電機(jī)作為自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的重要關(guān)鍵部分，是幫助智能制造業(yè)提升競爭優(yōu)勢(shì)的核心產(chǎn)品。值得一提的是，在各種細(xì)分領(lǐng)域上，自動(dòng)化技術(shù)的不斷成熟不僅滿足主動(dòng)控制的需求，對(duì)被動(dòng)電機(jī)技術(shù)的安全驅(qū)動(dòng)規(guī)模也在逐年提升。此外如今電機(jī)技術(shù)系統(tǒng)更具精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)能力，更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理分析能力和控制需求優(yōu)化。

5G數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型，并且推動(dòng)智能制造在全球各個(gè)領(lǐng)域迅速鋪開。自動(dòng)化水平是全世界各國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展水平的重要參考因素，不管是德國提倡的“工業(yè)4.0”、美國主張的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，還是中國重視的“中國制造2025”，都對(duì)自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展有著積極推進(jìn)的作用。

而電機(jī)作為自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的重要關(guān)鍵部分，是幫助智能制造業(yè)提升競爭優(yōu)勢(shì)的核心產(chǎn)品。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，在疫情與國際經(jīng)濟(jì)環(huán)境雙重影響下，電機(jī)行業(yè)成為資本力量的熱門選擇。一方面是，不同地區(qū)出現(xiàn)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(fā)實(shí)力、規(guī)模較大的電機(jī)企業(yè)是市場投資的目標(biāo)之一。

以如今流行的直流無刷電機(jī)為例，在全球范圍內(nèi)其的供需都呈現(xiàn)了直線上升的趨勢(shì)。據(jù)GrandviewResearch的數(shù)據(jù)顯示，亞洲的市場份額達(dá)到了46．94％，未來將會(huì)進(jìn)一步攀升。據(jù)前瞻預(yù)測(cè)，2027年亞洲無刷電機(jī)將達(dá)到135．5億美元左右。同時(shí)，該類型的電機(jī)在近幾年內(nèi)應(yīng)用持續(xù)火爆，如無人機(jī)、電動(dòng)工具等消費(fèi)類電子產(chǎn)品的出貨量都達(dá)到千萬件數(shù)量級(jí)別。

可以預(yù)見的是，直流無刷電機(jī)在未來的受歡迎程度將會(huì)超出預(yù)期，而目前我們所看到的它所在應(yīng)用領(lǐng)域的僅僅是冰山一角。那么從早期使用的普通電機(jī)，到現(xiàn)在改用直流無刷電機(jī)、永磁同步電機(jī)等其他先進(jìn)技術(shù)類型電機(jī)的中間到底發(fā)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(jī)前瞻技術(shù)與市場發(fā)展論壇正式召開。會(huì)議上，圍繞直流無刷電機(jī)、高轉(zhuǎn)矩密度電機(jī)、永磁同步電機(jī)、直流電機(jī)EMC、釹鐵硼磁體以及電機(jī)控制發(fā)展趨勢(shì)的話題，大比特資訊產(chǎn)業(yè)研究室、峰岹科技、華中科技大學(xué)、華芯微特、韜略科技、成都銀河、深圳大學(xué)機(jī)電與控制工程學(xué)院企業(yè)代表與高校教授，分享了當(dāng)前電機(jī)在智能制造進(jìn)程中會(huì)面臨的技術(shù)難點(diǎn)與市場機(jī)遇，并對(duì)如何在產(chǎn)品選型中找到創(chuàng)新研發(fā)方向的提出建議。

BLDC電機(jī)成為自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)鏈“價(jià)值者”

首先，如今電機(jī)的能力在眾多產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)著不可替代的作用，其中熱門的BLDC電機(jī)更是要比原來普通電機(jī)適用全方位的自動(dòng)化發(fā)展需求，據(jù)大比特資訊分析師邱詩曉介紹，BLDC電機(jī)不僅打破了直流電機(jī)和交流電機(jī)的嚴(yán)格界限，而且它基于應(yīng)用場景的不同可以選擇方波驅(qū)動(dòng)、正弦波驅(qū)動(dòng)，使用V／F控制、FOC控制等各種電機(jī)控制方式。

例如國內(nèi)蒸蒸日上的無人機(jī)產(chǎn)業(yè)，無刷直流電機(jī)就廣泛運(yùn)用在其中，電機(jī)和螺旋槳的搭配方式直接影響無人機(jī)的載荷和續(xù)航能力，一臺(tái)專業(yè)級(jí)的無人機(jī)至少需要4～6個(gè)無刷直流電機(jī)。受疫情因素市場上增加了對(duì)無人機(jī)的需求。

