空心杯电机

摘要：一方面，全球范围内对医疗器械、电动工具、航空航天器、仪器仪表、工业自动化产品需求的持续扩大，带动空心杯电机市场规模持续扩张。另一方面，空心杯电机具有优良的控制特性和运行特性，适配需要快速响应、频繁启停的人形机器人手部关节；未来随着人形机器人量产，有望为空心杯电机产业带来广阔新增市场。2023年全球空心杯电机市场规模约为8.01亿美元，预计到2028年全球空心杯电机市场规模有望达到11.86亿美元。

一、定义及分类

空心杯电机是一种采用无铁芯转子的直流永磁伺服控制电机，空心杯电机通常尺寸较小，直径不超过40mm，也可归类为微型电机。根据换向方式的不同，空心杯电机可分为有刷空心杯电机和无刷空心杯电机。有刷空心杯电机又被称为直流有刷无铁芯电机，其采用电刷换向，因此在运行过程中存在一定的相对摩擦，从而产生噪声、电火花，使得其使用寿命明显低于无刷空心杯电机。有刷空心杯电机的优点在于其控制简单、反应灵敏，适用于对产品灵敏性和可靠性要求较高的行业。无刷空心杯电机又被称为直流无刷无齿槽电机，其通过控制电子元件的通断使不同绕组接入电路从而达到换向的效果。无刷空心杯电机使用寿命长、转速高，适用于需要长时间连续运行的应用场景。

二、行业政策

1、主管部门和监管体制

空心杯行业的主管部门为工业和信息化部、国家发展和改革委员会等，行业自律组织为中国电器工业协会微电机分会、中国电子元件行业协会微特电机与组件行业分会。

国家发展和改革委员会主要负责拟订并组织实施产业发展战略、中长期规划和年度计划，推进产业结构战略性调整，促进行业体制改革，促进行业技术发展和进步等工作。工业和信息化部主要负责拟订实施行业规划、产业政策和标准，监测行业日常运行，推动重大技术装备发展和自主创新，指导行业结构调整、行业体制改革、技术进步和技术改造等工作。

中国电器工业协会微电机分会的基本职能是沟通、协调、自律、服务，主要业务范围包含向政府反映会员的愿望和要求，向会员传达政府的有关政策、法律、法规并贯彻落实；收集国内外本行业基础资料和调研相关情况，向政府提出本行业发展等方面的建议，协助政府组织编制行业发展规划和推动行业内相关方面的协调发展；组织开展市场调研和预测，协助政府规范市场行为，为会员开拓市场和建立公平、有序竞争的外部环境创造条件等内容。中国电子元件行业协会微特电机与组件行业分会贯彻执行党的路线、方针、政策；协助政府开展行业管理工作；积极倡导行业自律，诚信经营，规范会员行为，培育维护良好的电子元件产业市场环境；发挥政府、会员、市场间的桥梁和纽带作用，反映会员诉求，维护会员和行业的合法权益，开展国际交流与合作，促进行业持续健康发展。

2、行业相关政策

2022年6月出台的《工业能效提升行动计划》明确提出要“实施电机能效提升行动”。空心杯电机的能量转化效率高，属于节能电机产品，因此其发展受到国家政策的支持。空心杯电机是实现机器人运动控制的关键零部件，是人形机器人手部关节的主流技术方案，与机器人产业发展密切相关。2023年1月发布的《“机器人+”应用行动实施方案》提出“支持开展高转矩密度伺服电机、高动态运动规划与控制等机器人产业链核心技术攻关”。2023年10月发布的《人形机器人创新发展指导意见》更是提出“面向人形机器人高爆发移动需求，突破高力矩密度减速器、高功率密度电机、伺服驱动器等融合的高精度电驱动执行器，打造电驱动旋转关节、电推杆产品”。2023年以来国家和地方政府出台了多个政策鼓励发展机器人产业，并明确提出要支持机器人产业链协同发展，机器人相关支持政策的出台，利好空心杯电机行业。

三、行业壁垒

1、技术壁垒

空心杯电机工艺流程复杂，核心技术壁垒主要集中在绕线方面，线圈的绕制过程直接影响了空心杯电机体积、转速、功率密度和良率等性能。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。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，需要在生产加工环节提高精度、良品率、自动化程度。这些技术要求形成了较高的技术壁垒，使得新进入者在短时间内难以达到行业标准。

