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靈巧手作為人形機器人實現(xiàn)操作的終端工具，十分重要，其設計高度仿人手，結構比較復雜，面臨的最大難題是空間極小而驅動自由度極多，需要配備功率密度高，體積小且控制精度高的電機。
空心杯電機是體積小且能輸出較大力的電機，應用于人形機器人手部關節(jié)，具備較強契合度，特斯拉人形機器人Optimus選用其作為動力源。
人形機器人為空心杯電機市場提供了持續(xù)增長的機遇，并為行業(yè)帶來更多的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
根據(jù)QYResearch數(shù)據(jù)，全球空心杯電機市場規(guī)模由2022年的7.48億美元將增長至2028年的11.86億美元，期間CAGR為7.98%。
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電機主要有無框力矩電機和空心杯電機。
無框電機由轉子和定子組成，可直接固定在機械設備上，具有節(jié)能環(huán)保、高精度和免維護等優(yōu)點，且無框力矩電機適用于體積小、質量輕、慣量低、功率高的應用場合。
空心杯因特殊的繞組結構而得名，其轉子形似杯子，也因其優(yōu)異性能被譽為電機領域“皇冠上的明珠”。
空心杯電動機屬于直流永磁的伺服、控制電動機，也可以將其歸類為微特電機。通常來講尺寸一般較小通常不超過40mm。
與傳統(tǒng)電機對比來看，一般的直流有刷電機的轉子是固定在鐵芯上的線圈，而空心杯電機最大的不同在于其電機繞組取消了鐵芯結構設計，轉子僅由線圈按照一定的排列繞制而成，轉子因形似杯子被形象地稱為空心杯電機。
空心杯電機技術是從德國Dr.F.Faulhaber在1958年研制出斜繞組線圈繞制技術開始，起步較早，隨著生產技術不斷發(fā)展，國外的空心杯線圈生產技術已經(jīng)十分成熟。
空心杯電機的主要優(yōu)點包括啟動轉矩低、轉子與定子間無徑向作用力、速度曲線平滑，噪音小、峰值轉矩高、散熱效果好等。
空心杯電機起動、制動迅速，響應較快，在推薦運行區(qū)域內的高速運轉狀態(tài)下，可以對轉速進行靈敏調節(jié)；與同等功率的鐵芯電動機相比，其重量、體積減輕1/3-1/2，顯著提高能量密度。
空心杯電機分為有刷和無刷。
有刷電機采用機械換向，隨著電機旋轉，電刷沿著換向器滑動，產生動態(tài)的磁場，由于電刷和換向器存在相對滑動，容易損耗。
無刷電機通過驅動器實現(xiàn)電子換向，因不存在電刷，被稱為“無刷電機”。無刷因轉速更高、壽命更長適合應用在人形機器人手部。無刷電機通過驅動器實現(xiàn)電子換向，其定子部分使用空心杯繞組，采用無齒槽鐵芯設計，具有高轉速、長壽命、低噪音的特性，又具有高功率密度、高效率的優(yōu)勢。
空心杯電機采用無鐵芯轉子和空心杯線圈電樞繞組，性能更好：
數(shù)據(jù)來源：Maxon Motor
空心杯電機上游原材料主要包括永磁材料、漆包線、鋼材、電子元件等。永磁材料供應商包括北礦科技、正極材料等；漆包線供應商包括精達股份、長城電工等；鋼材供應商包括寶鋼股份、鞍鋼股份等。
中游環(huán)節(jié)主要是空心杯電機的生產制造，包括電機的設計、加工、組裝等。
下游應用領域非常廣泛，包括汽車、航空航天、電子、醫(yī)療、家用電器等。
空心杯電機發(fā)源于瑞士、德國、日本、歐洲等廠商研制較早，具有性能優(yōu)異的生產設備和穩(wěn)定成熟的工藝。
從市場格局來看，全球市場較為集中。全球龍頭主要是瑞士MaxonMaxon、德國faulhaber兩家，已經(jīng)大量申請空心杯電機相關的專利技術。
MaxonMaxon前身是Interelectric AG公司，從1961年以來，Maxon一直致力于為客戶提供定制的驅動系統(tǒng)，2022年Maxon總產量約500萬臺。
目前，國內企業(yè)不斷加速國產替代，主要布局企業(yè)有鳴志電器、鼎智科技、拓邦股份、偉創(chuàng)電氣、上海埃依琪、北京奕山等。
Maxon和Faulhaber在技術上處于領先，有刷空心杯電機最小尺寸可做到6mm，無刷空心杯電機直徑Maxon和Faulhaber分別可做到4mm和3mm。
Portescap和鳴志電器較為接近，有刷空心杯最小直徑為8mm，無刷空心杯可分別做到12 mm、13 mm。
國內外主要空心杯電機品牌產品直徑對比：
國內空心杯電機性價比較高，降本需求帶來國產新機遇。
將海外廠商Maxon、與國內廠商鳴志電器的性能接近、大小相似的空心杯電機價格進行比對，Maxon產品雖然在功率密度和最大連續(xù)轉矩上有微小優(yōu)勢，但其價格大約是鳴志電器產品的2倍，鳴志電器產品性價比較高。
鳴志電器2015年取得空心杯電機相關專利，2019年收購瑞士Technosoft Motion AG，在空心杯和無齒槽電機的驅動控制領域始終保持著全球領先的技術水平，并擁有專門為無齒槽和空心杯電機開發(fā)的驅動控制器產品系列。
鼎智科技目前公司多個產品即將進入量產階段，具體時間還需要配合下游客戶進展；偉創(chuàng)電氣自主研發(fā)設計空心杯電動機，產品目前在開發(fā)驗證階段，主要面向機器人、醫(yī)療等行業(yè)；拓邦股份電機產品主要有外轉子直流無刷電機、內轉子直流無刷電機、空心杯電機及開關磁阻電機，主要應用在電動工具、園林工具、智能制造和精密醫(yī)療儀器、機器人靈巧手、汽車激光雷達，汽車電子水泵等領域。
在降本需求的推動下，將會有越來越多的國內廠商進入空心杯行業(yè)，有望復刻已經(jīng)驗證過的汽車零部件降本的路線，加快推動人形機器人產業(yè)化落地。#人形機器人##機器人##電機##空心杯電機#
隨著人形機器人的加速發(fā)展，對空心杯電機的需求和要求也在不斷提高。為了滿足人形機器人的高要求，空心杯電機也在不斷升級和改進。其中最主要的方向是提高電機的效率、性能和穩(wěn)定性，同時減小電機的體積和重量。為了滿足這些要求，空心杯電機的生產過程也在逐步實現(xiàn)自動化和智能化。
人形機器人需要與人類和其他機器人進行智能感知與協(xié)同工作，這對電機的智能化提出了更高的要求。通過引入先進的傳感器和控制算法，空心杯電機能夠實現(xiàn)更加智能化的控制和感知能力，從而提高人形機器人的工作效率和安全性。
未來，隨著人形機器人和人工智能的高速發(fā)展，空心杯電機有望在智能感知與協(xié)同方面取得更大突破。
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