效率70%以上、响应<28ms、重量仅为普通电机的1/2——空心杯电机凭借卓越性能成为灵巧手的“心脏”。兆威ZWHAND、特斯拉Optimus、因时机器人等主流灵巧手均采用空心杯电机方案。但售价1000-3000元的空心杯电机也是灵巧手最贵的部件,直流有齿槽无刷电机(<1000元)正在成为降本替代方案。中泰证券认为,驱动电机是灵巧手降本的核心环节。
空心杯电机——灵巧手的“心脏”
空心杯电机是一种直流永磁伺服电动机,采用无铁芯转子,定子为空心杯状,结构紧凑轻巧。
四大优势:
1. 高效率:能量转化效率>70%,部分达90%(普通铁芯电机仅15-50%)2. 快速响应:响应时间<28ms(普通>100ms)
3. 运行平稳:无齿槽效应,低频振动低
4. 轻量化:重量体积为同等功率普通电机的1/3-1/2
工作原理:新颖转子结构消除铁芯涡流损耗,转动惯量大幅降低,从而减少自身能量损耗。
四大优势:
1. 高效率:能量转化效率>70%,部分达90%(普通铁芯电机仅15-50%)2. 快速响应:响应时间<28ms(普通>100ms)
3. 运行平稳:无齿槽效应,低频振动低
4. 轻量化:重量体积为同等功率普通电机的1/3-1/2
工作原理:新颖转子结构消除铁芯涡流损耗,转动惯量大幅降低,从而减少自身能量损耗。
应用现状——主流灵巧手标配
当前多款灵巧手选择空心杯电机作为驱动方案:
| 产品 | 特点 |
|
|
|
| 兆威ZWHAND | 17-20自由度,可选柔性电子皮肤 |
| 特斯拉Optimus Gen1 | 单只6个空心杯电机 |
| 因时RH56DFX | 集成触觉传感器 |
| 雷赛DH2015 | 工业级精度 |
原因:完美契合灵巧手“空间小但精度高”的需求——体积小、效率高、灵敏度高、响应快。
| 产品 | 特点 |
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| 兆威ZWHAND | 17-20自由度,可选柔性电子皮肤 |
| 特斯拉Optimus Gen1 | 单只6个空心杯电机 |
| 因时RH56DFX | 集成触觉传感器 |
| 雷赛DH2015 | 工业级精度 |
原因:完美契合灵巧手“空间小但精度高”的需求——体积小、效率高、灵敏度高、响应快。
降本替代——直流有齿槽无刷电机的挑战
空心杯电机价格:
- 有刷空心杯:1000-2000元
- 无刷空心杯:1000-3000元
- 单只灵巧手需6-12个电机
替代方案——直流有齿槽无刷电机:
- 售价<1000元
- 起动扭矩大,适配低速高功率
- 有齿槽效应,平稳性略差
- 适合工业场景(工业场景对降本需求迫切,对精密性容忍度更高)
技术对比:
| 特性 | 有刷空心杯 | 无刷空心杯 | 有齿槽无刷 |
|
|
|
|
|
| 有齿槽 | 无 | 无 | 有 |
| 效率 | 高 | 很高 | 较高 |
| 成本 | 1000-2000元 | 1000-3000元 | <1000元 |
| 平稳性 | 较平稳 | 最平稳 | 一般 |
- 有刷空心杯:1000-2000元
- 无刷空心杯:1000-3000元
- 单只灵巧手需6-12个电机
替代方案——直流有齿槽无刷电机:
- 售价<1000元
- 起动扭矩大,适配低速高功率
- 有齿槽效应,平稳性略差
- 适合工业场景(工业场景对降本需求迫切,对精密性容忍度更高)
技术对比:
| 特性 | 有刷空心杯 | 无刷空心杯 | 有齿槽无刷 |
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| 有齿槽 | 无 | 无 | 有 |
| 效率 | 高 | 很高 | 较高 |
| 成本 | 1000-2000元 | 1000-3000元 | <1000元 |
| 平稳性 | 较平稳 | 最平稳 | 一般 |
相关标的——鸣志电器、伟创电气
鸣志电器:
- 核心业务:控制电机及其驱动系统
- 无刷电机布局工控自动化、机器人、高端医疗、智能驾驶等领域
- 持续在核心业务研发端投入资源提升技术含量
伟创电气:
- 专注电气传动和工业控制
- 布局轴关节模组、无框力矩电机、空心杯电机
- ECH系列直流无刷空心杯电机:高效率、高转矩、高转速,显著降低温升和噪音
- 适用于人形机器人仿真手指关节
其他关注:德昌电机、捷昌驱动、拓邦股份
- 核心业务:控制电机及其驱动系统
- 无刷电机布局工控自动化、机器人、高端医疗、智能驾驶等领域
- 持续在核心业务研发端投入资源提升技术含量
伟创电气:
- 专注电气传动和工业控制
- 布局轴关节模组、无框力矩电机、空心杯电机
- ECH系列直流无刷空心杯电机:高效率、高转矩、高转速,显著降低温升和噪音
- 适用于人形机器人仿真手指关节
其他关注:德昌电机、捷昌驱动、拓邦股份
灵巧手整机厂商盘点
近期灵巧手新品密集发布:
| 企业 | 产品 | 自由度 | 亮点 |
|
|
|
|
|
| 兆威机电 | ZWHAND | 17-20 | 连杆+直驱,电子皮肤 |
| 速腾聚创 | Papert 2.0 | 20 | 14个力传感器 |
| 灵心巧手 | Linker Hand O | 76 | 小型化轻量化 |
| 因时机器人 | RH5EG系列 | 18 | 集成触觉传感器 |
| 达奇月泉 | X-Hand M | 11 | 530个触觉单元 |
价格趋势:国产灵巧手从5万元(因时2024)下探至8000元(灵心巧手新品),兆威机电计划未来3年将终端售价做到1万元左右。
| 企业 | 产品 | 自由度 | 亮点 |
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| 兆威机电 | ZWHAND | 17-20 | 连杆+直驱,电子皮肤 |
| 速腾聚创 | Papert 2.0 | 20 | 14个力传感器 |
| 灵心巧手 | Linker Hand O | 76 | 小型化轻量化 |
| 因时机器人 | RH5EG系列 | 18 | 集成触觉传感器 |
| 达奇月泉 | X-Hand M | 11 | 530个触觉单元 |
价格趋势:国产灵巧手从5万元(因时2024)下探至8000元(灵心巧手新品),兆威机电计划未来3年将终端售价做到1万元左右。
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