【无刷电机效率】高效率低功耗 无刷电机已成大势

2019-10-18 - 无刷电机

在节能减排已经成为消费者的新需求时,各种工业企业也开始了转型,配合国家的政策向节能减排发展。在动力部分,要想配合节能减排的方针政策,主要就是提高技术,选择适合的电机,那么什么电机既能满足生产需求又能做到节能减排呢?答案是无刷电机。

【无刷电机效率】高效率低功耗 无刷电机已成大势
【无刷电机效率】高效率低功耗 无刷电机已成大势

无刷电机可以使用直流电源或者是交流电源供电,满足各种行业的不同需求,同时无刷电机的体积要比同功率的有刷电机30%以上,安装更为方便合理。最重要的是,无刷电机的电能转化率达到80%以上,比其他电机要节能50%。

【无刷电机效率】高效率低功耗 无刷电机已成大势
【无刷电机效率】高效率低功耗 无刷电机已成大势

据国家统计局统计,2010年以来,无刷直流电机(BLDC)行业收入连年增加,2016年为189.2亿元,同比增长22.3%,中国无刷直流电机(BLDC)的市场前景较为乐观,市场规模将进一步扩大。预计未来五年,行业增速仍将保持在20%左右的水平,到2022年行业市场规模将达到565亿元左右。

【无刷电机效率】高效率低功耗 无刷电机已成大势
【无刷电机效率】高效率低功耗 无刷电机已成大势

其实电子产品大都在遵循"摩尔定律",唯独电机产业近20年来没有任何更新换代,当下技术发展的前沿,传统电机不能一直独霸天下,同时半导体组件如功率组件(MOSFET),微控制器(MCU),驱动组件(Gatedriver)的普及,使得无刷直流电机的总成本降低很多,BLDC直流无刷电机技术替代传统电机已经势在必行。

【无刷电机效率】高效率低功耗 无刷电机已成大势

赛普拉斯半导体物联网无线事业部亚太区市场经理彭涛(Alex Peng)认为,因为无刷直流电机的广泛应用而要求相应的控制技术成熟可靠,同时也要求控制技术能提升性能和效率并具有高性价比,这是我们看到的未来几年的无刷直流电机市场的大趋势。低压无刷电机小型化,集成化,驱动一体化将是未来的市场趋势,尤其在一些对生产效率有较高要求的行业,小型无刷一体化电机替代步进电机和有刷电机应用也将是一个大趋势。

无刷电机优势

无刷电机的优势不仅仅是在于节能环保,它的优势主要表现在以下三点:

1、无刷电机的第一大优势是效率。

因为无刷电机可以在它最大旋转力(扭矩)下连续旋转。与之相较,有刷电机只能在旋转的某些点处提供最大扭矩。尽管有刷电机可以提供与无刷电机相同的转矩,但有刷电机需要更大的磁性,这意味着更小尺寸的无刷电机可以提供相当大的功率。

2、其二是可控性。

反馈系统可用于控制无刷电机,以提供所需的扭矩和转速。如果无刷电机由电池供电,这种精确控制能够减少能耗和热量损失,有助于电池寿命延长。

3、不带刷子的无刷电机可提供高耐用性和低电噪声。

对于有刷电机,其刷子和换向器由于连续的移动接触而磨损,并且在接触时可能产生火花。特别是,这些火花通常在刷子通过换向器中的间隙时产生,强烈火花会引起电噪声。如果电机设计要考虑电气噪声因素,无刷电机是更为可取。

无刷电机的应用

"马达为工业之母,民生之朋友"。人们的生活离不开电机。在中国,无刷直流电机的最大应用领域主要是在家用电器。

在洗衣机电机市场上,韩国消费电子与家电制造企业LG表示,DD直驱电机的能力使得市场在20多年的时间里一直青睐其产品。据韩联社报道,LG的变频直驱(DD)洗衣机电机自1998年首次推出以来,累计产量达到7000万部,使用的电缆总长度相当于从地球到月球往返22次的距离,仅2017年电机产量就达到了800万部。而公司已经生产出第四代变频直驱DD电机,成本仅为1998年第一代DD电机的四分之一。

