報(bào)告出品方：華創(chuàng)證券

以下為報(bào)告原文節(jié)選

------

一、空心杯電機(jī)：電機(jī)領(lǐng)域“皇冠上的明珠”，性能優(yōu)勢突出

（一）空心杯電機(jī)：空心杯狀的轉(zhuǎn)子，結(jié)構(gòu)差異明顯

空心杯電機(jī)是一種微型伺服直流電機(jī)，得名于其轉(zhuǎn)子部分的設(shè)計(jì)?？招谋姍C(jī)的轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，是一個(gè)空心的杯狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部環(huán)繞著繞組和磁鐵。這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，同時(shí)其重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大幅降低，從而減少了轉(zhuǎn)子自身的機(jī)械能損耗。德國的 Dr. F.Faulhaber 在 1958 年研制出斜繞組線圈繞制技術(shù), 并經(jīng)過不斷開發(fā)和完善，在 1965 年獲得空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈斜繞組專利技術(shù)，正式標(biāo)志著空心杯電機(jī)的誕生。

傳統(tǒng)直流電機(jī)鐵芯結(jié)構(gòu)質(zhì)量較大，降低整體動(dòng)態(tài)性能。傳統(tǒng)的直流電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、電刷和換向器組成，定子通常由永磁體或電磁繞組制成，位于電機(jī)外圈，外殼用于引導(dǎo)磁通量和安裝法蘭。轉(zhuǎn)子由帶有線圈繞組的鐵芯制成，位于電機(jī)內(nèi)圈。換向器和電刷控制轉(zhuǎn)子繞組的通電順序，以產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)并連接直流電源進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于直流電機(jī)的鐵芯繞組質(zhì)量較大，整體慣性也會(huì)增加，從而導(dǎo)致電機(jī)的加速度和響應(yīng)速度降低，特別是在需要頻繁啟?；蚩焖僮兯俚膽?yīng)用中，較大的鐵芯質(zhì)量會(huì)影響電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。

空心杯電機(jī)的定子是位于電機(jī)內(nèi)圈的永磁體，轉(zhuǎn)子是位于外側(cè)的杯狀自支撐的線圈。相比于傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)，空心杯電機(jī)有以下幾大特點(diǎn)：1. 電機(jī)鐵損減少：傳統(tǒng)的有刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生渦流，造成較大電機(jī)鐵損。而空心杯電機(jī)由于沒有鐵芯，鐵損可以被大大減少甚至忽略。2、換向片數(shù)量增加：傳統(tǒng)的有刷直流電機(jī)通常只有3 到 5 片換向片，而空心杯電機(jī)一般有 9 、11 或 13 片換向片。3. 轉(zhuǎn)子慣量減少：傳統(tǒng)的有刷直流電機(jī)由于鐵芯的存在，慣量一般比較大，而空心杯電機(jī)由于轉(zhuǎn)子是杯狀的自支撐的線圈，因此在相同尺寸下，轉(zhuǎn)子的慣量會(huì)明顯減小。4. 線圈電感減少：由于沒有鐵芯的存在，空心杯電機(jī)的線圈電感相對于相同尺寸的傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)要小很多。

（二）拆解空心杯電機(jī)結(jié)構(gòu)，技術(shù)迭代推進(jìn)性能提升

定子：釹鐵硼為空心杯電機(jī)永磁體材料首選，所需體積最小。常用于空心杯電機(jī)的稀土材料主要有鐵鎳鈷基永磁體、馬氏體永磁體、釹鐵硼永磁體和稀土鈷永磁體等。不同永磁體特點(diǎn)不同，性能也多種多樣，直接決定了空心杯電機(jī)的性能和經(jīng)濟(jì)成本?，F(xiàn)有的稀土材料中，釹鐵硼的性能最好，為電機(jī)提供相同磁能量需要的體積最小，僅為鐵氧體的1/5，鋁鎳鈷的 1/3，同時(shí)釹鐵硼永磁體性能優(yōu)越，矯頑力大，剩磁密度高，適用于體積要求較小，工作溫度不高的場景，是空心杯電機(jī)永磁體材料的最佳方案。

轉(zhuǎn)子：繞組電樞決定空心杯電機(jī)性能，斜繞組仍為主流?？招谋姍C(jī)常用的線繞組電樞有直繞組、斜繞組、同心式繞組三種。直繞組端部不產(chǎn)生力矩，而且增加了電樞重量和電樞電阻。斜繞組電樞與直繞組電樞相比，沒有端部繞組，減輕電樞重量，具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、時(shí)間常數(shù)小、拖動(dòng)特性好、輸出力矩大等優(yōu)勢，目前國外兩大知名空心杯電機(jī)生產(chǎn)公司德國 Faulhaber 和瑞士 Maxon Motor 均采用斜繞組電樞，并采用自動(dòng)化設(shè)備一次性繞制成型，合格率高達(dá) 100%。同心式繞組電樞端部重疊層數(shù)少，氣隙小，永磁體利用率高，提高了電機(jī)的功率密度，Maxon Motor 正在研發(fā)使用中。

