空心杯机电:人形机器人灵巧手关键零部件(jian) 市场(chang)迎百(bai)亿级增量空间?丨黄金眼,假(jia)设,铁芯
2023-12-06 00:29:10
不停以来运用医疗东西、航空航天等高端领域(yu)的空心杯机电,在人形机器人带来巨大增量空间的当下(xia),投(tou)资逻辑已经产生变更(geng)。
01
甚么是空心杯机电?
传统直(zhi)流(liu)机电被遍(bian)及运用于(yu)工业临盆、家用电器、交通运输等领域(yu),由定子和转子两大焦点部分组成,空心杯机电是一种特(te)殊的直(zhi)流(liu)机电。空心杯机电在布局上突(tu)破了(le)传统直(zhi)流(liu)机电的布局形式,采用的是无铁芯转子,其电枢绕组为空心杯线圈(quan),外形雷同(tong)水杯,因此被称为“空心杯机电”。

与传统直(zhi)流(liu)机电相比(bi),空心杯机电起首具有节能(neng)特(te)性,因为无铁芯计划(hua)完全消弭因为铁芯形成涡流(liu)而形成的电能(neng)损耗,能(neng)量转换效率(lu)很高,其最大效率(lu)一样平常在70%以上,部分产物可达(da)到90%以上(铁芯电动(dong)机一样平常在70%)。
同(tong)时具有操纵特(te)性,其起动(dong)、制动(dong)疾速(su),响应极快,机器时间常数小(xiao)于(yu)28毫秒,部分产物可以达(da)到10毫秒之(zhi)内(铁芯电动(dong)机一样平常在100毫秒以上);在推荐运转区域(yu)内的高速(su)运转状态下(xia),可以方(fang)便地对转速(su)进行灵敏的调节。
此外另有拖动(dong)特(te)性,即运转稳定性十分靠得住,转速(su)的波动(dong)很小(xiao),作为微(wei)型电动(dong)机其转速(su)波动(dong)能(neng)够简单的操纵在2%之(zhi)内;和轻量化特(te)性,与同(tong)等功率(lu)的铁芯电动(dong)机相比(bi),其重量、体积减(jian)轻1/3-1/2,能(neng)量密度(du)大幅度(du)提高。
空心杯机电可以说是高端的直(zhi)流(liu)、永(yong)磁、伺服微(wei)特(te)机电,上游原质料与微(wei)特(te)机电原质料雷同(tong),包(bao)括铜、钢材、磁钢、轴承、塑料等。空心杯机电最初被运用于(yu)航空、航天、军事等尖端行业,比(bi)年来其运用领域(yu)渐渐扩展至民用行业,如医疗装置、消耗类电子产物、电动(dong)工具、工业主动(dong)化等场(chang)景。

材料来源:《永(yong)磁无刷空心杯机电及操纵器研究》,百(bai)度(du)百(bai)科“空心杯机电”词条
02
为甚么此刻说起空心杯机电?
空心杯机电属于(yu)微(wei)特(te)机电的一个细分领域(yu),底本市场(chang)范围并不大,但是人形机器人的进展,给其带来了(le)广阔的增量空间。
据SKYQUEST数据,2022年全球微(wei)特(te)机电市场(chang)范围为406.5亿美元,2030年预计达(da)到560.7亿美元,2022-2030年CAGR为4.1%,其中2022年全球空心杯机电市场(chang)范围同(tong)比(bi)增进10.55%至7.48亿美元,增速(su)、体量都很一样平常。
但得益于(yu)以ChatGPT为代表的大模子使得通用野生智能(neng)得到质的飞(fei)跃,有望从语言能(neng)力、视觉能(neng)力、活动(dong)操纵和降低本钱等几个方(fang)面推进人形机器人的落地,加上特(te)斯(si)拉作为行业标杆(gan),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(du)蓦(ma)地飙升。

2021年起人形机器人庞大变乱梳理 材料来源:TeslaAIday,各公(gong)司官网
其中空心杯机电是正是人形机器人灵巧手的关键零部件(jian)。
材料显示,灵巧手作为机器人的末了(le)执行器,从3指的Stanford/Jpl手到DIST手、UB手、NASA手、Shadow手等,在学术上已经进行了(le)大量研究。对于(yu)人形机器人而言,其灵巧手应当具有体积小(xiao)、美观、捏紧(jin)力大、负(fu)载力强等特(te)点,因此对于(yu)灵巧手的动(dong)力源有较高的要(yao)求,现在特(te)斯(si)拉为代表的出力于(yu)人形机器人量产化的企业首要(yao)采用了(le)空心杯机电方(fang)案。

