空心杯电机，以其独特的结构和卓越的性能，在精密驱动领域占据了重要地位。这种电机的设计使得其转子位于定子的中心，形成一个空心的杯状结构，因此得名。空心杯电机的高转速、高响应性和紧凑的尺寸使其成为自动化设备、精密仪器和高科技产品中不可或缺的驱动组件。
受益于优良的性能，空心杯电机下游应用场景广泛。在产业链方面，空心杯电机属于微特电机，上游原材料与微特电机原材料类似，包括铜、钢材、磁钢、轴承、塑料等。空心杯电机由于响应快、能耗低等优良性能，最初被应用于航空、航天、军事等高端产业；最近也在医疗装置、消费类电子产品、工业自动化、测绘等民用领域拓展新应用场景。
随着工业技术飞速发展及下游需求不断增加，全球空心杯电机行业市场规模持续不断扩大。根据 QYRESEARCH 的预测数据， 2022 年全球空心杯电机行业市场规模预计为 7.48 亿美元，预计 2028年市场规模将达到 11.9 亿美元，2022-2028 年 CAGR 约 7.98%。
核心技术
空心杯电机的核心技术包括：
- 磁场设计：通过优化磁场分布，提高电机的效率和转矩特性。
- 转子动力学：空心杯电机的转子动力学设计要求高精度，以确保电机运行的稳定性和低振动。
- 精密制造：电机的制造过程需要精密的机械加工和严格的质量控制，以保证电机的性能和寿命。
- 控制系统：高性能的控制系统是空心杯电机精确控制的关键，包括驱动电路和反馈系统。
空心杯电机的整体装配过程同普通电机类似，其 核心技术壁垒在于定子/转子的自支撑绕组技术上 。实现自支撑绕组的关键点，一是在于绕组工艺的设计，二是在于绕组设备。
绕线设备行业的头部厂商主要集中在欧美、日本等地，诸如瑞士 Meteor、日本田中精机、日本日特机械等。这些海外厂商的设备在自动化、智能化等方面均处于领先地位。
国际领军企业
空心杯电机起源于德国和日本，德国、瑞典、日本和其他欧洲厂商起步较早，现已具备完整成熟的工艺和性能优良的设备。目前全球主要的空心杯电机厂商有德国的 Faulhaber（福尔哈贝），瑞士的 Maxon Motor、Portescap, 美国的 Allied Motion Technologies（艾莱德摩斯）等。
根据 QY Research 的数据，2021 年全球前三大厂商占据空心杯电机市场 55.43%的市场份额，市场集中度较高。海外厂商如德国 Faulhaber 和瑞士的 Maxon 等企业深耕行业多年，行业地位较高，且掌握了大批量生产的核心工艺。国内厂商如鸣志电器、鼎智科技等通过本土化的销售战略逐渐打开国内市场，但核心技术与海外老牌龙头企业比仍有差距：
- Maxon Motor：公司始建于 1961 年，全球约有 3300 名员工，分布于全球 40 个国家，2022 年营业额为 7.08 亿瑞士法郎，年产 500 万件约 12000 个品种，产品主要包含无刷和有刷 DC 电机、各类齿轮箱、传感器、编码器、伺服放大器、位置控制器、CIM 和 MIM 组件，以及按客户要求专门定制的驱动器和系统解决方案。其空心杯产品横跨直径 4-90mm，功率 1.2-400 瓦，转矩性能优异、功率高、转速范围大、使用寿命长。
- FAULHABER Group：是一家独立的家族企业，德国Fritz FaulhaberSr.博士于 1958 年发明并注册了空心杯转子斜绕组的专利。作为全球唯一的迷你型和微型驱动系统系列的全面提供商，Faulhaber 的驱动技术是精密工程和电机技术的杰出代表。Faulhaber 在德国、瑞士、美国、罗马尼亚和匈牙利建有研发和生产中心，公司网络遍布全球 30 多个国家与地区，拥有超过 2300 名专业员工。其无刷空心杯电机 B-Micro 最小尺寸为 3mm，有刷空心杯电机 0615N1.5S 最小尺寸则为 6mm。
