空心杯電機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀分析-海外企業(yè)繞線工藝自動化程度高-處于市場領(lǐng)先地位

-1-空心杯電機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀分析-海外企業(yè)繞線工藝自動化程度高-處于市場領(lǐng)先地位一、空心杯電機(jī)簡介空心杯電機(jī)在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，其電樞繞組為空心杯線圈，形狀類似水杯，因此被稱為空心杯電機(jī)。二、全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模持續(xù)增長德國的Dr.F.Faulhaber在1958年研制出斜繞組線圈繞制技術(shù),并經(jīng)過不斷開發(fā)和完善，在1965年獲得空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈斜繞組專利技術(shù)，這標(biāo)志著空心杯電機(jī)正式誕生。憑借卓越性能，空心杯電機(jī)下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如微型機(jī)器人、智能穿戴設(shè)備、醫(yī)療器械、無人機(jī)、機(jī)器人臂、自動化設(shè)備、精密定位系統(tǒng)和光學(xué)儀器等。隨著空心杯電機(jī)在眾多下游應(yīng)用領(lǐng)域中的不斷突破，逐漸成為眾多高端設(shè)備和系統(tǒng)的理想選擇。2021-2023年，全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模由6.77億美元增長至8.1億美元，預(yù)計(jì)2028年全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模達(dá)11.9億美元。空心杯電機(jī)性能性能 簡介效率高、轉(zhuǎn)速快 由于空心杯電機(jī)消除了鐵芯產(chǎn)生的磁阻力矩和渦流效應(yīng)造成的損耗，因而可以得到很高的能量轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)一步提高能源利用效率、減少能源損耗?？招谋姍C(jī)的最高效率都在65%~85%之間，最高的可達(dá)90%，而有刷直流電機(jī)的最高效率一般都在50%左右。高轉(zhuǎn)速的電機(jī)能夠提供更大的功率輸出并減少機(jī)械振動和噪音，空心杯電機(jī)最高轉(zhuǎn)速在10000rpm左右，而有刷直流電機(jī)的連續(xù)力矩會隨著轉(zhuǎn)速的上升快速下降，最高轉(zhuǎn)速都在5000rpm以下。響應(yīng)快、壽命長 相比于有刷直流電機(jī)100毫秒以上的機(jī)械時間常數(shù)，空心杯電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量很小，響應(yīng)時間極快，其機(jī)械時間常數(shù)一般在28毫秒以內(nèi)，部分產(chǎn)品甚至小于10毫秒，具有理想的控制性能，能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)速的高精度控制操作?？招谋姍C(jī)的換向片數(shù)量多，使得換向時的電流波動和電機(jī)電感量更小，大幅減少換向過程中對換向系統(tǒng)的電腐蝕，從而擁有更長的壽命。根據(jù)《空心杯電機(jī)定制化管理的應(yīng)用研究》中的數(shù)據(jù)，有刷直流電機(jī)的壽命一般僅有幾百個小時，而空心杯電機(jī)的預(yù)期壽命通常在1000至3000小時之間，能夠提供更長久的可靠運(yùn)行。體積小、運(yùn)行穩(wěn) 空心杯電機(jī)具有較大的功率體積比，一般達(dá)30mW/cm3，與同等功率的鐵芯電機(jī)相比，重量和體積減少了1/3~1/2；空心杯電機(jī)沒有齒槽效應(yīng)，過載能力比有刷直流電機(jī)更高，同時更小的轉(zhuǎn)矩脈動讓其運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，轉(zhuǎn)速波動小且容易控制，一般可控制在2%以內(nèi)，可應(yīng)用于高動態(tài)性能伺服系統(tǒng)中。三、有刷空心杯電機(jī)占據(jù)主導(dǎo)，無刷空心杯電機(jī)增長空間廣闊空心杯電機(jī)可分為有刷空心杯電機(jī)和無刷空心杯電機(jī)。有刷主要結(jié)構(gòu)為定子+轉(zhuǎn)子+電刷，永磁體為定子，電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉(zhuǎn)動中起到導(dǎo)電和換相作用，容易產(chǎn)生火花。