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本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。1 2023 年08 月10 日 机械 行 业 专题 空心杯电机专题：机器人 手部核心零部件，国内厂商迎替代机遇 机 器 人 系 列报 告 七 证券研究报告 投 资评 级 领先大市-A 维持评级 行业表现 资料来源：Wind 资讯 升幅%1M 3M 12M 相 对收益-7.5 5.1-2.9 绝 对收益-3.8 3.7-7.4 郭 倩倩 分 析师 SAC 执 业证 书编 号：S1450521120004 相关报告 挖 机 出 口暂 时 性承 压，海 外市场仍相对景气2023年 7 月挖机点评 2023-08-09 光伏设备行业观点更新-降本逐见成效，HJT 放量可期 2023-07-25 挖 机 内 销 承 压 出 口 稳 定，2023 下半年波动有望收敛2023 年6 月工程机械行业快评暨上半年总结 2023-07-09 紧 扣 产 业链 安 全，滚动 功 能部 件 国 产化 势 在必 行 机器人系列报告五 2023-07-01 AI 赋能，人形机器人产业提速，把 握产 业 链受 益机 会 机器人系列报告四 2023-07-01 研 究 背 景：2023 年 以 来，受益于生成式 AI 的飞跃、特斯拉Optimus 提振市场信心 等事件催化，人形 机器 人 进展显著加快，量产可期，产业资本关 注度提升。空心杯电机 是机器人灵巧手关键零部件，确定性 较强、技术壁垒较高，据我 们此前 机器人系列报告四 中Tesla Optimus 成本拆分 测算，单台价值量预计为7,200元，占机器人总成本的 4.43%，占手部执行器成本的 54.5%，人形机器人有望带来空心杯 电机 广阔新增市场。我 们希望通过本文对空心杯电机原理、技术、规模等的介绍，为加 深空心杯电机产业链的认识提供参考，并 通过海外龙头的发展复 盘，总结其核心优势，据此筛选出具备潜力的国 内企业。空 心杯 电机是 高端 的直流、永磁、伺 服微特 电机，核心 特征 为无铁 芯转 子。空心杯电机 在结构上突破了传统直 流电机的转子结构形式，采用的是无铁芯 转子，也因此具备轻量 化、节能、响应迅速等优点，被广泛应用 于对重量要求高、需要 实现快速自动控制的领域，如医疗器械、消费类电子产品、飞行 器、电动工具、工业自动化等。2022 年 全球 空心杯 电机 市场 规模 为 51.62 亿元，人 形机器 人有望 带来 广阔增 量市 场。空心杯电机下游 医疗器械、航空航天基本盘稳固，自主可控、国 产替代逻辑清晰。人形 机器人预计贡献巨额市场增量。参考特斯拉 Optimus，每只灵巧手需要用到 6 个空心杯电机。我们预计 在人形机器人销量分别为 10/50/100 万台时，空心杯电机市场规模分别为 12/48/72 亿元，相对于 2022 年市场规模的弹性分别为 23.2%/93.0%/139.5%，成长空间广阔。空 心杯 电机行 业集 中度高，海 外企业 占据 主要市 场份 额。据 QY Research 数据，2021 年全球空心杯电机行业 CR3 为55.43%，2022年全球空心杯电机 CR5 为 67%，前 五 名 企 业 包 括 Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technologies、Maxon Motor 及 Nidec Copal Corporation。国内鸣志电器、鼎智科技、拓邦股份均有空心杯电机产品布局，进展较快，具备量产能力。-16%-6%4%14%24%34%2022-08 2022-12 2023-04 2023-08机械 沪深300 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。2 行 业专题/机械 空 心杯 电机技 术壁 垒高，核心难 点在 于绕线，我 国在 技术、工艺方 面的 积累较 为薄 弱，与 海外 存在差 距。1）核心难点在于绕线，我国技术差距体现在 设计环节，我国欠缺体系化的正向设计，缺乏定制化要求的系统驱动方案配置与产品设计能力；加工环节，空心杯电机漆包线是悬空绕线，内部没有支撑，其加工精度直接影响磁场的稳定性，国内厂商切入需要在生产加工环节提高精度、良品率、自动化程度。