一、空心杯電機：本體“小巧”，性能“精悍”，是電機領域“皇冠上的明珠”

（一）空心杯電機：人形機器人靈巧手的核心零部件

靈巧手是人形機器人執(zhí)行動作的最終零件，十分重要且復雜，對電機性能要求較高。靈 巧手作為機器人實現操作的終端工具，十分重要，其設計高度仿人手，結構比較復雜， 面臨的最大難題是空間極小而驅動自由度極多，需要配備功率密度高，體積小且控制精 度高的電機。 空心杯電機與靈巧手關節(jié)適配性高，特斯拉 Optimus 選用其作為動力源?？招谋姍C具 有功率密度高、能量轉化效率高、響應快，運行平穩(wěn)等特點，與靈巧手的需求高度適配。 特斯拉機器人“靈巧手”使用較為經典的六電機驅動方式，和人手一樣同樣使用 5 個手 指，擁有 11 個自由度，拇指采用雙電機驅動彎曲和側擺，其它四指各用一個電機帶動。 電機采用蝸桿傳動機構的目的與腿部直線伺服如出一轍，采用機構自鎖降低能耗。為追 求形態(tài)美觀及自適應性，手指采用拉線的傳動機構，擁有負重 20 磅（9KG）和自適應抓 ?。軌蜃ト〔煌螤?、尺寸的物體）的能力，可完成搬運、澆花等動作。

（二）結構與性能：無鐵芯轉子結構打破常規(guī)，電機性能全方位提升。

電機種類繁多，空心杯電機憑借性能優(yōu)勢而備受關注。電機自從被發(fā)明出以來逐漸進入 我們生活的方方面面，是日常生活中應用最廣泛的用電設備之一。電機按工作電源種類 可分為采用直流電源的直流電機和采用交流電源的交流電機，按用途分類可分為驅動電 機和控制電機，其中控制電機又可以分為開環(huán)控制的步進電機和可以實現精確閉環(huán)控制 的伺服電機?？招谋姍C是一種采用永磁鐵提供磁場，直流電源供電的微型伺服電機， 隨著工業(yè)技術的不斷進步，機電設備對于能更好適應各種需求對伺服電機的技術要求越 來越高，而空心杯電機也因其節(jié)能效果好、伺服特性好等性能優(yōu)勢而備受關注。

空心杯電機本體“小巧”，性能“精悍”，是電機領域“皇冠上的明珠”。從結構上看，以 有刷空心杯電機為例，其主要由空心杯繞組、永磁體、電刷、換向器等部件組成，采用了 無鐵芯轉子結構，各部件組合緊密，通常尺寸比較小，直徑不超過 40mm。從性能上看， 無鐵芯轉子結構使電機的性能得到了極大的改善，使其具有卓越的節(jié)能，高效，高靈敏 度，運行穩(wěn)定等特點。

空心杯電機 VS 傳統(tǒng)直流電機：無鐵芯轉子結構打破常規(guī)，電機性能全方位提升。 空心杯電機采用無鐵芯空心杯繞組，是與傳統(tǒng)直流電機區(qū)分的核心差異。繞組是電機的 主要部件，繞組中的感應電動勢以及通過繞組的電流產生的電磁轉矩實現了機電能量的 轉化以及電磁功率的傳遞。傳統(tǒng)直流電機的轉子是由鐵芯及繞組構成，而空心杯電機的 繞組是由纏繞成杯子狀的導線構成，結構的差異使二者性能大有不同。

獨特的空心杯形線圈結構使電機性能得到極大改善。這種新式結構由于沒有沖片齒槽結 構和鐵芯，減少了電機運行時的磁阻力矩，從而降低輸出轉矩波動。空心杯電機從根本 上消除了鐵芯渦流效應帶來的損耗，進而減少了電機運行時的能量損耗，同時減輕了電 機的重量，性能得到了極大的改善。 空心杯電機相對傳統(tǒng)直流電機具有功率密度高、能量轉化效率高、響應快，運行平穩(wěn)等 特點。

