總結(jié)了目前BLDC領(lǐng)域熱門的十五大應(yīng)用和方案供工程師參考。" />

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BLDC電機(jī)的15大熱門應(yīng)用及其參考方案

荷葉塘 ? 來源:電子發(fā)燒友 ? 作者:程文智 ? 2019-08-06 11:48 ? 次閱讀
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雖然電機(jī)的歷史已經(jīng)超過百年,但是無刷直流(BLDC)電機(jī)的歷史不過50年的歷史。隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù),以及電力電子技術(shù),特別是大功率開關(guān)器件的發(fā)展BLDC電機(jī)得到了長足的發(fā)展?,F(xiàn)在,BLDC電機(jī)已經(jīng)在軍事、航空、工業(yè)、汽車、民用控制系統(tǒng),以及家用電器等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
2018年全球BLDC電機(jī)市場的規(guī)模為153.6億美元,據(jù)<電子發(fā)燒友>估計(jì),未來幾年的市場增長率為6.5%左右,預(yù)計(jì)2022年BLDC電機(jī)市場規(guī)模將達(dá)197.6億美元左右。這主要是由于全球各國的能效標(biāo)準(zhǔn)變得越來越嚴(yán)格;BLDC電機(jī)相關(guān)技術(shù)變得越來越成熟,比如說鋰電池的價(jià)格更加親民,國內(nèi)半導(dǎo)體廠商逐漸強(qiáng)大,元器件成本降低;以及BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路成本的下降,無刷電機(jī)與有刷電機(jī)相比,因?yàn)槎嗔蓑?qū)動(dòng)電路,增加了電氣元器件,特別是在初期電機(jī)本體與驅(qū)動(dòng)電路的價(jià)格大約為1:10,高昂的價(jià)格制約了無刷電機(jī)的發(fā)展。但近年來,隨著技術(shù)的進(jìn)步電機(jī)本體與驅(qū)動(dòng)電路的價(jià)格比已經(jīng)降至1:1~3,這為無刷電機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用創(chuàng)造的先決條件。
BLDC電機(jī)的應(yīng)用場景越來越多,<電子發(fā)燒友>根據(jù)晶豐明源半導(dǎo)體有限公司電機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)人錢志存的演講與市場觀察,總結(jié)了目前BLDC電機(jī)的15大熱門應(yīng)用。

一、吸塵器/掃地機(jī)器人

吸塵器和掃地機(jī)器人是BLDC電機(jī)應(yīng)用中備受重視的一個(gè)領(lǐng)域,目前新型的吸塵器和掃地機(jī)器人主要以Dyson和萊克等為代表。
這幾年來,心塵器的開發(fā)熱點(diǎn)主要集中在高速電機(jī)上,各個(gè)廠家的方案有所不同,其中Dyson以單相高速電機(jī)為主,國內(nèi)很多廠家為了規(guī)避專利,以三相居多。另外,Nedic直接開發(fā)性價(jià)比很好的高度電機(jī),對國內(nèi)廠家造成了一定的沖擊。
在<電子發(fā)燒友>舉辦的BLDC電機(jī)控制技術(shù)沙龍上,來自深圳市賽領(lǐng)未來科技有限公司的研發(fā)主管彭鴻表示,目前國內(nèi)的掃地機(jī)器人大部分都是采用了Nedic的無刷電機(jī),主要是他們的電機(jī)不僅性能不錯(cuò),價(jià)格也下降得厲害,“我們現(xiàn)在用的是自己設(shè)計(jì)的電機(jī),不過下一代產(chǎn)品,我們可能也要換成Nedic的電機(jī)了?!?/div>
圖1:<電子發(fā)燒友>舉辦的BLDC電機(jī)控制技術(shù)沙龍現(xiàn)場。
他同時(shí)透露,現(xiàn)在掃地機(jī)器人不僅僅是在室內(nèi)使用,現(xiàn)在也有大街上使用的,只是打掃街道的掃地機(jī)器人需要更精確的定位功能。
其實(shí)室外的掃地機(jī)器人不僅可以用來打掃衛(wèi)生,還可以用來除草,彭鴻談到他們有些國外的客戶就有這方面的需求,將掃地機(jī)器人改裝一下,加上刀片和定位功能,就可以自動(dòng)割除花園里面的雜草了。他承認(rèn)這對設(shè)備的定位精度要求比較高,不過因?yàn)槭窃谑彝?,也不難實(shí)現(xiàn)。
圖2:Qorvo的PAC5532A芯片平臺(tái)。

