空心杯电机投资标的分析20230702

核心观点

1、以100万台人形机器计算，对当前空心杯电机空间弹性约70%，弹性较大。当前空心杯电机广泛应用于医疗、半导体、电动工具、航空航天、军工、智能家居等，全球空心杯电机已有市场规模预计15亿美元（折合人民币约108亿元）。人形机器人为空心杯电机带来新业务增量，假设特斯拉人形机器人量产25/100万台，对于空心杯电机采购额为18/72亿元，新增人形机器人市场弹性为17%/67%。

2、市场对这一赛道最大的预期差在【驱动器】，TSL采用的是无刷空心杯电机——需要驱动器实现驱动控制，市场认知到空心杯电机（电机+行星减速器+编码器）Tier1的产品ASP是1000元/台+，但忽略的是其实12个空心杯电机还牵引出3个驱动器（短期是电机厂配套，后期是否客户自己来做还需边走边看），因此相关供应商或打开新的增量市场。单台机器人驱动器价值量为2500元/台*3台=0.75万元，超过空心杯电机本体价值量。此前，假设特斯拉量产25/100万台，对于驱动器采购额为19/75亿元，空心杯电机本体+驱动器采购额合计为37/147亿元。同时中长期来看，驱动器毛利率更高（算法一经突破，软件成本可忽略）。

3、怎么看竞争格局？跟海外的比较目前空心杯电机龙头为瑞士MAXON（下游主要是医疗）、德国FAULHABER（下游主要是电动工具）和瑞士PORTESCAP（下游是医疗+电动工具），全球市占率70-80%。国内【鸣志电器】最先突破设计、驱动壁垒，产品性能与海外竞争对手对标，可满足人形机器人用要求，且价格至少低于海外1000元。

从技术壁垒角度来讲，主要看三个指标额定转矩和额定电流（对应电机力矩）鸣志与MAXON接近，略低于PORTESCAP、热阻（对应电机发热情况）鸣志与MAXON 、PORTESCAP接近，优于FAULHABER和【工业可靠性】（经验值，需要时间）。在人形机器人等应用催化下，我们认为国内企业会持续加大研发投入，改进设备工艺，加速高端应用领域国内空心杯电机替代。

4、怎么看竞争格局？跟国内比2019年以来，【鼎智科技】、【兆威机电】、【伟创电气】纷纷布局空心杯电机，市场新竞争格局初立。1）第一梯队，瑞士MAXON、德国FAULHABER、瑞士PORTESCAP，海外三大家成立最早、技术和工艺深厚，价格偏高；2）第二梯队，鸣志电器和美、日企业，其中鸣志产品具备性价比优势，后续进一步突破设备壁垒，提升产品一致性和实现批量化生产；3）第三梯队，鼎智科技、兆威机电、伟创电气，鼎智和伟创尚处于测试阶段，兆威产品侧重低端应用，产品较第二梯队存在差距。

一、有刷VS.无刷空心杯电机

（有刷）空心杯电机转子结构上突破了传统电机的转子结构形式，采用的是无铁芯转子，也叫空心杯型转子。这种新颖的转子结构彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗。

图铁芯电机与（有刷）空心杯电机

特点结构紧凑小体积，绕组成杯状，大小有6、8、10mm；高功率密度，转速高达 5、10、15万转/min；微型电机中效率最高、动态响应快、低振动低噪音，可实现精密控制形态。

表空心杯电机特点

空心杯电机趋势有刷→无刷。有刷电机采用机械换向，随着电机旋转，电刷沿着换向器滑动，产生动态的磁场，但也由于电刷和换向器存在相对滑动，容易损耗；无刷电机通过驱动器实现电子换向，因不存在电刷，被称为“无刷电机”。

无刷空心杯电机又名无刷无齿槽电机，其定子部分使用空心杯绕组，采用无齿槽铁芯设计。该型电机具有传统直流无刷电机高转速、长寿命、低噪音的特性，又兼具有刷空心杯电机高功率密度、高效率的优势。

图无刷空心杯电机

与有刷空心杯电机区别

1）寿命有刷空心杯电机寿命在于换向器（一旦损坏，即要更换电机），寿命一般1000-3000h；无刷空心杯电机采用轴承，寿命更长，可达10000h+；

2）转速无刷空心杯电机转速更高；

3）控制无刷空心杯电机需要搭配电机驱动器，实现驱动控制；有刷空心杯电机电流控制即可。无刷空心杯电机寿命、转速优于有刷空心杯电机，从发展趋势上看，未来更偏向无刷空心杯电机（需搭配驱动器实现驱动控制）。

