隨著政策扶植、智能化技術(shù)、高性能磁性材料和新工藝的發(fā)展，BLDC電機(jī)市場增量空間將被有力推動，滲透率有望加速提高。

前言

隨著全球?qū)τ诃h(huán)保和能源效率的要求越來越高，BLDC電機(jī)作為一種高效、環(huán)保、智能化的驅(qū)動技術(shù)，正逐漸成為各個領(lǐng)域的主流選擇。高可靠性、低振動、高效率、低噪音、節(jié)能降耗是BLDC電機(jī)顯著的性能優(yōu)勢，其下游應(yīng)用市場已廣泛擴(kuò)展到白色家電、風(fēng)機(jī)、泵、電動工具、汽車電子等領(lǐng)域，BLDC電機(jī)市場需求不斷增長。雖然當(dāng)前BLDC電機(jī)市場滲透率較低，但隨著政策扶植、智能化技術(shù)、高性能磁性材料和新工藝的發(fā)展，BLDC電機(jī)市場增量空間將被有力推動。

BLDC電機(jī)多元化應(yīng)用，新能源汽車市場快速發(fā)展

從全球范圍來看，美國和加拿大已經(jīng)分別于2011年和2012年強(qiáng)制要求工業(yè)電機(jī)滿足IE3能效等級標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)也已于2021年6月1日正式實施，新版標(biāo)準(zhǔn)的實行勢必會對電機(jī)整體能效的提升產(chǎn)生影響。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，自2015年以來，全球BLDC電機(jī)市場始終保持一個較為平穩(wěn)的增長，2021年全球BLDC電機(jī)市場規(guī)模已達(dá)185億美元，預(yù)計到2025年將達(dá)到260億美元。

相較于傳統(tǒng)的有刷電機(jī)，BLDC電機(jī)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，表現(xiàn)在控制性能好、調(diào)速范圍寬、起動轉(zhuǎn)矩大、低速性能好、運行平穩(wěn)特性，同時具有體積小、重量輕、效率高、轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)異、壽命長等顯著優(yōu)勢，目前已在多個領(lǐng)域得到應(yīng)用。

制表：嗶哥嗶特產(chǎn)業(yè)研究室

據(jù)嗶哥嗶特產(chǎn)業(yè)研究室報告，目前醫(yī)療器械、家用電器、新能源汽車、電動自行車、風(fēng)機(jī)、機(jī)器人、電動工具和無人機(jī)領(lǐng)域，已成為BLDC電機(jī)八大熱點應(yīng)用市場。

值得關(guān)注的是，隨著新能源汽車市場的快速發(fā)展，BLDC電機(jī)作為新能源汽車的核心驅(qū)動技術(shù)，市場需求量也在不斷增加。

Grand View Research數(shù)據(jù)顯示，汽車板塊在2021年以27.6%的份額占據(jù)主導(dǎo)地位。未來汽車板塊年復(fù)合增長將超6%，是增長最快的領(lǐng)域。而BLDC電機(jī)主要應(yīng)用于汽車自動車窗操作、天窗執(zhí)行器、后視鏡調(diào)節(jié)器、空調(diào)和HVAC系統(tǒng)等。

據(jù)統(tǒng)計，相較于普通汽車，一輛新能源汽車內(nèi)部至少需要配備170個電機(jī)，用量大大提升。據(jù)國務(wù)院發(fā)展研究中心市場經(jīng)濟(jì)研究所副所長王青預(yù)測，到2025年，新能源汽車的銷量會在1700萬輛左右。假設(shè)未來電機(jī)實現(xiàn)全無刷化，那么BLDC電機(jī)市場需求量在新能源汽車領(lǐng)域預(yù)計2025年達(dá)到28.9億個。

同時，隨著下游終端市場的應(yīng)用范圍擴(kuò)大，智能控制器的市場增長空間預(yù)計也會大大提高。拓邦股份研發(fā)部軟件工程師陳攀登表示，目前BLDC電機(jī)在電機(jī)控制器內(nèi)的使用滲透率至少達(dá)到70%，而且BLDC電機(jī)控制器已是比較成熟的方案。在實際應(yīng)用中，BLDC電機(jī)有感控制算法擁有更廣的應(yīng)用場景范圍。