二、電動(dòng)工具

電動(dòng)工具的無刷化其實(shí)很早就開始了,在2010年時(shí),國外有些品牌就推出了采用無刷電機(jī)的電動(dòng)工具了。隨著鋰電池技術(shù)的成熟,價(jià)格越來越親民,手持工具的量級(jí)在逐年增加,現(xiàn)在可與插電式的工具平分秋色。
據(jù)統(tǒng)計(jì),國內(nèi)電扳手基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無刷化,電鉆類、高壓型,以及園林類工具還沒有完全無刷化,不過也轉(zhuǎn)換過程中。
這主要是由于無刷電機(jī)的節(jié)能和高效率,讓手持式電動(dòng)工具可以運(yùn)行更長時(shí)間?,F(xiàn)在很多國際廠商和國內(nèi)廠商都投入很多資源進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā),比如Bosch、Dewalt、Milwaukee、Ryobi、Makita等。
目前國內(nèi)的電動(dòng)工具發(fā)展也很迅速,特別是在江浙一帶,集中很多電動(dòng)工具廠商。最近幾年江浙一帶的無刷電機(jī)控制方案成本下降很快,不少廠商已經(jīng)發(fā)動(dòng)了價(jià)格戰(zhàn),據(jù)說一個(gè)電動(dòng)工具的無刷電機(jī)控制方案也就6、7元左右,有的甚至只需要4、5元。據(jù)參加BLDC電機(jī)控制技術(shù)沙龍的網(wǎng)友透露,現(xiàn)在電動(dòng)工具的方案價(jià)格戰(zhàn)并沒有結(jié)束。
圖3:<電子發(fā)燒友>舉辦的BLDC電機(jī)控制技術(shù)沙龍合影。
有人擔(dān)心這種價(jià)格戰(zhàn)會(huì)讓把行業(yè)做壞,也有人認(rèn)為價(jià)格戰(zhàn)對整個(gè)行業(yè)來說并非壞事。深圳市東安華科技有限公司研發(fā)總監(jiān)王峰在BLDC電機(jī)控制技術(shù)沙龍討論環(huán)節(jié)表示,價(jià)格戰(zhàn)其實(shí)對產(chǎn)品的普及是利好的。他拿北斗芯片舉例說,“北斗芯片剛開始出來的時(shí)候,一套系統(tǒng)的價(jià)格都在4000元左右,但當(dāng)時(shí)有家公司就直接在行業(yè)內(nèi)報(bào)出2000元的價(jià)格,開始的時(shí)候大家都很難受,覺得沒錢賺了,但其實(shí)價(jià)格下來后,出貨量增加了,最后做下來發(fā)現(xiàn)賺的比之前還多?!?/div>
現(xiàn)在國內(nèi)不少芯片廠商也都推出了相應(yīng)的電動(dòng)工具無刷化解決方案。比如華大半導(dǎo)體,靈動(dòng)微和凌鷗創(chuàng)芯等。
圖4:華大半導(dǎo)體MCU市場部經(jīng)理梁少峰在介紹其電動(dòng)工具解決方案。
圖5:凌鷗創(chuàng)芯CEO***在介紹其無霍爾槍鉆控制方案。
圖6:凌鷗創(chuàng)芯的電動(dòng)園林剪刀無霍爾控制器。

