新技术 新工艺 BLDC电机如何增效降本

随着政策扶植、智能化技术、高性能磁性材料和新工艺的发展，BLDC电机市场增量空间将被有力推动，渗透率有望加速提高。

前言

随着全球对于环保和能源效率的要求越来越高，BLDC电机作为一种高效、环保、智能化的驱动技术，正逐渐成为各个领域的主流选择。高可靠性、低振动、高效率、低噪音、节能降耗是BLDC电机显著的性能优势，其下游应用市场已广泛扩展到白色家电、风机、泵、电动工具、汽车电子等领域，BLDC电机市场需求不断增长。虽然当前BLDC电机市场渗透率较低，但随着政策扶植、智能化技术、高性能磁性材料和新工艺的发展，BLDC电机市场增量空间将被有力推动。

BLDC电机多元化应用，新能源汽车市场快速发展

从全球范围来看，美国和加拿大已经分别于2011年和2012年强制要求工业电机满足IE3能效等级标准。国内也已于2021年6月1日正式实施，新版标准的实行势必会对电机整体能效的提升产生影响。据相关机构数据，自2015年以来，全球BLDC电机市场始终保持一个较为平稳的增长，2021年全球BLDC电机市场规模已达185亿美元，预计到2025年将达到260亿美元。

相较于传统的有刷电机，BLDC电机具有优越的调速性能，表现在控制性能好、调速范围宽、起动转矩大、低速性能好、运行平稳特性，同时具有体积小、重量轻、效率高、转矩特性优异、寿命长等显著优势，目前已在多个领域得到应用。

制表：哔哥哔特产业研究室

据哔哥哔特产业研究室报告，目前医疗器械、家用电器、新能源汽车、电动自行车、风机、机器人、电动工具和无人机领域，已成为BLDC电机八大热点应用市场。

值得关注的是，随着新能源汽车市场的快速发展，BLDC电机作为新能源汽车的核心驱动技术，市场需求量也在不断增加。

Grand View Research数据显示，汽车板块在2021年以27.6%的份额占据主导地位。未来汽车板块年复合增长将超6%，是增长最快的领域。而BLDC电机主要应用于汽车自动车窗操作、天窗执行器、后视镜调节器、空调和HVAC系统等。

据统计，相较于普通汽车，一辆新能源汽车内部至少需要配备170个电机，用量大大提升。据国务院发展研究中心市场经济研究所副所长王青预测，到2025年，新能源汽车的销量会在1700万辆左右。假设未来电机实现全无刷化，那么BLDC电机市场需求量在新能源汽车领域预计2025年达到28.9亿个。

同时，随着下游终端市场的应用范围扩大，智能控制器的市场增长空间预计也会大大提高。拓邦股份研发部软件工程师陈攀登表示，目前BLDC电机在电机控制器内的使用渗透率至少达到70%，而且BLDC电机控制器已是比较成熟的方案。在实际应用中，BLDC电机有感控制算法拥有更广的应用场景范围。

高效、环保、智能化下的BLDC电机控制算法

近年来，工信部、科技部、国家发改委等国家机关陆续发布相关政策扶持BLDC产业的发展。根据工信部规划，到2023年，在役高效节能电机占比达到20%以上，2025年新增高效节能电机占比达到70%以上，替换空间巨大。电机控制算法在其中的作用不言而喻。

我们知道，BLDC电机控制算法主要应用于控制BLDC电机的转速、转矩和位置等参数，对其效率和响应性能至关重要。BLDC电机可以基于不同的应用场景选择驱动控制方式实现多样化的控制需求。但由于电机控制所用参数较多且互为关联，驱动控制算法复杂度较高且伴随控制性能提升而提升，因此算法的优劣直接影响电机的控制性能。

近些年来，BLDC的控制算法一直在优化升级。从早期的6步方波到现在的FOC算法，响应速度、运行效率、控制精度和减低电机噪音等多方面取得了很大进步。因电机低速下反电动势难以观察的特性，无感FOC在低速下应用也成为了各大BLDC驱动方案公司的技术难点和攻克对象。

而且随着BLDC电机控制终端需求升级，电机控制任务愈加复杂化。高性能BLDC电机又是未来电机发展的重要趋势。BLDC电机在满足更高效、低功耗、低噪音、多功能的复杂控制任务的需求下，对芯片设计公司提出了更高的技术要求。

