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空心杯电机:人形机器人核心零部件,本土市场需求爆发可期

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空心杯电机:人形机器人核心零部件,本土市场需求爆发可期

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2023年中国空心杯电机行业概览:人形机器人核心零部件,本土市场需求爆发可期(独占版)
2023年中国空心杯电机行业概览:人形机器人核心零部件,本土市场需求爆发可期(独占版)

头豹研究院

发布时间

2023-9-18 00:00

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*本文参考报告:《2023年中国空心杯电机行业概览:人形机器人核心零部件,本土市场需求爆发可期》,首发于头豹科创网。

 

近日,英伟达CEO黄仁勋在台湾大学发表演讲,并将机器人放在最后一个部分“压轴登场”。

 

在演讲中,黄仁勋强调了机器人和AI在未来发展中的重要性,他表示:“机器人时代已经到来。”




“有朝一日,移动的物体都将实现自主运行。我们正致力于通过推进英伟达机器人堆栈的发展,来加速生成式物理AI。”

 

作为机器人动力系统关键部件的空心杯电机,具有高效能、轻量化及精准控制的特点,在实现机器人自主运行方面扮演着举足轻重的角色。

 

空心杯电机市场发展空间多大?产业链发展情况如何?竞争格局是怎样的?

 

本文,头豹研究院将对中国空心杯电机行业优势、市场规模、产业链图谱及竞争格局等进行全面梳理,并对未来发展趋势进行研判。

01

空心杯电机行业综述

 

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动机,其尺寸较小,直径不超过40mm,可将其归类为微特电机的细分领域。

 

空心杯电机具有无齿槽效应、低电感和结构紧凑等特点,也具备节能、控制、拖动和能量密度等特性。

 

在结构上,空心杯电机突破传统电机的转子结构采用无铁芯转子,从而彻底消除铁芯形成涡流所造成的功率损耗;同时,空心杯电机转动惯量大幅降低,且响应速度快,具有良好的控制特性和伺服性能。

 

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。

 

无刷空心杯电机(采用电子换向,线圈固定,磁极旋转)

 

无刷空心杯电机利用电子设备、霍尔元件感知永磁体磁极位置,并根据感知结果使用电子线路适时切换线圈中电流方向,使其产生正确方向的磁力来驱动电机。它适用于需要长时间连续运行和具有较高控制要求或可靠性要求的应用场景。

 

有刷空心杯电机(采用机械换向,磁极固定,线圈旋转)

 

有刷空心杯电机通过换向器和碳刷的交替接触,使线圈电流方向随着电机的转动而变化。有刷空心杯电机采用空心杯线圈转子,具有无齿槽转矩、小转动惯量、灵敏反应和高扭矩的特点,适用于对产品灵敏性和可靠性要求较高的行业。

 

空心杯电机是人形机器人灵巧手的关键零部件,其成本占比达54.5%(以特斯拉为例)。

 

空心杯电机主要应用于人形机器人手部关节。人形机器人手指关节自由度提升,考虑到人形机器人的仿真性,其手指关节处需要配备体积小且能输出较大力的电机,空心杯电机具备较强契合度。

 

特斯拉Optimus人形机器人中,灵巧手包含6个手部执行器,11个自由度,采用经典的六电机+金属腱绳方案。灵巧手主要由空心杯电机、精密行星减速器、滚珠丝杠、传感器和编码器构成。

 

空心杯电机使手指拥有活动能力,其中大拇指外的每节手指对应一个空心杯电机模组,大拇指环节同时完成伸缩和翻转2个动作配备2个空心杯电机模组,每个灵巧手由6个电机驱动。

02

空心杯电机产业链

 

空心杯电机上游主要包括原材料和零部件;中游为制造商;下游应用领域广泛,多为高端领域。

 

空心杯电机的上游构成与微特电机相似,主要包括原材料和零部件,原材料包括铜、钢材、永磁体材料等,零部件包括轴承、铸件和塑料件等。

 

在零部件方面,套筒轴承相比较滚柱轴承更适用于空心杯电机。总体来看,上游议价能力一般,技术壁垒较低,产能较充足。

 

空心杯电机制造工艺线圈绕组主要分为直线形、马鞍形和斜绕形。目前,马鞍形和斜线形绕线方式是国际制造厂商的主流线形设计,这是由于马鞍形和斜线形无端部绕组,导线利用率高,重量优化,同等条件下具备转动惯量、时间常数小和输出力矩大等优势。

 

空心杯电机最初被应用于航空航天、军事等尖端行业,近年其应用领域逐步扩展至民用市场,如医疗装置、消费类电子产品、电动工具、工业自动化等场景。

03

空心杯电机行业竞争格局




国际头部企业历史积淀悠久,技术积累深厚,营收规模处于前列,而中国空心杯电机发展较晚,在规模和技术积累等方面与国际头部企业相比有一定差距。

 

2019年以来,由于国际宏观环境进口较难,中国本土厂商加紧研发、改进工艺,涌现出一批企业,实现较多技术攻关,本土空心杯电机国产替代空前发展。

 

在人形机器人等下游应用领域的催化下,预计本土厂商将持续加大研发投入,改进设备工艺,加速高端应用领域的本土空心杯电机替代。

 

此外,我们还在报告中完整分析了空心杯电机行业代表企业案例,可前往文末获取完整版报告。

 


 

“读研报 找头豹!”

 

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