空心杯电机按其结构可分为有刷和无刷两种。①有刷空心杯电机（也被称为直流有刷无铁芯电机，转子无铁芯）：采用机械电刷换向，一般由机壳、软磁材料内定子、永磁体外定子、空心杯型转子电枢组成。当空心杯有刷电机通电时，绕组有电流通过，产生转矩，转子开始旋转，若转子转到特定角度，电刷利用机械换向器的方式改变电流方向，使输出转矩方向不变，转子继续旋转。由于空心杯有刷电机采用电刷换向，电机运行过程中存在着一定的相对摩擦，这就会产生噪声、电火花，降低了电机的使用寿命。一般国内的“空心杯电机”泛指有刷电机；②无刷空心杯电机（也被称为直流无刷无齿槽电机，定子无铁芯）：采用电子换向的方式，一般由机壳，软磁材料、绝缘材料和空心杯电枢构成的定子及永磁钢转子等组成。空心杯无刷电机通过控制电子元件的通断使不同绕组接入电路，达到换向的效果。这种换向方式使空心杯无刷电机具有效率高、转矩波动小、使用寿命高、结构精巧，维护方便，易保养等特点。
1.2.核心壁垒：绕线工艺
其中，线圈制造是空心杯电机的核心流程之一。无铁芯的自支撑绕组由所谓的漆包线制成，这是一根绝缘铜线，外面有一层漆。在制造过程中，通过施加压力和温度将相邻电线的漆熔化在一起。适当的粘合（胶带或玻璃纤维）可进一步提高缠绕的强度和形状稳定性，这一点在高电流负载下尤为重要。
海外绕线工艺发展早，自动化程度高于国内。国内主要采用绕卷式生产，工艺比较繁琐，工人劳动强度大，无法完成线径较粗的线圈，废品率高。国外主要采用一次性绕制成型的生产技术，自动化程度较高，生产效率高，线圈线径范围大、线圈质量好、排列紧密，电机种类多、性能好。空心杯电机按绕线方式可分为直绕形、马鞍形和斜绕形。1958年，德国的Dr.F.Faulhaber（冯哈伯）研制出斜绕组线圈绕组技术，在1965年获得空心杯电机转子线圈斜绕组专利技术。德国、瑞士、日本等对空心杯电机的研制较早，在绕线工艺方面积累了丰富经验。全球空心杯电机三大龙头中，瑞士Maxon多采用直绕形和马鞍形，德国Faulhaber和瑞士Portescap多采用斜绕形。直绕形绕制方法工艺较为复杂，多用于较长绕组结构，常为多次绕制而成；马鞍形可减小线圈厚度，在高功率密度电机上有效减小磁路气隙，增加切割磁场的长度，更好地利用定子磁性；斜绕形发展较早，相对来说绕制简单、排线紧密、适用于大批量生产。
1.3.下游应用：空心杯电机特性决定下游应用场景
2.行业分析：人形机器人潜在市场广阔，国产厂商迎弯道超车机遇
2.1.下游需求：医疗、航空航天基本盘稳固，人形机器人开辟新蓝海
空心杯电机作为微特电机中的高端产品，主要应用领域与微特电机存在一定差异。我们将重点介绍空心杯电机在医疗器械、航空航天以及机器人领域的应用。
2.1.1.医疗器械：长期受人口老龄化趋势推动，短期国产替代逻辑清晰
2.1.3.人形机器人：持续催化的产业机会，打开空心杯电机新增长曲线
2023年以来，人形机器人产业进展提速，主要受到两方面的催化：
空心杯电机是机器人灵巧手关键零部件。据我们测算，以Optimus为例，在大规模量产价格600的假设下，空心杯电机单台机器人价值量为7,200元，占总成本4.43%，属于占比较高的零部件环节。手部关节除空心杯电机外，还需要搭配行星齿轮箱、滚珠丝杠、传感器和编码器，组成模组使用，空心杯电机占手部执行器成本的54.5%。
