| 雖然電機的歷史已經(jīng)超過(guò)百年，但是無(wú)刷直流(BLDC)電機的歷史不過(guò)50年的歷史。隨著(zhù)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(kāi)關(guān)器件的發(fā)展BLDC電機得到了長(cháng)足的發(fā)展�，F在，BLDC電機已經(jīng)在軍事、航空、工業(yè)、汽車(chē)、民用控制系統，以及家用電器等領(lǐng)域都有廣泛的應用。
2018年全球BLDC電機市場(chǎng)的規模為153.6億美元，據<電子發(fā)燒友>估計，未來(lái)幾年的市場(chǎng)增長(cháng)率為6.5%左右，預計2022年BLDC電機市場(chǎng)規模將達197.6億美元左右。這主要是由于全球各國的能效標準變得越來(lái)越嚴格；BLDC電機相關(guān)技術(shù)變得越來(lái)越成熟，比如說(shuō)鋰電池的價(jià)格更加親民，國內半導體廠(chǎng)商逐漸強大，元器件成本降低；以及BLDC電機驅動(dòng)電路成本的下降，無(wú)刷電機與有刷電機相比，因為多了驅動(dòng)電路，增加了電氣元器件，特別是在初期電機本體與驅動(dòng)電路的價(jià)格大約為1：10，高昂的價(jià)格制約了無(wú)刷電機的發(fā)展。但近年來(lái)，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步電機本體與驅動(dòng)電路的價(jià)格比已經(jīng)降至1：1~3，這為無(wú)刷電機的大規模應用創(chuàng )造的先決條件。
BLDC電機的應用場(chǎng)景越來(lái)越多，<電子發(fā)燒友>根據晶豐明源半導體有限公司電機系統負責人錢(qián)志存的演講與市場(chǎng)觀(guān)察，總結了目前BLDC電機的15大熱門(mén)應用。
一、吸塵器/掃地機器人
吸塵器和掃地機器人是BLDC電機應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器人主要以Dyson和萊克等為代表。
這幾年來(lái)，心塵器的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)主要集中在高速電機上，各個(gè)廠(chǎng)家的方案有所不同，其中Dyson以單相高速電機為主，國內很多廠(chǎng)家為了規避專(zhuān)利，以三相居多。另外，Nedic直接開(kāi)發(fā)性?xún)r(jià)比很好的高度電機，對國內廠(chǎng)家造成了一定的沖擊。
在<電子發(fā)燒友>舉辦的BLDC電機控制技術(shù)沙龍上，來(lái)自深圳市賽領(lǐng)未來(lái)科技有限公司的研發(fā)主管彭鴻表示，目前國內的掃地機器人大部分都是采用了Nedic的無(wú)刷電機，主要是他們的電機不僅性能不錯，價(jià)格也下降得厲害，“我們現在用的是自己設計的電機，不過(guò)下一代產(chǎn)品，我們可能也要換成Nedic的電機了�！�
圖1：<電子發(fā)燒友>舉辦的BLDC電機控制技術(shù)沙龍現場(chǎng)。
他同時(shí)透露，現在掃地機器人不僅僅是在室內使用，現在也有大街上使用的，只是打掃街道的掃地機器人需要更精確的定位功能。
其實(shí)室外的掃地機器人不僅可以用來(lái)打掃衛生，還可以用來(lái)除草，彭鴻談到他們有些國外的客戶(hù)就有這方面的需求，將掃地機器人改裝一下，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。他承認這對設備的定位精度要求比較高，不過(guò)因為是在室外，也不難實(shí)現。
圖2：Qorvo的PAC5532A芯片平臺。
二、電動(dòng)工具
