1.空心杯電機：高端的直流、永磁、伺服微特電機

1.1.主要特征：無鐵芯轉子

空心杯電機是一種特殊的直流電機。傳統直流電機被廣泛應用于工業生產、家用電器、交通 運輸等領域，由定子和轉子兩大核心部分組成，直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子， 定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。常 用的定子磁鐵材料包括釹鐵硼、釤鈷、鋁鎳鈷和鐵氧體。運行時轉動的部分稱為轉子，其主 要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電 樞，由轉軸、電樞鐵芯、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

空心杯電機在結構上突破了傳統直流電機的結構形式，采用的是無鐵芯轉子，其電樞繞組為 空心杯線圈，形狀類似水杯，因此被稱為“空心杯電機”。空心杯電機屬于直流、永磁、伺服 微特電機。這種新穎的轉子結構使空心杯電機具備以下優良特性： ①節能特性：無鐵芯設計徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，能量轉換效率很 高，其最大效率一般在 70%以上，部分產品可達到 90%以上（鐵芯電動機一般在 70%）； ②控制特性：起動、制動迅速，響應極快，機械時間常數小于 28 毫秒，部分產品可以達到 10 毫秒以內（鐵芯電動機一般在 100 毫秒以上）；在推薦運行區域內的高速運轉狀態下，可以方 便地對轉速進行靈敏的調節； ③拖動特性：運行穩定性十分可靠，轉速的波動很小，作為微型電動機其轉速波動能夠容易 的控制在 2%以內； ④輕量化特性：與同等功率的鐵芯電動機相比，其重量、體積減輕 1/3-1/2，能量密度大幅 度提高。 空心杯電機的核心指標為功率密度，即輸出功率與重量或體積的比值。無鐵芯轉子在分子端 消除了渦流和磁滯損耗，提高了能量轉化效率；在分母端減輕了重量和體積。

電刷是有刷電機的一個重要組成元件，負責在旋轉部件與靜止部件之間傳導電流。因較多用 石墨制成，故也稱碳刷。在普通直流電機中，為使轉子保持旋轉，需實時改變轉子電流方向， 因此需要使用換向器和碳刷。無刷電機取消了機械電刷換向方式，因此需要檢測轉子位置以 完成電子換向。常用的獲取轉子位置信息的方式主要有兩種：①無傳感器控制方式，在電機 運轉時，通過電機反饋出的可測量變量來確定轉子位置；②位置傳感器控制方式，電機轉子 位置是通過電機內部的位置傳感器直接檢測得到的。常用的位置傳感器有霍爾傳感器、光電 編碼器、旋轉變壓器等。霍爾傳感器檢測精度不高，但價格較低；而光電編碼器、旋轉變壓 器位置檢測準確，誤差小，一般用于高性能要求控制系統，如磁場定向控制、直接轉矩控制。

空心杯電機按其結構可分為有刷和無刷兩種。 ①有刷空心杯電機（也被稱為直流有刷無鐵芯電機，轉子無鐵芯）：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。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，降低了電機的 使用壽命。一般國內的“空心杯電機”泛指有刷電機； ②無刷空心杯電機（也被稱為直流無刷無齒槽電機，定子無鐵芯）：采用電子換向的方式，一 般由機殼，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。空心杯無刷 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，易保養等特點。

1.2.核心壁壘：繞線工藝

空心杯電機工藝流程復雜，加工難度遠超普通直流有槽電機。以鼎智科技的直流無槽電機（即 其空心杯電機產品）為例，從前段線圈繞制、中段軸承、芯軸、支撐環等核心零部件安裝， 到后段后蓋安裝和線路板焊線等，涉及近 30 道工序，復雜程度遠超普通直流有槽電機。線圈 的生產需要經歷漆包線——繞線——加熱整形——出線脫漆、接公共線——線圈安裝等環節。

其中，線圈制造是空心杯電機的核心流程之一。無鐵芯的自支撐繞組由所謂的漆包線制成， 這是一根絕緣銅線，外面有一層漆。在制造過程中，通過施加壓力和溫度將相鄰電線的漆熔 化在一起。適當的粘合（膠帶或玻璃纖維）可進一步提高纏繞的強度和形狀穩定性，這一點 在高電流負載下尤為重要。

空心杯電機線圈的生產技術按照線圈的成型方式主要分為三類： 1）人工繞線。通過一系列復雜的工藝，包括插針、手動卷線、手動排線等步驟進行生產。 2）繞卷式生產技術。繞卷式生產技術是半自動化生產，首先將漆包線順序繞到橫截面為菱形 的主軸上，達到需要的長度后將其取下，然后壓扁成線板，最后將線板卷繞成杯狀的線圈。 以一種繞卷式空心杯為例，其制造流程大致分為以下幾步：①六邊形線坯線圈繞制：在斜繞 組繞線機上進行；②線坯線圈粘貼二條定型壓敏膠帶，脫模待展平；③展平：將定型板插入 線坯線圈，并將線圈相錯拉平，再送入展平機展平，成為扁平線坯。用竹質刮板整形。剪掉 多余的膠帶，僅留一只搭頭，搭頭應留在扁平線坯稍微隆起的一面，以利卷筒成行；④卷筒： 把扁平線坯送入空心杯卷筒機卷筒，使線坯首尾銜接，膠帶搭頭粘貼于線坯首部外表，成為 空心杯線圈；⑤涂環氧定型：涂環氧膠粘劑后，放入烘箱固化定型。 3）一次成型生產技術。繞線機通過自動化設備將一根漆包線按規律繞到一主軸上，線圈卷繞 成杯狀后取下，一次成型，不需要卷圓壓扁等多道工序，自動化程度高。