2）以Maxon、Faulhaber、Portescap 为代表的海外企业成立超 60年，技术起步早、工艺 积累深，国企较外资差距体现在规模方面，我国企业空心杯电机非各家主营业务，占比较小，营收静待起量；产品方面，海外有刷/无刷空 心 杯电机最小尺寸可做到 6 mm/3 mm 量级，而国内仅能做到 8 mm/12 mm，在功率、效率等部分性能参数方面仍有差距。国 内 厂 商 有 望 受 益 于 人 形 机 器 人 产 业 机 会 提 升 市 场 份 额，实 现弯 道超 车。复盘 海外龙头发展历程，其共同优 势来自于深厚的技术积累、覆盖全球的渠 道网络以及取得市场认 可的产品品牌力。我国空心杯电机国产化 率 偏低，提升空间广阔。人形机器人量产在即，我们认为国内厂 商具备价格优势、交付 周期优势，未来将持续发力研发积累和渠 道建设，加深对下游应 用行业的把控，提升交付整体解决方案的 能力，有望在人形机器 人产业进程中提升市场份额，实现弯道超车。投资建议：空 心 杯 电 机 下 游 医 疗 器 械、航 空 航 天 等 增 长 前 景 明确，基本盘稳固；同时 人形机器人带来 广阔新 增空间，空心杯电机行业具备强成长性。此外，海外企业仍占据 主要市场份额，自主可控背景下空心杯电机亦将受益于国产替代逻辑。建 议关 注：【鸣志电器】主业稳扎 稳打，HB 步进电机份 额全球第四。空心杯电机领域国内领先，技术储备、生产工艺上具备先发优势和卡位优势。【鼎智科技】微特电机 领域隐形冠军，人形机 器人线性执行器+空心杯电机双产品布局。业绩增速、盈利水平行业领先，成长潜力大。【拓邦股份】智能控制器国内龙头，成立以来 陆续发力家电、工具、新能源领域，电机业务有望成为公司第四增长曲线。空心杯电机业务起步早，产品已在智 能制造、医疗健康等领域实现批量应用。风 险提 示：机器人推广 不及预期、人形机器人技术路线变化、市场竞争加剧、国内企业技术迭代不及预期、测算具有主观性。1ZCXxOmRmPnMoQoNsPoRpO7NaO7NmOnNmOpMjMpPwOfQrQrQbRqRtNvPpPqPxNpNoP行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。3 内容目录 1.空 心杯 电机：高 端的 直 流、永 磁、伺服 微特 电机.6 1.1.主要 特征：无 铁芯 转 子.6 1.2.核心 壁垒：绕 线工 艺.7 1.3.下游 应用：空 心杯 电 机特性 决定 下游 应用 场景.10 2.行 业分 析：人形 机器 人 潜在市 场广 阔，国产 厂商 迎弯道 超车 机遇.12 2.1.下游 需求：医 疗、航 空航天 基本 盘稳 固，人形 机器人 开辟 新蓝 海.12 2.1.1.医 疗器 械：长期 受 人口老 龄化 趋势 推动，短 期国产 替代 逻辑 清晰.13 2.1.2.航 空航 天：大飞 机 产业链 自主 可控 进程 加速，无人 机市 场规 模高 增.15 2.1.3.人 形机 器人：持 续 催化的 产业 机会，打 开空 心杯电 机新 增长 曲线.16 2.2.竞争 格局：外 资仍 占 据主要 份额，国 产厂 商持 续追赶 超越.18 3.对 标分 析：十年 磨一 剑，产品、渠 道、品牌 优势 显著.21 3.1.瑞士MAXON：空心 杯 电机全 球龙 头，质量 为本，渠道、品 牌优 势强.21 3.2.德国FAULHABER：技 术鼻祖，成 功收 并购、扩 展能力 圈.23 3.3.对标 结论：技 术与 应 用并重，形 成产 品迭 代的 良性循 环.26 4.重 点公 司.27 4.1.鸣志 电器：HB 步进 电机龙 头，空心 杯电 机国 内领先.27 4.2.鼎智 科技：微 特电 机 隐形冠 军，多产 品有 望受 益于人 形机 器人 发展.30 4.3.拓邦 股份：智 能控 制 器龙头，持 续开 辟新 增 长 曲线.31 5.投 资建 议.33 6.风 险提 示.33 行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。4 图表目录 图1.传统 直流 电机 示意 图.6 图2.空心 杯电 机示 意图.6 图3.有刷 空心 杯电 机结 构示意 图.7 图4.无刷 空心 杯电 机结 构示意 图.7 图5.鼎智 科技 直流 无槽 电机生 产流 程图.8 图6.绕卷 式空 心杯 工艺 流程图.8 图7.一次 成型 后的 线圈.8 图8.空心 杯电 机常 见绕 线方式.9 图9.绕线 机绕 线工 作过 程.10 图10.全 自动 双轴 空心 杯 电机绕 线机.10 图11.