浅谈无刷电机的10大应用

 

BLDC 电机的应用

 

近年来，随着全球提出的低碳，高能效的概念提出，作为高效动力来源的BLDC技术，越来越受到各界的追捧。

 

BLDC（无刷电机）的发展史不过几十年时间，随着近年来，新磁性材料的运用、微电子技术和控制技术的快速发展，大功率开关元件的发展也取得了很大进步。这为BLDC的小型化控制奠定了基础。尤其是这些年AI智能化机器人、无人机和电动车的迅猛发展，促使BLDC电机在航空、工业、汽车、民用控制系统，以及家用电器等领域都有广泛的应用，BLDC的运用越来越常见。

 

据相关统计数据表明，2018年BLDC电机市场的规模为153.6亿美元，未来几年的市场增长率为6.5%左右，随着驱动电路组件成本的降低，未来BLDC的高性价比将取代传统电机组件只是时间问题。经有关机构的调查数据说，BLDC无刷电机和驱动电路的价格将越来越接近，这将更有利于BLDC的普及。我们盘点下身边的无刷电机的一些运用场景：

 

 

01按摩器材个护类（筋膜枪）

 

其利天下技术—筋膜枪方案

 

这些年，随着人们生活水平的提高，大家对生活品质的要求发生了很大的变化。热爱运动的玩家锻炼后往往会给肌肉放松。

 

因此，筋膜枪的出货量近年来开始井喷。通过筋膜枪将震动传递到深层的筋膜肌肉，达到放松筋膜的作用，降低肌肉张力。有人将筋膜枪当作是运动后的放松神器。从技术上来说，筋膜枪多数都是采用无感外转子无刷电机。

 

其次按摩设备的话，如个人护理类按摩的小型按摩器，按摩椅等等很多都是无刷马达做的。其性价比高和故障率都很低。

 

其利天下技术—筋膜枪

 

02电动工具

 

 

其利天下技术—多功能手电钻

 

电动工具的无刷马达更迭其实早就开始了的，早在2010年前后，国外就有很多品牌已经大量采用无刷马达的产品出来了，比如知名品牌BOSH/Dewalt /Ryobi/Makita等等，随着锂电池技术的成熟度越来越高，价格越来越低，电动工具随着国内建筑行业的迅猛发展，也得到了快速的更迭。

 

据可靠消息，国内电动扳手、电钻类等都基本实现了无刷化，这主要是由于无刷电机的节能和高效，一个小电池可以工作2-3个小时，电动工具节省了不少人力和时间，效率提升明显。

 

电动工具是市场需求量很大的行业，关键是，其无刷电机驱动的价格PK基本也是到了白热化的地步。产品特点主要是方波技术实现的，对稳定性要求还是比较高，当然对成本也是要求很高，竞争异常激烈。

 

 

03高速吹风筒/小风机类

 

其利天下技术—高速风筒

高速风筒的兴起最早来源于戴森对产品的革新，高速风筒成为个人护理领域一璀璨的明星。从傻大粗变成了白富美，吹风筒从此有了高速风筒的智能化理念。

 

目前国内风筒方案主要有三个方向：

1、如戴森一样的，采用超高速无刷电机实现的，转速一般在10万转左右/分钟，最高的到做16万转/分钟。

2、U马达取代方案，转速和U马达类似，其优势是重量轻，风量大。

3、外转子高压方案，其电机主要是仿制Nedic方案。

 

04风扇类/吊扇类

 

其利天下技术—风扇灯

 

设备散热风扇在多年以前就开始向BLDC电机方向转换，在这个领域内有一个标杆企业，那就是依必安派特（EBM），该公司的风机和电机产品广泛应用在了通风、空调、制冷、家电、供暖、汽车等多个行业。设备风扇运用是很广的，比如火车上，电动机车，服务器风扇等都是无刷马达的运用。

 

其次，如吊扇，以前的吊扇主要以电容感应马达为主，因为电容感应马达容易控制，但效率不高，现在国内不少厂商陆续开发了以外转子为主的无刷电机吊扇灯方案。吊扇灯方案分为高压和低压两种类型，一般低功率的产品以低压为主，大于50W的产品以高压为主，现在高压方案的产品出货量增长速度很快。

