fā)生產(chǎn)了多款自動及半自動繞線設(shè)備，但其全自動雙軸空心杯繞線機(jī)的繞制原理仍屬于繞卷式生產(chǎn)；勤聯(lián)科技是國產(chǎn)空心杯繞線機(jī)中較少采用一次性繞制成型生產(chǎn)技術(shù)的廠商，但其繞線機(jī)只能繞制尺寸較小、線徑較細(xì)、形狀單一的線圈，無法滿足大功率空心杯電機(jī)的要求。
從技術(shù)路線來看，空心杯電機(jī)可分為有刷和無刷兩類。二者的結(jié)構(gòu)中，有刷空心杯電機(jī)的轉(zhuǎn)子無鐵芯，無刷空心杯電機(jī)的定子無鐵芯。適用于人形機(jī)器人的是無刷空心杯電機(jī)，其結(jié)構(gòu)相比應(yīng)用在小家電、玩具中的有刷空心杯電機(jī)更復(fù)雜、成本較高、國產(chǎn)替代空間也更強(qiáng)。
有刷空心杯電機(jī)（左）、無刷空心杯電機(jī)（右）圖片來源：鳴志電器官網(wǎng)
無刷空心杯電機(jī)是無碳刷和換向器的，主要通過電子轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置自動調(diào)整電流方向，實(shí)現(xiàn)無花火運(yùn)行，基本無摩擦損耗，延長電機(jī)壽命，無刷是有刷壽命的三倍以上；重要的是其體積更小、重量更輕，符合機(jī)器人的發(fā)展趨勢，也因其工藝更復(fù)雜、原材料更多，其成本也比有刷的高出不少。
有刷與無刷空心杯電機(jī)性能特點(diǎn)對比
信息來源：MIR 睿工業(yè)收集公開資料進(jìn)行整理，MIR DATABANK
03國產(chǎn)空心杯電機(jī)最新進(jìn)展
在全球范圍內(nèi)，瑞士Maxon、德國Faulhaber、瑞士Portescap等頭部企業(yè)長期以來一直占據(jù)著較高的空心杯電機(jī)市場份額。與此同時，國內(nèi)廠商也在加速布局這一領(lǐng)域，如鳴志電器、鼎智科技、兆威機(jī)電、雷賽智能、三花智控、偉創(chuàng)電氣、拓邦股份、禾川科技等。
目前，人形機(jī)器人行業(yè)正處于產(chǎn)品應(yīng)用定義的關(guān)鍵階段。眾多廠商紛紛推出樣機(jī)并開展各類測試，試圖探索出人形機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；推占盎淖罴研螒B(tài)。在這個過程中，直接為這些人形機(jī)器人廠商供貨的空心杯電機(jī)公司，能夠獲得第一手的應(yīng)用反饋。這使它們能夠及時調(diào)整自身技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品優(yōu)化的方向。憑借前期與客戶共同研發(fā)和技術(shù)交流所積累的深厚基礎(chǔ)，這些空心杯電機(jī)公司有望在人形機(jī)器人產(chǎn)品規(guī)模量產(chǎn)之后，成為定點(diǎn)供應(yīng)商，從而在未來廣闊的空心杯電機(jī)市場中占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢。
鳴志電器
鳴志電器成立于1994年，是運(yùn)動控制領(lǐng)域的綜合制造商，深耕電機(jī)領(lǐng)域多年，掌握了核心研發(fā)、驅(qū)動和制造技術(shù)。2024年實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入24億元，同比下降4.99%。
根據(jù)鳴志電器公司官網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示，無刷無齒槽電機(jī)（無刷空心杯）能做到的最小外徑是10mm，除此之外，還有13mm到30mm等多個型號。鳴志電器的空心杯電機(jī)采用了其具有自主專利技術(shù)的空心杯繞組，這種特殊設(shè)計能夠?yàn)殡姍C(jī)帶來高轉(zhuǎn)矩、高扭矩、低噪音的優(yōu)勢，得以實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的高低速運(yùn)行、更精準(zhǔn)地控制以及更高的效率與功率密度。根據(jù)年報數(shù)據(jù)顯示，2024年鳴志電器無刷電機(jī)業(yè)務(wù)合計實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入21951萬元，同比增長31%。
鼎智科技
鼎智科技成立于2008年，主要產(chǎn)品為線性執(zhí)行器、混合式步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、音圈電機(jī)及其組件，下游客戶主要為醫(yī)療器械、工業(yè)自動化等領(lǐng)域制造企業(yè)。2024年全年營收2.24億元，同比下降20.80%。
根據(jù)2024年財報披露，鼎智科技已開發(fā)完成6mm-42mm各系列空心杯產(chǎn)品，配合6mm-42mm精密行星齒輪箱，設(shè)計用于各類工業(yè)自動化需求，具有噪音低、壽命長、精度高等優(yōu)勢，適用于靈巧手、開關(guān)門、電動工具、牙科設(shè)備等，目前已經(jīng)給客戶供貨，可滿足客戶定制化需求。
兆威機(jī)電
兆威機(jī)電成立于2001年，主要從事微型傳動及驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售業(yè)務(wù)，產(chǎn)品可應(yīng)用于智能汽車、消費(fèi)及醫(yī)療科技、先進(jìn)工業(yè)及智造、機(jī)器人等多個領(lǐng)域。2024年實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入15.25億元，同比增長26.42%。
根據(jù)2024年財報披露，兆威機(jī)電已完成無刷空心杯電機(jī)的系列化平臺建設(shè)，系列化電機(jī)均實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；4mm無刷空心杯電機(jī)已完成技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)小批量產(chǎn)，未來無刷空心杯電機(jī)會聚焦于開發(fā)4極產(chǎn)品，提升產(chǎn)品性能。
寫在最后
靈巧手作為人形機(jī)器人與物理世界交互的“指尖”，其精密動作高度依賴空心杯電機(jī)的核心驅(qū)動。隨著人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的加速推進(jìn)，對高性能無刷空心杯電機(jī)的需求將持續(xù)攀升。當(dāng)前，鳴志電器、鼎智科技、兆威機(jī)電等國內(nèi)廠商正積極投入研發(fā)，在空心杯繞制工藝、系列化平臺建設(shè)及定制化能力上持續(xù)追趕國際先進(jìn)水平。憑借與下游客戶緊密合作積累的先發(fā)優(yōu)勢，國產(chǎn)空心杯電機(jī)有望在人形機(jī)器人規(guī)模量產(chǎn)的浪潮中，迎來關(guān)鍵的成長機(jī)遇。