灵巧手抓(zhua)取示例 来源:刘宏、姜力《仿人多指灵巧手及其操作操纵》
据安信(xin)证券研究中心测算,以Optimus为例,在大范围量产代价600的假(jia)设下(xia),空心杯机电单台机器人代价量为7,200元,占总本钱4.43%,属于(yu)占比(bi)较高的零部件(jian)环节。手部枢纽除空心杯机电外,还必要(yao)搭配行星齿轮箱、滚珠丝杠、传感器和编码器,组成模组使用,空心杯机电占手部执行器本钱的54.5%。
以此假(jia)设为条件(jian),在人形机器人销量离别为10、50、100万(wan)台时,空心杯机电市场(chang)范围离别为12、48、72亿元,相对2022年市场(chang)范围的弹性离别为23.2%、93.0%、139.5%。

申万(wan)宏源看法(fa)以为,若仅考虑特(te)斯(si)拉人形机器人:根据马斯(si)克(ke)在22年AIDAY的演(yan)讲,公(gong)司将在3-5年面向消耗者销售,前期将在工场(chang)中使用,机器人销量的趋向参考其电动(dong)车(che),产物成熟后销量将呈指数级增进。中期阶段,针对特(te)定场(chang)景的机器人量产,人形机器人产量在悲观、中观、悲观的假(jia)设下(xia)离别为10万(wan)、5万(wan)、1万(wan)台;远期阶段,面向民众的人形机器人产物范围化量产,产量在悲观、中观、悲观的假(jia)设下(xia)离别为100万(wan)、50万(wan)、10万(wan)台。
参考现在的硬件(jian)架构,单台机器人的空心杯机电使用数目(mu)为12个。参考公(gong)司官网的产物报(bao)价,假(jia)设中期空心杯机电单价1000元,远期降至800元。测算得到,中期空心杯机电的增量空间在悲观、中观、悲观的假(jia)设下(xia)离别为12亿、6亿、1.2亿元;远期离别为96亿、48亿、9.6亿元。
若考虑后续全球其他品牌机器人陆续推出:其他假(jia)设稳定,假(jia)设远期特(te)斯(si)拉在人形机器人中占比(bi)20%,则空心杯机电的增量空间在悲观、中观、悲观的假(jia)设下(xia)离别为480亿、240亿、48亿元;假(jia)设远期特(te)斯(si)拉在人形机器人中占比(bi)50%,则空心杯机电的增量空间在悲观、中观、悲观的假(jia)设下(xia)离别为192亿、96亿、19亿元,异样有着巨大增幅。

03
国产替(ti)代还存在弯道超车(che)机遇
现在空心杯机电行业的高端市场(chang)仍被欧企主导。
根据立鼎家当研究网信(xin)息(xi),全球空心杯机电市场(chang)的首要(yao)制造商包(bao)括Maxon、Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technolgies等公(gong)司,现在这四家顶级制造商占有了(le)市场(chang)份额的65%以上。海外厂(chang)商如德国Faulhaber和瑞(rui)士的Maxon等企业深耕行业多年,行业地位较高,且掌(zhang)握了(le)大量量临盆的焦点工艺(yi),海内大多数厂(chang)商首要(yao)受(shou)制于(yu)此项工艺(yi)。
现在空心杯机电技(ji)术焦点难点在于(yu)绕线,我(wo)国在技(ji)术、工艺(yi)方(fang)面的积存较为软弱,与海外存在差异。
无铁芯的自支持绕组由所谓的漆包(bao)线制成,这是一根绝缘铜线,表面有一层漆。在制造历程中,经过施加压力和温度(du)将相邻电线的漆熔化在一路。得当的粘合(胶带或玻璃(li)纤维(wei))可进一步提高缠绕的强度(du)和外形稳定性,这一点在高电流(liu)负(fu)载下(xia)尤其紧(jin)张。
海外绕线工艺(yi)进展早(zao),主动(dong)化水平高于(yu)海内。海内首要(yao)采用绕卷式临盆,工艺(yi)比(bi)较繁琐,工人休息(xi)强度(du)大,没法(fa)完成线径较粗的线圈(quan),废品率(lu)高。国外首要(yao)采用一次性绕制成型的临盆技(ji)术,主动(dong)化水平较高,临盆效率(lu)高,线圈(quan)线径范围大、线圈(quan)质量好(hao)、陈列精密,机电品种多、性能(neng)好(hao)。

