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干货!电机智能化转型的三大应用要点
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干货!电机智能化转型的三大应用要点

2022-10-18 17:46:25 来源:半导体器件应用网 点击:1241

【哔哥哔特导读】智能化转型过程,电机行业存在的应用要点相辅相成。

目前,在“双碳”政策和智能化发展趋势下,传统的电机行业正朝着智能电机方向转型。不论是上游的器件供应商,还是下游的电机整机厂商,都在想方设法为客户提供更优的解决方案,以满足终端市场的应用需求。第19届(杭州)电机驱动与控制技术研讨会汇聚了来自灵动股份、PI、国民技术、卧龙电气、宝时得、江南电机、博世等电机行业上下游的专业人士,期间就电机行业在驱动与控制中的创新应用、对32位MCU应用需求和节能减排等话题进行了深度探讨。

干货!电机智能化转型的三大应用要点

电机驱动与控制的创新应用

电机驱动与控制犹如电机技术发展的两驾马车。作为方案提供商,灵动股份其实一直在电机驱动和控制系列产品上花了很多精力,不断进行创新和应用迭代。目前灵动股份不仅提供算法的平台化解决方案,节省工程师学习时间,同时提高整个芯片的系统集成度,而且一直迭代不同控制方案上的算法。

其实不同的电机应用,都会有对应的项目难点。客户对于电机驱动芯片的高温、高湿、腐蚀、震动和可靠性上有很高的要求。如何做到更高的可靠性,更高的效率,更高的算力,并且实现更高的性价比,成为主要的产品问题。虽然有些要求相互之间矛盾,但灵动股份其实已经有了一些对应的办法。据了解,灵动股份的产品一直在迭代,他们用最新的工艺去使得产品的性价比做得更高,然后用最优的工艺设计和实验把产品质量可靠性问题解决,并取得良好效果。

PI应用工程师吴树禄介绍,PI提供了半桥的电机驱动解决方案,可以节省生产工艺,并且在内部做了各种保护机制,可以减少从产品设计开发到上市时间。尤其对于出口来说,PI通过了在北美市场上家电都需要的认证要求。相对来说,PI的器件效率会非常高,DEMO板几乎都做到99.2%以上,可以大大节省能源。

干货!电机智能化转型的三大应用要点

吴树禄认为,从MCU控制角度来说,如果精度控制得越好,MCU的速度性能会进一步提升。基本上对于单相的电机控制,PI在节省成本,同时会去掉一些必要的硬件。如果能通过优化算法来解决,就可以大大减少PCB的成本和面积,提高生产工艺。

对于下游的电机整机厂商来说,以前电机使用铜和铁等材料,比较容易形成同质化竞争,企业的核心竞争力不强。产品数字化变革之后,电机变得更加智能,公司主要通过电机加控制、加模块的系统解决方案或者让电机带控制或模组,以成套的解决方案给到客户,以提高产品的竞争力,改善公司盈利能力。

从控制角度来讲,目前很多国产MCU对标瑞萨、ST等等进口MCU,国内成熟的软件也有,但是很多国产方案的启动可靠性、软件的兼容性等方面在苛刻的特殊环境下使用还是会有一些问题。控制产品的不良率、可靠性等方面,国内只能是通过增加它的余量来使用。

卧龙电气电控产品线所长胡锋表示:“从性能上来讲,我觉得应该倒是没有什么问题,但是响应方面可能不是它本身有问题,但是客户需求在提升,要求反应速度很快。MCU的底层算法存在的差距,我觉得可能还是要改。”

32位MCU在电机控制中的应用与需求

相比于8位MCU和16位MCU,32位MCU的运算能力更强,能满足高速处理的需求,多用于解决复杂场景的问题,目前已广泛应用于智能家电、智能家居以及智能电机等领域。

