五矿证券在报告中指出,灵巧手对空间要求苛刻,一般使用微型电机。目前主流方案包括空心杯电机(单价1433元)和无刷直流电机(单价418元)。单手17个主动自由度对应17个电机,空心杯方案单手价值量高达2.43万元。空心杯电机的核心技术壁垒在于自支撑绕组技术,我国多采用卷绕式生产技术,废品率高。五矿证券认为,微型电机BOM成本占比高,价值量显著,是灵巧手硬件五大方向之一。
微型电机——灵巧手的动力核心
灵巧手对空间要求苛刻,一般使用微型电机。空心杯电机属于直流永磁电机,采用无铁芯转子,体积小巧、重量和转动惯量大幅降低,具备铁芯电机无法达到的控制和拖动特性。转子结构彻底消除因铁芯形成涡流造成的电能损耗,具有突出的节能特点。
空心杯电机也可细分为无刷空心杯电机和有刷空心杯电机。无刷方案寿命长(20000h)、转速高、电磁干扰可忽略;有刷方案控制简单但寿命较短(2000h)。核心技术壁垒在于自支撑绕组技术——所有漆包线悬空绕线无内部支撑,加工精度要求极高,目前多采用卷绕式生产技术,效率低、废品率高。
电机用量与价值量测算——单手可达2.43万元
灵巧手电机用量与自由度直接相关。假设单手17个主动自由度(接近人手的灵活性门槛),对应17个电机。空心杯电机单价约1433元/个,单手价值量高达2.43万元。即使采用直流无刷电机(单价418元/个),单手价值量也高达7106元。
不同传动方案影响电机选型:连杆/齿轮方案电机位于手部,空间受限,多用空心杯电机;腱绳方案电机位于前臂,空间较大,可使用成本更低的直流无刷电机(有刷或无刷)。特斯拉新一代灵巧手采用腱绳方案,电机置于前臂,有助于降低手部重量和成本。
空心杯vs无刷直流——成本与性能的权衡
无刷空心杯电机与直流无刷电机的主要差异:空心杯电机(机座尺寸28.1mm,长度6.5mm,额定转矩0.0001Nm)单价1433元,重量67.78g;直流无刷电机(机座尺寸16mm,长度26.8mm,额定转矩0.0024Nm)单价仅418元,重量16g。直流无刷电机体积更小、重量更轻、扭矩更大,但控制算法更复杂。
有刷直流电机与无刷直流电机对比:有刷直流电机购买成本较低,但寿命短(2-3年)、需定期维护更换碳刷;无刷直流电机效率高、速度高、控制精准、寿命长(7-10年)、能耗低、散热好、震动和噪声更小。灵巧手对精度和寿命要求高,无刷直流电机更具优势。
微型电机国产替代与供应链机会
空心杯电机核心技术壁垒高,目前国内企业在自支撑绕组技术、自动化绕线设备方面与海外龙头存在差距。峰岦科技在BLDC电机主控及驱动芯片领域市占率仅4.8%,国产替代空间广阔。2025年1月峰岦科技与三花控股合资设立公司,专注于空心杯电机本体及相关产品的研发、设计、制造和销售。
微型电机是灵巧手BOM成本占比最高的部件之一。随着人形机器人量产规模扩大,电机需求量将爆发式增长。假设100万台/年产量,单手17个电机(即使采用无刷方案),电机市场规模可达70亿元/年以上,供应链机会显著。
表:空心杯电机与直流无刷电机对比| 电机类型 | 单价(元) | 重量(g) | 机座尺寸(mm) | 额定转矩(Nm) |
|---|
| 空心杯电机 | 1433 | 67.78 | 28.1 | 0.0001 |
| 直流无刷电机 | 418 | 16.00 | 16.0 | 0.0024 |