（1）無鐵損與輕質量使空心杯電機能量轉化效率較高，節(jié)能效果良好。 無鐵損：鐵損指的是永磁直流電機中的鐵芯，因磁體受變動磁場影響，微電機鐵芯中損 耗的部分能量，損耗能量會以熱能的方式散失或以噪音的方式散失，主要包括內部磁場 變化感應出循環(huán)電流所導致的渦流損耗、磁疇膨脹收縮導致的磁滯損耗和異常損耗（渦 流損耗和磁滯損耗之外的損耗）三種類型。 空心杯電機采用無鐵芯結構，幾乎完全消除了渦流效應和磁滯效應帶來的能量損耗。同時，由于因此，空心杯電機相比傳統(tǒng)直流電機擁有更高的能量轉化效率。 輕質量：空心杯電機的轉動慣量和重量都明顯低于普通電機，因此在電機運行過程中轉 子自身的機械能損耗也會有所降低。

由新和電機統(tǒng)計，空心杯電能量轉化機效率一般在 70%以上，部分產品可達到 90%以上， 而普通鐵芯電機能量轉化效率只能達到 15%-50%。

（2）高效率與輕質量使空心杯電機具有較高的功率密度。 輕質量：功率密度是輸出功率與重量或體積的比率。從內部結構來看，空心杯電機省去 了鐵芯，使得自身重量與體積變小，與同等功率的一般鐵芯電機相比，空心杯電機重量 減輕 1/3-1/2，體積減小 1/3-1/2。 高能量轉化效率：與傳統(tǒng)的感應線圈相比，銅板線圈的重量更輕。由于繞制線圈時既不 需要卷線，也不用添加有槽硅鋼片，因此空心杯電機在運行過程中不會產生這方面的渦 流損耗和磁滯損耗。雖然銅板線圈也會帶來一定的渦流，但是這種損耗很小且易控制， 確保了較高的輸出功率和輸出轉矩。 總體看來，空心杯電機的輸出功率和輸出轉矩比同規(guī)格普通電機高，加上重量或體積小， 故功率密度高，一般達 30mW/cm3。

（3）更小的轉子慣量使空心杯電機具有更快的響應速度。 機械時間常數：指的是電機空載加階躍額定電壓時，當轉速達到空載轉速的 63.2%時所 需的時間，是反應其動態(tài)性能好壞的主要技術指標之一。 與相同尺寸的普通有刷直流電機相比，空心杯電機的轉子慣量更小，因而擁有更高的響 應速度，其機械時間常數通常在 28ms 以內，部分產品機械時間常數甚至小于 10ms，而 有鐵芯電機的機械時間常數一般在 100ms 以上。

（4）無齒槽效應使空心杯電機運行更加平穩(wěn)。 齒槽效應：齒槽效應是由于電磁場的分布不均勻，導致磁力線的密度在不同位置上發(fā)生 變化，當磁力線密度發(fā)生變化時，會產生短時間內的電流脈沖，雖然不會減少或增加電 動機的平均轉矩，但是會引起噪音、電機振動、速度波動等，對電機定位的伺服性能和 精度造成了比較大的影響，特別是在低速時產生的影響更大。 空心杯電機去除了鐵芯，采用無齒槽結構，減少了電機運行時的磁阻力矩，從而降低了 輸出轉矩波動，使電機運行更加平穩(wěn)。

（三）分類：無刷空心杯電機是未來發(fā)展的方向

空心杯電機按照其換向方式可以分為有刷空心杯電機和無刷空心杯電機兩種。 有刷空心杯電機：采用機械電刷換向，一般由機殼、軟磁材料內定子、永磁體外定子、 空心杯型轉子電樞組成；另外一種是無刷空心杯電機，采用電子換向的方式，由機殼， 軟磁材料、絕緣材料和空心杯電樞構成的定子及永磁鋼轉子等組成。當空心杯有刷電機 通電時，繞組有電流通過，產生轉矩，轉子開始旋轉，若轉子轉到特定角度，電刷利用機 械換向器的方式改變電流方向，使輸出轉矩方向不變，轉子繼續(xù)旋轉。由于空心杯有刷 電機采用電刷換向，電機運行過程中存在著一定的相對摩擦，這就會產生噪聲電火花， 降低了電機使用壽命。 無刷空心杯電機：通過控制電子元件的通斷使不同繞組接入電路，達到換向的效果，這 種電子換向方式使空心杯無刷電機具有效率高、轉矩波動小、使用壽命高、結構精巧、 維護方便、易保養(yǎng)等特點。