高效、環(huán)保、智能化下的BLDC電機(jī)控制算法

近年來，工信部、科技部、國家發(fā)改委等國家機(jī)關(guān)陸續(xù)發(fā)布相關(guān)政策扶持BLDC產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)工信部規(guī)劃，到2023年，在役高效節(jié)能電機(jī)占比達(dá)到20%以上，2025年新增高效節(jié)能電機(jī)占比達(dá)到70%以上，替換空間巨大。電機(jī)控制算法在其中的作用不言而喻。

我們知道，BLDC電機(jī)控制算法主要應(yīng)用于控制BLDC電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和位置等參數(shù)，對其效率和響應(yīng)性能至關(guān)重要。BLDC電機(jī)可以基于不同的應(yīng)用場景選擇驅(qū)動控制方式實現(xiàn)多樣化的控制需求。但由于電機(jī)控制所用參數(shù)較多且互為關(guān)聯(lián)，驅(qū)動控制算法復(fù)雜度較高且伴隨控制性能提升而提升，因此算法的優(yōu)劣直接影響電機(jī)的控制性能。

近些年來，BLDC的控制算法一直在優(yōu)化升級。從早期的6步方波到現(xiàn)在的FOC算法，響應(yīng)速度、運行效率、控制精度和減低電機(jī)噪音等多方面取得了很大進(jìn)步。因電機(jī)低速下反電動勢難以觀察的特性，無感FOC在低速下應(yīng)用也成為了各大BLDC驅(qū)動方案公司的技術(shù)難點和攻克對象。

而且隨著BLDC電機(jī)控制終端需求升級，電機(jī)控制任務(wù)愈加復(fù)雜化。高性能BLDC電機(jī)又是未來電機(jī)發(fā)展的重要趨勢。BLDC電機(jī)在滿足更高效、低功耗、低噪音、多功能的復(fù)雜控制任務(wù)的需求下，對芯片設(shè)計公司提出了更高的技術(shù)要求。

制表：嗶哥嗶特產(chǎn)業(yè)研究室

MCU主要控制BLDC電機(jī)的運轉(zhuǎn)，負(fù)責(zé)讀取傳感器獲取的電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的控制算法來控制電機(jī)的相序和電流大小，從而實現(xiàn)電機(jī)的正常運轉(zhuǎn)。通常來講，BLDC電機(jī)控制算法需要MCU具備較強(qiáng)的計算、定時器、計數(shù)器、ADC、接口和存儲器等資源。通過不斷優(yōu)化MCU控制算法、PWM波形、PID控制器、位置檢測算法、電機(jī)驅(qū)動算法、功率電子器件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面，以提高BLDC電機(jī)的效率和響應(yīng)性能。

另外，安森美系統(tǒng)應(yīng)用工程師卜仕鋒也提到，BLDC電機(jī)控制器除了優(yōu)越的控制算法外，功率器件和柵極驅(qū)動的選擇同樣非常重要，對電機(jī)控制的效率和可靠性有決定性影響。

新型磁性材料在BLDC電機(jī)中的應(yīng)用

近年來，越來越多的新型高性能磁性材料使用在BLDC電機(jī)上來提高性能。磁性材料不僅直接影響到BLDC電機(jī)的磁場強(qiáng)度、磁導(dǎo)率等因素，而且可以為BLDC電機(jī)提供更高的轉(zhuǎn)矩和功率密度，以達(dá)到最佳的磁場效果和性能指標(biāo)。

永磁電機(jī)里面需要用到的磁性材料，主要包含釹鐵硼磁體、釤鈷磁鐵和鐵氧體永磁體等，其中釹鐵硼磁性材料是目前應(yīng)用最為廣泛的永磁體。釹鐵硼具有高磁能積、高矯頑力等特點，也被稱為強(qiáng)力磁鐵。以釹鐵硼為部件的電機(jī)尺寸小、重量輕，而且性價比高。