电机行业在智能化转型过程中,对32位MCU的需求也越来越多。据透露,卧龙电气目前在电机上基本都是使用32位MCU,使用量可达百万级。

苏泊尔厨卫工程师张中良就说道:“我进入电机行业后,在2016年已经经历过8位MCU和16位MCU的过程。现在32位MCU的领域,我认为已经有非常大的优势。因为这几年它的成本开始降下来,同时它的外设资源和内部可控的方法对于工程师来讲,已经越来越简单。”

据张中良介绍,目前变频技术对MCU的计算软件外设要求比较高,8位MCU和16位MCU已无法满足一些特殊的应用场景。MCU控制方面,公司产品使用32位MCU基本上也占据了百分之六七十。尤其是物联网的产品,8位MCU根本就没办法去满足应用需求。他认为,未来8位MCU和16位MCU应该会被32位MCU全面取代。

目前电动工具对尺寸的要求比较高,功率密度越做越大,因此电动工具对于电机控制主要是集成化的要求,一般32位MCU的ARM M0内核性能也基本够用,但是也不排除今后使用FOC控制方案。

对芯片而言,宝时得科技湛康认为,单片机集成化程度要高,需要集成运放比较器,预驱,甚至是IDO,可以大大减小线路板面积。因为工具小型化后,安装空间比较紧凑,需要PCB尺寸尽量小。

江南电机工程师王金海也表示:“随着电机控制发展越来越成熟化,我们作为电机的生产厂商,希望32位MCU以后能够做得更集成化,把更多保护功能、控制算法更贴合实际的应用场合。这是我们作为电机生产厂商的一个需求点。”

随着国内电机的市场发展对32位MCU的需求越来越大,国产芯片也在一步步提高。博世电动工具张跃栋认为,电动工具可能对32位MCU的性能方面要求没有那么高,但是现在国产化程度越来越高,国产MCU在价格方面的优势对整个行业的影响还是蛮大的。因为大家都是考虑到在稳定的情况下,想要价格相对更划算一点。

干货!电机智能化转型的三大应用要点

根据下游客户的应用需求,灵动股份电机事业部负责人胡力兴认为,其实电机对MCU更多的是可靠性,包括在特殊环境的抗干扰性要求;其次是算力要求,集成要求以及电机MCU在保证可靠性下的性价比要求。相对而言,MCU集成度越高,整体系统的可靠性也越高,这是一个相辅相成的过程。灵动股份作为32位MCU产品供应商,在以上的应用需求都取得了改进与突破。

电机促进绿色低碳的措施与办法

在节能减排政策下,目前电机行业正处于智能化转型,提升电机效能对实现绿色低碳的帮助非常大。据统计,国内商业用大约电占全国用电80%,电机用电占整个商业用电的70%。到目前为止,BLDC电机占了很大比例的应用市场。

结合电机行业的特点,不论是传统的异步电机,还是感应电机,整机厂对电机的效率、噪声等方面都提出了更高的要求,正好契合用芯片控制转为BLDC电机,或者其他的高效能电机的大趋势。传统的电机行业能够在节能减排方面做出突出贡献,对行业的发展肯定会有积极的带动作用。

江南电机目前将现有工艺优化,进行小范围改造。比如通过优化设计来减少电器的用量,也相当于减少材料用量,也减少了铜和钢铁的损耗,达到节能减排效果。江南电机王金海表示:“如果后期要更大程度来优化,我们肯定还是要朝着高度智能化、集成化方向发展。”

卧龙电气每年都会做商业计划,每三年做中长期的产品规划。进一步了解,卧龙电气实际上非常专注研究对国家政策和客户需求。例如解读节能减排政策下,公司利用永磁电机、变频等技术来进行电机或者系统效率的提升,同时以客户为中心,进行需求的剖析挖掘,并且控制电机在生产过程中的排量,以实现低碳化目标。

另外关于电机实现绿色低碳的途径或措施,博世电动工具张跃栋也提出了自己的看法。一方面,降低器件的待机功耗,当设备待机不用时,功耗要做到低,也可以实现低碳高效。另一方面,虽然电动工具功率相对较小,但是也有很多能量不是用在电机上面。控制方面更加优化,能更有效地将能量有效利用在电机上面,减少更多的损耗。

