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電機顯著的性能優(yōu)勢，其下游應用市場已廣泛擴展到白色家電、風機、泵、電動工具、汽車電子等領(lǐng)域，BLDC電機市場需求不斷增長。雖然當前BLDC電機市場滲透率較低，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電機市場增量空間將被有力推動。

BLDC電機多元化應用，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年強制要求工業(yè)電機滿足IE3能效等級標準。國內(nèi)也已于2021年6月1日正式實施，新版標準的實行勢必會對電機整體能效的提升產(chǎn)生影響。據(jù)相關(guān)機構(gòu)數(shù)據(jù)，自2015年以來，全球BLDC電機市場始終保持一個較為平穩(wěn)的增長，2021年全球BLDC電機市場規(guī)模已達185億美元，預計到2025年將達到260億美元。

相較于傳統(tǒng)的有刷電機，BLDC電機具有優(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、風機、機器人、電動工具和無人機領(lǐng)域，已成為BLDC電機八大熱點應用市場。

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)主導地位。未來汽車板塊年復合增長將超6%，是增長最快的領(lǐng)域。而BLDC電機主要應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，用量大大提升。據(jù)國務院發(fā)展研究中心市場經(jīng)濟研究所副所長王青預測，到2025年，新能源汽車的銷量會在1700萬輛左右。假設(shè)未來電機實現(xiàn)全無刷化，那么BLDC電機市場需求量在新能源汽車領(lǐng)域預計2025年達到28.9億個。

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

高效、環(huán)保、智能化下的BLDC電機控制算法

近年來，工信部、科技部、國家發(fā)改委等國家機關(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)能電機占比達到20%以上，2025年新增高效節(jié)能電機占比達到70%以上，替換空間巨大。電機控制算法在其中的作用不言而喻。

我們知道，BLDC電機控制算法主要應用于控制BLDC電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和位置等參數(shù)，對其效率和響應性能至關(guān)重要。BLDC電機可以基于不同的應用場景選擇驅(qū)動控制方式實現(xiàn)多樣化的控制需求。但由于電機控制所用參數(shù)較多且互為關(guān)聯(lián)，驅(qū)動控制算法復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，響應速度、運行效率、控制精度和減低電機噪音等多方面取得了很大進步。因電機低速下反電動勢難以觀察的特性，無感FOC在低速下應用也成為了各大BLDC驅(qū)動方案公司的技術(shù)難點和攻克對象。

而且隨著BLDC電機控制終端需求升級，電機控制任務愈加復雜化。高性能BLDC電機又是未來電機發(fā)展的重要趨勢。BLDC電機在滿足更高效、低功耗、低噪音、多功能的復雜控制任務的需求下，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電機的運轉(zhuǎn)，負責讀取傳感器獲取的電機轉(zhuǎn)速和位置信息，并根據(jù)預設(shè)的控制算法來控制電機的相序和電流大小，從而實現(xiàn)電機的正常運轉(zhuǎn)。通常來講，BLDC電機控制算法需要MCU具備較強的計算、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電機的效率和響應性能。

另外，安森美系統(tǒng)應用工程師卜仕鋒也提到，BLDC電機控制器除了優(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電機中的應用

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

永磁電機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，也被稱為強力磁鐵。以釹鐵硼為部件的電機尺寸小、重量輕，而且性價比高。

德昌電機集團工程部高級工程專家干金云表示，目前BLDC電機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)電機運用的永磁同步BLDC電機基本上都是采用稀土材料。但有一部分小型的BLDC電機用鐵氧體，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電機成本的很大一部分。也就是說，BLDC電機中使用高性能的磁性材料可以提高電機效率和功率密度等性能指標的同時，其價格和可用性等因素也會直接影響到BLDC電機的成本。這對于BLDC電機的設(shè)計提出了很大挑戰(zhàn)。因此，要想達到最佳的設(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)應用工程師卜仕鋒表示，電機設(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。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生產(chǎn)效率和電機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，電機本體在應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。對于電機本體企業(yè)的設(shè)計來說，如何進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電機的用量上增加，單片機國產(chǎn)化的需求量大大提升。

干金云還說到：“在近兩三年里，許多電機都改用無刷了，這就是機會。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，從電機開發(fā)來說，就是盡量把設(shè)計進行優(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。控制器成本主要還是取決于國產(chǎn)的MCU、驅(qū)動的功率管等半導體器件。因為國產(chǎn)的半導體性價比相對會高，應該也會全部用國產(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電機市場的空間將會進一步加大。從主要的應用場景來看，伴隨新能源汽車逐漸普及發(fā)展，汽車領(lǐng)域BLDC電機需求量增長速度較快。未來BLDC電機將向微型化、節(jié)能化、智能化、機電一體化方向和發(fā)展。

總體來說，高效、環(huán)保、智能化將是BLDC電機市場未來應用和發(fā)展的重要方向，BLDC電機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電機中的應用，將會對于BLDC電機的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。相信未來BLDC電機控制技術(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