電動(dòng)工具的無(wú)刷化其實(shí)很早就開(kāi)始了，在2010年時(shí)，國外有些品牌就推出了采用無(wú)刷電機的電動(dòng)工具了。隨著(zhù)鋰電池技術(shù)的成熟，價(jià)格越來(lái)越親民，手持工具的量級在逐年增加，現在可與插電式的工具平分秋色。
據統計，國內電扳手基本上已經(jīng)實(shí)現了無(wú)刷化，電鉆類(lèi)、高壓型，以及園林類(lèi)工具還沒(méi)有完全無(wú)刷化，不過(guò)也轉換過(guò)程中。
這主要是由于無(wú)刷電機的節能和高效率，讓手持式電動(dòng)工具可以運行更長(cháng)時(shí)間�，F在很多國際廠(chǎng)商和國內廠(chǎng)商都投入很多資源進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，比如Bosch、Dewalt、Milwaukee、Ryobi、Makita等。
目前國內的電動(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(chǎng)商。最近幾年江浙一帶的無(wú)刷電機控制方案成本下降很快，不少廠(chǎng)商已經(jīng)發(fā)動(dòng)了價(jià)格戰，據說(shuō)一個(gè)電動(dòng)工具的無(wú)刷電機控制方案也就6、7元左右，有的甚至只需要4、5元。據參加BLDC電機控制技術(shù)沙龍的網(wǎng)友透露，現在電動(dòng)工具的方案價(jià)格戰并沒(méi)有結束。
圖3：<電子發(fā)燒友>舉辦的BLDC電機控制技術(shù)沙龍合影。
有人擔心這種價(jià)格戰會(huì )讓把行業(yè)做壞，也有人認為價(jià)格戰對整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)并非壞事。深圳市東安華科技有限公司研發(fā)總監王峰在BLDC電機控制技術(shù)沙龍討論環(huán)節表示，價(jià)格戰其實(shí)對產(chǎn)品的普及是利好的。他拿北斗芯片舉例說(shuō)，“北斗芯片剛開(kāi)始出來(lái)的時(shí)候，一套系統的價(jià)格都在4000元左右，但當時(shí)有家公司就直接在行業(yè)內報出2000元的價(jià)格，開(kāi)始的時(shí)候大家都很難受，覺(jué)得沒(méi)錢(qián)賺了，但其實(shí)價(jià)格下來(lái)后，出貨量增加了，最后做下來(lái)發(fā)現賺的比之前還多�！�
現在國內不少芯片廠(chǎng)商也都推出了相應的電動(dòng)工具無(wú)刷化解決方案。比如華大半導體，靈動(dòng)微和凌鷗創(chuàng )芯等。
圖4：華大半導體MCU市場(chǎng)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李鵬在介紹其無(wú)霍爾槍鉆控制方案。
圖6：凌鷗創(chuàng )芯的電動(dòng)園林剪刀無(wú)霍爾控制器。
三、設備散熱風(fēng)扇
設備散熱風(fēng)扇在多年以前就開(kāi)始向BLDC電機方向轉換，在這個(gè)領(lǐng)域內有一個(gè)標桿企業(yè)，那就是依必安派特（EBM），該公司的風(fēng)機和電機產(chǎn)品廣泛應用在了通風(fēng)、空調、制冷、家電、供暖、汽車(chē)等多個(gè)行業(yè)。
據錢(qián)志存透露，目前國內有不少公司在做與EBM類(lèi)似的無(wú)刷散熱風(fēng)機，而且搶占了不少EBM的市場(chǎng)，甚至有好幾公司已經(jīng)成功上市。
特別是國內充電樁的興起，給了很多廠(chǎng)家以信心�，F在國內很多廠(chǎng)家都加大了在DC風(fēng)扇，可實(shí)現智能互聯(lián)的EC技術(shù)風(fēng)扇上的創(chuàng )新投入，在技術(shù)和工藝上與臺資廠(chǎng)商的產(chǎn)品已經(jīng)非常接近了。
四、冰柜冷卻風(fēng)機