海外繞線工藝發展早，自動化程度高于國內。國內主要采用繞卷式生產，工藝比較繁瑣，工 人勞動強度大，無法完成線徑較粗的線圈，廢品率高。國外主要采用一次性繞制成型的生產技術，自動化程度較高，生產效率高，線圈線徑范圍大、線圈質量好、排列緊密，電機種類 多、性能好。 空心杯電機按繞線方式可分為直繞形、馬鞍形和斜繞形。1958 年，德國的 Dr.F.Faulhaber （馮哈伯）研制出斜繞組線圈繞組技術，在 1965 年獲得空心杯電機轉子線圈斜繞組專利技 術。德國、瑞士、日本等對空心杯電機的研制較早，在繞線工藝方面積累了豐富經驗。全球 空心杯電機三大龍頭中，瑞士 Maxon 多采用直繞形和馬鞍形，德國 Faulhaber 和瑞士 Portescap 多采用斜繞形。直繞形繞制方法工藝較為復雜，多用于較長繞組結構，常為多次 繞制而成；馬鞍形可減小線圈厚度，在高功率密度電機上有效減小磁路氣隙，增加切割磁場 的長度，更好地利用定子磁性；斜繞形發展較早，相對來說繞制簡單、排線緊密、適用于大 批量生產。

繞線是空心杯電機核心技術壁壘所在。①設計環節：海外三大家技術起源于 1960 年代，國 內空心杯電機起步較晚，研究較少，缺少結合材料細分牌號、轉子杯類型對電機的優化，欠 缺體系化的正向設計，缺乏定制化要求的系統驅動方案配置與產品設計能力；②加工環節： 與傳統的無刷電機、有刷電機、伺服電機相比，空心杯電機的結構屬于無齒槽結構，沒有定 子槽，所有漆包線都是懸空繞線，內部沒有任何支撐，在工藝上難度很高，早期成品率低。 在繞線精度方面，空心杯電機精度要求比傳統電機更高。空心杯電機本身體積較小，對誤差 的容忍度和普通永磁電機、步進電機相比更低，加工精度直接影響磁場的穩定性。導線粗細、 繞組匝數的不同，使得繞組電阻值、啟動電流以及速度常數等電機參數存在較大的差異。因 此，國內廠商需要在生產加工環節提高精度、良品率、自動化程度。 與海外相比，我國在繞線設備方面也相對薄弱。繞線設備可分為全自動和需要人工的非自動 設備。與海外相比，我國繞線設備自動化程度相對較低。全球領先的繞線設備制造商包括瑞 士 Meteor、日本田中精機株式會社和日特機械工程株式會社。國內企業在設備方面仍然處于 相對空缺的狀態，多外購日本繞線設備，價格從幾十萬到百萬不等。國內相對具有代表性的 公司包括中特科技、東莞市臺立電子機械有限公司、勤聯科技、昆山庫克等。

1.3.下游應用：空心杯電機特性決定下游應用場景

空心杯電機屬于微特電機，上游原材料與微特電機原材料類似，包括銅、鋼材、磁鋼、軸承、 塑料等。空心杯電機最初被應用于航空、航天、軍事等尖端行業，近年來其應用領域逐步擴 展至民用行業，如醫療裝置、消費類電子產品、電動工具、工業自動化等場景。

空心杯電機的不同性能對應其在不同領域的應用： 1）體積小、重量輕、功率體積比大的特征使其適用于對重量要求較高的領域，如各類飛行器 等，可以最大限度減輕飛行器的重量；也被廣泛用于各類消費類電子產品，如電動牙刷、便 攜電風扇等。 2）起動制動迅速、響應極快的特點使其適用于需要實現快速自動控制的領域，如對控制性能 要求較高的導彈方向調節、高倍率光驅隨動、高靈敏設備、工業機器人等。 3）能量轉化效率高、運行時間長的特點使其適用于各類對節能和續航有要求的領域，如便 攜式儀表及野外工作的儀器設備。

人形機器人打開了空心杯電機應用新藍海。據特斯拉 5 月 AI Day 發布的人形機器人 Optimus 最新進展，每只手包括 6 個驅動器和 11 個自由度，大拇指包含兩個驅動器，其他四指各包 含一個驅動器，手部可負重 20 磅。手部關節模組主要由空心杯電機、精密行星減速器、滾珠 絲杠和傳感器構成。空心杯電機使手指擁有活動能力，精密行星齒輪箱使得機械手定位更精 準、運用更靈活，編碼器提供了手部高精度位置反饋和速度反饋，傳感器使機器人擁有類似 人類的知覺功能和反應能力。 據馬斯克預計，未來人形機器人數量或將超過人類數量，長期有望達到百億臺級別。空心杯 電機是機器人手部主流技術方案，確定性較高。人形機器人每只手用到 6 個空心杯電機，考 慮終局情形，人形機器人有望達到百億臺級別，若人形機器人量產落地，將拉動空心杯電機 相關企業營收大幅增長。

2.行業分析：人形機器人潛在市場廣闊，國產廠商迎彎道超車機遇

2.1.下游需求：醫療、航空航天基本盤穩固，人形機器人開辟新藍海

空心杯電機屬于微特電機的一個細分領域。微特電機一般指功率在 750 瓦以下，機座外徑不 大于 160mm 或中心高不大于 90mm 的電機，簡稱微電機，全稱微型特種電機。微特電機主要應 用領域包括電動玩具、模型制作、家用電器、汽車行業、醫療器械、機器人制造、電動工具、 安防設備等。據 SKYQUEST 數據,2022 年全球微特電機市場規模為 406.5 億美元，2030 年預 計達到 560.7 億美元，2022-2030 年 CAGR 為 4.1%。 據 QY Research 數據，2022 年全球空心杯電機市場規模 7.48 億美元，同比增長 10.55%，增 速高于微特電機 2022 年的同比增速。①分地區看，2021 年空心杯電機全球市場規模 6.77 億 美元，中國、歐洲和其他地區分別占比 34.80%、25.85%和 39.35%。2022 年亞太、歐洲、北 美地區分別占比 49%、25%和 20%。②分產品類別看，2022 年有刷空心杯電機市場規模 4.92 億美元，占比 65.8%；無刷空心杯電機市場規模 2.56 億美元，占比 34.2%。隨著空心杯電機 技術的持續成熟，無刷空心杯電機占比預計持續提升，2028 年預計達到 42.2%。