新類型的產(chǎn)品襯托出BLDC電機(jī)性能發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)，并滿足通用解決方案以外的特定用戶需求，在增強(qiáng)用戶體驗(yàn)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(chǎn)品帶來的特別屬性。

峰岹科技應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)羅薛認(rèn)為，直流無刷電機(jī)無疑是未來的主流方向，它相較于有刷電機(jī)而言，在產(chǎn)品使用壽命上是有著顯著的區(qū)別，尤其是不采用碳刷后，電刷與換向器的摩擦聲大大減小了。以家庭跑步機(jī)為例，基于有刷電機(jī)的跑步機(jī)，通常使用壽命會(huì)在100－200個(gè)小時(shí)左右，如果消費(fèi)用戶平均每日跑步半個(gè)小時(shí)，那么不足一年時(shí)間，跑步機(jī)則處于損壞狀態(tài)；而基于無刷電機(jī)的跑步機(jī)，使用壽命則能有較大幅度的提升，在效率標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行方面會(huì)更具規(guī)模，而且能降低噪音影響帶來的不好體驗(yàn)。

當(dāng)然，單獨(dú)爭論某一類型的產(chǎn)品是不具備技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)性的，所以，峰岹科技圍繞電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、芯片技術(shù)和傳感器技術(shù)三大領(lǐng)域，帶來全球首創(chuàng)的多項(xiàng)三相單相無霍爾直流無刷驅(qū)動(dòng)技術(shù)及單相霍爾不敏感直流無刷驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在有效滿足了多個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω咝阅茈姍C(jī)驅(qū)動(dòng)控制專用芯片微型化、數(shù)字化、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(qiáng)傳統(tǒng)制造過程中加速高效節(jié)能類型電機(jī)技術(shù)未來發(fā)展的途徑而言，受用戶認(rèn)可會(huì)是處于首要地位。其產(chǎn)品除了可以獲取很高的效率以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用在被連續(xù)使用的設(shè)備中，同時(shí)它們還充當(dāng)了將精準(zhǔn)控制和數(shù)字智能領(lǐng)域相結(jié)合的橋梁。

另外，基于“精準(zhǔn)控制＋數(shù)字智能”的模式，可進(jìn)行的智能電機(jī)技術(shù)探索將有利于形成一套完整有效率的生產(chǎn)體系，但目前以傳統(tǒng)制造為主的產(chǎn)業(yè)其可變性和可調(diào)節(jié)性又取決于市場需求的變化而變化，而且生產(chǎn)周期亦無法實(shí)現(xiàn)特定情況的短期需求，造成同類矛盾重復(fù)出現(xiàn)。對(duì)此，邱詩曉認(rèn)為，原材料上漲、用工費(fèi)用的上升以及整機(jī)價(jià)格下降，再加上近年來產(chǎn)能過剩以及產(chǎn)品附加值低，傳統(tǒng)制造業(yè)已進(jìn)入微利時(shí)代。

雖然實(shí)力雄厚的大企業(yè)可以依托自身的優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)型全自動(dòng)化的產(chǎn)品設(shè)備，但是國內(nèi)較多的中小型企業(yè)仍處于傳統(tǒng)制造轉(zhuǎn)型為半自動(dòng)生產(chǎn)的過程中。他還強(qiáng)調(diào)，唯有降低成本、保證質(zhì)量、提升產(chǎn)能和供貨速度是微利時(shí)代贏得市場的唯一出路，同時(shí)自動(dòng)化才能滿足這些需求。

永磁體材料應(yīng)用驅(qū)動(dòng)更加智能的未來

電機(jī)自動(dòng)化進(jìn)程中除了控制方式與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之外，近年來發(fā)展迅速的永磁體材料為電機(jī)產(chǎn)業(yè)帶來創(chuàng)新的變化，特別是釹鐵硼等高磁能積稀土永磁材料的應(yīng)用，為無槽電機(jī)的實(shí)用化創(chuàng)造了條件，它不僅能徹底消除齒槽效應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)外，還能大幅度削弱由于電樞反應(yīng)和機(jī)械偏心而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

據(jù)成都銀河磁體技術(shù)副總經(jīng)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，其中屬于稀土永磁的釹鐵硼磁體在實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)明顯。他分別說明了，粘結(jié)釹鐵硼磁體磁環(huán)的磁極數(shù)和磁極螺旋角無需在成型過程中預(yù)定，僅需要改變充磁線圈設(shè)計(jì)，可提供給客戶設(shè)計(jì)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、可制作的尺寸范圍廣。