空 心杯 电机 产业 链.10 图12.特 斯拉 人形 机器 人 手部结 构.11 图13.特 斯拉 机器 人手 部 包含 6 个驱 动器 和 11 个 自 由度.11 图14.全 球微 特电 机市 场 规模.12 图15.全 球空 心杯 电机 市 场规模.12 图16.2022 年 全球 空心 杯 电机分 地区 市场 规模.12 图17.全 球空 心杯 电机 分 产品类 别市 场规 模.12 图18.微 特电 机下 游应 用 场景占 比.13 图19.空 心杯 电机 在医 疗 器械领 域的 应用.13 图20.中国 65 岁以 上人 口占比.14 图21.中国/全 球医 疗器 械市场 规模.14 图22.中 国医 疗仪 器和 器 械进口 金额.14 图23.进 口医 疗器 械注 册 国别排 位图.14 图24.空 心杯 电机 在航 空 航天领 域的 应用.15 图25.中 国航 空航 天行 业 市场规 模.16 图26.全 球军 用无 人机 市 场规模 预测.16 图27.2021 年 起人 形机 器 人重大 事件 梳理.16 图28.腾讯 Robotics X 实验室 自研 机械 臂 TRX-Arm.17 图29.特 斯拉 机器 人可 完 成分拣 等复 杂动 作.17 图30.特 斯拉 人形 机器 人 手部关 节占 成 本 8.1%.17 图31.空 心杯 电机 占手 部 执行器 成 本 54.5%.17 图32.空 心杯 电机 海内 外 主要玩 家.18 图33.空 心杯 电机 企业 营 收规模 对比.19 图34.Maxon 历 史沿 革.21 图35.Maxon 营 收情 况.22 图36.Faulhaber 历 史沿 革.23 图37.Faulhaber 盈 利情 况.24 图38.Faulhaber 资 产负 债情况.24 图39.Maxon 研 发投 入.26 图40.产 品迭 代的 良性 循 环.27 图41.鸣 志电 器营 收组 成 及主营 产品.27 图42.鸣 志电 器营 收、净 利润情 况.28 图43.鸣 志电 器毛 利率、净利率 情况.28 行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。5 图44.鸣 志电 器研 发投 入.28 图45.鸣 志电 器专 利数.28 图46.鸣 志电 器与 Maxon 产品价 格对 比.29 图47.鼎 智科 技产 品矩 阵.30 图48.鼎 智科 技营 收情 况.31 图49.鼎 智科 技毛 利率、净利率 情况.31 图50.拓 邦股 份历 史沿 革.31 图51.拓 邦股 份营 收情 况.32 表1：空 心杯 电机 特点.6 表2：无 刷空 心杯 电机 和 有刷空 心杯 电机 对比.7 表3：绕 线设 备海 内外 代 表性公 司.10 表4：空 心杯 电机 性能 特 点对应 应用 领域.11 表5：人 形机 器人 有望 带 来空心 杯电 机广 阔增 量空 间.18 表6：空 心杯 电机 海内 外 主要企 业基 本情 况对 比.19 表7：空 心杯 电机 主要 玩 家产品 尺寸 范围.20 表8：空 心杯 电机 产品 对 比.20 表9：Maxon 产 品矩 阵.22 表10：Faulhaber 产品 矩 阵.24 表11：Faulhaber 公司 布 局.25 表12：鸣 志电 器在 空心 杯电机 领域 的专 利情 况.28 表13：拓 邦股 份在 空心 杯电机 领域 的专 利情 况.32 表14：相 关公 司估 值表.33 行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。6 1.空心杯 电机：高端的直流、永磁、伺服微特 电机 1.1.主要 特征：无 铁芯 转子 空心杯电机是一种特 殊的 直流电机。传统直流电机 被广泛应用于工业生 产、家用电器、交通运 输 等 领域，由定 子和 转子 两 大 核心 部 分组 成，直 流 电机运 行时静止 不动的部 分称为 定子，定子的 主要 作用 是产 生磁 场，由 机座、主 磁极、换 向极、端盖、轴 承和 电刷 装置等 组成。常用的定 子磁 铁材 料包 括 钕 铁硼、钐 钴、铝 镍钴 和铁 氧体。运 行时 转动 的部 分 称为转 子，其 主要作用 是产 生电 磁转 矩和 感应电 动势，是 直流 电机 进行能 量转 换的 枢纽，所 以通常 又称 为 电枢，由 转轴、电 枢铁芯、电枢绕 组、换向 器和 风扇 等组成。