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雖然電機的歷史已經(jīng)超過百年，但是無刷直流(BLDC)電機的歷史不過50年的歷史。隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)，以及電力電子技術(shù)，特別是大功率開關器件的發(fā)展BLDC電機得到了長足的發(fā)展?，F(xiàn)在，BLDC電機已經(jīng)在軍事、航空、工業(yè)、汽車、民用控制系統(tǒng)，以及家用電器等領域都有廣泛的應用。

2018年全球BLDC電機市場的規(guī)模為153.6億美元，據(jù)<電子發(fā)燒友>估計，未來幾年的市場增長率為6.5%左右，預計2022年BLDC電機市場規(guī)模將達197.6億美元左右。這主要是由于全球各國的能效標準變得越來越嚴格；BLDC電機相關技術(shù)變得越來越成熟，比如說鋰電池的價格更加親民，國內(nèi)半導體廠商逐漸強大，元器件成本降低；以及BLDC電機驅(qū)動電路成本的下降，無刷電機與有刷電機相比，因為多了驅(qū)動電路，增加了電氣元器件，特別是在初期電機本體與驅(qū)動電路的價格大約為1：10，高昂的價格制約了無刷電機的發(fā)展。但近年來，隨著技術(shù)的進步電機本體與驅(qū)動電路的價格比已經(jīng)降至1：1~3，這為無刷電機的大規(guī)模應用創(chuàng)造的先決條件。

BLDC電機的應用場景越來越多，<電子發(fā)燒友>根據(jù)晶豐明源半導體有限公司電機系統(tǒng)負責人錢志存的演講與市場觀察，總結(jié)了目前BLDC電機的15大熱門應用。

一、吸塵器/掃地機器人

吸塵器和掃地機器人是BLDC電機應用中備受重視的一個領域，目前新型的吸塵器和掃地機器人主要以Dyson和萊克等為代表。

這幾年來，心塵器的開發(fā)熱點主要集中在高速電機上，各個廠家的方案有所不同，其中Dyson以單相高速電機為主，國內(nèi)很多廠家為了規(guī)避專利，以三相居多。另外，Nedic直接開發(fā)性價比很好的高度電機，對國內(nèi)廠家造成了一定的沖擊。

在<電子發(fā)燒友>舉辦的BLDC電機控制技術(shù)沙龍上，來自深圳市賽領未來科技有限公司的研發(fā)主管彭鴻表示，目前國內(nèi)的掃地機器人大部分都是采用了Nedic的無刷電機，主要是他們的電機不僅性能不錯，價格也下降得厲害，“我們現(xiàn)在用的是自己設計的電機，不過下一代產(chǎn)品，我們可能也要換成Nedic的電機了?！?/div>

圖1：<電子發(fā)燒友>舉辦的BLDC電機控制技術(shù)沙龍現(xiàn)場。

他同時透露，現(xiàn)在掃地機器人不僅僅是在室內(nèi)使用，現(xiàn)在也有大街上使用的，只是打掃街道的掃地機器人需要更精確的定位功能。

其實室外的掃地機器人不僅可以用來打掃衛(wèi)生，還可以用來除草，彭鴻談到他們有些國外的客戶就有這方面的需求，將掃地機器人改裝一下，加上刀片和定位功能，就可以自動割除花園里面的雜草了。他承認這對設備的定位精度要求比較高，不過因為是在室外，也不難實現(xiàn)。

圖2：Qorvo的PAC5532A芯片平臺。

二、電動工具

電動工具的無刷化其實很早就開始了，在2010年時，國外有些品牌就推出了采用無刷電機的電動工具了。隨著鋰電池技術(shù)的成熟，價格越來越親民，手持工具的量級在逐年增加，現(xiàn)在可與插電式的工具平分秋色。

據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)電扳手基本上已經(jīng)實現(xiàn)了無刷化，電鉆類、高壓型，以及園林類工具還沒有完全無刷化，不過也轉(zhuǎn)換過程中。

