当我们把时间拉回1950年，图灵曾在《计算机器与智能》中提出机器人应该可以像人类一样，自主地感知、决策和行动，制造一台人形机器人也成为了不少行业工程师的终极挑战。70多年过去了，随着今年AI的大火，人形机器人重新回到了公众的视野中。这条蓝海赛道上大家率先想到的玩家可能就是特斯拉了。根据最新进展，特斯拉的擎天柱机器人已经可以自动校准它的手臂和腿，还能够自主地按颜色对色块进行排序。

虽然人形机器人的竞争还只停留在实验室阶段，但投资者们都或多或少能预感到，它走进商业化阶段只是时间问题。在人形机器人的爆火背后，有这么一个零部件，也从幕后走到了台前，它就是空心杯电机，因为其能量转化效率高、响应快，运行平稳等优异的性能，让它成为人形机器人手部执行动作的重要驱动力。

被誉为电机领域“皇冠上的明珠”

空心杯因特殊的绕组结构——其转子形似杯子而得名。

1958年Dr. F. Faulhaber博士研发出斜绕组线圈技术并在1965年获得空心杯电机的相关专利，标志着空心杯电机的问世，其创造性的结构设计使得电机可以兼具较小体积和较大效率，也一度使得Faulhaber成为空心杯电机的代名词。

空心杯电机是一种微型伺服直流电机，通常来讲尺寸一般较小通常不超过40mm。与传统电机对比来看，一般的直流有刷电机的转子是固定在铁芯上的线圈，而空心杯电机最大的不同在于其电机绕组取消了铁芯结构设计，转子仅由线圈按照一定的排列绕制而成。

空心杯取消铁芯的结构设计从本质上解决了铁芯结构带来的种种问题，因此除小尺寸下带来的高功率密度优势之外，空心杯电机还具有效率高、转速快、响应快等特点，分别对应良好的节能效果、动力性能、控制性能等。因此空心杯充分适配灵巧手在实际场景中进行灵活抓握等需求。

因其优异的性能，空心杯下游应用领域广阔。既可以应用在部分对于转速、性能要求等相对较低的场景诸如电动牙刷、洗脸仪、传送带等，也可以用在对抗干扰能力要求较高的航空航天、以及对精度、转速、控制性能要求较高的光学、测量、国防等领域。此外在医疗领域空心杯电机在假肢、外骨骼等领域已经有较为成熟的应用。

为什么此刻提及空心杯电机？

空心杯电机属于微特电机的一个细分领域，原本市场规模并不大，但是人形机器人的发展，给其带来了广阔的增量空间。据SKYQUEST数据,2022年全球微特电机市场规模为406.5亿美元，2030年预计达到560.7亿美元，2022-2030年CAGR为4.1%，其中2022年全球空心杯电机市场规模同比增长10.55%至7.48亿美元，增速、体量都很一般。

但得益于以ChatGPT为代表的大模型使得通用人工智能得到质的飞跃，有望从语言能力、视觉能力、运动控制和降低成本等几个方面推动人形机器人的落地，加上特斯拉作为行业标杆，5月在TeslaAIDay发布的Optimus最新进展超预期，量产预期提前，人形机器人热度陡然飙升。

其中空心杯电机是正是人形机器人灵巧手的关键零部件。资料显示，灵巧手作为机器人的末端执行器，从3指的Stanford/Jpl手到DIST手、UB手、NASA手、Shadow手等，在学术上已经进行了大量研究。对于人形机器人而言，其灵巧手应该具备体积小、美观、捏紧力大、负载力强等特点，因此对于灵巧手的动力源有较高的要求，目前特斯拉为代表的着力于人形机器人量产化的企业主要采用了空心杯电机方案。

据安信证券研究中心测算，以Optimus为例，在大规模量产价格600的假设下，空心杯电机单台机器人价值量为7,200元，占总成本4.43%，属于占比较高的零部件环节。手部关节除空心杯电机外，还需要搭配行星齿轮箱、滚珠丝杠、传感器和编码器，组成模组使用，空心杯电机占手部执行器成本的54.5%。以此假设为前提，在人形机器人销量分别为10、50、100万台时，空心杯电机市场规模分别为12、48、72亿元，相对于2022年市场规模的弹性分别为23.2%、93.0%、139.5%。

申万宏源观点认为，若仅考虑特斯拉人形机器人：根据马斯克在22年AIDAY的演讲，公司将在3-5年面向消费者销售，前期将在工厂中使用，机器人销量的趋势参考其电动车，产品成熟后销量将呈指数级增长。中期阶段，针对特定场景的机器人量产，人形机器人产量在乐观、中观、悲观的假设下分别为10万、5万、1万台；远期阶段，面向大众的人形机器人产品规模化量产，产量在乐观、中观、悲观的假设下分别为100万、50万、10万台。

参考目前的硬件架构，单台机器人的空心杯电机使用数量为12个。参考公司官网的产品报价，假设中期空心杯电机单价1000元，远期降至800元。测算得到，中期空心杯电机的增量空间在乐观、中观、悲观的假设下分别为12亿、6亿、1.2亿元；远期分别为96亿、48亿、9.6亿元。

国产替代存在弯道超车机遇

目前空心杯电机行业的高端市场仍被欧企主导。

根据立鼎产业研究网信息，全球空心杯电机市场的主要制造商包括Maxon、Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technolgies等公司，目前这四家顶级制造商占据了市场份额的65%以上。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，国内大多数厂商主要受制于此项工艺。

目前空心杯电机技术核心难点在于绕线，我国在技术、工艺方面的积累较为薄弱，与海外存在差距。

无铁芯的自支撑绕组由所谓的漆包线制成，这是一根绝缘铜线，外面有一层漆。在制造过程中，通过施加压力和温度将相邻电线的漆熔化在一起。适当的粘合（胶带或玻璃纤维）可进一步提高缠绕的强度和形状稳定性，这一点在高电流负载下尤为重要。

海外绕线工艺发展早，自动化程度高于国内。国内主要采用绕卷式生产，工艺比较繁琐，工人劳动强度大，无法完成线径较粗的线圈，废品率高。国外主要采用一次性绕制成型的生产技术，自动化程度较高，生产效率高，线圈线径范围大、线圈质量好、排列紧密，电机种类多、性能好。以Maxon、Faulhaber、Portescap为代表的海外企业成立超60年，技术起步早、工艺积累深，海外有刷/无刷空心杯电机最小尺寸可做到6mm/3mm量级，而国内仅能做到8mm/12mm，在功率、效率等部分性能参数方面仍有差距。

不过降本需求和政策驱动下，国产替代会持续加速。目前人形机器人落地的难点之一在于其高昂的成本，降本需求迫切。与海外企业相比，我国企业具备价格低廉、交付周期短、响应迅速等优势。鸣志电器产品大部分性能已对标国际产品，可满足人形机器人对空心杯电机的要求。

加上《基础电子元器件产业发展行动计划（2021—2023年）》中提出重点产品高端行动，包括“小型化、集成化、高精密、高效节能微特电机”，随着国产厂商陆续切入空心杯电机领域，在技术上实现追赶超越，国内企业份额预计会稳步提升。