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人形機(jī)器人核心配件之空心杯電機(jī)及相關(guān)公司

機(jī)器人人工智能自動(dòng)化鳴志電器拓邦股份

人形機(jī)器人核心配件之空心杯電機(jī)及相關(guān)公司

靈巧手是人形機(jī)器人的核心配件之一 ， 而空心杯電機(jī)是構(gòu)成靈巧手的核心配件之一 。 從特斯拉公布的機(jī)器人方案來看 ， 靈巧手主要由空心杯電機(jī)、精密行星減速器、滾珠絲杠、傳感器和編碼器構(gòu)成 。
特斯拉Optimus靈巧手采用6電機(jī)驅(qū)動(dòng) ， 其中拇指關(guān)節(jié)兩個(gè)空心杯電機(jī) ， 其他4個(gè)手指各一個(gè) ， 單手一共6個(gè) ， 左右兩個(gè)靈巧手手則需要12個(gè)空心杯電機(jī) 。
一：空心杯電機(jī)簡(jiǎn)介：
電機(jī)挺高大上的一個(gè)詞 ， 在沒找資料之前 ， 我想象不出電機(jī)是一個(gè)什么物件 ， 直到我看到了 ， 電機(jī)俗稱馬達(dá) ， 才知道原來是男孩從小玩到大的東西 ， 下圖