空心杯电机在结构上 突破 了传统 直流 电机的结 构形 式，采用的是 无铁芯转子，其电枢绕组为空心杯线圈，形状类似水 杯，因此被称为“空心杯 电机”。空心 杯电 机属 于直 流、永 磁、伺 服微特电 机。这种 新颖 的转 子结构 使空 心杯 电机 具备 以下优 良特 性：节 能 特性：无 铁芯 设计 彻底消 除了 由于 铁芯 形成 涡流而 造成 的电 能损 耗，能量转 换效 率 很高，其 最大 效率 一般 在 70%以上，部 分产 品可 达到90%以上（铁 芯电 动机 一般 在 70%）；控制 特性：起动、制动 迅 速，响应 极快，机械 时间 常 数小 于28 毫秒，部 分产 品 可以达 到 10毫秒以 内（铁 芯电 动机 一 般在 100 毫 秒以 上）；在推 荐运行 区域 内的 高速 运转 状态下，可以 方便地对 转速 进 行 灵敏 的调 节；拖动 特性：运 行稳 定性 十分可 靠，转速 的波 动很 小，作 为微 型电 动机 其转 速波动 能够 容 易的控制 在 2%以内；轻量 化特 性：与同 等功 率的铁 芯电 动机 相比，其 重量、体积 减 轻 1/3-1/2，能量 密度 大 幅度提高。空心杯电机的核心指 标为 功率密度，即输出 功率与 重量或体积的比值。无 铁 芯转子 在分 子端消除了 涡流 和磁 滞损 耗，提高了 能量 转化 效率；在 分母端 减轻 了重 量和 体积。图1.传统直流电机示意图 图2.空心杯电机示意图 资料来源：Maxon 官网，安信证 券 研究中心 资料来源：Maxon 官网，安信证 券 研究中心 表1：空心杯电机特点 特点 优势 无齿槽效 应 低速运行 平稳 低振动，低噪音 转子可控 制在任 意位置 结构紧凑 磁路设计 更优 功率密度 更高 温升低，效率高 低电感 高动态响 应 高加速度 资料来源：鸣志 电器官 网，安 信证 券研究中 心 行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。7 电刷是有刷电机的一 个重 要组成元件，负责在 旋转 部件与静止部件之间 传导 电流。因 较多用石墨制 成，故 也称 碳刷。在 普通直 流电 机中，为使 转 子保持 旋转，需实 时改 变 转子电 流方 向，因此需 要使 用换 向器 和碳 刷。无刷电机取消了机械 电刷换向方式，因此需要 检测转子位置以完成电子换向。常 用的 获 取转子 位置 信息 的方 式主 要有两 种：无 传感 器控 制 方式，在 电机运转时，通 过电 机反 馈出 的可测 量变 量来 确定 转子 位置；位 置传 感器 控制 方式，电机 转 子位置是 通过 电机 内部 的位 置传感 器直 接检 测得 到的。常用 的位 置传 感器 有霍 尔传感 器、光 电编码器、旋转 变压 器等。霍尔传 感器 检测 精度 不高，但 价格 较低；而 光电 编 码器、旋 转变 压器位置 检测 准确，误差 小，一般用 于 高 性能 要求 控制 系统，如 磁场 定向 控制、直 接转矩 控制。空心杯电机按其结构 可分 为有刷和无刷两种。有刷空心杯电机（也 被 称为直流有刷无铁芯 电机，转子无铁芯）：采 用机 械 电刷换 向，一般由机壳、软磁 材料 内定 子、永 磁体 外定 子、空 心杯 型转子 电枢 组成。当空 心 杯有刷 电机 通电时，绕组 有电 流通 过，产 生转矩，转子 开始 旋转，若转子 转到 特定 角度，电 刷利用 机械 换向器的方 式改 变电 流方 向，使 输出 转矩 方向 不变，转 子继续 旋转。由 于空 心杯 有刷电 机采 用 电刷换向，电机 运行 过程 中 存在着 一定 的相 对摩 擦，这就会 产生 噪声、电火 花，降 低了 电机 的使用寿 命。一般 国内 的“空心杯 电机”泛 指有 刷电 机；无刷空心杯电机（也 被 称为直流无刷无齿槽 电机，定子无铁芯）：采 用电 子 换向的 方式，一般由机 壳，软磁 材料、绝 缘材料 和空 心杯 电枢 构成 的定子 及永 磁钢 转子 等组 成。空 心杯 无 刷电机通 过控 制电 子元 件的 通断使 不同 绕组 接入 电路，达到 换向 的效 果。这种 换向方 式使 空 心杯 无刷 电机 具有 效率 高、转 矩波 动小、使 用寿 命高、结构 精巧，维 护方 便，易 保养 等特 点。图3.有刷空心杯电机结构 示意 图 图4.