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产业创新应用下 ,BLDC电机的发展空间有多大?
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产业创新应用下 ,BLDC电机的发展空间有多大?

2022-06-17 17:55:35 来源: 点击:26466

【哔哥哔特导读】电机产业持续创新发展,BLDC电机将成应用主流。

2022年6月10日,2022’中国电机智造与创新应用暨电机产业链交流会(春季)在深圳宝安区登喜路国际大酒店2楼国际厅圆满落幕。电机产业链交流会进行期间,半导体器件应用网记者采访到了电机产业链的半导体企业、电机控制器企业和电机本体企业等参会工程师及资深行业人士,就电机行业的热点话题和参会体验展开了探讨。

产业创新应用下 ,BLDC电机的发展空间有多大?

自动化、智能化趋势下的电机应用市场变化

目前伴随电机自动化、智能化的持续发展,电机的市场和应用也发生了极大的变化。相比前些年,市场更多的是使用有刷直流电机,因为它比较简单,控制方便,但是寿命较短。目前BLDC电机凭借高效、噪音较低和寿命较长三个优点,在智能化和自动化设备上替代有刷直流电机的趋势非常明显。

拓邦股份研发部工程师殷正还认为,由于永磁同步电机对永磁体的依赖程度较高,而永磁体的价格又受稀土价格的影响,一些不依赖稀土材料,同时又能达到与永磁同步电机相同性能要求的电机受到市场欢迎。因此开关磁阻电机、同步磁阻电机也开始推出来。电机应用逐渐往更高效、更节能的方向转变。

也正是因为市场应用需求,原厂技术支持能力不断提高,且由于后进者初始接触的技术平台不断提升,电机市场的要求从够用、能用变成好用、实用。无感弦波基本成为新兴行业电机驱动标配。捷和电机研发部副经理阮国贤认为,随着各厂商基础平台的逐渐搭建完成,研发资源的积累,市场内后进者的追赶速度不断提高,市场蓝海红海转换速度不断加快。

此外,经过中国IC电子行业的长期努力,其成本急剧降低,同时方案商以及IC厂投入大量研发情况下,目前电机应用越来越简单。尤其自动化方面,愈来愈被无刷直流永磁同步来取代。智能化方面,以前的有刷直流电机以及异步电机必须要通过大量的外围传感器设备来达到智能,但是对于本身已经集成了很多位置传感、电流传感的无刷直流电机、永磁同步电机来讲,能更好地推动智能化趋势发展。

恒驱电机总经办总经理张宸华表示,以后的永磁同步以及BLDC电机会向轻量化、小型化、微型化以及传感化的方向发展,电机集成度会大大增加。

电机驱动与控制技术持续提升的瓶颈在哪里?

至于提升的瓶颈,殷正认为主要是比较受限于单片机的性能。他表示:“因为我们做产品希望有一个性价比,就是想要用更便宜的东西做出更好的产品。如果选便宜的MCU,可能性能上就很难满足,但是选贵了,又卖不出去。因此希望能有一个比较好的芯片,又便宜又好用,还能满足FOC控制。”

对于单片机的总体性能要求,他认为MCU需要FOC控制的整个计算环路,包含存储、开根号以及正弦、余弦的三角函数变化计算。如果单片机自带硬件计算器更好。部分带特定功能的单片机,做替代方案时比较困难。如果单片机生产周期比较长,供货又紧张,那么就需要两套方案同时进行。

目前驱动算法速度相对较易能触摸到硬件的各种极限瓶颈,导致很多功夫消耗在处理响应延时和信号的离散处理上。阮国贤更加期待国产的功率器件及相关芯片的性能尽快赶上。尤其是合理损耗下的器件响应时间、信号稳定性等问题需要进一步解放算法算力,性能得到改善。

张宸华则告诉记者,目前电机驱动与控制技术基本上朝着低速大扭距、高速大功率两个方向发展,但还需要科研人员和公司的技术人员继续研究。由于电机转速快、功率大,传统IGBT和MOS管无法适应,而转速较高、开关损耗低的碳化硅IGBT技术相对可以适应。但是目前要解决这一问题,不光控制系统要解决,功率模块也要解决。另外氢燃的电池要求无油化、长寿命,大多会选用的空气动压轴承。但是目前中国大陆没有这类技术,基本上在日本和台湾。

影响行业健康发展的主要阻碍与建议

一位消费电子行业的资深从业人员告诉记者:“我主要就是来听电机机械方面的内容,因为我们也确实遇到电机机械检测的相关问题,也在这方面有一些疑问。除此之外,在我们实际的工程中,可能零部件的精度和我们的需求是有一些偏差的。电机零部件的加工工艺、稳定性和功率,有时候是达不到我们的要求。”

针对这方面提升或改进办法,他认为,现在尤其是华南地区零部件及供应商数量非常多,但是规模大小不一,这样对控制成本和提高行业的整体水平非常不利。需要把这些资源要整合起来,然后在工艺和制造方面进行技术攻坚,提高制程的稳定性。

另外受到芯片涨价、缺货的影响,国产芯片迎来了发展机遇,目前国产芯片的使用率大大提高。但对于国产芯片替代是否达到预期,殷正表示:“国产芯片毕竟性能上标签的参数都很好,但是抗干扰能力等方面还是缺乏经验。沟通中发现,很多供应商可能做的实验较少,芯片开发周期比较短,产品迭代也比较少,受到市场检验的时间比较短。我们遇到的问题,他们从来都没见过,所以需要一个共同成长的过程,只能相互沟通,尽量克服。”

