| 雖然電機(jī)的歷史已經(jīng)超過百年，但是無(wú)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(zhǎng)足的發(fā)展。現(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(chǎng)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(chǎng)增長(zhǎng)率為6.5%左右，預(yù)計(jì)2022年BLDC電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)197.6億美元左右。這主要是由于全球各國(guó)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(guó)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(wú)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(wú)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(wú)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(chǎng)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(chǎng)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(guó)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(duì)國(guó)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(guó)內(nèi)的掃地機(jī)器人大部分都是采用了Nedic的無(wú)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。”
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(chǎng)。
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(guó)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(duì)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(wú)刷化其實(shí)很早就開始了，在2010年時(shí)，國(guó)外有些品牌就推出了采用無(wú)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(guó)內(nèi)電扳手基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷化，電鉆類、高壓型，以及園林類工具還沒有完全無(wú)刷化，不過也轉(zhuǎn)換過程中。
這主要是由于無(wú)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(zhǎng)時(shí)間�，F(xiàn)在很多國(guó)際廠商和國(guó)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(guó)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(wú)刷電機(jī)控制方案成本下降很快，不少?gòu)S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(wú)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(duì)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(duì)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�！�
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)不少芯片廠商也都推出了相應(yīng)的電動(dòng)工具無(wú)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(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(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(guó)內(nèi)有不少公司在做與EBM類似的無(wú)刷散熱風(fēng)機(jī)，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(guó)內(nèi)充電樁的興起，給了很多廠家以信心�，F(xiàn)在國(guó)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(guó)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(duì)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(guó)內(nèi)配套的廠家，主要集中在長(zhǎng)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(guó)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(wàn)臺(tái)左右了。
隨著國(guó)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(guó)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(guó)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(wú)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(duì)空氣凈化器的需求量越來越大�，F(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(chǎng)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(guó)產(chǎn)電機(jī)，大多是仿制Nedic的產(chǎn)品，不過現(xiàn)在國(guó)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(zhēng)的領(lǐng)域。目前國(guó)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú)刷變頻轉(zhuǎn)換率加快了。再加上國(guó)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(guó)市場(chǎng)�？梢哉f，國(guó)內(nèi)無(wú)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(duì)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(duì)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(wú)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(shì)。
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(chǎng)。
目前國(guó)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(wú)刷電機(jī)的方案，轉(zhuǎn)速一般是10萬(wàn)轉(zhuǎn)左右，最高的有16萬(wàn)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(shì)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(guó)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李鵬介紹，該方案啟動(dòng)平穩(wěn)，最高轉(zhuǎn)速達(dá)12萬(wàn)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(chǎng)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(guó)等國(guó)家，不過近年來，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也開始火熱起來。
目前國(guó)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(guó)內(nèi)不少?gòu)S商陸續(xù)開發(fā)了以外轉(zhuǎn)子為主的無(wú)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(zhǎng)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(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(guó)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(guó)外排氣扇廠家做配套的國(guó)內(nèi)廠商，現(xiàn)在有采用無(wú)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(wàn)臺(tái)。”
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(wú)刷電機(jī)已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)。
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(wú)刷化轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，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(wú)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(wú)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(wú)刷電機(jī)的優(yōu)勢(shì)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(wú)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(wú)感外轉(zhuǎn)子無(wú)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(shì)越來越明顯，特別是跑步機(jī)。現(xiàn)在采用外轉(zhuǎn)子無(wú)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)芯的李鵬表示，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(chǎng)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(duì)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(yǔ)
從這些無(wú)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(wú)刷電機(jī)是必然的趨勢(shì)，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(yíng)銷對(duì)消費(fèi)者的影響越來越大；三是無(wú)刷電機(jī)相關(guān)技術(shù)的成熟度越來越高，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體廠商越來越強(qiáng)大，無(wú)刷電機(jī)的成本越來越低；四是國(guó)內(nèi)電機(jī)廠商制作的無(wú)刷電機(jī)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電機(jī)品牌。
也就是說，未來無(wú)刷電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)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(duì)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(jìng)爭(zhēng)力。 |