无刷空心杯电机结构 示意 图 资料来源：鸣志 电器产 品手册，安 信证券研 究中心 资料来源：鸣志 电器产 品手册，安 信证券研 究中心 表2：无刷空心杯电机和有 刷空 心杯电机对比 无刷空心杯电机 有刷空心杯电机 长寿命（20,000h）电机寿命 受限（2,000h）高转速 电机转速 受限 电磁干扰 可忽略 有火花 有铁损 无铁损 需要驱动 控制 控制简单 资料来源：鸣志 电器官 网，安 信证 券研究中 心 1.2.核 心壁 垒：绕 线工 艺 空心杯电机工艺流程 复杂，加工难度远超普通直 流有 槽电机。以 鼎智 科技 的直 流 无槽电 机（即其 空心 杯电 机产品）为例，从前 段线 圈绕 制、中段轴 承、芯轴、支 撑环 等核心 零部 件安 装，到后段 后盖 安装 和线 路板 焊线等，涉及 近 30 道 工序，复杂 程度远 超普 通直 流 有槽电 机。线 圈的生产 需要 经历 漆包 线 绕线 加热 整形 出线脱 漆、接公 共线 线圈安 装等 环节。行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。8 图5.鼎智科技直流无槽电 机生 产流程图 资料来源：鼎智 科技招 股书，安信 证券研究 中心 其 中，线圈 制造 是 空心 杯电 机 的 核心 流程 之 一。无铁 芯的自支 撑绕组 由所谓的 漆包线制 成，这是一 根绝 缘铜 线，外面 有一层 漆。在制 造过 程中，通过 施加 压力 和温 度将 相邻电 线的 漆 熔化在一 起。适 当的 粘合（胶带或 玻璃 纤维）可进 一 步提高 缠绕 的强 度和 形状 稳定性，这一 点在高电 流负 载下 尤为 重要。空心杯电机线圈的生 产技 术按照线圈的成型方 式主 要分为 三类：1）人工绕线。通 过一 系列 复杂的 工艺，包 括插 针、手动卷 线、手动 排线 等步 骤进行 生产。2）绕卷式生产技术。绕卷 式生产 技术 是半 自动 化生 产，首 先将 漆包 线顺 序绕 到横截 面为 菱形的 主轴 上，达到 需要 的长度 后将 其取 下，然后 压扁成 线板，最 后将 线板 卷绕成 杯状 的线 圈。以一种 绕卷 式空 心杯 为例，其制 造流 程大 致 分 为以 下几步：六边 形线 坯线 圈绕制：在 斜 绕组绕线 机上 进行；线 坯 线圈粘 贴二 条定 型压 敏胶 带，脱模 待展 平；展平：将 定型 板插 入线坯线 圈，并 将线 圈相 错 拉平，再 送入 展平 机展 平，成 为扁 平线 坯。用竹 质 刮板整 形。剪 掉多余的 胶带，仅留 一只 搭 头，搭头 应留 在扁 平线 坯 稍微隆 起的 一面，以利 卷 筒成行；卷 筒：把扁平 线坯 送入 空心 杯卷 筒机卷 筒，使线 坯首 尾衔 接，胶 带 搭 头粘 贴于 线坯 首部外 表，成 为空心杯 线圈；涂环 氧定 型：涂 环氧 胶粘 剂后，放 入烘箱 固化 定型。3）一次成型生产技术。绕 线机 通 过自 动化 设备 将一 根漆包 线按 规律 绕到 一主 轴上，线圈 卷绕成杯状 后取 下，一次 成型，不需 要卷 圆压 扁等 多道 工序，自动 化程 度高。图6.绕卷式空心杯工艺流 程图 图7.一次成型后的线圈 资料来源：绕卷式 空心杯 电枢制 作工艺及 其设备，安信证 券研究 中心 资料来源：马鞍形 空心杯 电机线 圈绕制设 备研究，安信证 券研究 中心 海外绕线工艺发展早，自 动化程度高于国内。国 内 主要采 用绕卷 式 生产，工 艺比较 繁琐，工人劳动 强度 大，无法 完成 线径较 粗的 线圈，废 品率 高。国 外主 要采 用一 次性 绕制成 型的 生 产行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。9 技术，自动 化程 度较 高，生产效 率高，线 圈线 径范 围大、线圈 质量 好、排列 紧密，电机 种 类多、性 能好。空心杯电机按绕线方 式可 分为直绕形、马鞍形 和斜 绕形。1958 年，德 国 的 Dr.F.Faulhaber（冯哈 伯）研制 出斜 绕组 线圈绕 组技 术，在 1965 年获得 空心 杯电 机转 子线 圈斜绕 组专 利 技术。德国、瑞 士、日本 等 对空心 杯电 机的 研制 较早，在 绕线 工艺 方面 积累 了 丰富经 验。全 球空 心 杯 电 机 三 大 龙 头 中，瑞 士 Maxon 多 采 用 直 绕 形 和 马 鞍 形，德 国 Faulhaber 和 瑞 士Portescap 多采 用斜 绕形。直绕 形绕 制方 法工 艺较 为复杂，多 用于 较长 绕组 结构，常为 多 次绕制而 成；马鞍 形可 减小 线圈厚 度，在高 功率 密度 电机上 有效 减小 磁路 气隙，增加 切割 磁 场的长度，更好 地利 用定 子 磁性；斜绕 形 发展 较早，相对来 说绕 制简 单、排 线 紧密、适 用于 大批量生 产。