三、設(shè)備散熱風(fēng)扇

設(shè)備散熱風(fēng)扇在多年以前就開始向BLDC電機(jī)方向轉(zhuǎn)換,在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)有一個(gè)標(biāo)桿企業(yè),那就是依必安派特(EBM),該公司的風(fēng)機(jī)和電機(jī)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在了通風(fēng)、空調(diào)、制冷、家電、供暖、汽車等多個(gè)行業(yè)。
據(jù)錢志存透露,目前國內(nèi)有不少公司在做與EBM類似的無刷散熱風(fēng)機(jī),而且搶占了不少EBM的市場,甚至有好幾公司已經(jīng)成功上市。
特別是國內(nèi)充電樁的興起,給了很多廠家以信心?,F(xiàn)在國內(nèi)很多廠家都加大了在DC風(fēng)扇,可實(shí)現(xiàn)智能互聯(lián)的EC技術(shù)風(fēng)扇上的創(chuàng)新投入,在技術(shù)和工藝上與臺(tái)資廠商的產(chǎn)品已經(jīng)非常接近了。

四、冰柜冷卻風(fēng)機(jī)

由于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家能效標(biāo)準(zhǔn)的影響,冰柜冷卻風(fēng)機(jī)開始轉(zhuǎn)向BLDC電機(jī),而且轉(zhuǎn)換速度相對較快,產(chǎn)品數(shù)量比較大。據(jù)錢志存觀察,現(xiàn)在出口使用SP電機(jī)的產(chǎn)品越來越少,他預(yù)計(jì)在2022年之前,60%的冰柜冷卻機(jī)將會(huì)換成變頻電機(jī)。
冰柜冷卻機(jī)使用的BLDC電機(jī)有三相的,也有單相的;電壓也有高壓和低壓的區(qū)分,一般來說,功率大于30W的BLDC電機(jī)將會(huì)采用高壓方案。
在冰柜冷卻機(jī)方面,目前國內(nèi)配套的廠家,主要集中在長三角和珠三角一帶。

五、冰箱壓縮機(jī)

由于冰箱壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了冰箱內(nèi)部的溫度,而變頻冰箱壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速可根據(jù)溫度來發(fā)生改變,從而可以讓冰箱根據(jù)當(dāng)前的溫度情況做出調(diào)整,讓冰箱內(nèi)的溫度更好地保持恒定。這樣,食物的保鮮效果將更好。變頻冰箱壓縮機(jī)大都選擇BLDC電機(jī),因此工作的時(shí)候效率更高,噪聲更小,而且使用壽命更高。
這一領(lǐng)域以前是日、韓、臺(tái)系廠商的產(chǎn)品為主,但2010年之后,國內(nèi)廠商的起步很快,據(jù)說上海有一家廠商的年出貨量已經(jīng)接近3000萬臺(tái)左右了。
隨著國內(nèi)半導(dǎo)體廠商的進(jìn)步,不論是主控MCU廠商,預(yù)驅(qū)Gate Driver,還是功率MOSFET,國內(nèi)廠商基本都能提供了。
比如說ST推出的冰箱方案,采用了STSPIN系列MCU和STGD5H60DF驅(qū)動(dòng)新品,可實(shí)現(xiàn)30mW的待機(jī)功耗。
圖7:ST冰箱方案。
國產(chǎn)芯片廠商華大半導(dǎo)體也推出了其冰箱壓縮機(jī)平臺(tái)變頻驅(qū)動(dòng)方案,該方案采用了基于HC32系列芯片,使用了無位置傳感器FOC控制策略,可實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的調(diào)速功能。
圖8:華大半導(dǎo)體的冰箱壓縮機(jī)平臺(tái)變頻驅(qū)動(dòng)方案。