這主要是由于無刷電機的節(jié)能和高效率，讓手持式電動工具可以運行更長時間。現(xiàn)在很多國際廠商和國內(nèi)廠商都投入很多資源進行產(chǎn)品開發(fā)，比如Bosch、Dewalt、Milwaukee、Ryobi、Makita等。

目前國內(nèi)的電動工具發(fā)展也很迅速，特別是在江浙一帶，集中很多電動工具廠商。最近幾年江浙一帶的無刷電機控制方案成本下降很快，不少廠商已經(jīng)發(fā)動了價格戰(zhàn)，據(jù)說一個電動工具的無刷電機控制方案也就6、7元左右，有的甚至只需要4、5元。據(jù)參加BLDC電機控制技術(shù)沙龍的網(wǎng)友透露，現(xiàn)在電動工具的方案價格戰(zhàn)并沒有結(jié)束。

圖3：<電子發(fā)燒友>舉辦的BLDC電機控制技術(shù)沙龍合影。

有人擔心這種價格戰(zhàn)會讓把行業(yè)做壞，也有人認為價格戰(zhàn)對整個行業(yè)來說并非壞事。深圳市東安華科技有限公司研發(fā)總監(jiān)王峰在BLDC電機控制技術(shù)沙龍討論環(huán)節(jié)表示，價格戰(zhàn)其實對產(chǎn)品的普及是利好的。他拿北斗芯片舉例說，“北斗芯片剛開始出來的時候，一套系統(tǒng)的價格都在4000元左右，但當時有家公司就直接在行業(yè)內(nèi)報出2000元的價格，開始的時候大家都很難受，覺得沒錢賺了，但其實價格下來后，出貨量增加了，最后做下來發(fā)現(xiàn)賺的比之前還多?！?/div>

現(xiàn)在國內(nèi)不少芯片廠商也都推出了相應的電動工具無刷化解決方案。比如華大半導體，靈動微和凌鷗創(chuàng)芯等。

圖4：華大半導體MCU市場部經(jīng)理梁少峰在介紹其電動工具解決方案。

圖5：凌鷗創(chuàng)芯CEO***在介紹其無霍爾槍鉆控制方案。

圖6：凌鷗創(chuàng)芯的電動園林剪刀無霍爾控制器。

三、設備散熱風扇

設備散熱風扇在多年以前就開始向BLDC電機方向轉(zhuǎn)換，在這個領域內(nèi)有一個標桿企業(yè)，那就是依必安派特（EBM），該公司的風機和電機產(chǎn)品廣泛應用在了通風、空調(diào)、制冷、家電、供暖、汽車等多個行業(yè)。

據(jù)錢志存透露，目前國內(nèi)有不少公司在做與EBM類似的無刷散熱風機，而且搶占了不少EBM的市場，甚至有好幾公司已經(jīng)成功上市。

特別是國內(nèi)充電樁的興起，給了很多廠家以信心?，F(xiàn)在國內(nèi)很多廠家都加大了在DC風扇，可實現(xiàn)智能互聯(lián)的EC技術(shù)風扇上的創(chuàng)新投入，在技術(shù)和工藝上與臺資廠商的產(chǎn)品已經(jīng)非常接近了。

四、冰柜冷卻風機

由于行業(yè)標準和國家能效標準的影響，冰柜冷卻風機開始轉(zhuǎn)向BLDC電機，而且轉(zhuǎn)換速度相對較快，產(chǎn)品數(shù)量比較大。據(jù)錢志存觀察，現(xiàn)在出口使用SP電機的產(chǎn)品越來越少，他預計在2022年之前，60%的冰柜冷卻機將會換成變頻電機。

