面向自動化需求升級 電機前瞻技術的多種模樣

　　【大比特導讀】電機作為自動化運動控制技術的重要關鍵部分，是幫助智能製造業提升競爭優勢的核心產品。值得一提的是，在各種細分領域上，自動化技術的不斷成熟不僅滿足主動控制的需求，對被動電機技術的安全驅動規模也在逐年提升。此外如今電機技術系統更具精準的驅動能力，更強大的數據處理分析能力和控制需求優化。

　　5G數位化、物聯網、大數據等信息技術的應用促進了傳統製造業轉型，並且推動智能製造在全球各個領域迅速鋪開。自動化水平是全世界各國經濟持續發展水平的重要參考因素，不管是德國提倡的「工業4.0」、美國主張的「工業網際網路」，還是中國重視的「中國製造2025」，都對自動化運動控制技術的發展有著積極推進的作用。

　　

　　而電機作為自動化運動控制技術的重要關鍵部分，是幫助智能製造業提升競爭優勢的核心產品。業內人士普遍認為，在疫情與國際經濟環境雙重影響下，電機行業成為資本力量的熱門選擇。一方面是，不同地區出現用工緊張或支出成本較高;另一方面是，受政策影響，擁有豐富研發實力、規模較大的電機企業是市場投資的目標之一。

　　以如今流行的直流無刷電機為例，在全球範圍內其的供需都呈現了直線上升的趨勢。據GrandviewResearch的數據顯示，亞洲的市場份額達到了46.94%，未來將會進一步攀升。據前瞻預測，2027年亞洲無刷電機將達到135.5億美元左右。同時，該類型的電機在近幾年內應用持續火爆，如無人機、電動工具等消費類電子產品的出貨量都達到千萬件數量級別。

　　可以預見的是，直流無刷電機在未來的受歡迎程度將會超出預期，而目前我們所看到的它所在應用領域的僅僅是冰山一角。那麼從早期使用的普通電機，到現在改用直流無刷電機、永磁同步電機等其他先進技術類型電機的中間到底發生了哪些有趣的變化呢?11月6日，由大比特資訊主辦的第二屆電機前瞻技術與市場發展論壇正式召開。會議上，圍繞直流無刷電機、高轉矩密度電機、永磁同步電機、直流電機EMC、釹鐵硼磁體以及電機控制發展趨勢的話題，大比特資訊產業研究室、峰岹科技、華中科技大學、華芯微特、韜略科技、成都銀河、深圳大學機電與控制工程學院企業代表與高校教授，分享了當前電機在智能製造進程中會面臨的技術難點與市場機遇，並對如何在產品選型中找到創新研發方向的提出建議。

　　

　　會議現場

　　BLDC電機成為自動化產業鏈「價值者」

　　首先，如今電機的能力在眾多產業鏈中佔據著不可替代的作用，其中熱門的BLDC電機更是要比原來普通電機適用全方位的自動化發展需求，據大比特資訊分析師邱詩曉介紹，BLDC電機不僅打破了直流電機和交流電機的嚴格界限，而且它基於應用場景的不同可以選擇方波驅動、正弦波驅動，使用V/F控制、FOC控制等各種電機控制方式。

　　例如國內蒸蒸日上的無人機產業，無刷直流電機就廣泛運用在其中，電機和螺旋槳的搭配方式直接影響無人機的載荷和續航能力，一臺專業級的無人機至少需要4~6個無刷直流電機。受疫情因素市場上增加了對無人機的需求。

　　

　　新類型的產品襯託出BLDC電機性能發揮的優勢，並滿足通用解決方案以外的特定用戶需求，在增強用戶體驗包括易用操作性、便捷方便性、交互理解性上，可以讓用戶更快地看到核心產品帶來的特別屬性。

　　峰岹科技應用技術總監羅薛認為，直流無刷電機無疑是未來的主流方向，它相較於有刷電機而言，在產品使用壽命上是有著顯著的區別，尤其是不採用碳刷後，電刷與換向器的摩擦聲大大減小了。以家庭跑步機為例，基於有刷電機的跑步機，通常使用壽命會在100-200個小時左右，如果消費用戶平均每日跑步半個小時，那麼不足一年時間，跑步機則處於損壞狀態;而基於無刷電機的跑步機，使用壽命則能有較大幅度的提升，在效率標準執行方面會更具規模，而且能降低噪音影響帶來的不好體驗。

　　當然，單獨爭論某一類型的產品是不具備技術領域持續性的，所以，峰岹科技圍繞電機驅動技術、晶片技術和傳感器技術三大領域，帶來全球首創的多項三相單相無霍爾直流無刷驅動技術及單相霍爾不敏感直流無刷驅動技術，在有效滿足了多個產業領域對高性能電機驅動控制專用晶片微型化、數位化、智能化、多功能化、高集成化的要求。

　　回望市場需求的變化，作為革新和增強傳統製造過程中加速高效節能類型電機技術未來發展的途徑而言，受用戶認可會是處於首要地位。其產品除了可以獲取很高的效率以實現應用在被連續使用的設備中，同時它們還充當了將精準控制和數字智能領域相結合的橋梁。