無刷空心杯電機性能更好，壽命更長，是未來的發(fā)展方向。壽命方面，無刷空心杯電機 壽命受限于軸承，有刷空心杯電機壽命受限于電刷，電刷壽命比軸承短得多，空心杯電 機通常隨電刷的報廢而報廢。有刷空心杯電機換向時會有電火花，電火花會有電磁干擾， 無刷空心杯電機通過霍爾元件換向，幾乎沒有電磁干擾的影響。 此外，無刷空心杯電機還有轉速快，效率高等優(yōu)點。雖然有刷空心杯電機價格更低，控 制方式更加簡單，但隨著人形機器人靈巧手對于空心杯電機性能和壽命的更高追求，預 計無刷空心杯電機會有更大的發(fā)展空間。

二、行業(yè)分析：人形機器人帶來全新機遇，降本需求助推國內企業(yè)打破原有 格局

（一）下游應用：優(yōu)異的性能帶來廣闊的下游應用領域

空心杯電機性能優(yōu)勢突出，使其具備廣闊的下游應用領域?？招谋妱訖C避開了有鐵芯 電動機多種技術弊端，而且其突出的特點集中在電動機的主要性能方面，使其具備了廣 闊的應用領域。尤其是隨著工業(yè)技術的飛速發(fā)展，對電動機的伺服特性不斷提出更高的 期望和要求，使空心杯電動機在很多應用場合擁有不可替代的地位。根據 QY research 在 《Global Coreless DC Motors Market Research Report 2022》中的測算，除人形機器人靈巧 手方面的應用，預計 2022 年全球空心杯電機市場規(guī)模約為 50 億元。

空心杯電動機的應用，從軍事、高科技領域進入大工業(yè)和民用領域后，十多年來得到迅 速的發(fā)展，尤其是在工業(yè)發(fā)達國家，已經涉及到大部分行業(yè)和許多產品： 需要快速響應的隨動系統(tǒng)。如導彈的飛行方向快速調節(jié)，高倍率光驅的隨動控制， 快速自動調焦，高靈敏的記錄和檢測設備，工業(yè)機器人，仿生義肢等，空心杯電動 機能很好地滿足其技術要求。 對驅動元件要求平穩(wěn)持久拖動的產品。如各類便攜式的儀器儀表，個人隨身裝備， 野外作業(yè)的儀器設備，電動車、玩具車、電動牙刷等，同樣一組電源，供電時間可 以延長一倍以上。 各種飛行器，包括航空、航天、航模等。利用空心杯電動機重量輕，體積小，能耗 低的優(yōu)點，可以很大程度地減輕飛行器的重量。 各種各樣的民用電器、工業(yè)產品。采用空心杯電動機作為執(zhí)行元件。

醫(yī)療設備：在轉運患者時，需要用到功能強大、高效的便攜式呼吸機。無刷空心杯直流 電機在保證提供更高壓力和流量的條件下減小了電機-鼓風機組件的尺寸，能夠作出更快 的響應，且更為安靜、可靠、高效，能夠在夜間、轉院途中、急救車或洲際飛行期間通過 電池供電，高效地驅動呼吸機鼓風機。 牙科醫(yī)生需要使用重量輕、功率大且高效的手持式牙科手機成功完成牙科手術。無刷空 心杯直流電機是牙科治療的理想選擇。空心杯電機具有緊湊的設計，可在較小的封裝中提供最大化的扭矩和功率，在治療過程中實現精確而集中的工作，同時可消除對牙醫(yī)和 患者造成的任何不愉快的噪音。

工業(yè)自動化：電動夾爪是自動化工業(yè)中一種重要的裝置，在自動化高速發(fā)展的今天，電 動夾爪能幫助人們完成復雜系數較高的事情。需要電機具有可靠性高、精準度高、反應 速度快等優(yōu)點。空心杯電機很好地適配電動夾爪的需求，兆威機電基于驅動齒輪箱設計、 仿真分析、噪音分析等多項技術手段，提出了電動夾爪驅動系統(tǒng)的解決方案，通過優(yōu)化 驅動控制方式、增大抓持力的輸出功率，有效的解決了電動夾爪使用時的復雜程度、噪 音大等問題，使其得到廣泛應用。 精密點膠機作為一種專門用于汽車電子、智能家居、工業(yè)自動化、醫(yī)療器械等行業(yè)的高 精度設備，其作用是為產品進行極致的精細化點膠。目前市面上某些點膠機進行精細化 點膠的過程中，由于驅動系統(tǒng)的精度及力矩欠佳，在長時間使用過程中，點膠機容易出 現吐膠量不穩(wěn)定的情況，造成點膠錯誤。通過使用無刷高性能電機配合精密齒輪箱，以 電機帶動螺桿在定子型腔內旋轉實現定量輸送功能，可形成穩(wěn)定吐膠效果，進而提高點 膠機性能。具有結構簡單、操作方便、使用壽命長等特點。