無刷主要結(jié)構(gòu)為定子+轉(zhuǎn)子，永磁體為轉(zhuǎn)子，沒有電刷，換向通過霍爾效應(yīng)傳感器、編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器完成?？招谋姍C(jī)分類指標(biāo) 無刷空心杯電機(jī) 有刷空心杯電機(jī)壽命 長壽命(10000h+) 電機(jī)壽命受限(1000-3000h)轉(zhuǎn)速 高轉(zhuǎn)速 低轉(zhuǎn)速電磁干擾 可忽略 有電火花鐵損 有 無控制 需要驅(qū)動控制 控制簡單目前有刷空心杯電機(jī)占據(jù)主要市場，2022年占比65.8%。隨著空心杯電機(jī)技術(shù)的持續(xù)成熟，無刷空心杯電機(jī)占比持續(xù)提升，預(yù)計(jì)2028年達(dá)42.2%，較2022年提升8個百分點(diǎn)。目前有刷空心杯電機(jī)占據(jù)主要市場，2022年占比65.8%。隨著空心杯電機(jī)技術(shù)的持續(xù)成熟，無刷空心杯電機(jī)占比持續(xù)提升，預(yù)計(jì)2028年達(dá)42.2%，較2022年提升8個百分點(diǎn)。四、中國為全球第一大空心杯電機(jī)市場中國是全球第一大空心杯電機(jī)市場，2021年中國、歐洲和其他地區(qū)市場規(guī)模分別占比35.45%、25.85%、38.70%。中國空心杯電機(jī)面臨更加廣闊的應(yīng)用前景和市場需求。2022-2023年中國空心杯電機(jī)市場規(guī)模由2.6億美元增長至2.9億美元，占全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模的比重由34.67%提升至35.80%；預(yù)計(jì)2028年中國空心杯電機(jī)市場規(guī)模將達(dá)4.7億美元，占全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模的比重為39.50%。中國是全球第一大空心杯電機(jī)市場，2021年中國、歐洲和其他地區(qū)市場規(guī)模分別占比35.45%、25.85%、38.70%。中國空心杯電機(jī)面臨更加廣闊的應(yīng)用前景和市場需求。2022-2023年中國空心杯電機(jī)市場規(guī)模由2.6億美元增長至2.9億美元，占全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模的比重由34.67%提升至35.80%；預(yù)計(jì)2028年中國空心杯電機(jī)市場規(guī)模將達(dá)4.7億美元，占全球空心杯電機(jī)市場規(guī)模的比重為39.50%。五、海外頭部空心杯電機(jī)企業(yè)處于市場領(lǐng)先地位空心杯電機(jī)工藝流程復(fù)雜，加工難度遠(yuǎn)超普通直流有槽電機(jī)，行業(yè)具備較高的技術(shù)門檻。繞線是空心杯電機(jī)核心技術(shù)壁壘所在，按照線圈的成型方式主要分為人工繞線、繞卷式生產(chǎn)技術(shù)、一次成型生產(chǎn)技術(shù)三類。海外繞線工藝發(fā)展早，主要采用一次性繞制成型的生產(chǎn)技術(shù)，自動化程度高于國內(nèi)；而國內(nèi)主要采用繞卷式生產(chǎn)，工藝比較繁瑣，工人勞動強(qiáng)度大，無法完成線徑較粗的線圈，廢品率高。因此現(xiàn)階段Faulhaber、Portescap、AlliedMotionTechnologies、MaxonMotor及NidecCopalCorporation等海外頭部空心杯電機(jī)企業(yè)處于領(lǐng)先地位，占據(jù)行業(yè)絕大多數(shù)市場，根據(jù)數(shù)據(jù)，2022年全球空心杯電機(jī)CR5達(dá)67%?？招谋姍C(jī)線圈生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)技術(shù) 簡介人工繞線 通過一系列復(fù)雜的工藝，包括插針、手動卷線、手動排線等步驟進(jìn)行生產(chǎn)。繞卷式生產(chǎn)技術(shù) 繞卷式生產(chǎn)技術(shù)是半自動化生產(chǎn)，首先將漆包線順序繞到橫截面為菱形的主軸上，達(dá)到需要的長度后將其取下，然后壓扁成線板，最后將線板卷繞成杯狀的線圈。以一種繞卷式空心杯為例，其制造流程大致分為以下幾步：①六邊形線坯線圈繞制：在斜繞組繞線機(jī)上進(jìn)行；②線坯線圈粘貼二條定型壓敏膠帶，脫模待展平；③展平：將定型板插入線坯線圈，并將線圈相錯拉平，再送入展平機(jī)展平，成為扁平線坯。用竹質(zhì)刮板整形。剪掉多余的膠帶，僅留一只搭頭，搭頭應(yīng)留在扁平線坯稍微隆起的一面，以利卷筒成行；④卷筒：把扁平線坯送入空心