電機(jī)（Electric machinery ， 俗稱“馬達(dá)”）是一種依據(jù)電磁感應(yīng)定律來實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的電磁裝置 ， 其主要作用在于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ， 從而成為用電器以及各類機(jī)械的動(dòng)力源 。
而空心杯電機(jī)屬于直流永磁伺服控制電機(jī) ， 是一種較為特殊的直流電機(jī) 。 它之所以特殊 ， 是因?yàn)闊o鐵芯轉(zhuǎn)子 ， 從而消除了因鐵芯形成渦流而導(dǎo)致的電能損耗 ， 也減輕了重量 ， 因而具備了多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn) ， 如：高電機(jī)轉(zhuǎn)速、能量轉(zhuǎn)化效率極高、高加速度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、體積小、重量輕等 。 進(jìn)而成為靈巧手的最優(yōu)選 。
空心杯電機(jī)主要由空心杯線圈、外殼、軸承、下殼、上殼、永磁體等零件構(gòu)成 。 在這些零件當(dāng)中 ， 空心杯線圈屬于關(guān)鍵零件 ， 它沒有其他支撐結(jié)構(gòu) ， 完全依靠導(dǎo)線繞制而成 。 空心杯線圈的形狀設(shè)計(jì)是否合理、排布是否整齊以及繞制槽滿率的高低等因素 ， 都是決定空心杯電機(jī)性能的關(guān)鍵要素 。
在下游應(yīng)用方面 ， 空心杯電機(jī)主要應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人等高精尖領(lǐng)域 。 同時(shí) ， 空心杯電機(jī)也逐步應(yīng)用在民用領(lǐng)域上 ， 例如辦公自動(dòng)化、電動(dòng)工具等 。
二：空心杯電機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模：
根據(jù)NTCysd的數(shù)據(jù)顯示 ， 2022年全球空心杯電機(jī)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為51.6億元 ， 同比增長了9.13% 。 預(yù)計(jì)2028年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到83.0億人民幣 ， 期間復(fù)合年均增長率約8.5% 。 機(jī)構(gòu)的這個(gè)預(yù)測(cè) ， 我認(rèn)為是偏線性了 。 適合人形機(jī)器人商業(yè)化落地前 ， 一旦人形機(jī)器人商業(yè)化落地 ， 不太可能會(huì)是如此溫和的線性增長 ， 更大可能會(huì)是翻倍增長 。 即 ， 分兩種增長方式 ， 一種是人形機(jī)器人商業(yè)化落地前的溫和增長 。 另一種是人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化后的爆發(fā)式增長 。
2022年中國空心杯電機(jī)產(chǎn)量占比為56% ， 為全球最大的空心杯電機(jī)產(chǎn)地 。
三：空心杯電機(jī)格局
中國空心杯電機(jī)廠商起步較晚 ， 全球高端市場(chǎng)被海外企業(yè)壟斷 ， 內(nèi)資企業(yè)主要面向國內(nèi)中低端市場(chǎng) 。 全球空心杯電機(jī)市場(chǎng)的龍頭企業(yè)包括瑞士的Maxon Motor、德國的Faulhaber、Portescap、Allied motion、Nidec等公司 。 國內(nèi)廠商是兆威機(jī)電、鳴志電器、鼎智科技、雷賽智能、拓邦股份等廠商相對(duì)有優(yōu)勢(shì) ， 根據(jù)頭豹研究院數(shù)據(jù) ， 2022年內(nèi)全球空心杯電機(jī)CR5為67% ， 10年以后 ， 空心杯電機(jī)增量市場(chǎng)有望增至780億元 。
四：技術(shù)壁壘
空心杯電機(jī)的整體裝配過程同普通電機(jī)類似 ， 其核心技術(shù)壁壘在于定子/轉(zhuǎn)子的自支撐繞組技術(shù)上 。 實(shí)現(xiàn)自支撐繞組的關(guān)鍵點(diǎn) ， 一是在于繞組工藝的設(shè)計(jì)：空心杯電機(jī)的繞組類型眾多 ， 其中直線型繞制工藝相對(duì)復(fù)雜 ， 需要多次繞制形成 ， 多用于較少匝數(shù)、較長繞組結(jié)構(gòu) 。 同心式繞組空心杯電機(jī)的功率密度較大 ， 使得電機(jī)產(chǎn)品性能優(yōu)異；二是在于繞組設(shè)備：繞線設(shè)備行業(yè)的頭部廠商主要集中在歐美、日本等地 ， 國內(nèi)同海外有較大差距 。
五：相關(guān)公司簡(jiǎn)介
1：鳴志電器
2018年鳴志機(jī)電通過收購瑞士 technosoft motion掌握了先進(jìn)的無刷電機(jī)、空心杯電機(jī)技術(shù) 。
通過對(duì)鳴志電器的發(fā)展方式看 ， 基本是通過買買買的方式 ， 多項(xiàng)重要的技術(shù)、子公司都是通過購買獲得 。 在我看來 ， 真正好的技術(shù)是買不到的 ， 頂多能買到2流技術(shù) 。 并且一旦習(xí)慣了用買的方式達(dá)到技術(shù)進(jìn)步的目的 ， 將會(huì)缺乏核心的自研能力！最終止步于2流 。 當(dāng)然 ， 即使是2流技術(shù) ， 對(duì)于現(xiàn)在國內(nèi)來說也是處于一線水平 。