航空航天：無人機也稱為 UAV（無人駕駛飛行器），其用途廣泛，可用于國防和監(jiān)控、 農業(yè)和物流等各種應用。無人機需具備極度靈活的導航功能，并且必須極其耐用，因為 它們經常需要在惡劣的環(huán)境中作業(yè)。這些 UAV 應用需要有效的推進力來提高可操作性（即延長電池使用時間）、降低噪音和熱特性，以確保不被發(fā)現，并精確控制相機云臺和 其他輔助應用。無刷空心杯電機可滿足無人機對響應性、可靠性和運動精度的要求，在 緊湊、輕量化的外殼中提供最佳的扭矩和效率，并且完全能夠在惡劣的環(huán)境條件下運行。 駕駛艙飛行控制元件也稱為艙內控制元件，能夠幫助飛行員控制飛機飛行的方向。這些 裝置將飛行員的指令傳輸到固定翼飛機或旋翼飛機的操縱面，同時，向飛行員提供主動 力反饋；由此，飛行員能夠看到并感覺到飛行控制元件的運動，類似于轉彎時車輛方向 盤上的阻力。主動力反饋設備包括側置操縱桿裝置 (SSU)、方向舵踏板/方向舵制動踏板 裝置 (RBPU)、油門控制組件 (TCA)/油門控制拉索 (TCQ) 以及自動駕駛/自動油門和智 能執(zhí)行器。駕駛艙飛行控制元件的關鍵特性要求小型電機必須可靠、精確，空間和重量 限制需要緊湊、輕量化和高功率密度 (SWaP) 的解決方案?？招谋瓱o刷電機不僅具有出 色的性能，同時具有較小的尺寸和重量，高度適配駕駛艙飛行控制元件對電機的要求。

（二）競爭格局：海外頭部企業(yè)主導，國內企業(yè)正加速追趕

海外頭部企業(yè)主導，市場集中度較高?？招谋姍C技術是從德國 Dr.F.Faulhaber 在 1958 年研制出斜繞組線圈繞制技術開始，起步較早，隨著生產技術不斷發(fā)展，國外的空心杯 線圈生產技術已經十分成熟。國外大部分采用一次成型技術，其生產過程自動化程度高、 人為干擾少，這樣在提高生產效率的同時也提高了產品質量，降低了生產成本，競爭優(yōu) 勢明顯，因此占據了較大的市場份額。據 QY research 在《Global Coreless DC Motors Market Research Report 2022》中統(tǒng)計，2021 年全球空心杯電機三大龍頭企業(yè)占據了 55.43%的市 場份額，競爭格局高度集中。

國內企業(yè)經過近幾年的追趕，產品性能差距不斷縮小。以前國內沒有充分意識到空心杯 電機的發(fā)展前景。近幾年，我國空心杯發(fā)展速度較快，已經有越來越多的生產商開始從 事空心杯電機的設計和制造，國內龍頭鳴志電器現在已經可以生產基座尺寸 8mm，額定 電壓 6V，空載轉速 13500rpm，機械常數 6.6ms，最大連續(xù)轉矩 0.60mNm 的有刷空心杯 電機。對比全球空心杯龍頭之一 Faulhaber 的同等基座尺寸和額定電壓的有刷空心杯電機 產品，性能參數僅有微小差異，海內外龍頭技術差距不斷縮小。