而电动车上使用的几乎都是无刷电机,无刷电机它的定子是绕组,放在外圈,转子是永磁铁,放在中心。定子通入受控方波电流,被激发的磁场方向,随励磁电流方向发生变化。永磁转子在变换的磁场中受到力矩的作用,进而发生转动,这样,不用再给转动部件通电,电刷和换向片自然就可以取消了。

全球第四大压缩机厂瑞智精密的BLDC与中钢等合资32亿元,初期在屏东厂投产,接着将在九江厂扩产,今年出货量预计百万颗。BLDC的应用领域相当广泛,可有效达到节能、省电,目前先以空调压缩机用马达为主,今后也会拓展替代传统马达类产品。

东芝公司的无刷直流电机驱动方案,在工业及家电应用中保持着传统的优势地位,应对工业及民用消费市场的节能降耗,绿色发展,大数据服务等多种需求,特别是空调室内室外风机应用,家庭娱乐设备散热,数据服务器设备散热,都有优秀的产品使用,并陆续推出性价比更高的,应用新技术的新产品。东芝产品应对2019年及之后的无刷直流电机市场趋势:高效节能,自动调整和自动响应,高可靠,高集成度。

Allegro也致力无刷直流(BLDC),前两个月发布全新无刷直流(BLDC)电机控制IC,该产品系列包括首次面市的集成了磁场定向控制算法(FOC)的无刷直流(BLDC)电机控制IC(无需客户编写代码),这些器件可以帮助设计者缩短开发设计周期,并且同时达到可靠、高效、可听噪音低的控制效果。

Allegro功率器件业务部副总裁Vijay Mangtani解释说:"QuietMoTIon系列所实现的目标是电机驱动器的未来发展方向。

我们的QuietMoTIon系列产品非常高效,而且方便系统集成,其灵活的用户界面和开发板能够使客户轻松地调整和评估各种电机,缩短开发时间,并能够使用极少量的外部组件来完成产品设计。"

国内无刷电机的难点

半导体组件的进步与成本的优势改善了高成本高售价的困境,大大促进了无刷电机的发展。目前国内外能提供无刷电机解决方案的芯片公司不少于30家,但是国内外存在着一定差距:本土企业目前仍然主要覆盖中低端市场,高端BLDC还是国际厂商主导。

其实国内很多企业多年前就一直在着手BLDC技术的研发,从早期有感、带霍尔、方波技术,到现在的无感,无霍尔,FOC弦波。由于许多本土企业的研发能力不强,在无刷直流电机控制技术上依赖独立的方案公司。

技术应用上来看,无刷直流电机也有其局限性。比如电机本身的转子是磁体所做,如果使用的场合是高磁场,在高磁场的作用下将改变转子的磁场或者消掉一部分磁场,将会使电机不能正确工作。

国内外厂商对电机的控制技术和功率驱动IC都倾注更多的关注和研发。相比消费类电子和低电压低功耗的便携式产品市场,电机控制对芯片的质量,可靠性,良率,EMI/EMC性能要求更高,而针对于电机控制方案,特别是无感无刷直流电机,比如控制算法中的FOC控制、位置检测、电机启动、转矩和弱磁补偿等,也要求成熟可靠,并能简单快速使用,这些都是需要技术积累和技术发展的。

彭涛认为BLDC有两大痛点在于入门和提升。因为电机控制技术,特别是基于FOC正弦波的电机控制,是一个复杂的技术。怎么从传统的带霍尔传感器或者无感的方波控制转到以FOC正弦波的电机控制方案,这是很多在无刷直流电机控制遇到的痛点。而怎么让电机控制技术成熟可靠,提升性能,怎么解决匹配不同厂家电机,或者同一厂家电机参数不一致,从而让电机控制稳定可靠,这也是电机控制的一个痛点。

无霍尔传感器的无刷直流电机的启动是一个挑战,当无霍尔传感器无刷直流电机在静止的时候,通常的控制方法是无法检测到转子位置的。

电机一致性问题也非常重要,主要是电机本体,位置反馈和控制器的匹配性问题导致控制系统难以发挥最佳性能,电机一致性问题等。

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