随着算力价格慢慢变便宜,MOS相对于继电器的成本下降,BLDC电机开始越来越广地铺开。相对于有刷直流电机,BLDC电机本身会有更高的效率。

FOC控制算法相对于纯粹的方波控制而言,它会有更高的效率,因为电机自身无功率损耗导致发热也会更低。据介绍,灵动股份现在走的路就是BLDC电机控制,目的也是为国家的双碳减排政策做一些贡献。对于正弦的FOC控制,灵动股份也在不停改进算法,增加效率,以更好地达到低碳高效性能。

听听行业人士的参会体验与建议:

博世电动工具张跃栋:感受还是比较好的,见到了很多不一样的厂家,参观了他们最新的产品,了解他们现在能够做到什么程度,还是蛮好的。我觉得大家还是比较专注于介绍推广自己家的新产品,然后关于专业的知识可能就没有讲得特别多。我是比较想听到更多的行业干货分享。

干货!电机智能化转型的三大应用要点

卧龙电气胡锋:我觉得大比特每年都在组织这种研讨会,应该对行业的方案商或者整机厂是挺好的。可能现在这几年受疫情的影响,我觉得其实像供应商的范围还可以再大一些。因为我今天看到这些供应商还是以国产为主,基本上平时也在打交道,都是老熟人,国外的供应商比较少。

实际上,我们其实平时看参加智能展,电机展比较多,跟格力、美的整机厂跑得更多一点,因为我们还是要了解客户的需求趋势。像我们这种规模的公司,其实我们哪怕不出去,也会有方案公司会来找我们的,我们的信息是不缺的。我们主要考虑产品的品质、产品的价格、产能和市场实际几个维度来选型。有一些国际的大厂,我们之前也接触比较多了,在这里面也看不到。

说实话,与一些小厂沟通意义也不是特别大,因为我们没那么多的精力,肯定不会用。实际上我们是希望成熟的厂家过来,不要让我们去帮他们去做实验,我们人员也不够。

宝时得科技湛康:其实这是我第二次参加了,就从本身举办的形式上来说,我觉得还是可以的。今年跟去年好像基本上是差不多。因为我从苏州过来,周边地理位置还是相对比较方便,包括中午吃饭,也有好几家可以提供餐饮。当然了,如果研讨会本身能够直接提供餐饮的话,这是最好的。

江南电机王金海:其实我是参加第二次了,我也参加过去年举办的,因为时间的关系也没有整天都听完。但是给我的感受,首先是展商肯定都是一些行业领军企业,包括国内顶级的专家,这方面我们是觉得办得非常好。然后会议组织也非常贴心,对参会工程师和其他嘉宾照顾得比较周到。后续可以的话,希望能够把产业上下游优势资源整合起来,给国内传统企业更多支持。

苏泊尔厨卫张中良:我感觉来到这里之后,第一个吸引我的是专业性品牌非常多,可以帮助我们工程师去做一个很好的选择,也为我们打开了进行一些技术交流和选型的途径。

这次举办的规模比较大,参与人员也是非常多,然后各个公司的专业工程师和资深专家讲解的水平也都是非常专业。我还是希望后期针对这种专业性的研讨会最好一年能够多举办几次。因为对于工程师来讲,现在获取的途径有限,你们在这个时候帮助工程师和芯片方案厂商提供这么一个平台,可以让他们更好地去对接。

PI吴树禄:我觉得大比特的号召力还是比较强的,会议室里基本上都坐满了,很多都在后面又搬凳子坐。会议安排也蛮合理的,包括我们入场还有提前的准备也做得非常好,希望大比特越做越好。

灵动股份胡力兴:我觉得研讨会有蛮多的客户,还碰到蛮多熟人,非常好。我们在这里可以和各行各业的同事进行交流,同时也能够看到友商在干什么,然后改进我们自己的一些策略。大比特是一个非常好的品牌,我们觉得我们还是要增加这种交流的机会,明年我们可能会参加更多的这种研讨会。

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