表无刷空心杯电机与有刷空心杯电机对比

二、应用&人形机器人空间

空心杯电机应用分为低端和高端，单价差距较大。低端应用单价几十至几百元不等，如电动牙刷用空心杯电机单价可低至几十元/台，电动工具用空心杯电机单价5、600元/台，而高端应用单价更高，如医疗用空心杯电机均价1500元/台。全球空心杯电机市场规模预计15亿美元（折合人民币约108亿元）。

低端应用（有刷空心杯电机）包括汽车电子、3C、智能家居、工业设备等商用/家用领域，用于电动工具、无人机、智能门锁、电动牙刷、吹风机等。目前国内低端空心杯电机市场规模几十亿；

高端应用（有刷和无刷空心杯电机）包括医疗、半导体、机器人和自动化、航空航天、军工领域。1）医疗领域，主要用于毛囊提取仪、胃镜手术机器人、实验室移液泵、试剂瓶开瓶器、营养泵、组织旋切刀等；2）机器人和自动化领域，包括电动夹爪、机器人关节、机器人手、物流穿梭车、深井油田阀门、挂轨机器人等。

应用要求医疗最高，人形机器人次之，反映在价格上人形机器人用空心杯电机价格低于医疗。

医疗用空心杯电机要求最高1）涉及触碰人体，要求达到高温灭菌级别，2）毛细血管的根管治疗，要求尺寸小，空心杯电机最小可做到直径4mm。

人形机器人用空心杯电机要求较高

1）力矩，额定输出并且具备一定过载能力，对应指标为额定转矩和电流；

2）温升，即电机发热情况，温度不能过高，对应指标为热阻；

3）工业品的可靠性。

人形机器人为空心杯电机带来新增业务量。

特斯拉人形机器人Optimus手部11个自由度，共12个驱动器（单手有6个驱动器，大拇指2个，其余手指各1个），由空心杯电机+螺纹丝杠/精密行星齿轮箱+编码器构成。参照当前国内均价，空心杯电机价值量1200元/台*12台=1.44万元，量产情况下，单台机器人空心杯电机价值量为600元/台*12台=0.72万元。假设特斯拉人形机器人量产25/100万台，对于空心杯电机采购额为18/72亿元，对应已有空心杯电机市场规模，新增人形机器人市场弹性为17%/67%。

表用于特斯拉人形机器人的空心杯电机采购额测算

市场预期差在于驱动器

目前市场对于鸣志电器作为Tier 1供应商的认知主要在于供应空心杯电机+齿轮箱+编码器的手部集成。值得注意的是，TSL采用的是无刷空心杯电机——需要驱动器实现驱动控制，市场可能忽视了电机驱动器的供应情况。根据专家口径，TSL采用1带4的驱动器（即1台驱动器控制4台空心杯电机），手部需要3台驱动器（对应12台空心杯电机），单台机器人驱动器价值量为2500元/台*3台=0.75万元，超过空心杯电机本体价值量。假设特斯拉量产25/100万台，对于驱动器采购额为19/75亿元，空心杯电机本体+驱动器采购额合计为37/147亿元。同时，考虑到驱动器包括硬件和控制算法，算法一经突破，软件成本可忽略不计，驱动器成本主要集中在硬件，中长期毛利率更高。

表用于特斯拉人形机器人的空心杯电机+驱动器采购额测算

三、供应商&壁垒

供应商【国外】瑞士MAXON，德国FAULHABER，瑞士PORTESCAP，美国AMP（鸣志电器子公司），美国TCP，日本MTL；【国内】鸣志电器，鼎智科技（江苏雷利子公司）、兆威机电、伟创电气、思考电机，万至达，追觅科技。

空心杯电机全球市占率CR3为70-80%，分别为瑞士MAXON、德国FAULHABER和瑞士PORTESCAP，主要用于医疗领域和电动工具。

瑞士MAXON成立于1961年，全球约3200名员工，总部在瑞士 Sachseln。1）产品，1.2w个品种，包括直流有刷、无刷电机，齿轮箱，传感器，编码器，伺服放大器，位置控制器；2）产量，约500万件；3）营收，2022年7.08亿瑞士法郎（折合人民币57亿元）；4）空心杯电机应用，主要用于医疗领域。

