空心杯電機：人形機器人核心零部件，本土市場需求爆發可期

近日，英偉達CEO黃仁勳在台灣大學發表演講，並將機器人放在最後一個部分「壓軸登場」。

在演講中，黃仁勳強調了機器人和AI在未來發展中的重要性，他表示：「機器人時代已經到來。」

「有朝一日，移動的物體都將實現自主運行。我們正致力於通過推進英偉達機器人堆棧的發展，來加速生成式物理AI。」

作為機器人動力系統關鍵部件的空心杯電機，具有高效能、輕量化及精準控制的特點，在實現機器人自主運行方面扮演著舉足輕重的角色。

空心杯電機市場發展空間多大？產業鏈發展情況如何？競爭格局是怎樣的？

01 空心杯電機行業綜述

空心杯電機是一種採用無鐵芯轉子的直流永磁伺服控制電動機，其尺寸較小，直徑不超過40mm，可將其歸類為微特電機的細分領域。

空心杯電機具有無齒槽效應、低電感和結構緊湊等特點，也具備節能、控制、拖動和能量密度等特性。

在結構上，空心杯電機突破傳統電機的轉子結構採用無鐵芯轉子，從而徹底消除鐵芯形成渦流所造成的功率損耗；同時，空心杯電機轉動慣量大幅降低，且響應速度快，具有良好的控制特性和伺服性能。

根據換向方式的不同，空心杯電機可分為有刷空心杯電機和無刷空心杯電機。

● 無刷空心杯電機（採用電子換向，線圈固定，磁極旋轉）

無刷空心杯電機利用電子設備、霍爾元件感知永磁體磁極位置，並根據感知結果使用電子線路適時切換線圈中電流方向，使其產生正確方向的磁力來驅動電機。它適用於需要長時間連續運行和具有較高控制要求或可靠性要求的應用場景。

● 有刷空心杯電機（採用機械換向，磁極固定，線圈旋轉）

有刷空心杯電機通過換向器和碳刷的交替接觸，使線圈電流方向隨著電機的轉動而變化。有刷空心杯電機採用空心杯線圈轉子，具有無齒槽轉矩、小轉動慣量、靈敏反應和高扭矩的特點，適用於對產品靈敏性和可靠性要求較高的行業。

空心杯電機是人形機器人靈巧手的關鍵零部件，其成本佔比達54.5%（以特斯拉為例）。

空心杯電機主要應用於人形機器人手部關節。人形機器人手指關節自由度提升，考慮到人形機器人的仿真性，其手指關節處需要配備體積小且能輸出較大力的電機，空心杯電機具備較強契合度。

特斯拉Optimus人形機器人中，靈巧手包含6個手部執行器，11個自由度，採用經典的六電機+金屬腱繩方案。靈巧手主要由空心杯電機、精密行星減速器、滾珠絲槓、傳感器和編碼器構成。

空心杯電機使手指擁有活動能力，其中大拇指外的每節手指對應一個空心杯電機模組，大拇指環節同時完成伸縮和翻轉2個動作配備2個空心杯電機模組，每個靈巧手由6個電機驅動。

02 空心杯電機產業鏈

空心杯電機上遊主要包括原材料和零部件；中遊為制造商；下遊應用領域廣泛，多為高端領域。

空心杯電機的上遊構成與微特電機相似，主要包括原材料和零部件，原材料包括銅、鋼材、永磁體材料等，零部件包括軸承、鑄件和塑料件等。

在零部件方面，套筒軸承相比較滾柱軸承更適用於空心杯電機。總體來看，上遊議價能力一般，技術壁壘較低，產能較充足。

空心杯電機制造工藝線圈繞組主要分為直線形、馬鞍形和斜繞形。目前，馬鞍形和斜線形繞線方式是國際制造廠商的主流線形設計，這是由於馬鞍形和斜線形無端部繞組，導線利用率高，重量優化，同等條件下具備轉動慣量、時間常數小和輸出力矩大等優勢。

空心杯電機最初被應用於航空航天、軍事等尖端行業，近年其應用領域逐步擴展至民用市場，如醫療裝置、消費類電子產品、電動工具、工業自動化等場景。

03 空心杯電機行業競爭格局

國際頭部企業歷史積澱悠久，技術積累深厚，營收規模處於前列，而中國空心杯電機發展較晚，在規模和技術積累等方面與國際頭部企業相比有一定差距。

2019年以來，由於國際宏觀環境進口較難，中國本土廠商加緊研發、改進工藝，湧現出一批企業，實現較多技術攻關，本土空心杯電機國產替代空前發展。

在人形機器人等下遊應用領域的催化下，預計本土廠商將持續加大研發投入，改進設備工藝，加速高端應用領域的本土空心杯電機替代。

此外，我們還在報告中完整分析了空心杯電機行業代表企業案例，可前往文末獲取完整版報告。

文章來源：頭豹公眾號