冰柜冷卻機使用的BLDC電機有三相的，也有單相的；電壓也有高壓和低壓的區(qū)分，一般來說，功率大于30W的BLDC電機將會采用高壓方案。

在冰柜冷卻機方面，目前國內(nèi)配套的廠家，主要集中在長三角和珠三角一帶。

五、冰箱壓縮機

由于冰箱壓縮機的轉(zhuǎn)速決定了冰箱內(nèi)部的溫度，而變頻冰箱壓縮機的轉(zhuǎn)速可根據(jù)溫度來發(fā)生改變，從而可以讓冰箱根據(jù)當前的溫度情況做出調(diào)整，讓冰箱內(nèi)的溫度更好地保持恒定。這樣，食物的保鮮效果將更好。變頻冰箱壓縮機大都選擇BLDC電機，因此工作的時候效率更高，噪聲更小，而且使用壽命更高。

這一領域以前是日、韓、臺系廠商的產(chǎn)品為主，但2010年之后，國內(nèi)廠商的起步很快，據(jù)說上海有一家廠商的年出貨量已經(jīng)接近3000萬臺左右了。

隨著國內(nèi)半導體廠商的進步，不論是主控MCU廠商，預驅(qū)Gate Driver，還是功率MOSFET，國內(nèi)廠商基本都能提供了。

比如說ST推出的冰箱方案，采用了STSPIN系列MCU和STGD5H60DF驅(qū)動新品，可實現(xiàn)30mW的待機功耗。

圖7：ST冰箱方案。

國產(chǎn)芯片廠商華大半導體也推出了其冰箱壓縮機平臺變頻驅(qū)動方案，該方案采用了基于HC32系列芯片，使用了無位置傳感器FOC控制策略，可實現(xiàn)壓縮機的調(diào)速功能。

圖8：華大半導體的冰箱壓縮機平臺變頻驅(qū)動方案。

六、空氣凈化器

自從前幾年霧霾天氣加劇后，人們對空氣凈化器的需求量越來越大?，F(xiàn)在有很多廠家都進入了這個領域。

據(jù)錢志存透露，目前空氣凈化器市場上的產(chǎn)品，小型的一般采用NMB和Nedic的外轉(zhuǎn)子電機，大型的空氣凈化器一般都使用EBM的風機。

空氣凈化器使用的國產(chǎn)電機，大多是仿制Nedic的產(chǎn)品，不過現(xiàn)在國產(chǎn)電機平臺的種類也變得越來越豐富了。

七、落地扇

落地扇歷來都是小家電電機廠家必爭的領域。目前國內(nèi)主流的小家電廠商，比如美的，先鋒、日彩、艾美特等，基本上都有采用無刷電機的產(chǎn)品面市。其中艾美特的出貨數(shù)量最大，小米的成本最低。

當然，也有部分家電廠商在向無刷電機轉(zhuǎn)換的過程中，不是那么順暢，這主要是跟這些廠商原來的研發(fā)和生產(chǎn)體系有關，比如前期在有刷電機的研發(fā)和生產(chǎn)設備投入較大，再轉(zhuǎn)換成無刷電機有要投入大量資金，因此轉(zhuǎn)換動力不足。

但現(xiàn)在有些跨界的廠商正在進入落地扇領域，導致落地扇的無刷變頻轉(zhuǎn)換率加快了。再加上國內(nèi)電機廠的進步，在落地扇應用領域，已經(jīng)把不少日系電機廠商擠出了中國市場?？梢哉f，國內(nèi)無刷電機廠家已經(jīng)在落地扇主流品牌中占有一席之地了。

圖9：靈動微針對電動工具、電動車和風扇等應用的解決方案。

八、水泵

水泵是一個比較傳統(tǒng)的行業(yè)，其種類繁多，方案類型也多種多樣。就算是相同功率的驅(qū)動板，目前市面上就有多種，價格從不到兩元的，到四、五十元不等。

在水泵應用中，中大型功率多以三相異步電機為主，小微型水泵以AC兩極泵為主?，F(xiàn)在北方取暖改造對于泵類方案的技術(shù)創(chuàng)新是一個好機會。不過，錢志存透露說，雖然有廠家在該領域有投入，但效果還不太明顯。