六、空氣凈化器

自從前幾年霧霾天氣加劇后,人們對空氣凈化器的需求量越來越大。現(xiàn)在有很多廠家都進(jìn)入了這個(gè)領(lǐng)域。
據(jù)錢志存透露,目前空氣凈化器市場上的產(chǎn)品,小型的一般采用NMB和Nedic的外轉(zhuǎn)子電機(jī),大型的空氣凈化器一般都使用EBM的風(fēng)機(jī)。
空氣凈化器使用的國產(chǎn)電機(jī),大多是仿制Nedic的產(chǎn)品,不過現(xiàn)在國產(chǎn)電機(jī)平臺(tái)的種類也變得越來越豐富了。

七、落地扇

落地扇歷來都是小家電電機(jī)廠家必爭的領(lǐng)域。目前國內(nèi)主流的小家電廠商,比如美的,先鋒、日彩、艾美特等,基本上都有采用無刷電機(jī)的產(chǎn)品面市。其中艾美特的出貨數(shù)量最大,小米的成本最低。
當(dāng)然,也有部分家電廠商在向無刷電機(jī)轉(zhuǎn)換的過程中,不是那么順暢,這主要是跟這些廠商原來的研發(fā)和生產(chǎn)體系有關(guān),比如前期在有刷電機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)設(shè)備投入較大,再轉(zhuǎn)換成無刷電機(jī)有要投入大量資金,因此轉(zhuǎn)換動(dòng)力不足。
但現(xiàn)在有些跨界的廠商正在進(jìn)入落地扇領(lǐng)域,導(dǎo)致落地扇的無刷變頻轉(zhuǎn)換率加快了。再加上國內(nèi)電機(jī)廠的進(jìn)步,在落地扇應(yīng)用領(lǐng)域,已經(jīng)把不少日系電機(jī)廠商擠出了中國市場??梢哉f,國內(nèi)無刷電機(jī)廠家已經(jīng)在落地扇主流品牌中占有一席之地了。
圖9:靈動(dòng)微針對電動(dòng)工具、電動(dòng)車和風(fēng)扇等應(yīng)用的解決方案。

八、水泵

水泵是一個(gè)比較傳統(tǒng)的行業(yè),其種類繁多,方案類型也多種多樣。就算是相同功率的驅(qū)動(dòng)板,目前市面上就有多種,價(jià)格從不到兩元的,到四、五十元不等。
在水泵應(yīng)用中,中大型功率多以三相異步電機(jī)為主,小微型水泵以AC兩極泵為主?,F(xiàn)在北方取暖改造對于泵類方案的技術(shù)創(chuàng)新是一個(gè)好機(jī)會(huì)。不過,錢志存透露說,雖然有廠家在該領(lǐng)域有投入,但效果還不太明顯。
如果只從技術(shù)的角度來說,無刷電機(jī)是比較適合在泵類領(lǐng)域應(yīng)用的,其體積、功率密度,甚至成本都有一定的優(yōu)勢。

九、風(fēng)筒

風(fēng)筒是個(gè)人護(hù)理領(lǐng)域出貨量比較大的一個(gè)應(yīng)用,特別是自從Dyson推出了高速數(shù)碼電機(jī)產(chǎn)品后,帶火了整個(gè)風(fēng)筒市場。
目前國內(nèi)的風(fēng)筒方案主要有三個(gè)方向:一是以Dyson為標(biāo)桿的,采用超高速無刷電機(jī)的方案,轉(zhuǎn)速一般是10萬轉(zhuǎn)左右,最高的有16萬轉(zhuǎn)每分鐘;二是U馬達(dá)取代方案,轉(zhuǎn)速與U馬達(dá)類似,其優(yōu)勢是重量輕,風(fēng)壓大;三是外轉(zhuǎn)子高壓方案,其電機(jī)主要是仿制Nedic的方案。
目前國內(nèi)的仿制產(chǎn)品,不是以前單純的抄了,基本上都做到了專利規(guī)避,并且做了一定的創(chuàng)新。比如凌鷗創(chuàng)芯的高速風(fēng)筒控制方案就很好地規(guī)避了Dyson的專利。據(jù)其CEO***介紹,該方案啟動(dòng)平穩(wěn),最高轉(zhuǎn)速達(dá)12萬轉(zhuǎn),擁有100%的知識(shí)產(chǎn)權(quán),不用擔(dān)心專利問題。
圖10:凌鷗創(chuàng)芯的高速吹風(fēng)機(jī)控制方案。