在可知目前永磁體材料的屬性與價(jià)格等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)后，大大提高了在它在各種應(yīng)用市場的價(jià)值地位，主要應(yīng)用于汽車工業(yè)、辦公室設(shè)備、家電、電動(dòng)工具、軌道交通等精密機(jī)械領(lǐng)域。何金洲認(rèn)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(yè)或電機(jī)行業(yè)，我國向美國、歐洲、日本等發(fā)達(dá)地區(qū)的供應(yīng)份額占比較大，而且在未來，國內(nèi)釹鐵硼稀土釹鐵硼行業(yè)發(fā)展迅速，技術(shù)水平不斷提升，物美價(jià)廉的國產(chǎn)磁體將扮演重要角色。

借助國產(chǎn)力量永磁同步電機(jī)更進(jìn)一步

現(xiàn)如今電機(jī)研發(fā)將眾多新材料、新工藝、新技術(shù)、新設(shè)計(jì)融入產(chǎn)品當(dāng)中，隨之無一例外都會(huì)遇到轉(zhuǎn)矩、功率、效率、尺寸、重量及其他性能參數(shù)的挑戰(zhàn)。在日益火爆的新能源汽車市場，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)是其核心系統(tǒng)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(biāo)。

當(dāng)前，從行業(yè)配套上看新能源汽車所使用的電機(jī)主流主要分為兩種，一是以特斯拉為代表的交流異步電機(jī)；二是以比亞迪等自主品牌為代表的永磁同步電機(jī)。其中永磁同步電機(jī)具有體積小、效率高、重量輕、可靠性好、工作溫升小等優(yōu)勢(shì)，在新能源汽車驅(qū)動(dòng)器中采用較多。但永磁同步電機(jī)并非毫無弱點(diǎn)可言，其存在最最大轉(zhuǎn)矩受永磁體去磁約束，抗震能力差，高轉(zhuǎn)速受限制，功率較小，成本高和起動(dòng)困難等缺點(diǎn)。

但整體上看，我國在驅(qū)動(dòng)電機(jī)上取得了較大的突破，已經(jīng)自主開發(fā)出滿足各類新能源汽車需求的產(chǎn)品，部分主要性能指標(biāo)已達(dá)到相同功率等級(jí)的國際先進(jìn)水平，在本次峰會(huì)上，華芯微特電機(jī)高級(jí)算法工程師程思遠(yuǎn)帶來，基于ARMCORTEX－M0、M4內(nèi)核的SWM190系列以及SWM201系列，面向汽車電子，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，水泵、智能控制和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域推出了多個(gè)系列的MCU產(chǎn)品，而且產(chǎn)品在可靠性、穩(wěn)定性等方面直接對(duì)標(biāo)國際芯片廠商。

此外，峰會(huì)上比亞迪汽車集成開發(fā)高級(jí)工程師楊永峰告訴大比特記者，由于永磁同步電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造中有永磁體材質(zhì)的高質(zhì)量轉(zhuǎn)子磁極，所以能區(qū)別于感應(yīng)電機(jī)、直流電機(jī)、繞線式電機(jī)等產(chǎn)品，不需要重新在電機(jī)內(nèi)部單獨(dú)建立一個(gè)類似磁場，也能達(dá)到效率更高的要求。

在新能源汽車領(lǐng)域，續(xù)航能力是一大市場痛點(diǎn)，永磁同步電機(jī)除了效率上佳方面外，在控制能力上也比三相電機(jī)控制要更加好操作，此外，在保持高效率驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，損耗也相比其他類型電機(jī)產(chǎn)品要小，損耗較低意味著體積與重量會(huì)比其他類型電機(jī)下降。因此，在生產(chǎn)相同功率的電機(jī)產(chǎn)品的整車時(shí)，整體的重量會(huì)有一定的下降，符合如今新能源汽車輕量化的時(shí)代特點(diǎn)，并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(shè)計(jì)而言，讓用戶在乘坐空間上更加寬敞和舒適。

結(jié)語

總的來說，疫情因素迫使很多產(chǎn)業(yè)會(huì)考慮整合供應(yīng)鏈，想要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件自主化生產(chǎn)。在各種細(xì)分領(lǐng)域上，自動(dòng)化技術(shù)的不斷成熟不僅滿足主動(dòng)控制的需求，對(duì)被動(dòng)電機(jī)技術(shù)的安全驅(qū)動(dòng)規(guī)模也在逐年提升。

未來在新興產(chǎn)業(yè)上，需要在云服務(wù)、大數(shù)據(jù)等智能化平臺(tái)輔助下，讓電機(jī)技術(shù)系統(tǒng)更具精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)能力，更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理分析能力和控制需求優(yōu)化。