2、客户群壁垒

空心杯电机及其驱动系统基本属于客户定制型产品，属下游客户设备中的高端部件，每一客户的需求量有限，控制电机及其驱动系统制造商以客户数量在竞争中取胜。没有大量稳定的客户难以发展壮大。

3、市场拓展壁垒

作为关键部件，空心杯电机对下游企业产品的性能、品牌会产生很大影响，下游企业需要经长时间考核才能选定合格供应商，不会轻易更换。只有创新能力强、产品质量性能优越、后续服务水平好的企业才能成为合格供应商，一旦选定供应商，就会建立长期稳定的采购供应关系。新进企业面临市场拓展壁垒。

4、个性化产品壁垒

空心杯电机的优劣将影响下游客户自身产品的性能发挥、系统稳定性甚至影响正常运行，下游客户在采购空心杯电机时尤为慎重，可能要求空心杯电机供应商根据自身特定要求做出产品工艺设计和工艺调整，还可能要求供应商以自身为导向开展研发，在产品供应过程中，空心杯电机上下游之间会形成相互协作、风险共担、利益共享的战略协作关系，一旦形成，关系较为牢靠，新进企业难以突破。

5、资金壁垒

空心杯电机体积虽微小，但却可以实现精确的微控制，空心杯电机产品性质决定了空心杯电机制造有着相当高的工艺要求，需要投入大量现代化设备，如现代化厂房、全进口高精度模具、全自动高速冲床、全自动定子电镀、精密转子生产线、自动生产线等，这些需要雄厚的资金。产品的更新换代，还须进一步投入大量的设备和研发费用。此外，下游行业一般采购付款周期较长，较多地占用生产商营运资金，需要生产商预先垫付资金。供应商应具备资金周期长的承受能力。

四、产业链

1、行业产业链分析

空心杯电机上游为绝缘材料、铜材、电工用硅钢等原材料。常用有色金属、稀有稀土金属作为制造空心杯的重要基础原材料，其市场价格的波动对行业内企业采购原材料的价格有着直接的影响。空心杯电机避开了有铁芯电机的多种技术弊端，各方面性能表现卓越，在很多应用场合拥有不可替代的地位。其最初被应用于飞机、航天器及运载火箭等尖端行业，近年来其应用领域逐步扩展至民用行业，如医疗器械、机器人、无人机、电动工具等领域。空心杯电机产业链如下图所示：

空心杯电机行业产业链

绝缘材料

湖北平安电工科技股份公司

东莞市硅翔绝缘材料有限公司

烟台东化新材料有限公司

威达绝缘材料制造有限公司

电工钢

宝山钢铁股份有限公司

新余钢铁股份有限公司

马鞍山钢铁股份有限公司

北京首钢股份有限公司

铜材

宁波金田铜业(集团)股份有限公司

云南铜业股份有限公司

浙江海亮股份有限公司

安徽楚江科技新材料股份有限公司

铜陵有色金属集团股份有限公司

上游

上海鸣志电器股份有限公司

深圳拓邦股份有限公司

江苏鼎智智能控制科技股份有限公司

苏州伟创电气科技股份有限公司

中游

医疗器械

机器人

无人机

电动工具

仪器仪表

工业自动化

下游

2、行业领先企业分析

（1）上海鸣志电器股份有限公司

上海鸣志电器股份有限公司长期专注于运动控制产品及其系统解决方案领域，形成了以控制电机及其驱动控制系统为主导，电源与照明系统控制、设备状态管理系统、电子元器件产品贸易代理协同发展的业务架构。企业从事控制电机及其驱动系统业务已逾20年，企业通过合资设立安浦鸣志自动化，及收购美国AMP、LINENGINEERING、瑞士TMotion等企业，整合并形成了全球领先的电机驱动控制产品研发、制造平台。企业掌握了国际领先的控制电机的核心技术，并具备空心杯电机、步进电机、直流无刷电机、电机+丝杠模组、电机+减速机模组等产品的定制化开发及规模化生产能力。2015年企业取得首个空心杯电机相关专利；2019年通过收购瑞士TMotion，使得企业实现了空心杯电机+驱动控制器的系统级平台产品供应能力。2023年上半年企业的控制电机及其驱动控制系统业务收入达10.73亿元，同比增长6.62%。