十、吊扇及吊扇燈

近年來市場上很多的燈廠,陸續(xù)轉(zhuǎn)型生產(chǎn)吊扇燈。吊扇燈產(chǎn)品的主要銷往印度、馬來西亞、澳大利亞、美國等國家,不過近年來,國內(nèi)市場也開始火熱起來。
目前國內(nèi)的的廠商主要以代工為主,廠商集中在中山、佛山等地,產(chǎn)品出貨量比較大,據(jù)說有的廠商一個(gè)月有400K的出貨量。
以前的吊扇主要以電容感應(yīng)馬達(dá)為主,因?yàn)殡娙莞袘?yīng)馬達(dá)容易控制,但效率不高,所以現(xiàn)在國內(nèi)不少廠商陸續(xù)開發(fā)了以外轉(zhuǎn)子為主的無刷電機(jī)吊扇燈方案。吊扇燈方案分為高壓和低壓兩種類型,一般低功率的產(chǎn)品以低壓為主,大于50W的產(chǎn)品以高壓為主?,F(xiàn)在高壓方案的產(chǎn)品出貨量增長速度很快。
圖11:晶豐明源的高壓吊扇燈控制方案。
圖12:晶豐明源的低壓吊扇燈解決方案。

十一、排氣扇

排氣扇的無刷化轉(zhuǎn)換其實(shí)很早之前就開始了,但是由于排氣扇的種類相當(dāng)多,功率范圍特別廣,再加上SP馬達(dá)的價(jià)格實(shí)在太低了,其轉(zhuǎn)化率一直不高,也相當(dāng)混亂。
由于國外的能效標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格,其轉(zhuǎn)化率更高一點(diǎn),但出貨量其實(shí)不算大。錢志存表示,“據(jù)我接觸的一些給國外排氣扇廠家做配套的國內(nèi)廠商,現(xiàn)在有采用無刷電機(jī)方案的排氣扇,但幾個(gè)大的廠商加起來,出貨量不到1000萬臺(tái)?!?/div>
據(jù)錢志存觀察,傳統(tǒng)的排氣扇主要高壓電機(jī)、SP馬達(dá)和電容馬達(dá)為主,在中小功率,特別是小于200W的排氣扇中,轉(zhuǎn)換成無刷電機(jī)已經(jīng)成為了一種趨勢。

十二、抽油煙機(jī)

抽油煙機(jī)是廚房電器的重要組成部分,傳統(tǒng)動(dòng)力部分為單相感應(yīng)異步電機(jī)。其實(shí)抽油煙機(jī)是無刷化轉(zhuǎn)換時(shí)間長,但轉(zhuǎn)換率不高的一個(gè)應(yīng)用,這其中一個(gè)重要的原因是變頻的成本控制得不夠好,目前變頻的方案大概需要150元左右,而非無刷電機(jī)方案不要100元就能搞定,低成本的可能只需要30元左右。
如果抽油煙機(jī)的無刷電機(jī)方案能夠把成本控制下來,轉(zhuǎn)換率應(yīng)該會(huì)更高,畢竟無刷電機(jī)的優(yōu)勢擺在那里,比如傳統(tǒng)的SP馬達(dá)、PSC馬達(dá)功率范圍是60W~300W,改成變頻后,功率范圍可降至30W~150W之間。
圖13:凌鷗創(chuàng)芯的無刷油煙機(jī)方案。