德国FAULHABER1947 年Dr. Fritz Faulhaber GmbH在德国斯图加特附近成立，全球约2300名员工，总部在德国。1）产品，包括高性能直流电机、无刷直流电机、线性电机、步进电机；2）研发生产基地，包括德国、瑞士、美国、罗马尼亚、匈牙利；3）专利，集团在全球范围内拥有超过50项专利；4）空心杯电机应用，主要用于电动工具。

瑞士PORTESCAP1931年在瑞士成立，1959年推出空心杯电机后进入微型电机行业。1）产品，包括直流有刷、无刷电机，步进电机，齿轮箱，驱动器，编码器；2）研发生产基地，研发中心包括美国、中国、印度和瑞士，制造工厂位于美国、印度；3）空心杯电机应用，用于医疗领域和电动工具。

高端空心杯电机国产化率较低，壁垒在于

设计线圈专利多，每家厂商绕组设计不同。海外绕线具体工艺处于保密状态，瑞士MAXON拥有精密直流电机的五种绕组技术，德国FAULHABER采用Fritz Faulhaber博士设计的斜交缠绕设计，鸣志电器空心杯绕组设计采用V状结构。目前国内设计性能达不到国际先进水平；

设备设备要求高，产品的一致性、长寿命和批量化生产需要自动化产线。MAXON、FAULHABER自研自制自动化生产设备，外部不供应，量产产能2000万台。国内已有厂商主要采用半自动/手工生产，返工率高（国内万分之三十，国外万分之五），性能有偏差，且不具备批量生产能力。国内鸣志电器的绕线机采购自日本小田原&田中精机，鼎智科技表示能实现自动化批产，但尚未进入量产阶段；

驱动系统（控制芯片、软件算法）未能及时跟进。

表MAXON、鸣志、鼎智空心杯电机生产技术对比

四、国产替代

性能通过近似尺寸产品性能参数对比，可以看出鸣志电器空心杯电机基本与瑞士MAXON、德国FAULHABER、瑞士PORTESCAP对标，主要性能满足机器人应用要求。

1）额定转矩和额定电流（对应电机力矩）鸣志与MAXON接近，略低于PORTESCAP

2）热阻（对应电机发热情况）鸣志与MAXON 、PORTESCAP接近，优于FAULHABER。

表主要厂商同尺寸空心杯电机性能对比

价格海外均价在2000元/个，国产均价1000元/个，鸣志表示量产时价格可降至600+元/个，具备性价比优势。

降价空间1）产线投资，根据鼎智，自动化产线投资约500-600w/条，鸣志表示单条半自动产线设备投资额280w（绕线机40w/台*3+其他）；2）产线产出，鸣志表示单台设备平均年产出近3w个（5分钟下线一个），年产出额4500w元。根据投入产出比，国内厂商还具有进一步降价空间。

国产替代进度19年以来，由于疫情难以进口，国内企业加紧研发、改进工艺，涌现出一批企业，实现较多技术攻关，国内空心杯电机得到空前发展。在人形机器人等应用催化下，我们认为国内企业会持续加大研发投入，改进设备工艺，加速高端应用领域国内空心杯电机替代。

新市场竞争格局1）第一梯队，瑞士MAXON、德国FAULHABER、瑞士PORTESCAP，海外三大家成立最早、技术和工艺深厚，价格偏高；2）第二梯队，鸣志电器和美、日企业，其中鸣志电器产品具备性价比优势，后续进一步突破设备壁垒，提升产品一致性和实现批量化生产；3）第三梯队，鼎智科技、兆威机电、伟创电气，19年以来纷纷布局空心杯电机，鼎智和伟创尚处于测试阶段，兆威产品侧重低端应用，产品较第二梯队存在差距。

五、空心杯电机投资标的

目前TSL采购MAXON产品用于测试机，但从成本控制角度，量产倾向于采购国内厂商。国内厂商进入TSL供应链进度鸣志电器基本确定Tier1手部集成供应商，已完成第三轮送样，伟创电气、兆威机电已投标。