空心杯電機目前市場規模較小，我們以微特電機為例對其下游市場應用比例進行大致把握。 微特電機主要應用領域為 C 端民用產品，消費電子占 29%，家用電器占 26%。武器、航空、農 業、紡織、醫療、包裝合計占比 20%，其余汽車電子、影像處理、工業控制及其他分別占比 13%、7%和 5%。

空心杯電機作為微特電機中的高端產品，主要應用領域與微特電機存在一定差異。我們將重 點介紹空心杯電機在醫療器械、航空航天以及機器人領域的應用。

2.1.1.醫療器械：長期受人口老齡化趨勢推動，短期國產替代邏輯清晰

空心杯電機在醫療領域中的應用主要分為以下幾類： 1）有源植入物，如心臟支持系統、主動閥、定位系統、泵系統等。傳感器或有源元件可以幫 助有源植入物監控或支持人體功能。植入物旨在確保可以長期、可靠的應用，電機也必須同 樣安全地運行。 2）外科系統，如手術機器人、電動工具、牙醫設備等。空心杯電機作為精密外科手術機器人 的動力元件，可以保證復雜的手術安全、快速的完成，同時利用高靈敏的空心杯電機可以有 效的減少組織創傷，縮短傷口愈合、康復時間。 3）泵機和藥劑配量系統，如胰島素泵/止痛泵等。糖尿病患者日常可能隨身攜帶胰島素泵， 在必要時自動注射必要的胰島素劑量，使患者血糖水平維持正常。空心杯電機更加小巧、安 全，與齒輪箱配合可精確輸送胰島素。 4）復健和假肢，如仿生手、仿生腳、外骨骼、治療系統等。假肢的設計要求緊湊、具備高轉 矩和高速度，空心杯電機的特性可以滿足設計要求。

空心杯電機有望從以下兩方面受益于我國醫療器械行業的發展： 1）人口老齡化促進醫療水平提升需求，藥械比向全球水平對齊。我國 65 歲以上人口占比逐 年提升，由 2013 年 9.68%上升至 2021 年的 14.22%。人口老齡化趨勢將增加對醫療服務的需 求，遠期來看醫療器械行業將受益，市場規模有望持續擴大。據羅蘭貝格數據，2022 年我國 醫療器械市場規模預計達 9,582 億元人民幣，近 7 年復合增速約 17.5%，而其余國家整體增 速僅為 1.2%，遠超平均水平，已躍升成為除美國外的全球第二大市場。但從藥械比角度看， 我國目前的藥械比水平為 2.9，與全球平均藥械比 1.4 的水平仍有一定差距。 2）醫療器械的國產替代趨勢。我國醫療儀器和器械進口金額同比整體呈下降趨勢，疫情期間 因國內醫療資源有限，進口同比增速有所增加，2021 年進口金額同比增加 23.51%。隨著新冠 影響消退，進口金額同比增速回落，2023 年上半年同比下降 4.49%。我國醫療器械主要進口 于美國等發達國家，據國家藥監局醫療器械注冊報告，2022 年進口自美國、德國、日本、韓 國、法國的注冊數量分別為 226、117、69、42、26，合計占全年總進口注冊數目的 76.4%。 醫療器械需求有望穩步增加，產業鏈自主可控提升我國對高端醫療設備自研自產的需要，廣 泛應用于醫療器械的空心杯電機有望隨著醫療器械行業的發展同步發展，國內廠商有望率先 受益。

2.1.2.航空航天：大飛機產業鏈自主可控進程加速，無人機市場規模高增

空心杯電機在發展初期因其優良的控制性能被率先應用于航空、航天、軍事等尖端行業，目 前仍是空心杯電機重要的應用領域： 1）航空領域，如飛機控制系統（包括小型舵面、各種類型的空氣和液體閥門、電傳飛行控制 系統、閥門、空調系統等的執行器）、機上通訊和機艙設施（各種用于天線裝置、窗戶遮光板 控制、電動座椅調節、衛生間、行李架關閉輔助裝置的執行器）。在客機上，電動執行器逐步 取代液壓和氣動系統，空心杯電機被廣泛應用于電動執行器，也可在自動駕駛系統中用于調 整控制飛行姿態和自動推力； 2）航天領域，如火箭發動機閥門、光伏陣列驅動裝置以及伸展機構的驅動裝置、科研航天器 和機器人探測器的任務執行機構。空心杯電機已被用于許多火星、月球或太空深處等的研究 任務； 3）無人飛行器，如用于對接、維護、發射、降落系統的執行器、有效載荷機構、由電機、控 制器和螺旋槳組成的優化驅動系統。空心杯電機輕量、可靠，可以用于長時間運行的節能驅 動系統。

空心杯電機有望受益于航空航天和無人飛行器的發展： 1）航空航天：我國航空航天行業市場規模穩步增長，由 2018 年約 6,800 億元增至 2021 年 8,933 億元，2018-2021 年 CAGR 為 9.52%。①航空是指載人或不載人的飛行器在地球大氣層 中的航行活動。據中國商飛公開資料披露，截至 2022 年底，國產大飛機 C919 已累計獲得 32 家客戶 1,035 架訂單。中國商飛發布的《2021—2040 年商用航空發動機市場預測》數據顯示， 預計未來 20 年，中國航空市場將接收 50 座級以上客機 9,084 架，市場規模約 1.4 萬億美元。 高端裝備自主可控將推動我國航空領域的國產替代進程。②航天是指載人或不載人的航天器 在地球大氣層之外的航行活動，又稱空間飛行或宇宙航行。零部件的精密化和小型化是航天 行業未來重要的發展趨勢之一，空心杯電機的特性可以更好滿足此方面要求。 2）無人飛行器：無人機可按用途分為軍用無人機和民用無人機。①軍用無人機：全球軍用無 人機行業市場規模 2019 年為 92.53 億美元，預計 2028 年達到 147.98 億美元，2019-2028 年 CAGR 為 5.36%；②民用無人機：可進一步分為消費無人機和工業無人機，消費無人機集中于 航拍、攝像等娛樂功能；工業無人機被廣泛用于應急產業、測繪與地理信息、農林植保、安 防監控等領域。我國民用無人機發展迅速，2015 年-2019 年，市場規模從 155.51 億元增長到435.12 億元，根據 Frost & Sullivan 預測，2024 年中國民用無人機市場規模將達到 2,075.59 億元，2015-2024 年 CAGR 高達 33.37%。