十三、個(gè)人護(hù)理

現(xiàn)在喜歡健身的人越來越多,專業(yè)玩家鍛煉后往往會(huì)給肌肉放松,因此,筋膜槍的出貨量近年來開始井噴。據(jù)說現(xiàn)在健身房教練和運(yùn)動(dòng)愛好者都配備了筋膜槍。筋膜槍是利用了震動(dòng)的力學(xué)原理,通過筋膜槍將震動(dòng)傳遞到深層的筋膜肌肉,達(dá)到放松筋膜的作用,降低肌肉張力。有人將筋膜槍當(dāng)作是運(yùn)動(dòng)后的放松神器。
不過現(xiàn)在筋膜槍的水也很深,雖然外形看起來都差不多,但價(jià)格從100多元的到3000多元的都有。
圖14:淘寶上不同價(jià)格的筋膜槍。
從技術(shù)上來說,筋膜槍多數(shù)都是采用無感外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)。

十四、體育器材

近兩年來,健身房的相關(guān)器械電動(dòng)化趨勢越來越明顯,特別是跑步機(jī)?,F(xiàn)在采用外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)的跑步機(jī)也是越來越多,其功率范圍800W~2000W,轉(zhuǎn)速多數(shù)在2000rpm~4000rpm之間,以高壓方案為主。一般專業(yè)級(jí)別的跑步機(jī)產(chǎn)品里面有飛輪,以增加慣性,防止在停電時(shí)急停。
凌鷗創(chuàng)芯的***表示,跑步機(jī)產(chǎn)品并不好調(diào)試,因?yàn)榕懿綑C(jī)的“腳感”相當(dāng)重要,這就要求電機(jī)的控制精度很準(zhǔn)確,他坦承,他們的這個(gè)跑步機(jī)方案他調(diào)試了三年才調(diào)試好。
圖15:凌鷗創(chuàng)芯的跑步機(jī)電機(jī)控制器方案。

十五、廣告機(jī)

近年來,還有一個(gè)比較熱門的應(yīng)用就是各大商場的廣告機(jī)。廣告機(jī)以其新穎的結(jié)構(gòu),靚麗的3D展示,靈活的擺放等特點(diǎn)成為新應(yīng)用中的一匹黑馬。雖然出貨量不大,但值得期待。
因?yàn)閺V告機(jī)需要電機(jī)和燈進(jìn)行配合,加上對轉(zhuǎn)速精度要求比較高,所以基本都采用變頻方案?,F(xiàn)在佛山有幾個(gè)廠商在做這方面的產(chǎn)品。

結(jié)語

從這些無刷電機(jī)的熱點(diǎn)應(yīng)用來看,未來這些應(yīng)用轉(zhuǎn)換成無刷電機(jī)是必然的趨勢,主要原因有以下幾個(gè):
一是能效標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格;二是產(chǎn)品的外觀已經(jīng)不能在很大程度上左右客戶的選擇,但技術(shù)營銷對消費(fèi)者的影響越來越大;三是無刷電機(jī)相關(guān)技術(shù)的成熟度越來越高,國內(nèi)半導(dǎo)體廠商越來越強(qiáng)大,無刷電機(jī)的成本越來越低;四是國內(nèi)電機(jī)廠商制作的無刷電機(jī)無論在技術(shù)上,還是工藝和產(chǎn)品一致性上都直追一線電機(jī)品牌。
也就是說,未來無刷電機(jī)的應(yīng)用場景將會(huì)越來越多,越來越普及。而隨著自動(dòng)化的普及,智能家居應(yīng)用,汽車等進(jìn)入普通人的生活,個(gè)性化產(chǎn)品越來越多,電機(jī)種類的細(xì)分也更明顯,對生產(chǎn)廠商來說,如果他們能夠找好自己的定位,專注細(xì)分領(lǐng)域,那樣就可以更好地體現(xiàn)出他們的競爭力。
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    發(fā)表于 06-11 15:30

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    發(fā)表于 06-09 14:31

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    的頭像 發(fā)表于 05-26 19:33 ?2042次閱讀
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    發(fā)表于 04-08 16:49

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    的頭像 發(fā)表于 02-13 14:19 ?1391次閱讀
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    發(fā)表于 12-05 14:58 ?6次下載

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    的頭像 發(fā)表于 09-26 08:09 ?545次閱讀
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