德昌電機(jī)集團(tuán)工程部高級工程專家干金云表示，目前BLDC電機(jī)基本上偏向于采用稀土。雖然稀土價格會較高，但是它性能優(yōu)異，可以使電機(jī)的功率密度高，而且體積做得小，重量輕。目前新能源車上的主驅(qū)電機(jī)運用的永磁同步BLDC電機(jī)基本上都是采用稀土材料。但有一部分小型的BLDC電機(jī)用鐵氧體，主要是為了降成本，但它的性能較弱。

但目前來看，磁性材料占據(jù)了BLDC電機(jī)成本的很大一部分。也就是說，BLDC電機(jī)中使用高性能的磁性材料可以提高電機(jī)效率和功率密度等性能指標(biāo)的同時，其價格和可用性等因素也會直接影響到BLDC電機(jī)的成本。這對于BLDC電機(jī)的設(shè)計提出了很大挑戰(zhàn)。因此，要想達(dá)到最佳的設(shè)計效果，就需要綜合考慮磁性材料的性能、成本和可用性等因素。

安森美系統(tǒng)應(yīng)用工程師卜仕鋒表示，電機(jī)設(shè)計需綜合考慮多種因素，其中磁路設(shè)計、繞組設(shè)計、永磁體設(shè)計、散熱設(shè)計等技術(shù)是關(guān)鍵。通過進(jìn)一步優(yōu)化完善這些技術(shù)，可以獲得更高效、高功率、高可靠性、低噪音、小體積的電機(jī)。繞組的傳統(tǒng)繞線方式效率低可靠性差，在材料選擇和制造工藝的提升對電機(jī)生產(chǎn)效率和電機(jī)一致性會具有很大幫助。

同時，伴隨著效益和環(huán)保意識的提高，電機(jī)本體在應(yīng)用中越來越需要滿足高功率、高可靠性、低噪音和輕量化設(shè)計等要求。對于電機(jī)本體企業(yè)的設(shè)計來說，如何進(jìn)行有效突破也是一個必須面對的難題。干金云表示，要想實現(xiàn)輕量化設(shè)計，首先體積要小，而且現(xiàn)在磁材也在BLDC電機(jī)的用量上增加，單片機(jī)國產(chǎn)化的需求量大大提升。

干金云還說到：“在近兩三年里，許多電機(jī)都改用無刷了，這就是機(jī)會。在降低成本方面，由于原材料受市場需求和國家對稀土的控制政策影響很大，從電機(jī)開發(fā)來說，就是盡量把設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，充分利用永磁的性能，減少用量的同時把成本降下來，而且現(xiàn)在許多企業(yè)在做無稀土永磁電機(jī)?？刂破鞒杀局饕€是取決于國產(chǎn)的MCU、驅(qū)動的功率管等半導(dǎo)體器件。因為國產(chǎn)的半導(dǎo)體性價比相對會高，應(yīng)該也會全部用國產(chǎn)替代?！?/p>

結(jié)語

在全球大環(huán)境下，隨著未來政策實施、相關(guān)技術(shù)提升和成本下降，BLDC電機(jī)市場的空間將會進(jìn)一步加大。從主要的應(yīng)用場景來看，伴隨新能源汽車逐漸普及發(fā)展，汽車領(lǐng)域BLDC電機(jī)需求量增長速度較快。未來BLDC電機(jī)將向微型化、節(jié)能化、智能化、機(jī)電一體化方向和發(fā)展。

總體來說，高效、環(huán)保、智能化將是BLDC電機(jī)市場未來應(yīng)用和發(fā)展的重要方向，BLDC電機(jī)將會更加注重高效性能、環(huán)保性能和智能化性能的設(shè)計和實現(xiàn)。同時高性能磁性材料和新工藝在BLDC電機(jī)中的應(yīng)用，將會對于BLDC電機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。相信未來BLDC電機(jī)控制技術(shù)和性能會更加成熟可靠，且價格為更多人接受。

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審核編輯黃宇