制表：哔哥哔特产业研究室

MCU主要控制BLDC电机的运转，负责读取传感器获取的电机转速和位置信息，并根据预设的控制算法来控制电机的相序和电流大小，从而实现电机的正常运转。通常来讲，BLDC电机控制算法需要MCU具备较强的计算、定时器、计数器、ADC、接口和存储器等资源。通过不断优化MCU控制算法、PWM波形、PID控制器、位置检测算法、电机驱动算法、功率电子器件和系统结构等方面，以提高BLDC电机的效率和响应性能。

另外，安森美系统应用工程师卜仕锋也提到，BLDC电机控制器除了优越的控制算法外，功率器件和栅极驱动的选择同样非常重要，对电机控制的效率和可靠性有决定性影响。

新型磁性材料在BLDC电机中的应用

近年来，越来越多的新型高性能磁性材料使用在BLDC电机上来提高性能。磁性材料不仅直接影响到BLDC电机的磁场强度、磁导率等因素，而且可以为BLDC电机提供更高的转矩和功率密度，以达到最佳的磁场效果和性能指标。

永磁电机里面需要用到的磁性材料，主要包含钕铁硼磁体、钐钴磁铁和铁氧体永磁体等，其中钕铁硼磁性材料是目前应用最为广泛的永磁体。钕铁硼具有高磁能积、高矫顽力等特点，也被称为强力磁铁。以钕铁硼为部件的电机尺寸小、重量轻，而且性价比高。

德昌电机集团工程部高级工程专家干金云表示，目前BLDC电机基本上偏向于采用稀土。虽然稀土价格会较高，但是它性能优异，可以使电机的功率密度高，而且体积做得小，重量轻。目前新能源车上的主驱电机运用的永磁同步BLDC电机基本上都是采用稀土材料。但有一部分小型的BLDC电机用铁氧体，主要是为了降成本，但它的性能较弱。

但目前来看，磁性材料占据了BLDC电机成本的很大一部分。也就是说，BLDC电机中使用高性能的磁性材料可以提高电机效率和功率密度等性能指标的同时，其价格和可用性等因素也会直接影响到BLDC电机的成本。这对于BLDC电机的设计提出了很大挑战。因此，要想达到最佳的设计效果，就需要综合考虑磁性材料的性能、成本和可用性等因素。

安森美系统应用工程师卜仕锋表示，电机设计需综合考虑多种因素，其中磁路设计、绕组设计、永磁体设计、散热设计等技术是关键。通过进一步优化完善这些技术，可以获得更高效、高功率、高可靠性、低噪音、小体积的电机。绕组的传统绕线方式效率低可靠性差，在材料选择和制造工艺的提升对电机生产效率和电机一致性会具有很大帮助。

同时，伴随着效益和环保意识的提高，电机本体在应用中越来越需要满足高功率、高可靠性、低噪音和轻量化设计等要求。对于电机本体企业的设计来说，如何进行有效突破也是一个必须面对的难题。干金云表示，要想实现轻量化设计，首先体积要小，而且现在磁材也在BLDC电机的用量上增加，单片机国产化的需求量大大提升。

干金云还说到：“在近两三年里，许多电机都改用无刷了，这就是机会。在降低成本方面，由于原材料受市场需求和国家对稀土的控制政策影响很大，从电机开发来说，就是尽量把设计进行优化，充分利用永磁的性能，减少用量的同时把成本降下来，而且现在许多企业在做无稀土永磁电机。控制器成本主要还是取决于国产的MCU、驱动的功率管等半导体器件。因为国产的半导体性价比相对会高，应该也会全部用国产替代。”

结语

在全球大环境下，随着未来政策实施、相关技术提升和成本下降，BLDC电机市场的空间将会进一步加大。从主要的应用场景来看，伴随新能源汽车逐渐普及发展，汽车领域BLDC电机需求量增长速度较快。未来BLDC电机将向微型化、节能化、智能化、机电一体化方向和发展。

总体来说，高效、环保、智能化将是BLDC电机市场未来应用和发展的重要方向，BLDC电机将会更加注重高效性能、环保性能和智能化性能的设计和实现。同时高性能磁性材料和新工艺在BLDC电机中的应用，将会对于BLDC电机的发展产生重要影响。相信未来BLDC电机控制技术和性能会更加成熟可靠，且价格为更多人接受。

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审核编辑黄宇