（三）國產替代：人形機器人降本需求迫切，國產替代迎來新機遇

人形機器人普及的關鍵在于降本。馬斯克在 2022 AI Day 上預計 Optimus 最終量產時，價 格要在 2 萬美元以下。從投資回報的角度看，人形機器人只有實現在家政、康復、工業(yè) 場景的普遍應用，且成本更低時，才會對客戶有更強的吸引力，因此人形機器人降本需 求迫切。 國內空心杯電機性價比較高，降本需求帶來國產替代新機遇。將海外廠商 Maxon、與國 內廠商鳴志電器的性能接近、大小相似的空心杯電機價格進行比對，Maxon 產品雖然在 功率密度和最大連續(xù)轉矩上有微小優(yōu)勢，但其價格大約是鳴志電器產品的 2 倍，鳴志電 器產品性價比較高。在降本需求的推動下，將會有越來越多的國內廠商進入空心杯行業(yè)， 有望復刻已經驗證過的汽車零部件降本的路線，加快推動人形機器人產業(yè)化落地。

三、空心杯線圈設計與生產

（一）線圈設計：三大主流設計各有千秋

空心杯電機線圈常用到三種設計—直繞組、斜繞組、菱形繞組。

菱形繞組設計最為省材，功耗也最小。劉明豪在《永磁直流有刷空心杯電機設計》中對 比分析了不同線圈設計的空心杯電機在 Maxwell 3D 中的銅損。當銅損達到穩(wěn)定后，菱 形繞組的銅耗最小，斜繞組次之，直繞組銅耗最大。從根源上分析，繞組銅線的銅耗來 源于導線中的電阻。在材料相同的情況下，繞組跨距都為 180°，由于直繞組的軸向邊距 離較長，所需的銅線尺寸最長，因此銅耗最大。而斜繞組在拐角處距離略長于菱形繞組， 長度接近但銅耗略大于菱形繞組，因此菱形繞組最為省材料，功耗也最小。

繞制工藝方面，斜繞組更適合手動繞制而成，直繞組難度次之，菱形繞組手動繞制較難， 一般需要借助特定的繞線機工藝設備完成。手動繞制過程中人為誤差較大，且進行多邊 形繞制與固定時更易精度不夠、產生形變，會降低繞組的空間密度、形狀規(guī)范，從而會 影響到繞組發(fā)揮電磁轉換的作用。世界知名企業(yè)的空心杯電機多采用機械進行菱形繞制 方式。前人設計中，直繞組內的氣隙區(qū)域較大，空心杯軸向較長或者且額定功率較大的 電機中多采用此設計。

（二）線圈繞制工藝：“繞卷式”雖易，“一次成型”更佳

生產空心杯電機的關鍵在于空心杯線圈的繞制方式，目前主要有繞卷式生產和一次性繞 制成型兩種生產方式。

1、繞卷式生產工藝

繞卷式生產主要由送線、坯線圈繞制、板坯成型、卷制成型四大步驟組成，下面以劉青 星在《基于小樣本學習的空心杯線圈質量控制研究》中的貴州某企業(yè)的高精度空心杯線 圈智能制造生產線為例，介紹繞卷式生產的工藝流程。

送線：坯線圈繞制過程中，漆包線所受的張力將影響坯線成型松散程度，對后續(xù)的板坯 壓制、卷制成型過程均有不同程度的影響。因此，采用伺服磁阻尼張力器進行漆包線張 力控制，磁阻尼張力器以永磁體產生的磁場為媒介，傳遞恒定扭矩進行張力控制。 坯線圈繞制：經過張力控制器的張力調節(jié)，空心杯線圈繞線機將漆包線繞制成一定匝數 和引線腳數的坯線圈。棱形卷制柱將漆包線繞制到恒定匝數時，便停止旋轉，左右兩邊 的壓平板對棱形卷制柱上的線圈進行搓平，同時鉤針上升鉤下漆包線并進行旋轉，形成 一根引線。重復上述過程，當坯線圈的匝數與引線數達到設置值時，坯線圈成型。

板坯成型：坯線圈形成后，空心杯線圈壓扁裝置從棱形卷制柱上夾取坯線圈，通過夾具 上的涂膠加熱以及夾具的壓力定型，將坯線圈壓制為板坯并將坯線板放置在線圈成型裝 置上，進行卷制成型。