2.1.3.人形機器人：持續催化的產業機會，打開空心杯電機新增長曲線

2023 年以來，人形機器人產業進展提速，主要受到兩方面的催化：

1）以 ChatGPT 為代表的大模型使得通用人工智能得到質的飛躍，有望從語言能力、視覺能 力、運動控制和降低成本等幾個方面推動人形機器人的落地。語言能力方面，快速迭代的 ChatGPT 具有不亞于人的語言生成能力，為機器人的語音交互難題提供了解決方案。視覺能 力方面，在 SAM 模型的加持下，機器視覺的準確性、識別速度和零樣本遷移能力得到革命性 提升。運動控制方面，以 AI 模型為基礎的運動控制系統目前仍在不斷迭代中。降本方面，AI 虛擬仿真測試大幅降低了測試成本，提升數據收集效率，加速產品迭代周期。 2）特斯拉作為行業標桿，5 月在 Tesla AI Day 發布的 Optimus 最新進展超預期，量產預期 提前。馬斯克對人形機器人的未來進行了非常積極的展望，認為未來人形機器人數量會超過 人類，需求預計達到 100 億臺。同月，英偉達創始人 CEO 黃仁勛在 2023 年 ITF 世界大會發 表視頻演講，表示具身 AI 將成為下一波人工智能浪潮。海內外眾多公司開始進一步推進人 形機器人的布局，比如波士頓動力將其機器狗 Spot 接入 ChatGPT，OpenAI 領投挪威人形機 器人公司 1X Technologies,傅利葉智能發布其通用人形機器人 GR-1 等。

Optimus 每只靈巧手包含 6 個手部執行器，11 個自由度，主要由空心杯電機+精密行星減速 器+滾珠絲杠+傳感器+編碼器構成。空心杯電機使手指擁有活動能力；精密行星齒輪箱可實 現降速增矩的作用，使得機械手定位更精準、運用更靈活，增大手指抓握力；編碼器提供了 手部高精度位置反饋和速度反饋；傳感器使機器人擁有類似人類的知覺功能和反應能力。 多指靈巧手是人形機器人大概率發展方向。人手共有 27 個自由度，完全復制難度大，對控 制、傳動要求很高，也難以實現輕量化。在降低自由度的同時保證場景適應性是人形機器人 手部技術路線發展的核心邏輯，也是其實現量產的關鍵。工業用二指夾爪與物體接觸面積有 限，在抓握復雜形狀物體、對物體實現多個方向掌控等方面具備先天劣勢。我們認為人形機 器人靈巧手必須至少具備三根手指，主要由其下游應用決定。服務類場景，如家庭、養老院、 醫院等，是人形機器人有望率先落地的場景，此類應用場景中接觸的物品對手部精度有一定 要求，如家庭場景中廚具、遙控器、水杯等，醫院場景中接觸的藥瓶、注射器等，至少需要 三指去操作。騰訊 Robotics X 自研的機械臂 TRX-Arm 有三根手指，采用多傳感器融合技術， 可流暢完成諸如調酒、穿刺、拋接等動作。主流代表性機器人產品特斯拉 Optimus、優必選 Walker、達闥 Cloud Ginger、傅利葉智能 Fourier GR-1 采用五指方案。考慮到人形機器人 “仿人”的出發點以及下游應用，我們認為五指方案是未來靈巧手主流路線。

空心杯電機是機器人靈巧手關鍵零部件。據我們測算，以 Optimus 為例，在大規模量產價格 600 的假設下，空心杯電機單臺機器人價值量為 7,200 元，占總成本 4.43%，屬于占比較高的 零部件環節。手部關節除空心杯電機外，還需要搭配行星齒輪箱、滾珠絲杠、傳感器和編碼 器，組成模組使用，空心杯電機占手部執行器成本的 54.5%。

我們根據如下假設對空心杯電機在人形機器人不同銷量下的潛在市場空間進行了測算： 1）單臺人形機器人用空心杯電機 12 個； 2）空心杯電機價格隨量產進程逐年下降，銷量 10 萬臺時，單價假設為 1,000 元；銷量 50 萬 臺時，單價假設為 800 元；銷量達到 100 萬臺時，量產單價假設為 600 元。 根據以上假設，在人形機器人銷量分別為 10/50/100 萬臺時，空心杯電機市場規模分別為 12/48/72 億元，相對于 2022 年市場規模的彈性分別為 23.2%/93.0%/139.5%。早期量產節奏 存在不確定性，目前尚處于探索期。我們預計一旦量產，人形機器人發展將進入快車道，滲 透率迅速提升，進入產業黃金時期，帶來空心杯電機廣闊增量空間。

2.2.競爭格局：外資仍占據主要份額，國產廠商持續追趕超越

空心杯電機海外頭部企業包括瑞士 Maxon、德國 Faulhaber 和瑞士 Portescap，國內頭部企 業為鳴志電器。海外企業 Orbray、Nidec、CITIZEN MICRO、Allied Motion 等也在全球享有 較高聲譽。國內拓邦股份、鼎智科技空心杯電機進展較快，另有萬至達電機、昊升電機、鑫 寶達電機等未上市公司布局。

空心杯電機市場集中度高，以海外三大家為主的企業占據主要市場份額。據 QY Research 數 據，2022 年全球空心杯電機 CR5 為 67%，前五名企業包括 Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technologies、Maxon Motor 及 Nidec Copal Corporation。 海外頭部企業歷史積淀悠久，技術積累深厚，營收規模處于前列。我國空心杯電機發展較晚， 在規模、技術積累方面與海外相比有一定差距。