　　另外，基於「精準控制+數字智能」的模式，可進行的智能電機技術探索將有利於形成一套完整有效率的生產體系，但目前以傳統製造為主的產業其可變性和可調節性又取決於市場需求的變化而變化，而且生產周期亦無法實現特定情況的短期需求，造成同類矛盾重複出現。對此，邱詩曉認為，原材料上漲、用工費用的上升以及整機價格下降，再加上近年來產能過剩以及產品附加值低，傳統製造業已進入微利時代。

　　雖然實力雄厚的大企業可以依託自身的優勢轉型全自動化的產品設備，但是國內較多的中小型企業仍處於傳統製造轉型為半自動生產的過程中。他還強調，唯有降低成本、保證質量、提升產能和供貨速度是微利時代贏得市場的唯一出路，同時自動化才能滿足這些需求。

　　永磁體材料應用驅動更加智能的未來

　　電機自動化進程中除了控制方式與結構設計之外，近年來發展迅速的永磁體材料為電機產業帶來創新的變化，特別是釹鐵硼等高磁能積稀土永磁材料的應用，為無槽電機的實用化創造了條件，它不僅能徹底消除齒槽效應引起的轉矩波動外，還能大幅度削弱由於電樞反應和機械偏心而產生的轉矩波動。

　　據成都銀河磁體技術副總經理何金洲介紹，永磁體主要分為鐵氧體永磁與稀土永磁兩大類別，其中屬於稀土永磁的釹鐵硼磁體在實際應用中優勢明顯。他分別說明了，粘結釹鐵硼磁體磁環的磁極數和磁極螺旋角無需在成型過程中預定，僅需要改變充磁線圈設計，可提供給客戶設計自由度大;熱壓釹鐵硼磁體則圓周均勻性好、充磁自由度大、耐溫性較好、耐腐蝕性較好、可製作的尺寸範圍廣。

　　在可知目前永磁體材料的屬性與價格等獨特優勢後，大大提高了在它在各種應用市場的價值地位，主要應用於汽車工業、辦公室設備、家電、電動工具、軌道交通等精密機械領域。何金洲認為，站在稀土永磁的角度上看，目前我國在這方面的市場前景與競爭力都是有十足底氣的，例如在汽車行業或電機行業，我國向美國、歐洲、日本等發達地區的供應份額佔比較大，而且在未來，國內釹鐵硼稀土釹鐵硼行業發展迅速，技術水平不斷提升，物美價廉的國產磁體將扮演重要角色。

　　藉助國產力量 永磁同步電機更進一步

　　現如今電機研發將眾多新材料、新工藝、新技術、新設計融入產品當中，隨之無一例外都會遇到轉矩、功率、效率、尺寸、重量及其他性能參數的挑戰。在日益火爆的新能源汽車市場，驅動電機系統是其核心系統之一，其性能決定了爬坡能力、加速能力以及最高車速等汽車行駛的主要性能指標。

　　當前，從行業配套上看新能源汽車所使用的電機主流主要分為兩種，一是以特斯拉為代表的交流異步電機;二是以比亞迪等自主品牌為代表的永磁同步電機。其中永磁同步電機具有體積小、效率高、重量輕、可靠性好、工作溫升小等優勢，在新能源汽車驅動器中採用較多。但永磁同步電機並非毫無弱點可言，其存在最最大轉矩受永磁體去磁約束，抗震能力差，高轉速受限制，功率較小，成本高和起動困難等缺點。

　　但整體上看，我國在驅動電機上取得了較大的突破，已經自主開發出滿足各類新能源汽車需求的產品，部分主要性能指標已達到相同功率等級的國際先進水平，在本次峰會上，華芯微特電機高級算法工程師程思遠帶來，基於ARM CORTEX-M0、M4內核的SWM190系列以及SWM201系列，面向汽車電子，電機驅動，水泵、智能控制和物聯網等領域推出了多個系列的MCU產品，而且產品在可靠性、穩定性等方面直接對標國際晶片廠商。

　　

　　此外，峰會上比亞迪汽車集成開發高級工程師楊永峰告訴大比特記者，由於永磁同步電機內部構造中有永磁體材質的高質量轉子磁極，所以能區別於感應電機、直流電機、繞線式電機等產品，不需要重新在電機內部單獨建立一個類似磁場，也能達到效率更高的要求。

　　在新能源汽車領域，續航能力是一大市場痛點，永磁同步電機除了效率上佳方面外，在控制能力上也比三相電機控制要更加好操作，此外，在保持高效率驅動的同時，損耗也相比其他類型電機產品要小，損耗較低意味著體積與重量會比其他類型電機下降。因此，在生產相同功率的電機產品的整車時，整體的重量會有一定的下降，符合如今新能源汽車輕量化的時代特點，並且在體積和重量下降的情況下，汽車廠商便有了變化性的設計而言，讓用戶在乘坐空間上更加寬敞和舒適。

　　結語

　　總的來說，疫情因素迫使很多產業會考慮整合供應鏈，想要實現關鍵零部件自主化生產。在各種細分領域上，自動化技術的不斷成熟不僅滿足主動控制的需求，對被動電機技術的安全驅動規模也在逐年提升。

　　未來在新興產業上，需要在雲服務、大數據等智能化平臺輔助下，讓電機技術系統更具精準的驅動能力，更強大的數據處理分析能力和控制需求優化。

　　本文為大比特資訊原創文章，如需轉載請在文前註明來源

特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺「網易號」用戶上傳並發布，本平臺僅提供信息存儲服務。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.