據(jù)研報(bào)信息 ， 鳴志電器的空心杯電機(jī)目前能提供最小直徑6mm ， 空載轉(zhuǎn)速15000～50000rpm的產(chǎn)品 ， 是少數(shù)幾個(gè)能提供6mm產(chǎn)品的公司 。
2023年公司研發(fā)費(fèi)用2.4億 ， 占營收25.4億的9.4% 。 值得關(guān)注的是公司商譽(yù)5.26億 ， 占總資產(chǎn)38.4億的13.7% 。
2：雷賽智能：
雷賽智能成立于1997年 ， 是一家專注于智能裝備運(yùn)動(dòng)控制核心部件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高新技術(shù)企業(yè) 。 公司產(chǎn)品主要包括伺服系統(tǒng)、步進(jìn)系統(tǒng)和控制技術(shù)類產(chǎn)品 。 可以說公司產(chǎn)品正好匹配人形機(jī)器人的需求 。
空心杯電機(jī)方面 ， 公司已經(jīng)成功研發(fā)并量產(chǎn)了多款空心杯電機(jī) ， 產(chǎn)品規(guī)格涵蓋6mm-12mm ， 適用于人形機(jī)器人的靈巧手需求 。
2023年 ， 公司營收14.2億 ， 研發(fā)費(fèi)用2.1億 ， 占比14.8% 。
3：兆威機(jī)電：
兆威機(jī)電的產(chǎn)品包括微型傳動(dòng)系統(tǒng)、精密注塑件和精密模具等 ， 廣泛應(yīng)用于汽車電子、智能家居、通訊等行業(yè) 。 其中 ， 微型傳動(dòng)系統(tǒng)是公司的主要收入來源 ， 占比達(dá)到60%以上 。
公司已經(jīng)成功研發(fā)并量產(chǎn)了多款空心杯電機(jī) ， 產(chǎn)品規(guī)格涵蓋6mm-12mm ， 適用于人形機(jī)器人的靈巧手需求 。 此外 ， 兆威機(jī)電在微型傳動(dòng)齒輪箱方面也具有深厚的技術(shù)積累 ， 已成功研發(fā)并量產(chǎn)3.4mm齒輪箱 ， 能夠與空心杯電機(jī)配合 ， 提供高效的動(dòng)力傳輸和精準(zhǔn)控制 。
2023年公司收入12.1億 ， 研發(fā)費(fèi)用1.29億 ， 占比10.7% 。
4：鼎智科技：
鼎智科技是一家專注于精密運(yùn)動(dòng)控制解決方案的提供商 ， 主要產(chǎn)品包括線性執(zhí)行器、混合式步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、音圈電機(jī)等
公司的無刷空心杯電機(jī)：最小直徑8mm ， 最大轉(zhuǎn)速8萬轉(zhuǎn)/分鐘 ， 擁有多個(gè)系列產(chǎn)品 。 已實(shí)現(xiàn)中小批量供貨 ， 未來有望在人形機(jī)器人等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用
2023年 ， 公司收入2.83億 ， 研發(fā)費(fèi)用0.22億 ， 占比7.78% 。
5：偉創(chuàng)電氣：
偉創(chuàng)電氣的產(chǎn)品涵蓋變頻器、伺服系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制器、PLC和HMI等 ， 其中變頻器是主要收入來源 ， 占比達(dá)到60%以上 。
公司通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)拓展 ， 積極布局新興領(lǐng)域如XR和人形機(jī)器人 。 公司的直流無刷空心杯電機(jī)直徑為13mm ， 空載轉(zhuǎn)速為85000rpm ， 最大輸出功率為58W ， 最大額定轉(zhuǎn)矩為7mNm ， 效率可達(dá)90% 。
2023年 ， 公司收入13.1億 ， 研發(fā)費(fèi)用1.64億 ， 占比12.5% 。
6：拓邦股份：
拓邦股份的產(chǎn)品包括智能控制器、電機(jī)、電池、電源和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái) ， 形成了“四電一網(wǎng)”的綜合技術(shù)體系 。 智能控制器是公司的核心產(chǎn)品 ， 應(yīng)用于家電、工具等領(lǐng)域；電機(jī)產(chǎn)品包括直流無刷電機(jī)、空心杯電機(jī)等 ， 應(yīng)用于電動(dòng)工具、自動(dòng)化設(shè)備等領(lǐng)域；電池產(chǎn)品包括磷酸鐵鋰圓柱電池、三元軟包電芯等 ， 應(yīng)用于儲(chǔ)能和輕型動(dòng)力等領(lǐng)域 。
公司的空心杯電機(jī)尺寸范圍為12mm-40mm ， 屬于國產(chǎn)第一梯隊(duì) 。 （有消息說也具備了6mm的生產(chǎn)能力 ， 但我沒有找到可靠出處 ， 有知道的朋友 ， 方便的話請(qǐng)告知一聲 ， 謝謝）
【人形機(jī)器人核心配件之空心杯電機(jī)及相關(guān)公司】2023年 ， 公司收入89.9億 ， 研發(fā)費(fèi)用6.9億 ， 占比7.68% 。 商譽(yù)1.07億 ， 占總資產(chǎn)122.7億的0.8% 。

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