換向器：換向片數(shù)量是影響空心杯電機(jī)性能的重要因素?？招谋姍C(jī)換向片的數(shù)量通常較傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)更多，往往由 9、11 或 13 片（奇數(shù)片）換向片組成，安裝在轉(zhuǎn)子上并與定子上的電刷接觸。通過改變電流的路徑，換向片控制轉(zhuǎn)子線圈的電流流向和轉(zhuǎn)子磁場方向，實(shí)現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)矩輸出和精確的速度控制。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)對空心杯電機(jī)的性能和運(yùn)行質(zhì)量造成較大影響，導(dǎo)致機(jī)械振動(dòng)和噪音增加，降低系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，通過增加換向片的數(shù)量可以改善空心杯電機(jī)的換向精度和平穩(wěn)性，從而降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的產(chǎn)生。

（三）空心杯電機(jī)性能表現(xiàn)卓越，引領(lǐng)高端應(yīng)用領(lǐng)域創(chuàng)新

空心杯電機(jī)效率高、轉(zhuǎn)速快。由于空心杯電機(jī)消除了鐵芯產(chǎn)生的磁阻力矩和渦流效應(yīng)造成的損耗，因而可以得到很高的能量轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)一步提高能源利用效率、減少能源損耗?？招谋姍C(jī)的最高效率都在 65%~85%之間，最高的可達(dá) 90%，而有刷直流電機(jī)的最高效率一般都在 50%左右。高轉(zhuǎn)速的電機(jī)能夠提供更大的功率輸出并減少機(jī)械振動(dòng)和噪音，空心杯電機(jī)最高轉(zhuǎn)速在 10000rpm 左右，而有刷直流電機(jī)的連續(xù)力矩會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的上升快速下降，最高轉(zhuǎn)速都在 5000rpm 以下。

空心杯電機(jī)響應(yīng)快、壽命長。相比于有刷直流電機(jī) 100 毫秒以上的機(jī)械時(shí)間常數(shù)，空心杯電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量很小，響應(yīng)時(shí)間極快，其機(jī)械時(shí)間常數(shù)一般在 28 毫秒以內(nèi)，部分產(chǎn)品甚至小于 10 毫秒，具有理想的控制性能，能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)速的高精度控制操作?？招谋姍C(jī)的換向片數(shù)量多，使得換向時(shí)的電流波動(dòng)和電機(jī)電感量更小，大幅減少換向過程中對換向系統(tǒng)的電腐蝕，從而擁有更長的壽命。根據(jù)《空心杯電機(jī)定制化管理的應(yīng)用研究》中的數(shù)據(jù)，有刷直流電機(jī)的壽命一般僅有幾百個(gè)小時(shí)，而空心杯電機(jī)的預(yù)期壽命通常在1000 至 3000 小時(shí)之間，能夠提供更長久的可靠運(yùn)行。

空心杯電機(jī)體積小、運(yùn)行穩(wěn)。空心杯電機(jī)具有較大的功率體積比，一般達(dá) 30mW/cm3，與同等功率的鐵芯電機(jī)相比，重量和體積減少了 1/3~1/2；空心杯電機(jī)沒有齒槽效應(yīng)，過載能力比有刷直流電機(jī)更高，同時(shí)更小的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)讓其運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，轉(zhuǎn)速波動(dòng)小且容易控制，一般可控制在 2%以內(nèi)，可應(yīng)用于高動(dòng)態(tài)性能伺服系統(tǒng)中。

得益于空心杯電機(jī)優(yōu)異性能，下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛?？招谋姍C(jī)小巧的體積和輕盈的重量使其具有良好的集成性，可以廣泛應(yīng)用于空間有限的設(shè)備和系統(tǒng)，如微型機(jī)器人、智能穿戴設(shè)備和醫(yī)療器械等。同時(shí)，空心杯電機(jī)具有高效能、快速響應(yīng)和精度高的特點(diǎn)，使其成為無人機(jī)、機(jī)器人臂、自動(dòng)化設(shè)備、精密定位系統(tǒng)和光學(xué)儀器等需要高功率密度和高速運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的最佳方案。隨著空心杯電機(jī)在眾多下游應(yīng)用領(lǐng)域中的不斷突破，逐漸成為眾多高端設(shè)備和系統(tǒng)的理想選擇。

