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【哔哥哔特导读】随着特斯拉等企业在人形机器人领域的迈进，空心杯电机作为关键部件，需求激增。国内外竞争局势如何?选型关键参数是什么?在人形机器人领域，空心杯电机的发展空间又有多大?本文将为您详细解读。
前言：
空心杯电机是一种新型的微型电机，其具有内部空心设计和高效能转换等特点，广泛应用于精密机械、医疗设备、航天电器等领域。近年来，特斯拉等企业逐渐往人形机器人领域发展，进一步带动了人形机器人核心器件空心杯电机的市场需求。据 QY Research 数据显示，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。目前，国内外人形机器人空心杯电机竞争格局是怎样的?人形机器人空心杯电机选型关键参数有哪些?还有空心杯电机在人形机器人领域的发展空间如何?
▲图源包图网
人形机器人灵巧手的关键部件：空心杯电机
空心杯电机，也称为无铁芯电机或无齿槽电机，是一种特殊结构的直流电机。它省去了铁芯作为支撑结构，而依靠空心杯的线圈组与连接板、主轴等共同组成转子或者定子，具有结构简单、功率稳定、使用寿命长等优点。
空心杯电机具有良好的节能效果、动力性能和控制性能，使其能够完美符合人形机器人对手指关节轻量化和高精度的需求。
新思考电机研发部工程师李凤才表示：“空心杯电机最大的优势在于齿槽转矩很小，手感轻盈，由于空心杯电机没有齿槽，其转速也相对较高。在人形机器人中，主要使用空心杯电机的部位通常是与手指关节相关的部分。”
近年来，作为人形机器人灵巧手的关键部件的空心杯电机已经得到了蓬勃发展，并呈现出不断扩大的趋势。
根据中商产业研究院发布的《人形机器人系列专题之中国空心杯电机产业链全景与机会洞察专题研究报告》，2023年中国空心杯电机市场规模达到2.9亿美元。该研究院的分析师预测，到2024年，中国市场规模将达到3.2亿美元，并在2028年增至4.7亿美元。
▲数据来源:中商情报网 制表：《半导体器件应用》
人形机器人空心杯电机国内外竞争格局
QY Research的数据显示，2021年全球空心杯电机市场的竞争格局主要由外资厂商主导，成立时间较早的瑞士Maxon、德国Faulhaber、美国Portescap等厂商已经占据了市场的大部分份额。它们经过多年的发展，已经积累了丰富的空心杯电机专利技术，产品尺寸范围广泛，适用于各种不同的应用场景。
当前，尽管国外空心杯电机厂商在竞争格局中占据优势，国内厂商在全球空心杯电机市场上的份额相对较小，但国内人形机器人空心杯电机市场仍由本土电机厂商主导。
追觅股份硬件经理季峰力解释道：“一般国外厂商不太愿意配合去做这种碎片化的产品，因为订单量太小了，(国内)人形机器人没有大规模生产，一般都是几台几台去做，所以说国外不太愿意接这种单。”
此外，国内厂商在响应定制化产品上更为迅速。例如，国外厂商制造一台电机可能需要三至五个月，而整个产品开发周期仅为半年。相较而言，国内空心杯电机厂商提供多样化的定制选项，能快速反应和交付样品，并且具备价格优势。因此，他们通常成为国内人形机器人制造商的首选合作伙伴。
前万至达电机本体及配件经理阮国辉也表达了类似观点，他表示：“目前国内(空心杯电机)技术提升很快，再加上国内在交货速度和价格方面具备优势，与国外订购货物可能需要两三个月的交货周期相比，国内更具竞争优势。”
一些杰出的本土企业已经开始崭露头角，国内代表的空心杯电机制造商就包括有鸣志电器、鼎智科技、伟创电气、禾川科技和拓邦股份等。其中，自2010年以来，鸣志电器就已经投入空心杯电机的研发工作，至今已经获得了30项相关发明专利。该公司在2022年的营业收入达到了29.6亿元人民币，同比增长了9.05%，其中空心杯电机贡献了1000万元的营收，产量达到了2万台。凭借这样的发展势头，鸣志电器有望在未来赢得更多空心杯电机市场的增长份额。