绕线机绕线工作历程 材料来源:《永(yong)磁无刷空心杯机电及操纵器研究》
以Maxon、Faulhaber、Portescap为代表的海外企业成立超60年,技(ji)术起步早(zao)、工艺(yi)积存深,海外有刷/无刷空心杯机电最小(xiao)尺寸可做(zuo)到6mm/3mm量级,而海内仅能(neng)做(zuo)到8mm/12mm,在功率(lu)、效率(lu)等部分性能(neng)参数方(fang)面仍有差异。
不过降本需乞降政策(ce)驱动(dong)下(xia),国产替(ti)代会连(lian)续加快。目(mu)后人形机器人落地的难点之(zhi)一在于(yu)其奋(fen)发的本钱,降本需求急迫。与海外企业相比(bi),我(wo)国企业具有代价昂贵、托付周期短、响应疾速(su)等优势。鸣志电器产物大部分性能(neng)已对标国际产物,可满足人形机器人对空心杯机电的要(yao)求。
加上《底子电子元器件(jian)家当进展举措计划(hua)(2021—2023年)》中提出重点产物高端举措,包(bao)括“小(xiao)型化、集成化、高精密、高效节能(neng)微(wei)特(te)机电”,跟着国产厂(chang)商陆续切入空心杯机电领域(yu),在技(ji)术上完成追赶超出,海内企业份额预计会稳步提升。
04
相关企业有哪些?
起首是HB步进机电份额全球第四的鸣志电器,其在空心杯机电领域(yu)异样具有抢先优势,公(gong)司有刷空心杯机电外径可做(zuo)到8mm。其空心杯机电领域(yu)相关专利可追溯至2015年,2019年收买瑞(rui)士Technosoft Motion AG,进一步加强其在空心杯机电领域(yu)的优势。
截至2022岁尾,公(gong)司共获得专利546项,数目(mu)较2018年增进一倍以上,其中发明专利55项。具体到空心杯机电,根据国度(du)学问产权局查询结果,检索关键词“空心杯”,鸣志电器共检索到12项无效专利,包(bao)括3项发明专利和9项实用新型专利,在2015年已具有自立学问产权。
其次是微(wei)特(te)机电隐(yin)形冠军鼎智科技(ji),其空心杯机电属于(yu)无刷机电,根据产物构思、布局计划(hua),肯定绕线原理,攻克(ke)了(le)绕线工艺(yi)、绕线成型、线包(bao)固化等多项技(ji)术难点,相关专利正处于(yu)申请历程中。现在公(gong)司已完成空心杯机电全主动(dong)量产,并能(neng)针对客(ke)户的不同(tong)需求提供定制化产物和组件(jian)。当前多款样品处在测试阶段。
并且,鼎智科技(ji)和母公(gong)司江苏雷利异样专注于(yu)微(wei)特(te)机电领域(yu),可形成协同(tong)效应,在渠道扩展、客(ke)户开辟、提供一体化办理方(fang)案等方(fang)面具有优势。
拓邦股份则是智能(neng)操纵器龙头,机电营(ying)业从2007年开始布局,2008年突(tu)破技(ji)术门槛成为海内第一家空心杯机电制造企业,2010年空心杯机电率(lu)先运用于(yu)医疗产物并得到市场(chang)承认,2014年成为德语区空心杯机电焦点供应商。公(gong)司机电产物包(bao)括空心杯机电、直(zhi)流(liu)无刷机电及伺服、步进系统,现在公(gong)司有刷空心杯机电产物尺寸为16-40mm,无刷空心杯机电尺寸为12-40mm。
2020年公(gong)司募(mu)投(tou)项目(mu)“拓邦惠州第二工业园项目(mu)”达(da)产后将形成年产1.3GWh的锂电池产物和年产860万(wan)件(jian)高效机电产物的临盆能(neng)力,高效机电以直(zhi)流(liu)无刷机电为主,也(ye)包(bao)括一部分空心杯机电产物。截至现在,公(gong)司空心杯机电已经在智能(neng)制造的电动(dong)夹爪、医疗健康的骨科动(dong)力工具、智能(neng)跟随(sui)的高尔夫球包(bao)车(che)等领域(yu)完成批量运用。
伟创电气在2022年成立了(le)机器人行业部,切入机器人家当链,首要(yao)面向移动(dong)类、协作类、服务类的机器人领域(yu),提供低压伺服、空心杯机电、特(te)种无框力矩机电等焦点部件(jian)。产物现在在内部测试阶段,具有高转速(su)、高扭矩、低噪音振动(dong)等优势。
此外另有禾川科技(ji),一家专注于(yu)工业主动(dong)化产物的研发、制造、销售及运用集成,努力于(yu)为伶(ling)俐工场(chang)提供焦点部件(jian)和系统集成办理方(fang)案的企业,公(gong)司较早(zao)进入了(le)工业机器人行业的国产伺服品牌,公(gong)司现在已有空心杯机电产物,但还未进行销售。
跟着人形机器人带动(dong)空心杯机电需求放(fang)量,以上企业有望迎来一波进展机遇。