我们根据如下假设对空心杯电机在人形机器人不同销量下的潜在市场空间进行了测算：1）单台人形机器人用空心杯电机12个；2）空心杯电机价格随量产进程逐年下降，销量10万台时，单价假设为1,000元；销量50万台时，单价假设为800元；销量达到100万台时，量产单价假设为600元。根据以上假设，在人形机器人销量分别为10/50/100万台时，空心杯电机市场规模分别为12/48/72亿元，相对于2022年市场规模的弹性分别为23.2%/93.0%/139.5%。早期量产节奏存在不确定性，目前尚处于探索期。我们预计一旦量产，人形机器人发展将进入快车道，渗透率迅速提升，进入产业黄金时期，带来空心杯电机广阔增量空间。
2.2.竞争格局：外资仍占据主要份额，国产厂商持续追赶超越
空心杯电机海外头部企业包括瑞士Maxon、德国Faulhaber和瑞士Portescap，国内头部企业为鸣志电器。海外企业Orbray、Nidec、CITIZENMICRO、AlliedMotion等也在全球享有较高声誉。国内拓邦股份、鼎智科技空心杯电机进展较快，另有万至达电机、昊升电机、鑫宝达电机等未上市公司布局。
空心杯电机市场集中度高，以海外三大家为主的企业占据主要市场份额。据QYResearch数据，2022年全球空心杯电机CR5为67%，前五名企业包括Faulhaber、Portescap、AlliedMotionTechnologies、MaxonMotor及NidecCopalCorporation。海外头部企业历史积淀悠久，技术积累深厚，营收规模处于前列。我国空心杯电机发展较晚，在规模、技术积累方面与海外相比有一定差距。
1）规模差距:国内企业空心杯电机营收静待起量
2022年，Maxon营收7.08亿瑞士法郎（约合52.83亿人民币），同期鸣志电器/鼎智科技/拓邦股份营收分别为29.60/3.18/88.75亿人民币，但国内企业空心杯电机占营收比例很小，非主营业务，规模与海外企业相比差距较大，尚待起量。
2）技术差距:在产品尺寸、部分性能等方面存在一定差距
3.1.瑞士MAXON：空心杯电机全球龙头，质量为本，渠道、品牌优势强
下游需求带动Maxon营收同比增速加快。Maxon营收由2019年5.68亿瑞士法郎增至2022年7.08亿瑞士法郎（按2022年12月30日收盘汇率7.4612，约合52.83亿人民币），2019-2022年CAGR为7.62%。受益于工业自动化和医疗需求增长，2021年及2022年同比增速分别为13.19%和12.96%。据Maxon官网数据，2022年总产量约500万台。
Maxon产品种类多样，涵盖精密运控多个领域，拥有超5,000种产品，100万种组合方式，可提供模组解决方案。用户可根据需求选择搭配电机、齿轮箱、传感器、控制器和其他配件，用于特定场景。客户采购同一家公司工控产品，可实现更好的兼容性，使模组发挥最大性能，同时批量采购可享受较为低廉的价格。定制化、模组化代表着精密运控的发展趋势，有助于公司产品之间的技术、加工协同以及对下游应用领域的积累和把控，形成“零部件——模组——下游应用——零部件改进”的正向循环。
3.2.德国FAULHABER：技术鼻祖，成功收并购、扩展能力圈
Faulhaber的历史最早可回溯至1947年，是空心杯电机的技术鼻祖。1958年，Dr.F.Faulhaber（冯哈伯）研制出斜绕组线圈绕组技术，Faulhaber一度成为空心杯电机的代名词。公司1961年即在美国俄亥俄州克里夫兰成立公司，但全球布局的加速始于2000年左右。自1999年收购FeintechnikBertschGmbH&Co.KG（德国）后，公司相继在匈牙利、罗马尼亚、新加坡、法国、中国、荷兰、波兰、奥地利、马来西亚、意大利等多地设立公司，并持续通过收购扩展公司能力圈。