 

05空调压缩机/冰箱压缩机

 

其利天下技术—空调pcb板

 

由于冰箱压缩机的转速决定了冰箱内部的温度，而变频冰箱压缩机的转速可根据温度来发生改变，从而可以让冰箱根据当前的温度情况做出调整，让冰箱内的温度更好地保持恒定。这样，食物的保鲜效果将更好。

 

变频冰箱压缩机大都选择BLDC电机，因此工作的时候效率更高，噪声更小，而且使用寿命更高。这一领域以前是日、韩、台系厂商的产品为主，但2010年之后，国内厂商的起步很快，据说上海有一家厂商的年出货量已经接近3000万台左右了。随着国内半导体厂商的进步，不论是主控MCU厂商，预驱Gate Driver，还是功率MOSFET，国内厂商基本都能提供了。

 

06扫地、清洁机器人

 

其利天下技术—扫地机器人

 

近些年来，智能家居行业蓬勃发展，其中代替人劳动的扫地机器人，清洁类的拖洗一体机、吸尘器等产品层出不穷。而这些产品大多都是居于无刷马达开发的。吸尘器和扫地机器人是BLDC电机应用中备受重视的一个领域，目前新型的吸尘器和扫地机器人主要以Dyson和莱克等为代表。

 

这几年来，吸尘器的开发热点主要集中在高速电机上，各个厂家的方案有所不同，其中Dyson以单相高速电机为主，国内很多厂家为了规避专利，以三相居多。另外，Nedic直接开发性价比很好的高度电机，对国内厂家造成了一定的冲击。

 

一般扫地机里都有几个无刷马达配件，所以通常情况下一个扫地机都有几个无刷驱动芯片的需求。而吸拖一体机其实也是无刷马达的运用场景之一！

 

 

07水泵

其利天下技术—水泵

 

 

说到水泵，估计很多人都说，水泵也有无刷马达的？

 

其实在水泵应用中，中大型功率多以三相异步电机为主，小微型水泵以AC两极泵为主。现在北方取暖改造对于泵类方案的技术创新是一个好机会。近年来，由于无刷马达的兴起，有一些厂家在该领域有投入，但效果还不太明显。但单只从技术的角度来说，无刷电机是比较适合在泵类领域应用的，其体积、功率密度甚至成本都有一定的优势。

 

听几个朋友聊起，疫情三年过去，无刷马达水泵市场逐步在取代传统的水泵市场了，行业里有几家出货已经能达到200K级的用量了。尤其是未来中低压的运用场景比较多的情况下，无刷水泵在农业上运用会越来越普遍。

 

08抽油烟机

 

其利天下技术—抽油烟机

 

抽油烟机是厨房电器的重要组成部分，传统动力部分为单相感应异步电机。这其中一个重要的原因是变频的成本控制得不够好，目前变频的方案大概需要150元左右，而非无刷电机方案不要100元就能搞定，低成本的可能只需要30元左右。

 

如果抽油烟机的无刷电机方案能够把成本控制下来，转换率应该会更高，毕竟无刷电机的优势摆在那里，比如传统的SP马达、PSC马达功率范围是60W~300W，改成变频后，功率范围可降至30W~150W之间。

 

09运动器材

 

其利天下技术—跑步机

 

近两年来，健身房的相关器械电动化趋势越来越明显，特别是跑步机。现在采用外转子无刷电机的跑步机也是越来越多，其功率范围800W~2000W，转速多数在2000rpm~4000rpm之间，以高压方案为主。一般专业级别的跑步机产品里面有飞轮，以增加惯性，防止在停电时急停。

 

健身运动器材越来越小型化和智能化，BLDC的运用将来会越来越普遍。

 

 

10平衡车/双轮电动车

其利天下技术—平衡车

 

 

BLDC运用在平衡车和双轮电动车上也是很常见的一些运用。平衡车需要使用高电压的电源，通常需要使用12V或24V的电源。为了安全起见，电源应该具有过压保护和过流保护功能。

BLDC的运用是很广泛的，未来随着国内对节能高效的要求，会越来越普及。无刷逐步取代有刷只是时间问题。