空心杯電機(jī)是人形機(jī)器人靈巧手的關(guān)鍵零部件。對(duì)于人形機(jī)器人而言，其手指空間狹小，因而人形機(jī)器人手指關(guān)節(jié)需配備更多小型化且能夠輸出較大力的電機(jī)，屬于直流永磁伺服電動(dòng)機(jī)的空心杯電機(jī)完美契合人形機(jī)器人對(duì)應(yīng)手指關(guān)節(jié)輕量化、高精度等需求。目前以特斯拉為代表的著力于人形機(jī)器人量產(chǎn)化的企業(yè)主要采用了空心杯電機(jī)方案。
空心杯電機(jī)被譽(yù)為電機(jī)領(lǐng)域“皇冠上的明珠”，充分適配靈巧手的應(yīng)用場景。
空心杯因特殊的繞組結(jié)構(gòu)——其轉(zhuǎn)子形似杯子而得名。
1958年Dr. F. Faulhaber博士研發(fā)出斜繞組線圈技術(shù)并在1965年獲得空心杯電機(jī)的相關(guān)專利，標(biāo)志著空心杯電機(jī)的問世，其創(chuàng)造性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得電機(jī)可以兼具較小體積和較大效率，也一度使得Faulhaber成為空心杯電機(jī)的代名詞。
空心杯電機(jī)是一種微型伺服直流電機(jī)，通常來講尺寸一般較小通常不超過40mm。與傳統(tǒng)電機(jī)對(duì)比來看，一般的直流有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子是固定在鐵芯上的線圈，而空心杯電機(jī)最大的不同在于其電機(jī)繞組取消了鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子僅由線圈按照一定的排列繞制而成。
空心杯取消鐵芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從本質(zhì)上解決了鐵芯結(jié)構(gòu)帶來的種種問題，因此除小尺寸下帶來的高功率密度優(yōu)勢之外，空心杯電機(jī)還具有效率高、轉(zhuǎn)速快、響應(yīng)快等特點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)良好的節(jié)能效果、動(dòng)力性能、控制性能等。因此空心杯充分適配靈巧手在實(shí)際場景中進(jìn)行靈活抓握等需求。
因其優(yōu)異的性能，空心杯下游應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。既可以應(yīng)用在部分對(duì)于轉(zhuǎn)速、性能要求等相對(duì)較低的場景諸如電動(dòng)牙刷、洗臉儀、傳送帶等，也可以用在對(duì)抗干擾能力要求較高的航空航天、以及對(duì)精度、轉(zhuǎn)速、控制性能要求較高的光學(xué)、測量、國防等領(lǐng)域。此外在醫(yī)療領(lǐng)域空心杯電機(jī)在假肢、外骨骼等領(lǐng)域已經(jīng)有較為成熟的應(yīng)用。
空心杯電機(jī)份額仍然集中在海外廠商，國產(chǎn)廠商持續(xù)推進(jìn)國產(chǎn)替代。
國內(nèi)外空心杯電機(jī)制造商在軟實(shí)力和硬實(shí)力均有一定差距。硬實(shí)力的差距主要集中在電機(jī)材料選用、本體設(shè)計(jì)和機(jī)電控制方案配置，國外企業(yè)具有先進(jìn)的加工鍍膜工藝與更扎實(shí)的電機(jī)材料理論研究、小尺寸電機(jī)設(shè)計(jì)能力強(qiáng)和上千種方案進(jìn)行驅(qū)動(dòng)配置；軟實(shí)力的差距主要集中于市場影響力、客戶資源、品牌聲譽(yù)與市場認(rèn)可度等。
海外廠商起步較早，擁有性能優(yōu)異的設(shè)備和穩(wěn)定成熟的工藝。目前空心杯電機(jī)龍頭為瑞士MAXON、德國FAULHABER和瑞士PORTESCAP全球市占率70-80%。
從國內(nèi)市場來看，國內(nèi)具備空心杯電機(jī)公司不多，市場還擁有較大增量空間。值得注意：
鳴志電器，全球運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域知名制造商，同時(shí)也是是國內(nèi)電機(jī)行業(yè)龍頭企業(yè)，公司最先突破設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)壁壘，產(chǎn)品性能與海外競爭對(duì)手對(duì)標(biāo)，可滿足人形機(jī)器人用要求，且價(jià)格至少低于海外1000元。
江蘇雷利，全球知名的微特電機(jī)龍頭企業(yè)，深耕微特電機(jī)三十載，是國內(nèi)規(guī)模最大的微電機(jī)模塊化解決方案提供商，擁有具備國際競爭力的研發(fā)基地以及先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線。
偉創(chuàng)電氣，國內(nèi)工控新勢力，自設(shè)立以來一直專注于電氣傳動(dòng)和工業(yè)控制領(lǐng)域，立足優(yōu)勢工控產(chǎn)品，聚焦空心杯電機(jī)國產(chǎn)突破。
拓邦股份，中國智能控制領(lǐng)域第一家上市公司，掌握電控、電機(jī)、電池三大核心技術(shù)，圍繞控制器、電機(jī)、電芯三大產(chǎn)品為機(jī)器人、工具、家電、新能源等行業(yè)提供智能解決方案。
隨著特斯拉擎天柱的國產(chǎn)化，國內(nèi)空心杯電機(jī)有望切入人形機(jī)器人市場，突破技術(shù)壁壘，憑借價(jià)格優(yōu)勢持續(xù)推進(jìn)國產(chǎn)替代。
人形機(jī)器人打開空心杯市場想象空間
空心杯電機(jī)屬于微特電機(jī)的一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，原本市場規(guī)模并不大，但人形機(jī)器人的發(fā)展，給其帶來了廣闊的增長空間。
全球空心杯電機(jī)已有市場規(guī)模預(yù)計(jì)15億美元。人形機(jī)器人為空心杯電機(jī)帶來新業(yè)務(wù)增量，假設(shè)特斯拉人形機(jī)器人量產(chǎn)25/100萬臺(tái)，對(duì)于空心杯電機(jī)采購額為18/72億元，新增人形機(jī)器人市場彈性為17%/67%。
據(jù)馬斯克表示，Optimus 有望于2023年底開始交付，2023~2025年目標(biāo)交付量分別為10萬臺(tái)/50萬臺(tái)/100萬臺(tái)。
“未來每個(gè)人都會(huì)擁有一個(gè)人形機(jī)器人，如果人形機(jī)器人和人的比例是2比1左右，那么人們對(duì)機(jī)器人的需求量可能是100億乃至 200 億個(gè)。”預(yù)計(jì)到2025年，空心杯電機(jī)有望迎來近百億級(jí)別的新增市場空間。
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