盈利能力改善，资本结构优化。2021年，公司实现营收2.53亿欧元，净利润0.18亿欧元，净利率为7.07%，较2020年提升了5.12pcts，盈利能力改善。公司规模近十年稳步增长、结构优化，总资产由2012年的1.80亿欧元增至2021年2.87亿欧元，同时资产负债率由75.94%下降至61.73%。
复盘Faulhaber的发展历史，其突出优势主要来自于以下两个方面：1）领先的技术。空心杯电机最早的源起和Faulhaber密不可分。FritzFaulhaber博士1958年即设计了斜交缠绕设计，是空心杯电机的发明者，技术开发领先Maxon超十年。目前，集团的四个业务部门在全球范围内共拥有超过50项专利。2）战略布局拓展公司能力圈。在过去十几年间，FAULHABERGROUP成功并购了高精密小型和微型技术重要领域内的多家企业，提供更为丰富的产品种类，实现了业务领域的拓宽。目前，公司全球有超2,300名员工，下设驱动系统事业部、微型精密系统事业部、精密零件事业部和北美能力中心四个业务部门，销售网络覆盖欧洲、北美和亚洲。
3.3.对标结论：技术与应用并重，形成产品迭代的良性循环
通过对Maxon、Faulhaber的对标分析，国内厂商在空心杯电机领域需从以下几方面发力来实现国产替代以及在人形机器人产业机遇中弯道超车：1）持续重视研发投入，早日打破技术壁垒，提升工艺水平。海外巨头起步早，技术积累深厚，同时在下游应用反馈过程中沉淀行业KnowHow。我国企业起步晚，在加工精度、产品效率等方面存在一定差距。重视研发投入、提升产品技术水平是打破壁垒的前提。此外，空心杯电机的加工工艺复杂，绕线技术更是核心难点所在。产品质量自然而然随着技术水平的提升和工艺水平的进步而提高，优良的口碑带来客户的认可，提升产品影响力，形成正向循环。如Maxon电机技术领先、产品质量优良，在火星上可工作十年之久，稳定性得到验证，并因此获得美国航天航空局背书，奠定其市场地位，为进一步开拓客户创造条件。Maxon研发投入逐年增长，2022年投入5,150万瑞士法郎，在全球10个开发中心拥有约340名研发人员。
2）优化产品矩阵，加深对下游应用的把控，提升公司提供整体解决方案的能力。Maxon和Faulhaber产品虽然种类繁多，但基本围绕“精密运控”展开，以空心杯电机为核心，提供微型齿轮箱、编码器、其他配件，可交付整体解决方案。如Maxon和Faulhaber的齿轮箱主要为毫米级，以配套其毫米级电机，Faulhaber的成功收并购也为其产品矩阵的优化而服务。海外企业致力于在一个特定方向做到“专”和“精”，面对客户的特定场景需求，可从其产品矩阵中选择合适的组合，交付模组化解决方案，同时也加深了公司对下游应用领域的积累。模组化和定制化代表着工控领域未来发展方向，国内企业应优化产品矩阵，提升提供整体解决方案的能力。
4.重点公司分析
4.1.鸣志电器：HB步进电机龙头，空心杯电机国内领先
业绩稳扎稳打，基本盘稳定。鸣志电器2022年实现营收29.60亿元，2012-2022年CAGR为12.66%；归母净利润从2012年0.58亿元增至2022年2.47亿元，期间CAGR为15.59%。主营业务为控制电机及其驱动系统，占总营收比例稳步上升，从2012年的46.81%上升至2022年78.43%，代表性产品HB步进电机打破日本垄断，份额已进入全球前五。公司盈利能力稳定，毛利率和净利率跨周期波动较小，近五年平均毛利率、净利率水平为37.78%和9.04%。