- Portescap：公司于 1931 年在瑞士成立，致力于钟表制造业，1959 年推出了革命性的空心杯转子直流电机 escapTM，闯入微型电机行业，2023 年被Regal Rexnord 收购。
- Allied Motion：美国艾莱德摩斯的主要产品包括直流无刷电机、有刷电机、步进电机、伺服电机、减速器和电子控制器。
国内领军企业
中国在空心杯电机的研发和制造方面也取得了显著进步：
- 鸣志电机：公司空心杯电机技术在全球居于前列水平，其主营业务控制电机及驱动系统中已经包含空心杯电机的批量出货收入。公司的空心杯无齿槽电机基于公司在控制电机领域的技术储备和产品开发平台打造，在工控自动化，移动机器人，高端医疗仪器以及实验室装备，智能汽车电子及自动驾驶激光雷达等新兴高附加值应用领域布局。
- 鼎智科技：公司依托此前在微特电机领域在医疗领域的技术沉淀，2022 年将空心杯电机作为新产品线推出。公司空心杯电机产品属于重点发展的核心产品，最小直径达 8mm，最大转速 8 万转/分钟，目前产品已经基本成熟，处于中小批量供货阶段。公司自研空心杯电机绕线设备，可实现空心杯电机全自动批量生产。另外，公司掌握与空心杯电机配套的行星减速箱核心技术，自研空心杯电机+减速箱配套产品处于样机和测试阶段。
- 兆威机电：公司一直深耕于微型驱动系统方案，其微小传动系统获评国家制造业单项冠军产品。公司应用空心杯电机的产品推出已久较为成熟，量产能力得到验证，而且对于空心杯电机所需搭配的精密减速齿轮箱，公司在微型传动齿轮箱方面具备优势，已成功研发并量产 3.4mm 齿轮箱。在具备技术实力、产品、量产能力的情况下，未来公司有望参与到人形机器人行业中空心杯电机市场的竞争中。
- 深圳市英威腾电气股份有限公司：英威腾电气是国内领先的电机制造商之一，其空心杯电机产品在国内外市场都有良好的表现。
- 上海步科机器人有限公司：步科机器人在精密驱动领域有着深入的研究，其空心杯电机广泛应用于机器人关节驱动。
国内外核心差距
虽然国内企业在空心杯电机的研发和生产上取得了一定的成就，但与国际先进水平相比，仍存在一些差距。国内空心杯电机产品市场份额不高，且受到关键技术和工艺的制约，整体自动化绕线设备发展缓慢，同海外有较大差距。国内由于劳动力密集且相对廉价，导致依赖人工且工序较多的绕卷生产占据较高比重。另外在线圈设计、绕制工艺及绕制设备方面，先进的技术和工艺设备一直被德国、瑞士等少数发达国家所垄断，国外新专利公布较少，研究的学术论文同样较少涉及。
市场发展预期：人形机器人有望给空心杯电机带来百亿增长空间
根据 2023 年 5 月 GGII 发布的报告预测，预计到 2026 年全球人形机器人在服务机器人中的渗透率有望达到 3.5%，市场规模超 20 亿美元，到 2030 年全球市场规模有望突破 200 亿美元。参考中国服务机器人市场约占全球市场 25%的数值测算，2030 年中国人形机器人市场规模将达 50 亿美元。
特斯拉人形机器人自由度：共 52 个，手以外有 28 个关节（躯干 2 个、肩臂 14 个、髋腿 12 个）、灵巧手 6 个主动关节（两只 22 个自由度）、脖颈 2 个自由度。身体 28 个运动关节方案：分为旋转和线性 2 大类执行器，每类包括 3 种旋转执行器和 3 种线性执行器。
假设人形机器人进展顺利逐步放量，或将为空心杯电机新增百亿市场空间。