【空心杯电机供应商】

1.鸣志电器

已有产品空心杯电机（本体+驱动器）、减速机、编码器。

有刷空心杯电机机座尺寸范围φ8mm-φ24mm，空载转速最高可达10000rpm~16000rpm，最高功率可达13.5w；

无刷空心杯电机机座尺寸范围φ13mm-φ30mm，分为ECU（普通）和ECH（高速）系列，空载转速可达15000rpm~50000rpm，最高功率可达150w；

驱动器T motion的ONE FOR ALL 全能型智能电机驱动器，能实现通用电机支持（可匹配无刷空心杯电机）。

应用情况定位高端应用，主要布局慢速移动人工智能、高端医疗器械及生化分析仪器、智能汽车电子、暖通水泵模组系统、半导体生产设备和工控自动化等领域。

22年空心杯电机产销情况营收1000w元，产量2万台。订单超出产能，订单收入占比排序为电动工具（单价5、600元/台）>半导体>医疗（单价1500元/台）。根据专家口径，公司计划扩张15条产品线，规划产能达30万台/年，最快预计24年底投产。

公司主要优势在于1）技术积累鸣志2010年起开始研发空心杯电机，2018年起空心杯电机产品线建立，截至目前公司拥有空心杯电机发明专利30项；2）驱动配套驱动器通过高频率控制电压电流驱动电机，技术和算法门槛较高。子公司瑞士T Motion生产的驱动器，技术对标以色列ELMO，能与空心杯电机搭配形成微驱系统；3）本土化服务国内生产空心杯电机，美国子公司AMP（专注高精度运动控制）提供控制算法和前端研发，美国子公司LIN整合销售网络，可直接对接北美客户提供服务；

表鸣志电器空心杯电机研发情况

图T motion的电机驱动器可搭配空心杯电机

送样进度B样阶段，2022年10月、12月分别为第一、第二轮送样，2023年3月第三轮送样，已送样300+台，预计今年10月C样；2）反馈，已满足TSL需求

2.鼎智科技/江苏雷利

已有产品22年推出无刷空心杯电机，电机直径范围φ16mm-φ42mm，包括5个产品系列。

应用情况当前多款样品处在测试阶段。1）医疗领域，无刷空心杯电机可替代有创呼吸机的主电机，已处于客户验证阶段，”空心杯电机+精密齿轮箱”模组可用于多款口腔医疗仪器；2）军工领域，空心杯电机可用于国内导弹精准制导系统。

优势在于1）批量生产国内第一家能够实现空心杯电机自动化批产厂商，公司自研高速无槽无刷电机制造一体化技术，能够实现自动化批产，降低返工率，制造能力具备一致性、长寿命；2）自研自动化设备绕线设备由母公司江苏雷利自动化团队、鼎智科技以及其他合作方共同研发，市场上无相关产品，可避免需求爆发设备供应限制的情况。

3.兆威机电

已有产品公司主要产品以微型电机+齿轮箱为主，其中电机主要为外采标准化电机，公司优势在于齿轮箱。如公司的相机调焦驱动系统，由直流空心杯电机+塑胶行星齿轮箱构成，其结构紧凑、占用空间小，质量轻。

应用情况集中在汽车电子、智能家居、消费电子领域，如美容仪、吹风机、电动牙刷、智能门锁等。后续向工业装备、智慧医疗深入布局。

研发实力侧重驱动和传动控制，公司核心技术人员陈毅东（研发二部经理）从事电机控制系统研发10余年，包括空心杯电机控制技术研发，参与国家自然科学基金重点项目1项，发表论文10余篇。

4.伟创电气

已有产品公司22Q2成立了机器人行业部，有空心杯电机产品。目前主要是以机器人大配套为出发点，执行端主要以低压伺服、空心杯电机、特种无框力矩电机、谐波减速器等这类产品为主。公司研制的空心杯电动机具有高转速、高扭矩、低噪音振动的优势，电机运行平稳、更精确的控制；电机结构紧凑让电机提供了更高的效率和功率密度。

应用情况产品目前在内部测试阶段，主要面向移动类、协作类、服务类的机器人领域。

【设备供应商】

田中精机

供应产品精密绕线机，可实现绕线平整性，单价40w+/台。

公司简况前身为日本田中精机株式会社，始创于1933年。公司具有行业领先的自动化生产设备研发设计和定制化生产能力。

六、投资建议

首先，重点推荐Tier 1供应商【鸣志】。市场此前担心大票空有确定性无弹性，我们按照100万台机器人，鸣志价值量1.85W（含驱动器），份额按照50%、净利率15%假设，给到机器人估值50X（100万台兑现了，1000万还会远吗？），鸣志上涨空间135%。

其次，弹性较大+但尚未明确接触，推荐弹性大的【鼎智科技】。

最后，关注【兆威机电】【伟创电气】研发生产最新进展。