由于行業(yè)標準和國家能效標準的影響，冰柜冷卻風(fēng)機開(kāi)始轉向BLDC電機，而且轉換速度相對較快，產(chǎn)品數量比較大。據錢(qián)志存觀(guān)察，現在出口使用SP電機的產(chǎn)品越來(lái)越少，他預計在2022年之前，60%的冰柜冷卻機將會(huì )換成變頻電機。
冰柜冷卻機使用的BLDC電機有三相的，也有單相的；電壓也有高壓和低壓的區分，一般來(lái)說(shuō)，功率大于30W的BLDC電機將會(huì )采用高壓方案。
在冰柜冷卻機方面，目前國內配套的廠(chǎng)家，主要集中在長(cháng)三角和珠三角一帶。
五、冰箱壓縮機
由于冰箱壓縮機的轉速決定了冰箱內部的溫度，而變頻冰箱壓縮機的轉速可根據溫度來(lái)發(fā)生改變，從而可以讓冰箱根據當前的溫度情況做出調整，讓冰箱內的溫度更好地保持恒定。這樣，食物的保鮮效果將更好。變頻冰箱壓縮機大都選擇BLDC電機，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、臺系廠(chǎng)商的產(chǎn)品為主，但2010年之后，國內廠(chǎng)商的起步很快，據說(shuō)上海有一家廠(chǎng)商的年出貨量已經(jīng)接近3000萬(wàn)臺左右了。
隨著(zhù)國內半導體廠(chǎng)商的進(jìn)步，不論是主控MCU廠(chǎng)商，預驅Gate Driver，還是功率MOSFET，國內廠(chǎng)商基本都能提供了。
比如說(shuō)ST推出的冰箱方案，采用了STSPIN系列MCU和STGD5H60DF驅動(dòng)新品，可實(shí)現30mW的待機功耗。
圖7：ST冰箱方案。
國產(chǎn)芯片廠(chǎng)商華大半導體也推出了其冰箱壓縮機平臺變頻驅動(dòng)方案，該方案采用了基于HC32系列芯片，使用了無(wú)位置傳感器FOC控制策略，可實(shí)現壓縮機的調速功能。
圖8：華大半導體的冰箱壓縮機平臺變頻驅動(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(lái)越大�，F在有很多廠(chǎng)家都進(jìn)入了這個(gè)領(lǐng)域。
據錢(qián)志存透露，目前空氣凈化器市場(chǎng)上的產(chǎn)品，小型的一般采用NMB和Nedic的外轉子電機，大型的空氣凈化器一般都使用EBM的風(fēng)機。
空氣凈化器使用的國產(chǎn)電機，大多是仿制Nedic的產(chǎn)品，不過(guò)現在國產(chǎn)電機平臺的種類(lèi)也變得越來(lái)越豐富了。
七、落地扇
落地扇歷來(lái)都是小家電電機廠(chǎng)家必爭的領(lǐng)域。目前國內主流的小家電廠(chǎng)商，比如美的，先鋒、日彩、艾美特等，基本上都有采用無(wú)刷電機的產(chǎn)品面市。其中艾美特的出貨數量最大，小米的成本最低。
當然，也有部分家電廠(chǎng)商在向無(wú)刷電機轉換的過(guò)程中，不是那么順暢，這主要是跟這些廠(chǎng)商原來(lái)的研發(fā)和生產(chǎn)體系有關(guān)，比如前期在有刷電機的研發(fā)和生產(chǎn)設備投入較大，再轉換成無(wú)刷電機有要投入大量資金，因此轉換動(dòng)力不足。
但現在有些跨界的廠(chǎng)商正在進(jìn)入落地扇領(lǐng)域，導致落地扇的無(wú)刷變頻轉換率加快了。再加上國內電機廠(chǎng)的進(jìn)步，在落地扇應用領(lǐng)域，已經(jīng)把不少日系電機廠(chǎng)商擠出了中國市場(chǎng)�？梢哉f(shuō)，國內無(wú)刷電機廠(chǎng)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(chē)和風(fēng)扇等應用的解決方案。
八、水泵
水泵是一個(gè)比較傳統的行業(yè)，其種類(lèi)繁多，方案類(lèi)型也多種多樣。就算是相同功率的驅動(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。