如果只從技術(shù)的角度來說，無刷電機是比較適合在泵類領域應用的，其體積、功率密度，甚至成本都有一定的優(yōu)勢。

九、風筒

風筒是個人護理領域出貨量比較大的一個應用，特別是自從Dyson推出了高速數(shù)碼電機產(chǎn)品后，帶火了整個風筒市場。

目前國內(nèi)的風筒方案主要有三個方向：一是以Dyson為標桿的，采用超高速無刷電機的方案，轉(zhuǎn)速一般是10萬轉(zhuǎn)左右，最高的有16萬轉(zhuǎn)每分鐘；二是U馬達取代方案，轉(zhuǎn)速與U馬達類似，其優(yōu)勢是重量輕，風壓大；三是外轉(zhuǎn)子高壓方案，其電機主要是仿制Nedic的方案。

目前國內(nèi)的仿制產(chǎn)品，不是以前單純的抄了，基本上都做到了專利規(guī)避，并且做了一定的創(chuàng)新。比如凌鷗創(chuàng)芯的高速風筒控制方案就很好地規(guī)避了Dyson的專利。據(jù)其CEO***介紹，該方案啟動平穩(wěn)，最高轉(zhuǎn)速達12萬轉(zhuǎn)，擁有100%的知識產(chǎn)權(quán)，不用擔心專利問題。

圖10：凌鷗創(chuàng)芯的高速吹風機控制方案。

十、吊扇及吊扇燈

近年來市場上很多的燈廠，陸續(xù)轉(zhuǎn)型生產(chǎn)吊扇燈。吊扇燈產(chǎn)品的主要銷往印度、馬來西亞、澳大利亞、美國等國家，不過近年來，國內(nèi)市場也開始火熱起來。

目前國內(nèi)的的廠商主要以代工為主，廠商集中在中山、佛山等地，產(chǎn)品出貨量比較大，據(jù)說有的廠商一個月有400K的出貨量。

以前的吊扇主要以電容感應馬達為主，因為電容感應馬達容易控制，但效率不高，所以現(xiàn)在國內(nèi)不少廠商陸續(xù)開發(fā)了以外轉(zhuǎn)子為主的無刷電機吊扇燈方案。吊扇燈方案分為高壓和低壓兩種類型，一般低功率的產(chǎn)品以低壓為主，大于50W的產(chǎn)品以高壓為主?，F(xiàn)在高壓方案的產(chǎn)品出貨量增長速度很快。

圖11：晶豐明源的高壓吊扇燈控制方案。

圖12：晶豐明源的低壓吊扇燈解決方案。

十一、排氣扇

排氣扇的無刷化轉(zhuǎn)換其實很早之前就開始了，但是由于排氣扇的種類相當多，功率范圍特別廣，再加上SP馬達的價格實在太低了，其轉(zhuǎn)化率一直不高，也相當混亂。

由于國外的能效標準更加嚴格，其轉(zhuǎn)化率更高一點，但出貨量其實不算大。錢志存表示，“據(jù)我接觸的一些給國外排氣扇廠家做配套的國內(nèi)廠商，現(xiàn)在有采用無刷電機方案的排氣扇，但幾個大的廠商加起來，出貨量不到1000萬臺?！?/div>

據(jù)錢志存觀察，傳統(tǒng)的排氣扇主要高壓電機、SP馬達和電容馬達為主，在中小功率，特別是小于200W的排氣扇中，轉(zhuǎn)換成無刷電機已經(jīng)成為了一種趨勢。

十二、抽油煙機

抽油煙機是廚房電器的重要組成部分，傳統(tǒng)動力部分為單相感應異步電機。其實抽油煙機是無刷化轉(zhuǎn)換時間長，但轉(zhuǎn)換率不高的一個應用，這其中一個重要的原因是變頻的成本控制得不夠好，目前變頻的方案大概需要150元左右，而非無刷電機方案不要100元就能搞定，低成本的可能只需要30元左右。

