电力设备及新能源行业深度研究报告：人形机器人系列之三，妙用于灵巧手，空心杯电机迎广阔空间-20230921-华创证券-30页_3mb

电力设备及新能源行业深度研究报告总结

核心内容

空心杯电机因其“小巧”且“精悍”的特性，成为电机领域“皇冠上的明珠”，尤其适用于人形机器人灵巧手等高精度、高响应需求的场景。其采用无铁芯转子结构，具备功率密度高、能量转化效率高、响应快、运行平稳等优势，与灵巧手的驱动需求高度匹配。

主要观点

• 空心杯电机的性能优势：无铁芯结构显著降低涡流和磁滞损耗，提升能量转化效率和功率密度，同时减少电机重量和体积，提高响应速度，消除齿槽效应，使运行更平稳。
• 应用领域广泛：空心杯电机已应用于工业自动化、医疗设备、航空航天、无人机、电动夹爪、呼吸机、牙科手机等多个领域，展现出广泛的市场潜力。
• 生产工艺对比：绕卷式生产虽易操作但效率低、一致性差、难以生产大功率线圈；一次成型工艺则具备高效率、高一致性、适合大规模生产，是未来发展方向。
• 国产替代趋势明显：国内企业如鸣志电器、鼎智科技、伟创电气、拓邦股份、兆威机电等在产品性能上已接近国际龙头，价格更具优势，有望推动空心杯电机国产化进程。
• 人形机器人带来新机遇：随着人形机器人普及和降本需求，空心杯电机市场将快速增长，国内企业有望通过高性价比产品抢占市场。

关键信息

空心杯电机结构与性能

• 结构：采用无铁芯转子结构，主要由空心杯绕组、永磁体、电刷、换向器等组成。
• 性能：
  • 功率密度高：空心杯电机功率密度可达30 mW/cm³，远高于传统电机。
  • 能量转化效率高：空心杯电机效率可达70%以上，部分产品甚至达到90%以上。
  • 响应快：机械时间常数通常在28ms以内，部分产品甚至小于10ms。
  • 运行平稳：无齿槽效应，减少噪音和振动。

线圈设计与绕制工艺

• 线圈设计：直绕组、斜绕组、菱形绕组，其中菱形绕组最省材、功耗最小。
• 绕制工艺：
  • 绕卷式：包括送线、坏线圈绕制、板坯成型、卷制成型，适合小功率电机，但效率低、一致性差。
  • 一次成型：全自动化生产，由绕线机六大模块（主运动、排线、摆线、加热、抽头、剪断）协同完成，适合大功率电机，具有更高的生产效率和质量。

国内企业与海外龙头对比

• 鸣志电器：8mm基座尺寸，性能接近Faulhaber，价格优势明显。
• 鼎智科技：在精密运动控制领域领先，产品可应用于人形机器人。
• 伟创电气：具备伺服系统、变频器等产品，正研发空心杯电机。
• 拓邦股份：在电动夹爪、医疗设备等领域实现批量应用。
• 兆威机电：生产微型驱动系统，产品可应用于人形机器人。

市场规模与增长潜力

• 全球市场规模：2022年约为50亿元，未来人形机器人放量将带来显著增长。
• 市场集中度：海外三大企业（Maxon、Faulhaber、Portescap）占据50%以上市场份额，国内企业正在加速追赶。

投资逻辑

• 需求端：人形机器人对高精度、高响应、轻量化的驱动需求推动空心杯电机市场增长。
• 供给端：国内企业产品性能接近国际龙头，具备高性价比优势，有望实现国产替代。
• 技术趋势：无刷空心杯电机因其寿命长、效率高、无电磁干扰等优势，成为未来发展方向。

风险提示

• 人工智能监管风险
• 人形机器人发展不及预期
• 灵巧手技术路线变化风险
• 技术更新迭代风险
• 国产替代进程不及预期

推荐标的

• 鸣志电器（603728.SH）：全球运动控制产品龙头企业，产品性能接近国际龙头，价格优势明显。
• 鼎智科技（873593.BJ）：专注于精密运动控制，产品可应用于人形机器人。
• 伟创电气（688698.SH）：具备伺服系统、变频器等产品，正研发空心杯电机。
• 拓邦股份（002139.SZ）：在电动夹爪、医疗设备等领域实现批量应用。
• 兆威机电（003021.SH）：微型驱动系统解决方案提供商，产品可应用于人形机器人。

总结

空心杯电机凭借其独特的无铁芯结构和高性能优势，在人形机器人灵巧手等高精度应用场景中具有不可替代性。随着人形机器人产业的快速发展，空心杯电机市场将迎来增长机遇。国内企业正通过技术提升和成本优势加速替代进程，未来有望在该领域占据更大市场份额。