图8.空心杯电机常见绕线 方式 资料来源：Maxon 官网Permanent magnet DC motor with coreless winding，安信证 券研究 中心 绕线是空心杯电机核 心技 术壁垒所在。设计 环节：海外 三大 家技 术起 源于 1960 年代，国内空心 杯电 机 起 步较 晚，研究较 少，缺 少结 合材 料 细分牌 号、转 子杯 类型 对 电机的 优化，欠缺 体系 化的 正向设 计，缺乏 定制 化要 求的系 统驱 动方 案配 置与 产品设 计能 力；加工环节：与传统 的无 刷电 机、有 刷 电机、伺 服电 机相 比，空 心杯电 机的 结构 属于 无齿 槽结构，没有 定子 槽，所有 漆包 线都 是悬空 绕线，内 部没 有任 何支撑，在 工艺 上难 度很 高，早 期成 品率 低。在绕线 精度 方面，空 心杯 电机精 度要 求比 传统 电机 更高。空心 杯电 机本 身体 积较小，对 误 差的容忍 度和 普通 永磁 电机、步进电 机相 比更 低，加 工精 度直接 影响 磁场 的稳 定性。导线粗 细、绕组匝 数的 不同，使 得绕 组电阻 值、启动 电流 以及 速度常 数等 电机 参数 存在 较大的 差异。因此，国 内厂 商需 要在 生产 加工环 节提 高精 度、良品 率、自 动化 程度。与海外相比，我国在绕线 设备方面也相对薄弱。绕线 设备 可分 为 全 自动 和需 要人工 的非 自动设备。与海 外相 比，我国 绕线设 备自 动化 程度 相对 较低。全球 领先 的绕 线设 备制造 商包 括 瑞士Meteor、日本 田中 精机 株式会 社 和 日特 机械 工程 株式会 社。国内 企业 在设 备方面 仍然 处 于相对空 缺的 状态，多 外购 日本绕 线设 备，价格 从几 十万到 百万 不等。国 内相 对具有 代表 性 的公司包 括中 特科 技、东莞 市台立 电子 机械 有限 公司、勤联 科技、昆 山库 克等。行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。10 图9.绕线机绕线工作过程 图10.全自动双轴空心杯电 机绕 线机 资料来源：永磁无 刷空心 杯电机 及控制器 研究，安 信证券 研究中 心 资料来源：中特 科技，安信证 券研 究中心 表3：绕线设备海内外代表 性公 司 海外/国内 公司名称 公司概况 海外 Meteor 瑞士的Meteor 公司 是世界 上有着 较高占有 率的绕 线机供 应商。该公 司在该行 业具有 较为先 进的技术和强 大的研 发实力，研制 出诸 多类型的 线圈绕 制设备，攻克 了较 多技术上 的难题，在多 个方面有着独 特的解 决方案。代表 产品M21 系列绕 线机，可进行 一次成 型 电机线圈 的绕制。田中精机 世界绕线 机生产 的鼻祖，第一 个将 计算机控 制用于 全自动 绕线机 上，发明了磁 铁无摩 擦张力 器，研发出CNC 可翻 转的多 轴绕线 设备。日特机械 工程（6145.T）从应用于 大量生 产的多 轴，全 自动 系统到单 轴（少 数轴）的台式 绕线 机的生产。代表 性产 品 BAS系列是绕 制各种 空心线 圈，能 够实 现一次成 型的设 备。国内 中特科技 中特科技 有限公 司是我 国从事 电机 设备研究 与制造 较早的 企业，为电 机制造企 业提供 了个性 化系统解决方 案。特 别是在 无刷电 机生 产设备领 域，该 公司生 产的多 款自 动以及半 自动绕 线设备 是国内该行业 专用设 备中的 佼佼者，成 为国内较 受欢迎 的绕线 设备生 产厂 商。设备 可实现 全自动 绕卷式空心杯 电机线 圈绕线。台立电子 主要生产 航模电 机绕线 机、直 流无 刷电机绕 线机、电动车 电机绕 线机、风扇电 机绕线 机等各 种电机定子线 圈绕线 机，以 及空心 线圈、罗氏线 圈、汽 车发电 机、电 磁线 圈、整流 器线圈、大扭 力箔式线圈、蜂巢线 圈等专 用绕线 机。勤联科技 勤联科技 绕线机，是国 产空心 杯绕 线机中较 少掌握 采用一 次性绕 制成 型生产技 术的设 备，是 国产绕线机中 自动化 程度较 高的设 备。该设备采 用的是 一次成 型技术，省 掉了对线 圈进行 压扁、卷圆、校圆 等工序，直接 将线圈 绕制 成蜂巢式 形状。昆山库克 昆山库克 自动化 研制的 斜绕形 绕线 机，是同 哈尔滨 工程大 学合作 研发 的设备，可以绕 制一定 线径的空心杯 线圈，实现较 高的绕 线效 率。