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【雷赛智能 头条】空心杯电机市场规模超百亿!哪些厂
来源:ballbet贝博在线 作者:BB贝博ballbet网页登录时间:2024-04-19 07:54:37 浏览:7

  空心杯电机是一种微型伺服直流电机,由定子和转子两大核心部分组成,通常来讲尺寸一般较小通常不超过40mm。在结构上突破了传统直流电机的结构形式,采用的是无铁芯转子,其电枢绕组为空心杯线圈,形状类似水杯,因此被称为“空心杯电机”。

  与传统直流电机对比来看,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。

  据了解,空心杯电机首先具备节能特性,由于无铁芯设计彻底消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗,能量转换效率很高,其最大效率一般在70%以上,部分产品可达到90%以上(铁芯电动机一般在70%)。

  同时具备控制特性,其起动、制动迅速,响应极快,机械时间常数小于28毫秒,部分产品可以达到10毫秒以内(铁芯电动机一般在100毫秒以上);在推荐运行区域内的高速运转状态下,可以方便地对转速进行灵敏的调节。

  此外还有拖动特性,即运行稳定性十分可靠,转速的波动很小,作为微型电动机其转速波动能够容易的控制在2%以内;以及轻量化特性,与同等功率的铁芯电动机相比,其重量、体积减轻1/3-1/2,能量密度大幅度提高。

  空心杯电机可以说是高端的直流、永磁、伺服微特电机,上游原材料与微特电机原材料类似,包括铜、钢材、磁钢、轴承、塑料等。空心杯电机最初被应用于航空、航天、军事等尖端行业,近年来其应用领域逐步扩展至民用行业,如医疗装置、消费类电子产品、电动工具、工业自动化等场景。

  空心杯电机属于微特电机的一个细分领域,相关数据显示,全球空心杯电机目前市场规模预计15亿美元(折合人民币约108亿元)。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。

  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。

  据马斯克表示,Optimus 有望于2023年底开始交付,2023~2025年目标交付量分别为10万台/50万台/100万台。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%。

  “未来每个人都会拥有一个人形机器人,如果人形机器人和人的比例是2比1左右,那么人们对机器人的需求量可能是100亿乃至 200 亿个。”预计到2025年,空心杯电机有望迎来近百亿级别的新增市场空间。

  空心杯电机份额仍然集中在海外厂商,国内外空心杯电机制造商在软实力和硬实力均有一定差距。硬实力的差距主要集中在电机材料选用、本体设计和机电控制方案配置,国外企业具有先进的加工镀膜工艺与更扎实的电机材料理论研究、小尺寸电机设计能力强和上千种方案进行驱动配置;软实力的差距主要集中于市场影响力、客户资源、品牌声誉与市场认可度等。

  海外厂商起步较早,拥有性能优异的设备和稳定成熟的工艺。海外三大家成立最早、技术和工艺深厚,价格偏高,目前空心杯电机龙头为瑞士MAXON、德国FAULHABER和瑞士PORTESCAP,全球市占率70-80%,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;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FAULHABER:1947 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)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PORTESCAP:1931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。

  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;

  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。

  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w/条,鸣志表示单条半自动产线)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w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,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。

  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。

  从国内市场来看,国内具备空心杯电机公司不多,市场还拥有较大增量空间,国产厂商持续推进国产替代。值得注意的是,

  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条产品线年底投产。

  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;

  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。

  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;

  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。

  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。

  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。