（2）深圳拓邦股份有限公司

深圳拓邦股份有限公司是全球领先的智能控制解决方案商，于2007年在深圳证券交易所上市。公司研发制造控制器、电机、电源、电池四大类产品并搭建了物联网平台，面向家电、工具、新能源、工业、智能解决方案五大领域提供各种定制化智能控制系统解决方案。拓邦股份早在2007年就开始布局电机业务，2009年企业突破空心杯电机制造技术门槛，2010年企业制造的空心杯电机率先应用于医疗器械产品并得到市场认可。经过多年的发展，企业已经同时具备多款生产空心杯有刷电机及空心杯无刷电机生产能力。2023年智能控制行业处于去库存阶段，2023年前三季度企业营业收入达63.61亿元，同比下降2.66%；2023年前三季度企业实现归母净利润3.76亿元，同比下降18.00%。

五、行业现状

一方面，全球范围内对医疗器械、电动工具、航空航天器、仪器仪表、工业自动化产品需求的持续扩大，带动空心杯电机市场规模持续扩张。另一方面，空心杯电机具有优良的控制特性和运行特性，适配需要快速响应、频繁启停的人形机器人手部关节；未来随着人形机器人量产，有望为空心杯电机产业带来广阔新增市场。2023年全球空心杯电机市场规模约为8.01亿美元，预计到2028年全球空心杯电机市场规模有望达到11.86亿美元。

六、发展因素

1、机遇

（1）空心杯电机市场将随着医疗器械国产化进程的推进而不断发展

医疗器械行业的发展关乎“健康中国”和“制造强国”战略的实施，突发公共卫生事件的装备保障，以及人民生活品质和福祉水平的提升。目前，我国医疗器械产业发展不平衡不充分问题仍然突出，在关键核心技术、产业链供应链安全稳定、创新产品推广应用等方面仍存在短板。同时，新冠肺炎疫情加速了全球产业链供应链区域化、本地化进程，发达国家在医疗器械市场的竞争日趋激烈，我国医疗器械向产业链价值链中高端迈进的阻力和竞争压力明显加大。在此背景下，我国发布了《“十四五”医疗装备产业发展规划》，提出到2025年我国医疗装备产业基础高级化、产业链现代化水平明显提升，主流医疗装备基本实现有效供给，高端医疗装备产品性能和质量水平明显提升，初步形成对公共卫生和医疗健康需求的全面支撑能力。为实现前述规划中提到的目标，国产化是我国医疗器械产业发展的必由之路。

空心杯电机在医疗领域中的应用广泛，可用于心脏支持系统、手术机器人、牙医设备、胰岛素泵、止痛泵、仿生义肢、外骨骼等领域。空心杯电机是医疗器械核心零部件之一，属于医疗器械产业链重要的一环，对保障产业链、供应链的安全稳定，提升医疗器械产品性能有着重要的作用。因此，我国空心杯电机行业将在医疗器械行业国产化、高端化进程的推动下得到进一步发展。

（2）人口老龄化将带动工业自动化市场对空心杯电机的需求

近年来，我国人口老龄化不断发展，制造业用工缺口不断扩大，企业用工成本持续增长。各行业为应对劳动力短缺及用工成本上升的问题，开始使用工业自动化设备以减少人力操作，提升生产效率的同时控制生产成本。为应对用工短缺及人力成本上涨问题的不断加剧，工业自动化设备在制造业的应用规模将进一步扩大。空心杯电机作为工业自动化设备实现自动对焦、精准平台移动、自动抓取、精准流量控制等功能的重要零部件，其市场将随着工业自动化设备需求的增长得到进一步发展。

（3）人形机器人产业发展提速，引领空心杯电机行业新增长

人形机器人按照人类的生理结构进行设计，具备在多种应用场景取代人类从事各项工作的潜力。一方面，以ChatGPT为代表的大模型出现使得通用人工智能技术得到质的飞跃，有助于人形机器人语言能力、视觉能力、运动控制能力提升，同时可通过AI虚拟仿真测试大幅降低人形机器人测试成本。另一方面，全球多家科技公司入局，将加速推动人形机器人技术落地。近几年，全球多家科技巨头企业纷纷宣布布局人形机器人产业，海外有特斯拉、波士顿动力机器人、Engineered Arts、1XTech-nologies、三星等企业，国内有小米、优必选、傅利叶等企业，推出了人形机器人产品。特别是特斯拉规划将在3-5年内实现人形机器人“Optimus”的量产。根据特斯拉公布的人形机器人“Optimus”技术细节：Optimus每只手包括6个手部执行器，手部执行器主要由空心杯电机、精密行星减速器、滚珠丝杠和传感器构成，这意味着每台Optimus人形机器人至少需要12个空心杯电机。