对于 斜绕形 的线圈 有着较 好的 绕制效果，并且 线圈一 次成型，避免 了后续 的压扁、卷圆 等繁 琐的工序。资料来源：马鞍形 空心杯 电机线 圈绕制设 备研究，各公司 官网，安信证券 研究中 心整理 1.3.下 游应 用：空 心杯 电机特 性决 定下游 应用 场景 空心杯电机属于微特 电机，上游原材料与微特电机 原材料类似，包 括铜、钢材、磁 钢、轴 承、塑料等。空心 杯电 机最 初 被应用 于航 空、航 天、军 事等尖 端行 业，近 年来 其 应用领 域逐 步扩展至民 用行 业，如医 疗装 置、消 费类 电子 产品、电 动工具、工 业自 动化 等场 景。图11.空心杯电机产业链 资料来源：安信 证券研 究中心 行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。11 空心杯电机的不同性 能对 应其在不同领域的应 用：1）体积小、重 量轻、功 率 体积比大的特征使其 适用 于对重量要求较高的 领域，如 各类 飞行 器等，可以 最大 限度 减轻 飞 行器的 重量；也 被 广泛 用 于各类 消费 类电 子产 品，如电动 牙刷、便携电风 扇等。2）起动制动迅速、响应极 快的特点使其适用于 需要 实现快速自动控制的 领域，如 对控 制性 能要求较 高的 导弹 方向 调节、高倍 率光 驱随 动、高灵 敏设备、工 业机 器人 等。3）能量 转化 效率 高、运行时 间长 的特 点使 其适 用于各 类对 节能 和续 航有 要求的 领域，如 便携式仪 表及 野外 工作 的仪 器设备。表4：空心杯电机性能特点 对应 应用领域 性能特点 应用领域 图例 响应迅速，快速 的自动 控制 导弹的飞 行方向 快速调 节，高 倍率 光驱的随 动控制，快速 自动调焦，高 灵敏的 记录和 检测设 备，工业机器 人，仿 生义肢 等 运行时间 长、节 能 各类便携 式的仪 器仪表，个人 随身 装备，野 外作业 的仪器 设备，电动 车等 重量轻，体积小，能耗 低 各种飞行 器，包 括航空、航天、航 模等 各种消费 类电子 产品、民用电 器等 资料来源：永磁无 刷空心 杯电机 及控制器 研究，百 度百科“空心 杯电机”词条，安信证 券研究 中心 整理 人形机器人打开了空 心杯 电机应用新蓝海。据特斯拉 5 月 AI Day 发布 的人 形 机器 人 Optimus最新进 展，每只 手包 括 6 个驱动 器和 11 个自 由度，大拇 指包 含两 个驱 动器，其他 四指 各 包含一个 驱动 器，手 部可 负 重 20 磅。手 部关 节模 组主 要由空 心杯 电机、精密 行 星减速 器、滚 珠丝杠和 传感 器构 成。空心 杯电机 使手 指拥 有活 动能 力，精 密行 星齿 轮箱 使得 机械手 定位 更 精准、运 用更 灵活，编 码器 提供了 手部 高精 度位 置反 馈和速 度反 馈，传感 器使 机器人 拥有 类 似人类的 知觉 功能 和反 应能 力。据马斯克预计，未 来人形 机器人数量或将超过 人类 数量，长期有望达 到百亿 台 级别。空 心杯电机 是 机器 人手 部主流 技 术方案，确 定性 较高。人 形机器 人每 只手 用 到 6 个 空心杯 电机，考虑终局 情形，人 形机 器人 有望达 到百 亿台 级别，若 人形机 器人 量产 落地，将 拉动空 心杯 电 机相关企 业营 收大 幅增 长。图12.特斯拉人形机器人手 部结 构 图13.特斯拉机器人手部包 含 6 个驱动器和 11 个自由度 资料来源：Tesla AI Day，安 信证 券研究中 心 资料来源：Tesla AI Day，安 信证 券研究中 心 行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。12 2.行业分 析：人形机器人潜在 市场广阔，国产 厂商迎弯道超车机 遇 2.1.下 游需 求：医 疗、航空航 天基 本盘稳 固，人形机 器人 开辟新 蓝海 空心杯电机属于 微特 电机 的一个细分领域。微 特 电 机一般 指功 率 在750 瓦以 下，机座 外径 不大于 160mm 或中 心高 不大 于 90mm 的 电机，简称 微电 机，全 称微型 特种 电机。微 特电机 主要 应用领域 包括 电动 玩具、模 型制作、家 用电 器、汽 车行 业、医 疗器 械、机 器人 制造、电动 工具、安防设 备等。据 SKYQUEST 数据,2022 年全 球微特 电 机市场 规模 为 406.5 亿 美 元，2030 年预计达 到560.7 亿 美元，2022-2030 年 CAGR 为4.1%。