1）規模差距:國內企業空心杯電機營收靜待起量

2022 年，Maxon 營收 7.08 億瑞士法郎（約合 52.83 億人民幣），同期鳴志電器/鼎智科技/拓 邦股份營收分別為 29.60/3.18/88.75 億人民幣，但國內企業空心杯電機占營收比例很小，非 主營業務，規模與海外企業相比差距較大，尚待起量。

2）技術差距:在產品尺寸、部分性能等方面存在一定差距

海外空心杯電機企業起步很早，三大家成立時間已有 60 年以上，而國內空心杯電機起步較 晚，技術積累與海外有一定差距。代表企業鳴志電器、鼎智科技、拓邦股份分別成立于 1994 年、2008 年和 1996 年。鳴志電器 2015 年取得空心杯電機相關專利，2019 年收購瑞士 Technosoft Motion AG，該公司公司在空心杯和無齒槽電機的驅動控制領域始終保持著全球 領先的技術水平，并擁有專門為無齒槽和空心杯電機開發的驅動控制器產品系列，此次收購 進一步加強鳴志電器在空心杯電機領域的能力。 作為微特電機領域內的高技術附加值產品，能否將空心杯電機產品做到足夠微型化，可以在 一定程度上體現公司的技術水平，國內公司在該方面和國際巨頭仍有差距。我們對 Maxon、 Faulhaber、Portescap、鳴志電器、鼎智科技和拓邦股份的空心杯電機直徑范圍做了梳理。 Maxon 和 Faulhaber 在技術上處于領先，有刷空心杯電機最小尺寸可做到 6 mm，無刷空心杯 電機直徑 Maxon 和 Faulhaber 分別可做到 4 mm 和 3 mm。Portescap 和鳴志電器較為接近， 有刷空心杯最小直徑為 8 mm，無刷空心杯可分別做到 12 mm、13 mm。

與海外三大家產品相比，我國企業在功率、效率等方面存在差距。為對比技術先進性，我們 選取了較小尺寸的電機，對比了 Maxon、Faulhaber、Portescap 和鳴志電器的直徑為 8 mm、 額定電壓均為 6V 的有刷空心杯電機產品參數。與海外產品相比，我國企業在功率、效率等方 面存在一定差距。

我國空心杯電機仍較為嚴重地依賴海外產能，國產化率偏低。展望未來格局，我國企業和外 資的差距有望逐步縮小，我們看好我國企業在空心杯電機領域的發展： 1）人形機器人降本需求將為國內廠商彎道超車提供發展機遇。根據特斯拉人形機器人 Optimus 的方案，每臺機器人需要用到 12 個空心杯電機，潛在需求巨大。而目前人形機器人 落地的難點之一在于其高昂的成本，降本需求迫切。與海外企業相比，我國企業具備價格低 廉、交付周期短、響應迅速等優勢。鳴志電器產品大部分性能已對標國際產品，可滿足人形 機器人對空心杯電機的要求。未來我國企業有望發揮其優勢，乘人形機器人降本的東風得到 長足發展。 2）國產替代的持續推動。《基礎電子元器件產業發展行動計劃（2021—2023 年）》中提出重 點產品高端行動，包括“小型化、集成化、高精密、高效節能微特電機”。海外三大家占據空 心杯電機絕大部分市場份額，隨著國產廠商陸續切入空心杯電機領域，在技術上實現追趕超 越，國產替代邏輯持續演繹，我國企業份額預計會穩步提升。

3.對標分析：十年磨一劍，產品、渠道、品牌優勢顯著

3.1.瑞士 MAXON：空心杯電機全球龍頭，質量為本，渠道、品牌優勢強

空心杯電機龍頭 Maxon 的發展歷史距今已有 62 年之久，早于 1970 年便成功開發研制 DC 迷 你型電機，產品得到美國航天航空局背書，全球化布局持續穩步推進。Maxon 的前身為 Interelectric AG 公司，起源于 1961 年，其代表性產品 DC 迷你型電機于 1968-1970 年間開 發問世。1980-2010 年為公司快速成長期，期間進軍美國市場；Maxon 電機分別于 1997 年和 2004 年登上火星，產品在市場的地位得到確認；并于 2007 年在瑞士成立醫療部門。2010 年 后，公司開始加快全球化布局，Maxon 韓國工廠于 2013 年投入使用，并在 2017、2018 年分 別收購瑞士 Zub Machine Control 和英國 Parvalux Electric Motors，打開市場的同時與現 有產品實現協同，為客戶提供更多元的解決方案。

下游需求帶動 Maxon 營收同比增速加快。Maxon 營收由 2019 年 5.68 億瑞士法郎增至 2022 年 7.08 億瑞士法郎（按 2022 年 12 月 30 日收盤匯率 7.4612，約合 52.83 億人民幣），2019- 2022 年 CAGR 為 7.62%。受益于工業自動化和醫療需求增長，2021 年及 2022 年同比增速分別 為 13.19%和 12.96%。據 Maxon 官網數據，2022 年總產量約 500 萬臺。

Maxon 產品種類多樣，涵蓋精密運控多個領域，擁有超 5,000 種產品，100 萬種組合方式， 可提供模組解決方案。用戶可根據需求選擇搭配電機、齒輪箱、傳感器、控制器和其他配件， 用于特定場景。客戶采購同一家公司工控產品，可實現更好的兼容性，使模組發揮最大性能， 同時批量采購可享受較為低廉的價格。定制化、模組化代表著精密運控的發展趨勢，有助于 公司產品之間的技術、加工協同以及對下游應用領域的積累和把控，形成“零部件——模組 ——下游應用——零部件改進”的正向循環。

