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靈巧手作為人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)操作的終端工具，十分重要，其設(shè)計(jì)高度仿人手，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，面臨的最大難題是空間極小而驅(qū)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(jī)。
空心杯電機(jī)是體積小且能輸出較大力的電機(jī)，應(yīng)用于人形機(jī)器人手部關(guān)節(jié)，具備較強(qiáng)契合度，特斯拉人形機(jī)器人Optimus選用其作為動力源。
人形機(jī)器人為空心杯電機(jī)市場提供了持續(xù)增長的機(jī)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(jī)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(jī)主要有無框力矩電機(jī)和空心杯電機(jī)。
無框電機(jī)由轉(zhuǎn)子和定子組成，可直接固定在機(jī)械設(shè)備上，具有節(jié)能環(huán)保、高精度和免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且無框力矩電機(jī)適用于體積小、質(zhì)量輕、慣量低、功率高的應(yīng)用場合。
空心杯因特殊的繞組結(jié)構(gòu)而得名，其轉(zhuǎn)子形似杯子，也因其優(yōu)異性能被譽(yù)為電機(jī)領(lǐng)域“皇冠上的明珠”。
空心杯電動機(jī)屬于直流永磁的伺服、控制電動機(jī)，也可以將其歸類為微特電機(jī)。通常來講尺寸一般較小通常不超過40mm。
與傳統(tǒng)電機(jī)對比來看，一般的直流有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子是固定在鐵芯上的線圈，而空心杯電機(jī)最大的不同在于其電機(jī)繞組取消了鐵芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)子僅由線圈按照一定的排列繞制而成，轉(zhuǎn)子因形似杯子被形象地稱為空心杯電機(jī)。
空心杯電機(jī)技術(shù)是從德國Dr.F.Faulhaber在1958年研制出斜繞組線圈繞制技術(shù)開始，起步較早，隨著生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展，國外的空心杯線圈生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)十分成熟。
空心杯電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)包括啟動轉(zhuǎn)矩低、轉(zhuǎn)子與定子間無徑向作用力、速度曲線平滑，噪音小、峰值轉(zhuǎn)矩高、散熱效果好等。
空心杯電機(jī)起動、制動迅速，響應(yīng)較快，在推薦運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可以對轉(zhuǎn)速進(jìn)行靈敏調(diào)節(jié)；與同等功率的鐵芯電動機(jī)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(jī)分為有刷和無刷。
有刷電機(jī)采用機(jī)械換向，隨著電機(jī)旋轉(zhuǎn)，電刷沿著換向器滑動，產(chǎn)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(jī)通過驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)電子換向，因不存在電刷，被稱為“無刷電機(jī)”。無刷因轉(zhuǎn)速更高、壽命更長適合應(yīng)用在人形機(jī)器人手部。無刷電機(jī)通過驅(qū)動器實(shí)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(shè)計(jì)，具有高轉(zhuǎn)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(jī)采用無鐵芯轉(zhuǎn)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(jī)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(yīng)商包括北礦科技、正極材料等；漆包線供應(yīng)商包括精達(dá)股份、長城電工等；鋼材供應(yīng)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(jī)的生產(chǎn)制造，包括電機(jī)的設(shè)計(jì)、加工、組裝等。
下游應(yīng)用領(lǐng)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(jī)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(chǎn)設(shè)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(jī)相關(guān)的專利技術(shù)。
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(qū)動系統(tǒng)，2022年Maxon總產(chǎn)量約500萬臺。
目前，國內(nèi)企業(yè)不斷加速國產(chǎn)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(shù)上處于領(lǐng)先，有刷空心杯電機(jī)最小尺寸可做到6mm，無刷空心杯電機(jī)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(nèi)外主要空心杯電機(jī)品牌產(chǎn)品直徑對比：
國內(nèi)空心杯電機(jī)性價(jià)比較高，降本需求帶來國產(chǎn)新機(jī)遇。
將海外廠商Maxon、與國內(nèi)廠商鳴志電器的性能接近、大小相似的空心杯電機(jī)價(jià)格進(jìn)行比對，Maxon產(chǎn)品雖然在功率密度和最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩上有微小優(yōu)勢，但其價(jià)格大約是鳴志電器產(chǎn)品的2倍，鳴志電器產(chǎn)品性價(jià)比較高。
鳴志電器2015年取得空心杯電機(jī)相關(guān)專利，2019年收購瑞士Technosoft Motion AG，在空心杯和無齒槽電機(jī)的驅(qū)動控制領(lǐng)域始終保持著全球領(lǐng)先的技術(shù)水平，并擁有專門為無齒槽和空心杯電機(jī)開發(fā)的驅(qū)動控制器產(chǎn)品系列。
鼎智科技目前公司多個產(chǎn)品即將進(jìn)入量產(chǎn)階段，具體時間還需要配合下游客戶進(jìn)展；偉創(chuàng)電氣自主研發(fā)設(shè)計(jì)空心杯電動機(jī)，產(chǎn)品目前在開發(fā)驗(yàn)證階段，主要面向機(jī)器人、醫(yī)療等行業(yè)；拓邦股份電機(jī)產(chǎn)品主要有外轉(zhuǎn)子直流無刷電機(jī)、內(nèi)轉(zhuǎn)子直流無刷電機(jī)、空心杯電機(jī)及開關(guān)磁阻電機(jī)，主要應(yīng)用在電動工具、園林工具、智能制造和精密醫(yī)療儀器、機(jī)器人靈巧手、汽車激光雷達(dá)，汽車電子水泵等領(lǐng)域。
在降本需求的推動下，將會有越來越多的國內(nèi)廠商進(jìn)入空心杯行業(yè)，有望復(fù)刻已經(jīng)驗(yàn)證過的汽車零部件降本的路線，加快推動人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化落地。#人形機(jī)器人##機(jī)器人##電機(jī)##空心杯電機(jī)#
隨著人形機(jī)器人的加速發(fā)展，對空心杯電機(jī)的需求和要求也在不斷提高。為了滿足人形機(jī)器人的高要求，空心杯電機(jī)也在不斷升級和改進(jìn)。其中最主要的方向是提高電機(jī)的效率、性能和穩(wěn)定性，同時減小電機(jī)的體積和重量。為了滿足這些要求，空心杯電機(jī)的生產(chǎn)過程也在逐步實(shí)現(xiàn)自動化和智能化。
人形機(jī)器人需要與人類和其他機(jī)器人進(jìn)行智能感知與協(xié)同工作，這對電機(jī)的智能化提出了更高的要求。通過引入先進(jìn)的傳感器和控制算法，空心杯電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)更加智能化的控制和感知能力，從而提高人形機(jī)器人的工作效率和安全性。
未來，隨著人形機(jī)器人和人工智能的高速發(fā)展，空心杯電機(jī)有望在智能感知與協(xié)同方面取得更大突破。
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