二、小而精的優(yōu)勢賽道，靈巧手賦予全新增量

（一）中國主導(dǎo)全球市場，海外廠商占據(jù)主要份額

空心杯電機(jī)行業(yè)蓬勃發(fā)展，22 年全球市場超 7 億美元。空心杯電機(jī)以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和出色的性能，在各個(gè)行業(yè)和應(yīng)用領(lǐng)域中得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，市場規(guī)?？焖僭鲩L。根據(jù) GII 引用 QY Research 的統(tǒng)計(jì)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%。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，有刷空心杯電機(jī)價(jià)值量占比較高，2021 年市場比例達(dá)到 67.33％，預(yù)計(jì)到 2028 年市場空間將超過 6.85億美元。隨著智能化和自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，智能設(shè)備的興起，醫(yī)療器械和航空航天領(lǐng)域的需求增加，空心杯電機(jī)有望繼續(xù)迎來更大的市場機(jī)遇。

中國是全球第一大空心杯電機(jī)市場，2028 年空間占比接近 40%。中國作為空心杯電機(jī)最大的市場，面臨更加廣闊的應(yīng)用前景和市場需求。根據(jù)GII引用QY Research的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021 年中國空心杯電機(jī)市場規(guī)模為 2.36 億美元，市場份額為 34.80%，并預(yù)計(jì)以 10.44%的 CAGR 成長至 2028 年的 4.73 億美元，市場份額提升至 39.88%。中國制造業(yè)的快速發(fā)展、對機(jī)器人技術(shù)的投資和發(fā)展以及智能裝備市場的蓬勃發(fā)展，為空心杯電機(jī)市場提供了持續(xù)增長的機(jī)遇。隨著技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新和市場需求的不斷增加，中國空心杯電機(jī)市場將繼續(xù)保持穩(wěn)定增長，并為行業(yè)帶來更多的發(fā)展?jié)摿Α?br/>

海外龍頭占據(jù)市場主要份額，國內(nèi)廠商奮起直追。目前空心杯電機(jī)市場由海外廠商主導(dǎo)，主要制造商包括 Maxon Motor、Faulhaber（福爾哈貝）、Portescap、Allied Motion（艾萊德摩新）等。根據(jù) GII 引用 QY Research 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021 年全球 CR3 占據(jù)空心杯電機(jī)55.43%的市場份額，市場集中度較高。海外廠商的競爭優(yōu)勢主要體現(xiàn)在技術(shù)專利的積累、研發(fā)團(tuán)隊(duì)的規(guī)模、產(chǎn)品種類的數(shù)量和銷售渠道的全球化。國內(nèi)廠商如鳴志電器、江蘇雷利和偉創(chuàng)電氣等通過靈活的生產(chǎn)、本土化銷售和定制化服務(wù)來滿足客戶的需求，在國內(nèi)市場上具備了較大的競爭優(yōu)勢，成為市場的重要力量。

--- 報(bào)告摘錄結(jié)束 更多內(nèi)容請閱讀報(bào)告原文 ---

報(bào)告合集專題一覽 X 由【報(bào)告派】定期整理更新

（特別說明：本文來源于公開資料，摘錄內(nèi)容僅供參考，不構(gòu)成任何投資建議，如需使用請參閱報(bào)告原文。）

精選報(bào)告來源：報(bào)告派

科技 / 電子 / 半導(dǎo)體 /

人工智能 | Ai產(chǎn)業(yè) | Ai芯片 | 智能家居 | 智能音箱 | 智能語音 | 智能家電 | 智能照明 | 智能馬桶 | 智能終端 | 智能門鎖 | 智能手機(jī) | 可穿戴設(shè)備 |半導(dǎo)體 | 芯片產(chǎn)業(yè) | 第三代半導(dǎo)體 | 藍(lán)牙 | 晶圓 | 功率半導(dǎo)體 | 5G | GA射頻 | IGBT | SIC GA | SIC GAN | 分立器件 | 化合物 | 晶圓 | 封裝封測 | 顯示器 | LED | OLED | LED封裝 | LED芯片 | LED照明 | 柔性折疊屏 | 電子元器件 | 光電子 | 消費(fèi)電子 | 電子FPC | 電路板 | 集成電路 | 元宇宙 | 區(qū)塊鏈 | NFT數(shù)字藏品 | 虛擬貨幣 | 比特幣 | 數(shù)字貨幣 | 資產(chǎn)管理 | 保險(xiǎn)行業(yè) | 保險(xiǎn)科技 | 財(cái)產(chǎn)保險(xiǎn) |