空心杯电机行业CAE分析产品深度调研报告
发布日期：2026年8月28日
调研范围：空心杯电机行业概况、市场规模、主要厂商、CAE分析产品深度调研
一、空心杯电机行业概况
空心杯电机是一种无铁芯转子结构的直流电机，与传统直流电机相比，省去了铁芯作为支撑结构，靠空心杯状的线圈绕组与连接板、主轴等共同组成转子或者定子。这种结构彻底消除了因铁芯形成涡流而造成的电能损耗，具有高功率密度、效率高、转速快、响应快等特点。
1.1 行业定义与分类
空心杯电机可分为有刷空心杯电机和无刷空心杯电机：
有刷空心杯电机
：主要结构为定子+转子+电刷，永磁体为定子，电刷与换向器不断接触摩擦，在转动中起到导电和换相作用，容易产生火花。 无刷空心杯电机
：主要结构为定子+转子，永磁体为转子，没有电刷，换向通过霍尔效应传感器、编码器或旋转变压器完成。
1.2 市场规模与增长趋势
随着工业技术飞速发展及下游需求不断增加，全球空心杯电机行业市场规模持续不断扩大。
根据中商产业研究院数据，2023年全球空心杯电机市场为8.1亿美元，预计2024年达到8.7亿美元，2028年将增至11.9亿美元。中国市场规模较大，2023年中国空心杯电机市场为2.9亿美元，预计2024年达到3.2亿美元，2028年将增至4.7亿美元。
1.3 竞争格局
空心杯电机市场集中度高，海外头部企业历史积淀悠久，技术积累深厚，行业地位较高。2022年全球空心杯电机CR5为67%，前五名企业包括Faulhaber、Portescap、Allied Motion Technologies、Maxon Motor及Nidec Copal Corporation。
海外厂商占据主要市场，市占率高达85%。国内厂商如鸣志电器、鼎智科技等通过本土化的销售战略逐渐打开市场，国内空心杯电机厂商市占率15%。
1.4 下游应用领域
空心杯电机产品目前已经在医疗领域内如仿生义肢、外科手术机器人等场景发挥着重要作用，同时也应用在对于重量、寿命要求较高，性能转速要求较低的电动工具场景，以及精度、可靠性、控制要求极高的航空航天、工业自动化等场景。
随着人形机器人的发展，空心杯电机作为机器人灵巧手核心部件，市场需求有望进一步扩大。
二、CAE分析产品深度调研
针对空心杯电机的CAE分析，各大软件公司提供了专业的仿真解决方案，涵盖电磁分析、热分析、机械分析、噪声振动分析等多个方面。
2.1 主要CAE软件公司及其产品
2.2 软件功能对比分
2.3 空心杯电机CAE应用案例
案例1：人工血泵用空心杯电机设计
上海理工大学设计了一种电枢直径为4.8mm，转速为35000 r/min的血泵用空心杯微电机。基于ANSYS Maxwell有限元分析软件，采用RMxprt模块对空心杯电机进行了结构设计和性能分析，采用Maxwell3D模块建立了空心杯电机的三维有限元仿真模型。通过静态磁场、空载和额定负载下的仿真，获得了空心杯电机工作状态下的电磁数据，并对该空心杯电机的电磁设计性能进行了分析。结果表明：实验所设计血泵用空心杯电机结构设计合理，电磁性能良好，空心杯电机效率约为79%。
案例2：基于ANSYS Maxwell的永磁直流空心杯电机三维仿真分析
以某型永磁直流伺服空心杯电机为例，利用ANSYS Maxwell软件建立三维有限元分析模型，对零件赋予材料属性及设置激励源，通过改进外电路设置及网格剖分方法，得到模型在稳态的磁场分布及瞬态的输出特性结果。对比3款电机的有限元与实测结果，结果表明，模拟数值与实测数值偏差均在5%以内，验证该有限元分析方法具有较高的准确性。
案例3：COMSOL在轴向磁通电机多物理场仿真中的应用
利用COMSOL Multiphysics软件进行多物理场仿真，评估氢气冷却对轴向磁通电机温度分布的影响。模型包括 turbulent hydrogen flow 以及热传递在铜线圈、定子和周围空气中的分析。结果表明，铜线圈温度保持在293K以下，表明氢气冷却效果良好。
三、空心杯电机CAE分析的技术挑战
空心杯电机因其独特的结构，在CAE分析中面临一些特殊的技术挑战：
3.1 涡流损耗与散热分析
空心杯电机无铁芯结构消除了传统电机中的铁芯涡流损耗，但在高转速下，转子空气摩擦损耗成为主要问题。CAE分析需要精确模拟高速旋转下的散热情况，确保电机在安全温度范围内运行。
3.2 齿槽效应消除
空心杯电机的无齿槽设计消除了齿槽转矩，但在电磁仿真中需要精确模拟这种特殊结构对磁场分布的影响，确保仿真结果的准确性。
3.3 多物理场耦合分析
空心杯电机的性能受电磁、热、机械等多物理场相互影响，CAE分析需要考虑这些物理场之间的耦合效应，如电磁力引起的振动噪声。
3.4 高速旋转下的稳定性
空心杯电机通常工作在高转速下，CAE分析需要考虑高速旋转对轴承、线圈结构等部件的应力影响，确保设计的稳定性。
四、未来发展趋势
随着技术的不断进步，空心杯电机行业及CAE分析产品呈现出以下发展趋势：
4.1 人形机器人的推动
人形机器人对空心杯电机的需求将持续增长，特别是在灵巧手和关节驱动方面。CAE软件需要提供更精细的仿真模型，以满足高精度、高响应速度的设计要求。
4.2 国产替代机遇
在国家政策支持下，国内厂商在空心杯电机领域的技术追赶将加速，CAE软件需要提供更符合本土化需求的分析工具和解决方案。
4.3 多物理场仿真集成
未来的CAE软件将更加注重多物理场仿真的集成和优化，提供更全面的电机性能评估和设计优化能力。
4.4 云计算与AI应用
云计算和人工智能技术将被更多地应用于CAE分析中，提高仿真效率和准确性，实现更智能的设计优化。