卷制成形：工裝夾具沿導軌運動，將壓制好的板坯送至線圈卷圓裝置中，由四個模具及 中間的卷制圓柱對板坯進行加熱、加壓定型，進而將板坯卷制成線圈。通過設定四個模 具定型時的壓力、定型溫度、定型時間等關鍵工藝參數，保證線圈的成型質量。線圈卷 制完成后，取料夾具將空心杯線圈從卷制圓柱上取下，并放置在圖片采集平臺上，以便 對其進行外觀缺陷檢測。

2、一次成型生產工藝

一次成型技術為全自動化生產，繞線機為核心設備。一次成型生產技術利用空心杯線圈 繞制設備一次繞制成型，繞線機降銅線按照既定的規(guī)則纏繞在主軸上，一次成型，全程 依靠繞線機工作，屬于全自動化生產。 一次成型技術主要分為加工準備、繞線、抽頭三步，由繞線機的六大模塊相互配合完成。 通過分析線圈的結構可以將繞線機的機械結構分為六個模塊：主運動模塊、排線模塊、 擺線模塊、加熱模塊、抽頭模塊、剪斷模塊。其中加工準備主要由加熱模塊完成，繞線主 要由主運動模塊、排線模塊和擺線模塊相互協(xié)調完成，抽頭主要由抽頭模塊和剪斷模塊 完成。

加熱模塊負責加熱自粘線導線以實現導線間的粘結?？招谋€圈繞線機采用自粘線導線作為生產原材料。采用自粘線導線生產線圈時需要設計加熱裝置，裴新平在《空心杯線 圈繞線機設計》中采用熱風加熱。將加熱模塊設計成伸縮結構。需要加熱時將熱風口伸 出至指定位置，實現加熱。

主運動模塊負責實現芯軸的旋轉。以一個芯軸按照一定規(guī)律的旋轉運動作為空心杯線圈 繞線機的主運動；芯軸充當纏繞線圈時的載體，芯軸的外徑決定了空心杯線圈的內徑。 排線模塊負責控制導線按一定的規(guī)律排列?？招谋€圈是由緊密排列的導線構成的。所 以空心杯線圈成型過程中需要導線按照一定的規(guī)律排列。而單獨靠做旋轉運動的芯軸并 不能完成排線功能，因此繞線機需要設計單獨的排線單元。通過仔細觀察線圈可知空心 杯線圈是由重復的導線回路構成的，各個回路的形狀理論上是一致的，也就意味著排線 過程中主軸旋轉一周排線機構與主軸在主軸圓柱表面的交點沿圓柱周向移動一個固定值 （該值由所要加工的線圈匝數和線圈內徑決定），即排線機構與主運動機構存在固定的相 位差，該相位差根據所加工的線圈匝數、內徑的不同而不同；繞線機的主運動為回轉運 動，所以排線機構也設計為回轉運動。

擺線模塊負責控制線嘴的運動，與主運動模塊一起決定了導線的纏繞方式。空心杯線圈 的導線軸線可以簡化為兩個空間正交的直線和圓柱體在圓柱體表面的交點的軌跡，主運動的芯軸即為該圓柱體，擺線結構的線嘴的軸線即為該直線。擺線機構帶動線嘴機構往 復擺動，線圈的長度即為線嘴部分的擺動范圍。擺線機構與主軸的運動規(guī)律共同決定了 空心杯線圈導線的纏繞方式。

抽頭模塊負責在指定位置留出抽頭。抽頭模塊主要由伸縮機構、勾頭、抽頭電機組成， 空心杯線圈需要在指定位置留出抽頭。在加工過程中，可以通過在指定位置暫停主運動 和擺線運動，將導線拉出一定長度的方式實現在指定位置留有抽頭的目的。為此設計抽 頭模塊，為避免運動干涉同樣將抽頭模塊設計成伸縮形式。

剪斷模塊負責在抽頭和加工完成后剪斷導線?？招谋€圈繞線機所采用的原材料導線為 成捆的整根導線。因此在抽頭和加工完成后均需要剪斷導線，方便撥叉將線圈推出，為 提高生產效率和自動化程度，將剪斷模塊也設計成自動化模塊。