据QY Research 数据，2022 年全球空心杯电机 市场 规模7.48 亿美元，同比增 长 10.55%，增速高于微特电机 2022 年的 同比 增速。分地 区看，2021 年 空心 杯电 机 全 球市 场 规模 6.77 亿美元，中国、欧 洲和 其他 地区分 别占 比 34.80%、25.85%和 39.35%。2022 年 亚 太、欧 洲、北美地区 分别 占比 49%、25%和 20%。分 产品 类别 看，2022 年有 刷空 心杯 电机 市场规 模 4.92亿美元，占 比 65.8%；无 刷空心 杯电 机市 场规 模2.56 亿 美元，占比34.2%。随着空 心杯 电机技术的 持续 成熟，无 刷空 心杯电 机占 比预 计持 续提 升，2028 年预 计达 到 42.2%。图14.全球微特电机市场规 模 图15.全球空心杯电机市场 规模 资料来源：SKYQUEST，安信证 券研 究中心 资料来源：QY Research，安信证 券研究中 心 图16.2022 年全球空心杯电 机分 地区市场规模 图17.全球空心杯电机分产 品类 别市场规模 资料来源：QY Research，安信证 券研究中 心 资料来源：QY Research，安信证 券研究中 心 空 心杯 电机 目前 市场 规模较 小，我们 以 微 特电 机 为例 对其 下游 市场 应用 比例进 行 大 致把 握。微特电 机主 要应 用领 域 为C 端民 用产 品，消费 电子 占 29%，家 用电 器占26%。武器、航空、农业、纺 织、医疗、包 装合计 占比 20%，其 余汽 车电 子、影 像处 理、工业 控制 及其他 分别 占 比13%、7%和5%。行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。13 图18.微特电机下游应用场 景占 比 资料来源：中国 电子元 件行业 协会、中商产 业研究 院，安 信证券 研究 中心 空心杯电机作为微特 电机 中的高端产品，主要 应用 领域与微特电机存在 一定 差异。我 们将重点介绍 空心 杯电 机在 医疗 器械、航空 航天 以及 机器 人领域 的应 用。2.1.1.医疗器械：长期受人 口老 龄化趋势推动，短期 国产 替代逻辑清晰 空心杯电机在医疗领 域中 的应用主要分为以下 几类：1）有源植入物，如 心脏 支 持系统、主 动阀、定位 系 统、泵 系统 等。传 感器 或 有源元 件可 以帮助有源 植入 物监 控或 支持 人体功 能。植入 物旨 在确 保可以 长期、可 靠的 应用，电机 也必 须 同样安全 地运 行。2）外科系统，如 手术 机器 人、电动 工具、牙医 设备 等。空心 杯电 机作 为精 密 外科手 术机 器人的动力 元件，可 以保 证复 杂的手 术安 全、快速 的完 成，同 时利 用高 灵敏 的空 心杯电 机可 以 有效的减 少组 织创 伤，缩短 伤口愈 合、康复 时间。3）泵 机 和药 剂 配 量系 统，如 胰岛素 泵/止痛泵 等。糖尿 病患者 日常 可能随 身携带 胰岛素 泵，在必要 时自 动注 射必 要的 胰岛素 剂量，使 患者 血糖 水平维 持正 常。空 心 杯电 机更加 小巧、安全，与 齿轮 箱配 合可 精确 输送胰 岛素。4）复健和假肢，如 仿 生手、仿 生脚、外骨 骼、治 疗 系统等。假肢 的设 计要 求 紧凑、具 备高 转矩和高 速度，空 心杯 电机 的特性 可以 满足 设计 要求。图19.空心杯电机在医疗器 械领 域的应用 资料来源：Maxon 官网，安信证 券 研究中心 行 业专题/机械 本报告版权属于安信证券股份有限公司，各项声明请参见报告尾页。14 空心杯电机有望从以 下两 方面受益于我国医疗 器械 行业的发展：1）人口老龄化促进 医疗水 平提升需求，药械 比向全 球水平对齐。我国 65 岁 以 上人口 占比 逐年提升，由 2013 年9.68%上升 至2021 年的 14.22%。人口 老龄 化趋 势将 增加 对医疗 服务 的 需求，远 期来 看医 疗器 械行 业将受 益，市场 规模 有望 持续扩 大。据罗 兰贝 格数 据，2022 年我 国医疗器 械市 场规 模预 计达 9,582 亿元 人民 币，近 7 年复合 增速 约 17.5%，而 其余国 家整 体增速仅 为 1.2%，远超 平均 水 平，已 跃升 成为 除美 国外 的全
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