在水泵應用中，中大型功率多以三相異步電機為主，小微型水泵以AC兩極泵為主�，F在北方取暖改造對于泵類(lèi)方案的技術(shù)創(chuàng )新是一個(gè)好機會(huì )。不過(guò)，錢(qián)志存透露說(shuō)，雖然有廠(chǎng)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(lái)說(shuō)，無(wú)刷電機是比較適合在泵類(lèi)領(lǐng)域應用的，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)人護理領(lǐng)域出貨量比較大的一個(gè)應用，特別是自從Dyson推出了高速數碼電機產(chǎn)品后，帶火了整個(gè)風(fēng)筒市場(chǎng)。
目前國內的風(fēng)筒方案主要有三個(gè)方向：一是以Dyson為標桿的，采用超高速無(wú)刷電機的方案，轉速一般是10萬(wàn)轉左右，最高的有16萬(wàn)轉每分鐘；二是U馬達取代方案，轉速與U馬達類(lèi)似，其優(yōu)勢是重量輕，風(fēng)壓大；三是外轉子高壓方案，其電機主要是仿制Nedic的方案。
目前國內的仿制產(chǎn)品，不是以前單純的抄了，基本上都做到了專(zhuān)利規避，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避了Dyson的專(zhuān)利。據其CEO李鵬介紹，該方案啟動(dòng)平穩，最高轉速達12萬(wàn)轉，擁有100%的知識產(chǎn)權，不用擔心專(zhuān)利問(wèn)題。
圖10：凌鷗創(chuàng )芯的高速吹風(fēng)機控制方案。
十、吊扇及吊扇燈
近年來(lái)市場(chǎng)上很多的燈廠(chǎng)，陸續轉型生產(chǎn)吊扇燈。吊扇燈產(chǎn)品的主要銷(xiāo)往印度、馬來(lái)西亞、澳大利亞、美國等國家，不過(guò)近年來(lái)，國內市場(chǎng)也開(kāi)始火熱起來(lái)。
目前國內的的廠(chǎng)商主要以代工為主，廠(chǎng)商集中在中山、佛山等地，產(chǎn)品出貨量比較大，據說(shuō)有的廠(chǎng)商一個(gè)月有400K的出貨量。
以前的吊扇主要以電容感應馬達為主，因為電容感應馬達容易控制，但效率不高，所以現在國內不少廠(chǎng)商陸續開(kāi)發(fā)了以外轉子為主的無(wú)刷電機吊扇燈方案。吊扇燈方案分為高壓和低壓兩種類(lèi)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在高壓方案的產(chǎn)品出貨量增長(cháng)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(wú)刷化轉換其實(shí)很早之前就開(kāi)始了，但是由于排氣扇的種類(lèi)相當多，功率范圍特別廣，再加上SP馬達的價(jià)格實(shí)在太低了，其轉化率一直不高，也相當混亂。
由于國外的能效標準更加嚴格，其轉化率更高一點(diǎn)，但出貨量其實(shí)不算大。錢(qián)志存表示，“據我接觸的一些給國外排氣扇廠(chǎng)家做配套的國內廠(chǎng)商，現在有采用無(wú)刷電機方案的排氣扇，但幾個(gè)大的廠(chǎng)商加起來(lái)，出貨量不到1000萬(wàn)臺�！�
據錢(qián)志存觀(guān)察，傳統的排氣扇主要高壓電機、SP馬達和電容馬達為主，在中小功率，特別是小于200W的排氣扇中，轉換成無(wú)刷電機已經(jīng)成為了一種趨勢。
十二、抽油煙機
抽油煙機是廚房電器的重要組成部分，傳統動(dòng)力部分為單相感應異步電機。其實(shí)抽油煙機是無(wú)刷化轉換時(shí)間長(cháng)，但轉換率不高的一個(gè)應用，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(wú)刷電機方案不要100元就能搞定，低成本的可能只需要30元左右。