（三）技術壁壘：繞線工藝與設備

繞卷式生產工藝大多為手工或半自動化模式，生產設備要求較低但批量生產能力較差 成品一致性差：傳統(tǒng)的線圈繞線工藝采用手工布線，線圈在布線模中的定位是通過肉眼 來判斷是否均勻，線圈的均勻定位誤差較大；而且由于手工繞制線圈，各個線圈之間存 在誤差。這種誤差的存在，使得線圈重量、寬度均不一致，由此造成繞組成型后分布不 均勻，成品一致性差。 生產效率低：采用該方法加工的空心杯電樞繞組貼成圓形后，后期還需要用刮板手工整 形、對線圈進行手工整理，繞組兩端手工整形，整理、固定浮線，操作工藝復雜，生產效 率低。 無法繞制大功率電機線圈：繞卷式工藝只能生產線徑為 0.2 以下的線圈，而較大功率電 機線徑較粗，該工藝無法生產。

一次繞制成型工藝生產效率高、產品質量高，但對生產設備要求較高。日本、瑞士、德 國等國研制空心杯電機的時間較早，現在都已具有高效而優(yōu)良的生產設備，有能力進行 自動化程度更高、人為干擾因素更少的一次繞制成型生產，提高生產效率的同時提高了 線圈的生產質量。

（四）總結

線圈設計：空心杯電機線圈常用到三種設計—直繞組、斜繞組、菱形繞組。菱形繞組設計最為省材，功耗也最小。繞制工藝方面，斜繞組更適合手動繞制而成，直繞組難度次 之，菱形繞組手動繞制較難，一般需要借助特定的繞線機工藝設備完成。 生產工藝：生產空心杯電機的關鍵在于空心杯線圈的繞制方式，目前主要有繞卷式生產 和一次性繞制成型兩種生產方式。繞卷式生產主要由送線、坯線圈繞制、板坯成型、卷 制成型四大步驟組成。一次成型技術為全自動化生產，繞線機為核心設備。一次成型技 術主要分為加工準備、繞線、抽頭三步，由繞線機的六大模塊相互配合完成。 壁壘在于繞線設備：繞卷式生產工藝雖然對生產設備要求較低，但其生產效率低、一致 性較差且不能繞制大功率線圈，不適合大批量自動生產。一次繞制成型工藝生產效率高、 產品質量高，根本原因在于其擁有先進的線圈生產設備。

四、重點公司分析

（一）鳴志電器

鳴志電器是全球運動控制產品龍頭企業(yè)，長期秉持對專業(yè)應用技術和國際化科學管理手 段的追求。公司運動控制領域的主營產品包括步進電機、空心杯電機、伺服電機等控制 電機以及相應驅動器。公司專注于智能電機技術研究以及生產制造的自動化提升，以成 為信息化和自動化領域的綜合性提供商為目標，打造精密控制電機加直線傳動、加減速 機和運動控制系統(tǒng)的模組化產品。近五年收入結構以控制電機及其驅動系統(tǒng)產品、貿易 代理業(yè)務以及LED控制與驅動產品為主。2022年公司總營收29.6億元，同比增長9.05%， 實現歸母凈利潤 2.47 億元，同比下降 11.58%，實現扣非歸母凈利潤 2.34 億元，同比下 降 9.36%。 根據 Wind 一致性預期(截至 2023 年 9 月 16 日)，預計公司 23/24/25 年營收同比增長 13.36%/26.96%/28.07% 至 33.55/42.60/54.56 億 元 ， 歸 母 凈 利 潤 同 比 增 長 7.50%/55.12%/44.93%至 2.66/4.12/5.98 億元，對應當前 PE 為 101.48/65.42/45.14 倍。

（二）鼎智科技

自 2008 年成立以來，鼎智形成了以步進電機為基礎的精密運動控制系列產品。產品廣泛 使用于醫(yī)療診斷設備、生命科學儀器、實驗室自動化、機器人、流體控制、半導體及精密電子生產設備，各類工業(yè)自動化設備。公司研發(fā)的線性傳動組件、空心杯電機、精密齒 輪箱等產品處于國內領先地位，可應用于人形機器人。2022 年公司總營收 3.18 億元，同 比增長 63.99%，實現歸母凈利潤 1.01 億元，同比增長 103.39%，實現扣非歸母凈利潤 1.01 億元，同比增長 79.76%。 根據 Wind 一致性預期(截至 2023 年 9 月 16 日)，預計公司 23/24/25 年營收同比增長 28.86%/34.31%/30.44%至 4.10/5.51/7.19 億元，歸母凈利潤同比增長 23.22%/35.90%/29.11% 至 1.24/1.69/2.18 億元，對應當前 PE 為 31.11/22.89/17.73 倍。