我们预计空心杯电机将为鸣志电器带来新的增长契机，鸣志电器有望借助以下优势受益：1）已有产品助力渠道客户拓展。鸣志电器率先打破日本在步进电机领域内的垄断地位，主要产品HB步进电机连续5年全球占比8%以上，销量位列全球第四。借助步进电机稳固的基本盘和成熟的全球销售网络，公司空心杯电机有望得到更快推广，以更低的成本获取用户；2）性价比助力人形机器人降本。降本是人形机器人落地的重要诉求之一，我国零部件厂商具备价格低廉、交付周期短等优势，人形机器人价格降至消费级离不开我国供应链的赋能。鸣志电器在空心杯电机领域具备先发优势和卡位优势。虽然公司产品与海外仍有差距，但大部分性能已能对标国际产品，可满足人形机器人手部电机要求，在技术积累、产品布局方面处于国内领先，具备相对优势。空心杯电机技术壁垒在于绕线，新进入者需要在设计和制造工艺两方面攻关，鸣志电器先发优势显著。空心杯电机有望乘着人形机器人东风，为公司开辟新的增长曲线。
4.2.鼎智科技：微特电机隐形冠军，多产品有望受益于人形机器人发展
鼎智科技为北交所上市公司，江苏雷利（300660）为其控股股东。鼎智科技成立于2008年，前身为“常州市鼎智机电有限公司”。2019年8月，江苏雷利通过受让股权取得了鼎智机电的70%股权，成为鼎智机电的控股股东。2021年6月，公司登陆全国中小企业股份转让系统。2022年8月，公司入选江苏省第四批专精特新“小巨人”企业公示名单。2023年4月，公司登陆北交所。鼎智科技全球化布局处于加速阶段。公司总部位于江苏省常州市，在中国和美国设有生产基地；在中国深圳、美国加州和韩国设有销售分部。2023年以来，公司密集公布多项业务和布局进展，包括与迈瑞医疗深化在音圈电机的战略合作、在韩国设立全资子公司DINGS'KOREACo.,Ltd、在常州设立控股子公司“一和起”等，进一步完善公司业务网络。
鼎智科技是我国微特电机领域内的隐形冠军，线性执行器已处于领先地位，音圈电机借疫情契机供应迈瑞医疗。产品矩阵围绕精密运控及其解决方案展开，主要包括线性执行器、混合式步进电机、直流电机和音圈电机。公司线性执行器主要竞争对手为美国海顿科克，鼎智科技市占率全球第二，国内第一，是该领域隐形冠军。音圈电机发展于疫情期间，鼎智原先是迈瑞线性执行器的第二供应商，随着第一波疫情来临，音圈电机成为有创呼吸机量产的卡脖子零件，公司借此契机开始给迈瑞供应音圈电机。近期公司与迈瑞医疗签订战略合作协议，双方投入资源持续对音圈电机进行优化。未来公司音圈电机自制率预计进一步提升，受益于人口老龄化带来的医疗器械稳步发展前景以及核心零部件国产替代逻辑。
鼎智科技盈利增速、利润水平领先。公司营收从2018年0.72亿元增至2022年3.18亿元，2018-2022年CAGR高达44.83%；净利润由2018年0.16亿元增至2022年1.01亿元，期间CAGR为59.51%，增速高于营收。除2019年工资薪酬增加导致管理费用提高、净利率降低外，公司整体毛利率、净利率水平处于行业领先。招股书显示，2022年公司毛利率、净利率分别为55.39%和31.67%，而同期可比公司平均毛利率、净利率水平仅为33.32%和11.09%。公司高利润水平来自于：①产品定位高端，竞争对手较少；②线性执行器零部件丝杆、螺母自制率高。
4.3.拓邦股份：智能控制器龙头，持续开辟新增长曲线
深圳拓邦股份为国内智能控制器龙头，成立于1996年，前身为深圳市拓邦电子设备有限公司。1996-2007年为公司业务积淀期，1999年成立了家电控制智能研究中心，2000年被深圳市科技局认定为深圳市高新技术企业，2002年被评为深圳市科技企业50强，2007年在深交所上市，成为国内智能控制领域首家上市公司。2009-2015年公司加快在国内的业务扩张，陆续成立杭州分公司、惠州拓邦，并收购了深圳众志盈科及深圳研控自动化科技。2015年后公司逐步走向全球，在印度、越南、欧洲、墨西哥等地成立公司。