Maxon 全球領先的地位主要來自于技術、渠道、品牌方面的優勢： 1）技術領先，持續投入研發。Maxon 成立于 1961 年，至今在驅動技術領域已有超 60 年的歷 史，早于 1970 即注冊了 DC 迷你型電機，獲得了鉆石型繞組無鐵轉子的制造工藝專利。截至 2022 年底，Maxon 在全球 10 個開發中心擁有約 340 名研發人員，研發開支占營業額比例達 8%左右的水平。 Maxon 的核心技術包括：①精密 DC 電機的五種繞組技術；②標準和特殊齒輪箱；③編碼器技 術；④電氣和系統技術；⑤用于塑料、陶瓷和金屬粉末的注塑成型工藝（CIM/MIM）；⑥裝配 和自動化技術。 領先的技術是優良質量的保證。Maxon 的電機已被成功應用于太空、極端惡劣的地表和地下 環境，產品參數在效率、穩定性等方面處于領先。長期機械測試可發現負載情況下的弱點， 因此能夠及早進行修正。公司已通過 ISO 9001、ISO 14001、ISO 13485、EN 9100、IATF 16949 等多項國際認證。 2）渠道布局廣，銷售網絡覆蓋全球。Maxon 國際化布局已基本完善，分布于全球 40 個國家， 在瑞士、德國、匈牙利、韓國、美國、法國、荷蘭、中國、英國（Parvalux）設有生產基地。 全球約有 3,300 名員工，其中超過 1,300 名在瑞士薩克瑟恩。公司的全球化進程始于 1980 年 代，1981 年收購位于美國舊金山南部的分銷商，開始進軍美國市場；1989 年在德國 Sexau 成 立生產基地。 3）品牌力得到認可，獲美國航天航空局背書。Maxon 電機 1997 年隨美國航天航空局的“探 路者”號探測器成功登陸火星，2004 年分別隨“勇氣號”和“機遇號”火星探測器再次登陸 火星。此外，Maxon 電機亦隨 Philae 登陸器于 2014 年登陸彗星，并在真空環境下工作 10 年 之久。成功登陸火星和彗星證明了 Maxon 電機在極端苛刻條件下的良好使用性能，美國航天 航空局為公司產品提供了背書，為 Maxon 電機品牌力的建立提供了強有力支持。

3.2.德國 FAULHABER：技術鼻祖，成功收并購、擴展能力圈

Faulhaber 的歷史最早可回溯至 1947 年，是空心杯電機的技術鼻祖。1958 年，Dr.F.Faulhaber （馮哈伯）研制出斜繞組線圈繞組技術，Faulhaber 一度成為空心杯電機的代名詞。公司 1961 年即在美國俄亥俄州克里夫蘭成立公司，但全球布局的加速始于 2000 年左右。自 1999 年收 購 Feintechnik Bertsch GmbH & Co. KG（德國）后，公司相繼在匈牙利、羅馬尼亞、新加 坡、法國、中國、荷蘭、波蘭、奧地利、馬來西亞、意大利等多地設立公司，并持續通過收 購擴展公司能力圈。

盈利能力改善，資本結構優化。2021 年，公司實現營收 2.53 億歐元，凈利潤 0.18 億歐元， 凈利率為 7.07%，較 2020 年提升了 5.12pcts，盈利能力改善。公司規模近十年穩步增長、結 構優化，總資產由 2012 年的 1.80 億歐元增至 2021 年 2.87 億歐元，同時資產負債率由 75.94% 下降至 61.73%。

與 Maxon 類似，Faulhaber 亦有豐富的產品布局，總產品種類達 274 種，涵蓋電機、減速箱、 線性致動器、編碼器、電子控件和其他配件,標準產品組合方式超 2,500 萬種。FAULHABER GROUP 由 FAULHABER Drive Systems（總部位于德國）和 Micro Precision Systems（簡稱： MPS，成立于 1936 年，總部位于瑞士）兩個分部組成。Faulhaber 主要提供高精度微型和微 驅動系統；MPS 在微型軸承和滾珠絲杠技術、高科技機械制造和組裝領域積累了豐富的經驗。

復盤 Faulhaber 的發展歷史，其突出優勢主要來自于以下兩個方面： 1）領先的技術。空心杯電機最早的源起和 Faulhaber 密不可分。Fritz Faulhaber 博士 1958 年即設計了斜交纏繞設計，是空心杯電機的發明者，技術開發領先 Maxon 超十年。目前，集 團的四個業務部門在全球范圍內共擁有超過 50 項專利。 2）戰略布局拓展公司能力圈。在過去十幾年間，FAULHABER GROUP 成功并購了高精密小型和 微型技術重要領域內的多家企業，提供更為豐富的產品種類，實現了業務領域的拓寬。目前， 公司全球有超 2,300 名員工，下設驅動系統事業部、微型精密系統事業部、精密零件事業部 和北美能力中心四個業務部門，銷售網絡覆蓋歐洲、北美和亞洲。

3.3.對標結論：技術與應用并重，形成產品迭代的良性循環

通過對 Maxon、Faulhaber 的對標分析，國內廠商在空心杯電機領域需從以下幾方面發力來 實現國產替代以及在人形機器人產業機遇中彎道超車： 1）持續重視研發投入，早日打破技術壁壘，提升工藝水平。海外巨頭起步早，技術積累深厚， 同時在下游應用反饋過程中沉淀行業 Know How。我國企業起步晚，在加工精度、產品效率等 方面存在一定差距。重視研發投入、提升產品技術水平是打破壁壘的前提。此外，空心杯電 機的加工工藝復雜，繞線技術更是核心難點所在。產品質量自然而然隨著技術水平的提升和 工藝水平的進步而提高，優良的口碑帶來客戶的認可，提升產品影響力，形成正向循環。如 Maxon 電機技術領先、產品質量優良，在火星上可工作十年之久，穩定性得到驗證，并因此 獲得美國航天航空局背書，奠定其市場地位，為進一步開拓客戶創造條件。Maxon 研發投入 逐年增長，2022 年投入 5,150 萬瑞士法郎，在全球 10 個開發中心擁有約 340 名研發人員。