如果抽油煙機的無刷電機方案能夠把成本控制下來，轉(zhuǎn)換率應該會更高，畢竟無刷電機的優(yōu)勢擺在那里，比如傳統(tǒng)的SP馬達、PSC馬達功率范圍是60W~300W，改成變頻后，功率范圍可降至30W~150W之間。

圖13：凌鷗創(chuàng)芯的無刷油煙機方案。

十三、個人護理

現(xiàn)在喜歡健身的人越來越多，專業(yè)玩家鍛煉后往往會給肌肉放松，因此，筋膜槍的出貨量近年來開始井噴。據(jù)說現(xiàn)在健身房教練和運動愛好者都配備了筋膜槍。筋膜槍是利用了震動的力學原理，通過筋膜槍將震動傳遞到深層的筋膜肌肉，達到放松筋膜的作用，降低肌肉張力。有人將筋膜槍當作是運動后的放松神器。

不過現(xiàn)在筋膜槍的水也很深，雖然外形看起來都差不多，但價格從100多元的到3000多元的都有。

圖14：淘寶上不同價格的筋膜槍。

從技術(shù)上來說，筋膜槍多數(shù)都是采用無感外轉(zhuǎn)子無刷電機。

十四、體育器材

近兩年來，健身房的相關器械電動化趨勢越來越明顯，特別是跑步機。現(xiàn)在采用外轉(zhuǎn)子無刷電機的跑步機也是越來越多，其功率范圍800W~2000W，轉(zhuǎn)速多數(shù)在2000rpm~4000rpm之間，以高壓方案為主。一般專業(yè)級別的跑步機產(chǎn)品里面有飛輪，以增加慣性，防止在停電時急停。

凌鷗創(chuàng)芯的***表示，跑步機產(chǎn)品并不好調(diào)試，因為跑步機的“腳感”相當重要，這就要求電機的控制精度很準確，他坦承，他們的這個跑步機方案他調(diào)試了三年才調(diào)試好。

圖15：凌鷗創(chuàng)芯的跑步機電機控制器方案。

十五、廣告機

近年來，還有一個比較熱門的應用就是各大商場的廣告機。廣告機以其新穎的結(jié)構(gòu)，靚麗的3D展示，靈活的擺放等特點成為新應用中的一匹黑馬。雖然出貨量不大，但值得期待。

因為廣告機需要電機和燈進行配合，加上對轉(zhuǎn)速精度要求比較高，所以基本都采用變頻方案?，F(xiàn)在佛山有幾個廠商在做這方面的產(chǎn)品。

結(jié)語

從這些無刷電機的熱點應用來看，未來這些應用轉(zhuǎn)換成無刷電機是必然的趨勢，主要原因有以下幾個：

一是能效標準越來越嚴格；二是產(chǎn)品的外觀已經(jīng)不能在很大程度上左右客戶的選擇，但技術(shù)營銷對消費者的影響越來越大；三是無刷電機相關技術(shù)的成熟度越來越高，國內(nèi)半導體廠商越來越強大，無刷電機的成本越來越低；四是國內(nèi)電機廠商制作的無刷電機無論在技術(shù)上，還是工藝和產(chǎn)品一致性上都直追一線電機品牌。

也就是說，未來無刷電機的應用場景將會越來越多，越來越普及。而隨著自動化的普及，智能家居應用，汽車等進入普通人的生活，個性化產(chǎn)品越來越多，電機種類的細分也更明顯，對生產(chǎn)廠商來說，如果他們能夠找好自己的定位，專注細分領域，那樣就可以更好地體現(xiàn)出他們的競爭力。

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BLDC電機的15大熱門應用及其參考方案

一、吸塵器/掃地機器人

二、電動工具

三、設備散熱風扇

四、冰柜冷卻風機

五、冰箱壓縮機

六、空氣凈化器

七、落地扇

八、水泵

九、風筒

十、吊扇及吊扇燈

十一、排氣扇

十二、抽油煙機

十三、個人護理

十四、體育器材

十五、廣告機

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