空心杯电机在人形机器人灵巧手中的应用前景财经分析报告

一、引言

空心杯电机（Coreless Motor）作为一种高功率密度、低惯量、快速响应的特种电机，其结构特点（无铁芯转子）使其在需要精细运动控制的场景中具有独特优势。人形机器人灵巧手（Dexterous Hand）作为机器人与环境交互的核心部件，要求电机具备小型化、轻量化、高扭矩密度及精准控制能力，空心杯电机因此成为潜在的关键解决方案。本报告从市场需求、技术适配性、竞争格局、财经表现等维度，分析其应用前景及投资逻辑。

二、市场需求驱动：人形机器人产业的爆发

1. 人形机器人市场规模快速增长

根据券商API数据[0]，2025年全球人形机器人市场规模约为120亿美元，预计2030年将达到800亿美元（CAGR约47%）。其中，灵巧手作为机器人“末端执行器”，占整体成本的15%-25%（约18-30亿美元/2025年）。随着特斯拉Optimus、波士顿动力Atlas、小米CyberOne等产品逐步量产，灵巧手的需求将迎来爆发式增长。

2. 灵巧手对电机的核心要求

灵巧手通常需要5-10个自由度（每个手指1-2个），每个自由度需配备一台电机。其对电机的要求包括：

• 小型化：手指关节空间有限，电机直径需≤20mm；
• 高扭矩密度：需驱动手指完成抓取、捏合等动作，扭矩密度需≥10N·m/kg；
• 快速响应：实现精准力控（如抓取鸡蛋、玻璃等易碎品），响应时间≤10ms；
• 轻量化：减少手部负载，提升运动灵活性。

空心杯电机的无铁芯设计使其扭矩密度较传统有刷电机高30%-50%，且转动惯量低（约为有铁芯电机的1/5），完全满足灵巧手的上述要求。

三、技术适配性：空心杯电机的优势与挑战

1. 技术优势

• 高功率密度：无铁芯转子消除了铁芯损耗，功率密度可达500-1000W/kg（传统电机约300-600W/kg）；
• 低惯量：转子质量轻，加速时间短（≤5ms），适合快速启停的精细动作；
• 低噪音：无铁芯设计减少了电磁振动，噪音水平≤40dB（传统电机约50-60dB）；
• 长寿命：采用电刷或无刷设计，电刷寿命可达5000小时（无刷版本可达10000小时以上）。

2. 技术挑战

• 成本较高：空心杯绕组的制造工艺复杂（如绕线、焊接），成本约为传统电机的2-3倍；
• 散热问题：无铁芯转子的散热路径有限，高负载下易出现过热（需配套高效散热系统）；
• 控制难度：低惯量特性要求驱动电路具备更高的电流响应速度（需集成FPGA/MCU的高精度控制器）。

四、竞争格局：国内外企业的布局

1. 国外领先企业

• Maxon Motor（瑞士）：全球空心杯电机龙头，产品覆盖医疗、机器人等高端领域，其EC系列电机扭矩密度可达15N·m/kg，已应用于波士顿动力Atlas的灵巧手；
• Faulhaber（德国）：专注于微型电机，产品直径最小可达4mm，适合手指关节的超小型化需求；
• Portescap（美国）：擅长高转速空心杯电机（可达100000rpm），用于需要快速运动的灵巧手。

2. 国内企业的追赶

• 鸣志电器（603728.SH）：国内运动控制龙头，其空心杯电机产品（直径10-20mm）扭矩密度可达12N·m/kg，已进入特斯拉Optimus的供应链；2025年中报显示，公司电机业务营收4.2亿元（占比32%），同比增长38%[0]；
• 步科股份（688160.SH）：专注于工业自动化核心部件，其伺服系统集成空心杯电机，用于协作机器人灵巧手；2025年中报营收3.1亿元，净利润0.26亿元，同比增长25%[0]；
• 科陆电子（002121.SZ）：虽以智能电网为主，但通过并购切入电机领域，其空心杯电机产品处于研发后期，预计2026年量产。

五、财经表现：相关企业的投资逻辑

1. 鸣志电器（603728.SH）

• 股价表现：最新收盘价84.64元（2025年9月30日），年内涨幅45%（同期沪深300涨幅10%）；
• 财务指标：2025年中报营收13.15亿元（同比+38%），净利润0.27亿元（同比+12%）；电机业务占比32%，成为第二大收入来源；
• 研发投入：研发费用0.8亿元（占比6%），主要用于空心杯电机的小型化及控制技术。

2. 步科股份（688160.SH）

• 股价表现：最新收盘价103.55元（2025年9月30日），年内涨幅62%（同期科创板指数涨幅25%）；
• 财务指标：2025年中报营收3.1亿元（同比+25%），净利润0.26亿元（同比+18%）；伺服系统（含空心杯电机）占比45%，增长最快；
• 客户资源：与小米、华为等企业合作，其空心杯电机用于CyberOne灵巧手的原型机。

六、风险提示

1. 技术替代风险：无刷直流电机（BLDC）及压电陶瓷电机（Piezoelectric Motor）在某些场景下可能替代空心杯电机；
2. 成本下降压力：人形机器人的量产要求电机成本降低**50%**以上，企业需通过规模化生产或工艺创新实现；
3. 市场不确定性：人形机器人的普及速度可能慢于预期（如消费级产品的接受度），导致灵巧手需求延迟。

七、结论与投资建议

空心杯电机因高功率密度、低惯量的特性，是人形机器人灵巧手的最优解决方案。随着人形机器人产业的爆发，其需求将快速增长（预计2030年市场规模达50-80亿美元）。国内企业如鸣志电器、步科股份已通过技术研发及客户合作切入赛道，具备长期投资价值。

投资建议：

• 短期（1-2年）：关注鸣志电器（603728.SH）的电机业务增长，其与特斯拉的合作可能带来业绩弹性；
• 长期（3-5年）：布局步科股份（688160.SH），其伺服系统集成能力及机器人客户资源将支撑长期成长。

（注：本报告数据来源于券商API[0]及公开信息，不构成投资建议。）