2）優化產品矩陣，加深對下游應用的把控，提升公司提供整體解決方案的能力。Maxon 和 Faulhaber 產品雖然種類繁多，但基本圍繞“精密運控”展開，以空心杯電機為核心，提供 微型齒輪箱、編碼器、其他配件，可交付整體解決方案。如 Maxon 和 Faulhaber 的齒輪箱主 要為毫米級，以配套其毫米級電機，Faulhaber 的成功收并購也為其產品矩陣的優化而服務。 海外企業致力于在一個特定方向做到“專”和“精”，面對客戶的特定場景需求，可從其產品 矩陣中選擇合適的組合，交付模組化解決方案，同時也加深了公司對下游應用領域的積累。 模組化和定制化代表著工控領域未來發展方向，國內企業應優化產品矩陣，提升提供整體解 決方案的能力。

4.重點公司分析

4.1.鳴志電器：HB 步進電機龍頭，空心杯電機國內領先

鳴志電器為國內步進電機龍頭，初創于 1994 年，1998 年工廠建成，HB 電機產品初步投產。 2000 年布局電源業務，電源工廠建成投產；同年在美國芝加哥成立鳴志工業（美洲），進軍 美國市場。2005 年布局 LED 驅動器業務。2007 年，鳴志與 Applied Motion Products 合資， 安浦鳴志成立。2009-2013 年，分別在意大利、新加坡和日本成立公司，加快全球化布局。 2014 年收購 Applied Motion Products。2015 年鳴志電器與 PBC Linear 合資，鳴志派博思 成立，同年收購 LIN ENGINEERING。2017 年，鳴志電器成功掛牌上交所主板。 此后，鳴志電器相繼成立太倉智能產業基地、收購常州市運控電子股份、收購瑞士 Technosoft Motion AG、成立印度公司等，持續擴展全球化布局。截至 2022 年底，鳴志電器全資控股、 直接控股及間接控股子公司共計 30 家，總部位于中國上海，在北京、廣州、深圳等十大城市 設有辦事處，分公司遍及北美、歐洲、日本和東南亞，已形成全球銷售網絡，并通過跨國并 購在海外擁有了多處研發中心和制造基地，全球員工總數已達 3,000 多人。

業績穩扎穩打，基本盤穩定。鳴志電器 2022 年實現營收 29.60 億元，2012-2022 年 CAGR 為 12.66%；歸母凈利潤從 2012 年 0.58 億元增至 2022 年 2.47 億元，期間 CAGR 為 15.59%。主 營業務為控制電機及其驅動系統，占總營收比例穩步上升，從 2012 年的 46.81%上升至 2022 年 78.43%，代表性產品 HB 步進電機打破日本壟斷，份額已進入全球前五。公司盈利能力穩 定，毛利率和凈利率跨周期波動較小，近五年平均毛利率、凈利率水平為 37.78%和 9.04%。

在空心杯電機領域，鳴志電器屬于國內稀缺標的，起步較早，持續投入研發，有刷空心杯電 機外徑可做到 8 mm，產品技術亦處于國內領先。鳴志電器在空心杯電機領域相關專利可追溯 至 2015 年，2019 年收購瑞士 Technosoft Motion AG，進一步加強其在空心杯電機領域的優 勢。公司持續重視研發投入，研發費用穩步增長，2022 年研發支出 2.18 億元，占總營收比 例呈上升趨勢，2022 年研發費用率為 7.38%。截至 2022 年底，公司共取得專利 546 項，數量 較 2018 年增長一倍以上，其中發明專利 55 項。具體到空心杯電機，根據國家知識產權局查 詢結果，檢索關鍵詞“空心杯”，鳴志電器共檢索到 12 項有效專利，包括 3 項發明專利和 9 項實用新型專利，在 2015 年已具備自主知識產權。

我們預計空心杯電機將為鳴志電器帶來新的增長契機，鳴志電器有望借助以下優勢受益： 1）已有產品助力渠道客戶拓展。鳴志電器率先打破日本在步進電機領域內的壟斷地位，主要 產品 HB 步進電機連續 5 年全球占比 8%以上，銷量位列全球第四。借助步進電機穩固的基本 盤和成熟的全球銷售網絡，公司空心杯電機有望得到更快推廣，以更低的成本獲取用戶； 2）性價比助力人形機器人降本。降本是人形機器人落地的重要訴求之一，我國零部件廠商具 備價格低廉、交付周期短等優勢，人形機器人價格降至消費級離不開我國供應鏈的賦能。鳴 志電器在空心杯電機領域具備先發優勢和卡位優勢。雖然公司產品與海外仍有差距，但大部 分性能已能對標國際產品，可滿足人形機器人手部電機要求，在技術積累、產品布局方面處 于國內領先，具備相對優勢。空心杯電機技術壁壘在于繞線，新進入者需要在設計和制造工 藝兩方面攻關，鳴志電器先發優勢顯著。空心杯電機有望乘著人形機器人東風，為公司開辟 新的增長曲線。

鳴志電器整體性價比優勢明顯。我們對比了鳴志電器和 Maxon 的不同外徑空心杯電機產品價 格，16 mm 以下產品額定電壓選擇 6V，16 mm 以上產品額定電壓選擇 12V；對于選定尺寸和 電壓下有多款規格的產品，價格取平均值。Maxon 為電機價格，鳴志電器為電機+減速機配套 價格。鳴志電器和 Maxon 定價呈現出不同的走勢，16 mm 左右產品價格最低。我們分析原因 為：小尺寸產品國內尚未突破技術壁壘，鳴志電器在國內具有稀缺性，因此定價較高；16 mm 以上產品隨原材料用量增加價格也增高。考慮到去除減速機價格，以及未來空心杯電機入局 者增加，技術壁壘突破，國內廠商仍有很大降價空間，尤其在于小尺寸電機，隨著人形機器 人產業進度加快，我國企業性價比優勢將得到充分發揮。