如果抽油煙機的無(wú)刷電機方案能夠把成本控制下來(lái)，轉換率應該會(huì )更高，畢竟無(wú)刷電機的優(yōu)勢擺在那里，比如傳統的SP馬達、PSC馬達功率范圍是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(wú)刷油煙機方案。
十三、個(gè)人護理
現在喜歡健身的人越來(lái)越多，專(zhuān)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(lái)開(kāi)始井噴。據說(shuō)現在健身房教練和運動(dòng)愛(ài)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(guò)筋膜槍將震動(dòng)傳遞到深層的筋膜肌肉，達到放松筋膜的作用，降低肌肉張力。有人將筋膜槍當作是運動(dòng)后的放松神器。
不過(guò)現在筋膜槍的水也很深，雖然外形看起來(lái)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(lái)說(shuō)，筋膜槍多數都是采用無(wú)感外轉子無(wú)刷電機。
十四、體育器材
近兩年來(lái)，健身房的相關(guān)器械電動(dòng)化趨勢越來(lái)越明顯，特別是跑步機�，F在采用外轉子無(wú)刷電機的跑步機也是越來(lái)越多，其功率范圍800W~2000W，轉速多數在2000rpm~4000rpm之間，以高壓方案為主。一般專(zhuān)業(yè)級別的跑步機產(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 )芯的李鵬表示，跑步機產(chǎn)品并不好調試，因為跑步機的“腳感”相當重要，這就要求電機的控制精度很準確，他坦承，他們的這個(gè)跑步機方案他調試了三年才調試好。
圖15：凌鷗創(chuàng )芯的跑步機電機控制器方案。
十五、廣告機
近年來(lái)，還有一個(gè)比較熱門(mén)的應用就是各大商場(chǎng)的廣告機。廣告機以其新穎的結構，靚麗的3D展示，靈活的擺放等特點(diǎn)成為新應用中的一匹黑馬。雖然出貨量不大，但值得期待。
因為廣告機需要電機和燈進(jìn)行配合，加上對轉速精度要求比較高，所以基本都采用變頻方案�，F在佛山有幾個(gè)廠(chǎng)商在做這方面的產(chǎn)品。
結語(yǔ)
從這些無(wú)刷電機的熱點(diǎn)應用來(lái)看，未來(lái)這些應用轉換成無(wú)刷電機是必然的趨勢，主要原因有以下幾個(gè)：
一是能效標準越來(lái)越嚴格；二是產(chǎn)品的外觀(guān)已經(jīng)不能在很大程度上左右客戶(hù)的選擇，但技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)對消費者的影響越來(lái)越大；三是無(wú)刷電機相關(guān)技術(shù)的成熟度越來(lái)越高，國內半導體廠(chǎng)商越來(lái)越強大，無(wú)刷電機的成本越來(lái)越低；四是國內電機廠(chǎng)商制作的無(wú)刷電機無(wú)論在技術(shù)上，還是工藝和產(chǎn)品一致性上都直追一線(xiàn)電機品牌。
也就是說(shuō)，未來(lái)無(wú)刷電機的應用場(chǎng)景將會(huì )越來(lái)越多，越來(lái)越普及。而隨著(zhù)自動(dòng)化的普及，智能家居應用，汽車(chē)等進(jìn)入普通人的生活，個(gè)性化產(chǎn)品越來(lái)越多，電機種類(lèi)的細分也更明顯，對生產(chǎn)廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，如果他們能夠找好自己的定位，專(zhuān)注細分領(lǐng)域，那樣就可以更好地體現出他們的競爭力。 |