我国也在大力推动人形机器人产业的发展，工业和信息化部发布的《人形机器人创新发展指导意见》提出2025年我国实现人形机器量产的发展目标。工业和信息化部将在未来几年内推动实施人形机器人创新工程，围绕专用软件、核心部组件、整机及应用示范等重点任务加大投入。在国家政策的支持下，国内人形机器人产业将加快发展步伐。受益于国内对人形机器人产业及相关产业链配套的大力扶持，我国空心杯电机行业将迎来广阔的发展空间。

2、挑战

（1）行业参与者或将增加，使得行业市场竞争加剧

我国空心杯电机面临着国内和国外市场两重竞争压力。与海外领先企业相比，我国企业在产品尺寸、性能参数等硬实力，和市场影响力、销售渠道、客户资源等软实力方面均处于弱势地位。若海外领先企业加大对国内市场的开拓，可能对国内企业现有市场空间形成挤压。此外，人形机器人领域的潜在市场空间或将吸引众多企业布局空心杯电机产业，也可能使得行业市场竞争加剧。

（2）原材料价格波动，影响企业生产成本控制

空心杯电机的主要原材料包括电工钢、铜材等，相关原材料的价格可能会受到宏观经济变化及相关产业政策的影响，价格波动较大。从2020下半年开始，由于受到疫情影响，全球材料市场供需失衡，叠加全球货币政策影响，铜、钢等相关金属产品价格波动起伏较大，在一定程度上影响空心杯电机企业的盈利水平，存在原材料价格波动对经营业绩产生负面影响的风险。

（3）人形机器人技术发展不成熟

一方面，人形机器人技术发展不成熟，人形机器人灵巧手的必要性及形态等方面尚存不确定性。另一方面，目前单台人形机器人成本达到六、七十万元，成本高昂也限制了其应用推广。人形机器人量产落地时间、节奏仍有不确定性，人形机器人降本仍然有一定压力，可能出现人形机器人量产进展有低于预期的情况。人形机器人产业发展的不确定性因素较多，使得空心杯电机的新增需求放量节奏不明确。

七、竞争格局

空心杯电机产品技术含量高、生产难度大。且其下游分布广阔，不同应用领域产品规格、性能要求有差异，使得企业需要具备定制化生产能力。同时下游应用领域产品与技术处于不断变化状态，需要空心杯电机制造商及时根据客户需求做出快速反应，对产品进行优化与迭代。总的来看，空心杯电机行业壁垒较高，使得其市场集中度高。海外4大厂商——Maxon Motor、Faulhaber、Portescap、Allied Motion，起步很早，目前占据了全球65%以上的市场份额。这四大制造商在技术专利积累、产品种类数量及全球化的销售渠道等方面具有明显优势。国内空心杯电机企业起步较晚，技术水平相对国外领先企业有差距。但是国内制造商如鸣志电器、拓邦股份、鼎智科技在空心杯电机领域技术进步较快，并通过灵活的生产、本土化销售和定制化服务来满足客户的需求，已经在国内市场上具备了较大的竞争优势，成为国内市场的重要参与者。此外，伟创电气、昊志机电、兆威机电、至达电机、昊升电机、鑫宝达电机等企业正在积极布局空心杯电机行业，但根基尚浅。

空心杯电机行业企业竞争梯队

八、发展趋势

近年来国际贸易摩擦加剧，产业链逆全球化趋势逐步显现，空心杯电机国产替代是大势所趋。要实现人形机器人在多个应用场景的批量化应用，首先要降低其制造成本。我国企业生产的空心杯电机拥有价格低廉、交付周期短等优势。未来中国企业有望发挥其价格优势，抢占人形机器人市场。我国空心杯电机生产企业将进一步优化电机结构设计，攻克制造关键技术，开展新材料研发，进而实现高合格率和高品质小尺寸空心杯电机的批量生产，以满足下游市场对空心杯电机控制精度高、稳定性好、功率密度大、重量轻等性能的要求。