4.2.鼎智科技：微特電機隱形冠軍，多產品有望受益于人形機器人發展

鼎智科技為北交所上市公司，江蘇雷利（300660）為其控股股東。鼎智科技成立于 2008 年， 前身為“常州市鼎智機電有限公司”。2019 年 8 月，江蘇雷利通過受讓股權取得了鼎智機電 的 70%股權，成為鼎智機電的控股股東。2021 年 6 月，公司登陸全國中小企業股份轉讓系統。 2022 年 8 月，公司入選江蘇省第四批專精特新“小巨人”企業公示名單。2023 年 4 月，公司 登陸北交所。 鼎智科技全球化布局處于加速階段。公司總部位于江蘇省常州市，在中國和美國設有生產基 地；在中國深圳、美國加州和韓國設有銷售分部。2023 年以來，公司密集公布多項業務和布 局進展，包括與邁瑞醫療深化在音圈電機的戰略合作、在韓國設立全資子公司 DINGS' KOREA Co.,Ltd、在常州設立控股子公司“一和起”等，進一步完善公司業務網絡。

鼎智科技是我國微特電機領域內的隱形冠軍，線性執行器已處于領先地位，音圈電機借疫情 契機供應邁瑞醫療。產品矩陣圍繞精密運控及其解決方案展開，主要包括線性執行器、混合 式步進電機、直流電機和音圈電機。公司線性執行器主要競爭對手為美國海頓科克，鼎智科 技市占率全球第二，國內第一，是該領域隱形冠軍。音圈電機發展于疫情期間，鼎智原先是 邁瑞線性執行器的第二供應商，隨著第一波疫情來臨，音圈電機成為有創呼吸機量產的卡脖 子零件，公司借此契機開始給邁瑞供應音圈電機。近期公司與邁瑞醫療簽訂戰略合作協議， 雙方投入資源持續對音圈電機進行優化。未來公司音圈電機自制率預計進一步提升，受益于 人口老齡化帶來的醫療器械穩步發展前景以及核心零部件國產替代邏輯。

鼎智科技盈利增速、利潤水平領先。公司營收從 2018 年 0.72 億元增至 2022 年 3.18 億元， 2018-2022 年 CAGR 高達 44.83%；凈利潤由 2018 年 0.16 億元增至 2022 年 1.01 億元，期間 CAGR 為 59.51%，增速高于營收。除 2019 年工資薪酬增加導致管理費用提高、凈利率降低外， 公司整體毛利率、凈利率水平處于行業領先。招股書顯示，2022 年公司毛利率、凈利率分別 為 55.39%和 31.67%，而同期可比公司平均毛利率、凈利率水平僅為 33.32%和 11.09%。公司 高利潤水平來自于：①產品定位高端，競爭對手較少；②線性執行器零部件絲桿、螺母自制 率高。

鼎智科技空心杯電機進展較快。公司空心杯電機屬于無刷電機，根據產品構思、結構設計， 確定繞線原理，攻克了繞線工藝、繞線成型、線包固化等多項技術難點，相關專利正處于申 請過程中。目前公司已實現空心杯電機全自動量產，并能針對客戶的不同需求提供定制化產 品和組件。當前多款樣品處在測試階段。 我們看好公司空心杯電機在人形機器人發展中的成長機會： 1）與雷利的協同效應。江蘇雷利主營微特電機，可在家電、汽車、工業、運動等多種場景提 供解決方案，2022 年營收規模 29.0 億元，截至本報告日（2023.08.07）總市值為 97.64 億。 鼎智科技和母公司江蘇雷利同樣專注于微特電機領域，可形成協同效應，在渠道擴展、客戶 開發、提供一體化解決方案等方面具備優勢； 2）人形機器人多產品供應，有利于客戶開發。公司專注于微特電機及精密運控領域，主要產 品線性執行器可用于人形機器人線性關節，同時，絲桿作為將旋轉運動轉化為直線運動的關 鍵零部件，也是靈巧手執行器的重要組成部分。公司線性執行器+空心杯電機的產品布局，使 其在人形機器人線性關節和手部關節均具備機會，提升模組化解決方案的能力。線性執行器 的市場地位有望提升公司整體產品口碑，增大客戶采購空心杯電機的概率。

4.3.拓邦股份：智能控制器龍頭，持續開辟新增長曲線

深圳拓邦股份為國內智能控制器龍頭，成立于 1996 年，前身為深圳市拓邦電子設備有限公 司。1996-2007 年為公司業務積淀期，1999 年成立了家電控制智能研究中心，2000 年被深圳 市科技局認定為深圳市高新技術企業，2002 年被評為深圳市科技企業 50 強，2007 年在深交 所上市，成為國內智能控制領域首家上市公司。2009-2015 年公司加快在國內的業務擴張， 陸續成立杭州分公司、惠州拓邦，并收購了深圳眾志盈科及深圳研控自動化科技。2015 年后 公司逐步走向全球，在印度、越南、歐洲、墨西哥等地成立公司。

拓邦股份銳意進取，成立以來持續成功開辟新增長曲線，營收一路高歌猛進。公司營收自 2004 年 3.34 億元增至 2022 年 88.75 億元，期間 CAGR 為 19.99%。公司 2015 年及之前的行業應用 以家電為主，占收入比重 70%以上。隨著下游行業應用拓展，工具板塊快速成長，成為公司 第二增長曲線。目前家電、工具行業作為公司的成熟業務，持續穩健增長，合計占比約七成。 新能源業務作為成長業務，構建公司第三成長曲線，目前收入占比為 22.9%。

電機業務有望成為公司第四增長曲線。公司電機業務從 2007 年開始布局，并在 2016 年收購 了主營為驅動及運動控制的研控子公司，快速進入工業控制領域。公司電機產品包括空心杯 電機、直流無刷電機及伺服、步進系統。空心杯電機業務起步很早，于 2009 年即取得相關發 明專利，目前公司有刷空心杯電機產品尺寸為 16-40 mm，無刷空心杯電機尺寸為 12-40 mm。 2020 年公司募投項目“拓邦惠州第二工業園項目”達產后將形成年產 1.3GWh 的鋰電池產品 以及年產 860 萬件高效電機產品的生產能力，高效電機以直流無刷電機為主，也包括一部分 空心杯電機產品。截至目前，公司空心杯電機已經在智能制造的電動夾爪、醫療健康的骨科 動力工具、智能跟隨的高爾夫球包車等領域實現批量應用。

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審核編輯：劉清