（三）偉創(chuàng)電氣

偉創(chuàng)電氣自成立以來始終專注于電氣傳動和工業(yè)控制領域，是一家從事工業(yè)自動化產品 研發(fā)、生產、銷售于一體的高新技術企業(yè)。公司的產品種類豐富，包括 0.4kW 至 5,600kW 的變頻器、50W 至 200kW 的伺服系統(tǒng)、運動控制器、PLC 和 HMI 等。產品廣泛應用于 起重、礦用設備、軌道交通、機床、壓縮機、塑膠、光伏揚水、建材、機器人/機械手、 印刷包裝、紡織化纖、冶金、市政、石油、化工等多種行業(yè)。公司自主研發(fā)設計空心杯電 動機，產品目前在內部測試階段，主要面向機器人、醫(yī)療等行業(yè)，該產品具有高轉速、 高扭矩、低噪音振動的特點。2022 年公司總營收 9.06 億元，同比增長 10.64%，實現歸母 凈利潤 1.40 億元，同比增長 10.37%，實現扣非歸母凈利潤 1.14 億元，同比增長 0.28%。 根據 Wind 一致性預期(截至 2023 年 9 月 16 日)，預計公司 23/24/25 年營收同比增長 42.53%/35.93%/32.49% 至 12.91/17.55/23.26 億 元 ， 歸 母 凈 利 潤 同 比 增 長 48.32%/39.25%/31.72%至 2.08/2.89/3.81 億元，對應當前 PE 為 29.92/21.49/16.31 倍。

（四）拓邦股份

拓邦股份 1996 年成立于有中國科技“硅谷”之稱的深圳高新技術產業(yè)園內。2007 年在深 圳證券交易所成功上市（股票代碼 002139），成為國內智能控制領域首家上市公司。經過 二十余年的高速發(fā)展, 公司主營業(yè)務為智能控制系統(tǒng)解決方案的研發(fā)、生產和銷售，即以 電控、電機、電池、電源、物聯網平臺的“四電一網”技術為核心，面向家電、工具、新 能源、工業(yè)和智能解決方案等行業(yè)提供各種定制化解決方案。公司空心杯電機已經在智 能制造的電動夾爪、醫(yī)療健康的骨科動力工具、智能跟隨的高爾夫球包車等領域實現批 量應用。 2022 年公司總營收 88.75 億元，同比增長 14.27%，實現歸母凈利潤 5.83 億元，同比增長 3.13%，實現扣非歸母凈利潤 4.84 億元，同比增長 11.96%。 根據 Wind 一致性預期(截至 2023 年 9 月 16 日)，預計公司 23/24/25 年營收同比增長 15.40%/23.12%/23.26% 至 102.42/126.10/155.44 億 元 ， 歸 母 凈 利 潤 同 比 增 長 25.69%/32.59%/26.32%至 7.32/9.71/12.27 億元，對應當前 PE 為 18.36/13.85/10.96 倍。

（五）兆威機電

深圳市兆威機電股份有限公司成立于 2001 年，是一家集設計、研發(fā)、制造于一體的微型 驅動系統(tǒng)方案解決商。兆威產品體系包括定制化微型驅動系統(tǒng)，以及全系列微型行星齒 輪箱、正傳動齒輪箱系列、直角電機齒輪箱，以及滾筒電機系列等產品。公司生產的微 型傳動、驅動系統(tǒng)可廣泛用于汽車電子、智能家居、移動通信、醫(yī)療器械、消費電子、工 業(yè)裝備等領域。2022 年公司總營收 11.52 億元，同比增長 1.09%，實現歸母凈利潤 1.50 億元，同比增長 2.00%，實現扣非歸母凈利潤 1.28 億元，同比增長 3.42%。 根據 Wind 一致性預期(截至 2023 年 9 月 16 日)，預計公司 23/24/25 年營收同比增長 23.26%/32.35%/76.57% 至 14.20/18.80/33.19 億 元 ， 歸 母 凈 利 潤 同 比 增 長 33.66%/42.41%/94.28%至 2.01/2.86/5.57 億元，對應當前 PE 為 59.82/42.00/21.62 倍。