BLDC电机的市场应用和布局

与传统电机比较,BLDC电机在效率、长寿命和污染方面的优势明显。随着技术发展以及中国企业的参与加入,无刷直流电机的用途越来越广,市场越来越大,但其应用还是受到成本等方面的限制。随着环保节能的政策出台,将会极大地推动BLDC电机的发展。据Grand ViewResearch统计,2021年BLDC电机的市场规模为180多亿美元,且未来几年将会以5.7%的年复合增长率持续增长,到2025年将会达到223亿美元市场规模。在相关报告,未来BLDC电机使用量比较大的应用市场主要有汽车、5G、无人机/水下机器人、电踏车/电动车、工业机器人、风机、压缩机、电动工具、泵类和个人保健护理等。

据芯达茂业务经理薄海亮介绍,芯达茂在BLDC电机市场中,推出IGBT(650V /1200V系列)及SiC等功率器件,涉及领域广。650V系列主要的优势是采用微沟槽+场截止工艺,晶片结温高,切换损耗低,工作频率高。另外1200V系列调整电流斜率,能使EMI抑制的成本降低,进一步降低FRD短路电流,综合效率高。SiC系列基于Cree晶片加以优化,其优势众所周知。

产业创新应用下 ,BLDC电机的发展空间有多大?

必易微最近刚在科创板成功上市,电机产品线相对来说是一个比较新的产品线。集团副总裁/电机驱动产品线总经理喻辉洁表示:“目前主要以单相电机为主,切入市场。主要的原因是相比三相电机,单相电机有巨大的市场容量,另外我们很多是家电类客户,单相电机的产品非常多。除了主打的单相交流电机,我们今年推的产品方案包括调压高频转播调压调速的方案、单向高压直流的SoC调试产品以及单向无感霍尔BLDC电机方案。不仅大幅度降低成本,而且能够满足客户的应用需求。”

关于在电机应用领域市场布局和产品规划,进一步了解到,芯达茂功率器件产品主要以SiC为主,IGBT为辅;电机驱动部分,无位置传感器电机控制也开发了多项技术。芯达茂研发副总李邦能补充道:“针对电机驱动算法的电机无感趋势,我们部分功率器件产品的安规认证已经接近尾声。对于后续的驱动部分产品,也都会比较有市场竞争力。”

虽然BLDC电机逐渐替代交流电机是目前的大趋势,但交流电机还是占据了绝大部分市场容量。喻辉洁表示:“我们希望接下来与国内一流的家电客户、电机厂,共同把交流电机的效率从20%~30%提高到55%~60%。一方面可以将交流电机的成本做得更低,同时配合我们的产品,使得交流电机的生产成为标准化的工艺过程。”

电机行业专业听众参会体验及建议

此次电机产业链交流会的参会人员达到480余人,汇聚电机产业链的资深技术人员和管理人员等,打造了一场别开生面的行业盛会。

殷正(拓邦股份研发部工程师)告诉记者:“这应该是我每一年都会来参加的一个论坛。每次感觉体验都挺好,因为真的能感觉到每年都挺用心的在办。主办方把电机行业内比较专业的供应商聚集到一起。同时听电机驱动行业的供应商及专家介绍算法和新的芯片,对我的工作也是比较有帮助的。因为我要满足客户的需求,我就知道我能买到什么产品。然后在客户有需求的情况下,可以很快找到这些供应商,买到想要的芯片、MOS管、电容、电阻等。所以我觉得这类研讨会是比较具有针对性。另外,大比特的服务也比较好,每一次展会之前会发短信,然后微信联系。展会过程中还会去问有没有需要之类的。”

产业创新应用下 ,BLDC电机的发展空间有多大?

阮国贤(捷和电机研发部副经理)表示,此次电机产业链交流会提供了一个获取目前各电机行业厂商最新资源的平台,有希望后续进一步合作。同时他建议可以让原厂更多展示DEMO,有实物可以更直观的探讨。

另外一位消费电子行业的资深从业人员建议:“作为电机机械结构工程师,整个会议下来,我看到是电机制造和创新应用,我觉得不够深入。本来想看下有什么新的电机构型,包括一些提高电机效率的电磁方面和结构方面的创新的方案。很多前沿的技术在这里其实没有得到体现。研讨会进行前期主要偏控制内容,就真正跟电机结构方面有一点关系。”

当问及参会前想要获取哪些信息时,他告诉记者:“主要是有哪些新的电机构型,然后这些新的构型对在产品上的应用有什么好处,以及有什么新的提高电机效率的工艺或方法等等。”

同时张宸华(恒驱电机总经办总经理)也表示:“感受挺深的。因为我刚刚听了一个高压单芯片的集成方案,感觉目前的技术发展还很不错,而且发展速度出乎我的意料。这个平台其实提供得很好。一个是IC厂技术集成方案需要做推广,二是对于电机厂的应用端需要这方面的信息判断。因为必须要结合最新的一些技术,我才能对我的产品发展方向做出及时调整。如果单独交流,可能到我们公司介绍时才能了解。一起介绍反而很好,这样可以对比供应商的技术优劣,沟通交流需要解决的方案痛点。”

结语:

总的来说,目前电机应用市场发生了很大的变化。BLDC电机作为市场大趋势,其发展走向是电机行业关注的重点。但BLDC 电机还处于起步阶段,应用场景也是百花齐放,未来还有更多应用等待挖掘。此外,相信通过这场电机产业链交流会,半导体供应商、电机控制器厂商以及电机本体厂商都有更清晰的认识和了解。同时在智能化、自动化趋势下,历经电机产业链间的多方深入交流,将会促使电机行业焕发出新的面貌和活力。

 

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