▲(图源鸣志电器官网)
人形机器人空心杯电机选型关键参数及国内外厂商性能对比
空心杯电机作为人形机器人的重要零部件，其性能和质量直接影响着整个机器人系统的运行效果。因此，如何选择合适的人形机器人空心杯电机不仅要考虑产品的知名度，还得看重产品的可靠性。
江苏雷利技术部工程师于谦谈到：“(空心杯电机)有一些常规定制的参数，主要考量的还是它的扭距、体积大小以及重量这几个方面。”而新思考电机研发部工程师李凤才补充道，选型空心杯电机的时候，需要遵循行业标准，如UL和EMC等。
据了解，在对人形机器人空心杯电机选型时需要关注的核心参数主要有额定电压、电流、功率密度、扭矩密度、控制精度、稳定性、效率、启动转矩、启动电流、工作温度和环境适应性。
首先是额定电压和电流，需要确保空心杯电机符合设计要求以稳定输出所需功率。其次是功率密度，这影响着空心杯电机体积大小和功率输出能力。空心杯电机的扭矩密度也至关重要，高扭矩密度可在小体积内提供更高转矩。另外，控制精度和稳定性直接影响电机性能和响应。高效率也是必要的，效率越高越有助于减少能源浪费和延长电机寿命。启动转矩和启动电流也需考虑，这影响着负载惯性和电源冲击。最后，工作温度和环境适应性对确保电机稳定运行和可靠性至关重要。
在性能参数上面，我们将国外三大空心杯电机头部厂商Maxon、Faulhaber、Portescap和国内空心杯电机四大厂商鸣志电器、鼎智科技以及拓邦股份进行对比，发现在常见的16mm的空心杯电机规格上，国内的鸣志电器在功率密度和电机效率上面与国外三大空心杯电机巨头Maxon、Faulhaber、Portescap比较接近，而鼎智科技跟他们还差一些距离。
在扭矩密度上，Maxon、Portescap和鸣志电器则在性能上表现得比其他几家更加优越。
人形机器人市场给空心杯电机带来的增量空间
根据QYResearch报告，2022年全球空心杯电机市场规模为54.6亿，假设下游应用领域中人形机器人占比5%，可以预测到2028年，应用于人形机器人领域的空心杯电机销售额约为41.2亿元。
根据财通证券预算，假设未来人形机器人销量达到100万台，空心杯电机的均价约为每只800元，若每台人形机器人需要12个空心杯电机，则人形机器人所需空心杯电机市场规模约为96亿元。
可以看出，人形机器人领域的空心杯电机市场具有巨大的增长潜力和发展前景。
新思考电机研发部工程师李凤才对该市场持乐观态度：“人形机器人空心杯电机市场是一个非常有前景的市场，目前正处于快速增长阶段。我相信未来发展前景非常乐观。随着人形机器人市场的壮大，空心杯电机的需求也将大幅增加。”
然而，也有工程师对这一市场表达了不确定性。追觅股份硬件技术经理季峰力表示：“人形机器人空心杯市场前景看好，但目前尚无法实现产业化，主要是因为生产成本过高，且与实际应用场景存在较大差距。”江苏雷利技术部工程师于谦也指出：“人形机器人空心杯电机市场潜力巨大，这是毫无疑问的。但目前该市场尚未完全开发，具体的发展方向和路径尚不明确。”
写在最后：
空心杯电机作为一种新型微型电机，在人形机器人领域具有巨大的市场潜力。在选择空心杯电机时，整机厂商主要考虑其重量、体积大小、扭距和其他相关电机参数。尽管人形机器人市场是一个前景广阔的市场，但目前尚未完全开发起来，具体的发展方向和道路还不太清晰。然而记者认为，随着人形机器人市场的壮大，再加上国内厂商的追赶，空心杯电机在人形机器人市场的需求量也会逐渐增加，这将会成为一个极具前景的增量市场。
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