BLDC創(chuàng)新應用,未來可期
2024-06-13 13:56:41 來源:半導體器件應用網(wǎng) 作者:厲丹 點擊:8079
前言:
直流無刷電機由于其高能效、低功耗、高扭矩、低噪音、長壽命、響應快等優(yōu)勢,在多個領域都有廣泛的應用。隨著消費者生活質量的提升和消費市場的升級,終端市場對電機控制性能的要求也越來越高。BLDC電機以其特有的性能優(yōu)異性,滿足了下游應用領域對節(jié)能減排的迫切需求,特別是在家電、風機、泵類、電動工具、機器人、電動車等領域。BLDC電機逐漸成為主流。
1、蛋糕做大
BLDC電機的市場規(guī)模近年一直在增大,而且預計未來數(shù)年仍會持續(xù)增大。根據(jù)Grand View Research的數(shù)據(jù),2022年BLDC電機的市場規(guī)模達189億美元,預計到2025年將增長至223億美元,年復合增長率為5.7%。
根據(jù)Grand View Research數(shù)據(jù),亞太地區(qū)是BLDC市場規(guī)模占比最大的區(qū)域;在細分應用占比方面,受益于家電智能化與變頻化升級趨勢,家電端與HVAC設備的BLDC應用占比將穩(wěn)步提升;在工業(yè)機械領域,其在2023年即已擁有超過24%的市場份額,并在節(jié)能減排政策推動下,工業(yè)市場BLDC應用的空間還將進一步擴大。從功率分級市場分析,則是功率低于750W的BLDC細分市場以49%占據(jù)著最大的市場份額。
從細分市場來看,新能源汽車是全球BLDC電機最大的應用領域,占據(jù)了38.7%的市場份額。隨著汽車行業(yè)向智能化、輕量化等方向發(fā)展,對于BLDC電機的需求也不斷增加。目前,BLDC電機主要應用于汽車的啟動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、雨刮系統(tǒng)等部件。
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預計到2027年,全球汽車領域對于BLDC電機的需求將達到105.8億美元,年復合增長率為6.8%。其中,新能源汽車市場也是增長最快的細分市場。隨著電動化和智能化的趨勢,新能源汽車成為BLDC電機的重點拓展領域。此外,工業(yè)BLDC電機在工業(yè)機械設備市場中業(yè)務占據(jù)可觀的市場份額。
2、驅動控制做主力
BLDC是MCU廠商的一個重要目標應用,市場競爭從產(chǎn)品到服務等極為激烈,國內(nèi)外各家都在積極參與,甚至將其作為產(chǎn)品的主要目標市場。在電機驅動控制芯片領域,全球市場長期由德州儀器(TI)、意法半導體(ST)、英飛凌(Infineon)、賽普拉斯(Cypress)等國際大廠主導。亞太地區(qū),特別是中國,在BLDC市場中占據(jù)主導地位,擁有較高的成本效益和市場份額。國內(nèi)電機企業(yè)正逐步向無刷電機等高端電機產(chǎn)品邁進,與國際廠商展開競爭,如峰岹科技、航順芯片、凌鷗創(chuàng)芯、極海半導體等。
目前極海半導體根據(jù)用戶需求,提供主控“MCU+LDO+HVIC+MOS”的分立方案,保留了高靈活度的解決方案以滿足多樣化的應用需求,同時即將推出主控MCU集成預驅、運放、LDO產(chǎn)品,為用戶提供高集成度的硬件解決方案,簡化系統(tǒng)設計、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性、提高系統(tǒng)效率。
據(jù)其高級產(chǎn)品經(jīng)理劉洋介紹,極海半導體電機控制專用產(chǎn)品線面向家電、風機水泵、通信設備、電動工具、暖通設備、伺服變頻、運動出行等眾多應用市場,提供靈活全面的軟硬件開發(fā)工具及生態(tài)平臺,并不斷向新的應用方向拓展創(chuàng)新,幫助客戶實現(xiàn)產(chǎn)品性能的創(chuàng)新與突破。
另外,深圳航順芯片技術研發(fā)有限公司(下稱,航順芯片)一直以工匠精神在車規(guī)SoC、高端MCU領域踔厲進行應用創(chuàng)新。航順芯片持續(xù)看好BLDC電機市場,特別是工業(yè)級產(chǎn)品的市場發(fā)展。航順芯片已經(jīng)有幾個BLDC電機控制MCU系列在批量出貨,公司還在深入理解用戶使用習慣的基礎上,設計了新一代的BLDC電機控制專用MCU,將大幅提高MCU的易用性,并使電機控制算法更為高效。
航順芯片高級產(chǎn)品經(jīng)理侯新榮表示,航順芯片持續(xù)關注行業(yè)應用的發(fā)展,很多新的應用類型都大有發(fā)展的潛力。同時現(xiàn)在已有應用也有大量的升級迭代的需求。我們和客戶緊密合作,無論是新應用的實現(xiàn)還是老應用的迭代,航順的目標都是把目標應用做到最好,做到客戶滿意,市場認可。
3、高性能磁材是抓手
BLDC電機市場的增長很大一部分得益于高性能磁材在BLDC電機中的廣泛應用,特別是稀土永磁材料,對BLDC電機的性能至關重要。
安森美系統(tǒng)應用工程師卜仕鋒介紹到,永磁電機里面需要用到磁性材料,主要包含釹鐵硼磁體、釤鈷磁鐵和鐵氧體永磁體等,其中釹鐵硼磁性材料是目前應用最為廣泛的永磁體。
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而永磁BLDC電機主要是使用高性能永磁材料作為轉子的無刷直流電機。這種電機因其高效率、低噪音、高精度和長壽命等特性而受到青睞。尤其是家電、汽車、電動工具等領域,BLDC電機的制造對高性能磁材的需求不斷增長,以確保電機運行的高效率和高可靠性。
隨著各國對節(jié)能和環(huán)保要求的提高,高性能磁材在BLDC電機中的應用將會進一步滲透。根據(jù)市場研究數(shù)據(jù),BLDC電機市場規(guī)模正在穩(wěn)步增長,預計在未來幾年內(nèi)將保持較高的增長率。同時,隨著新材料和新技術的不斷發(fā)展,高性能磁材的性能將進一步提升,為BLDC電機的發(fā)展提供更多可能性。
在電機的實際應用當中,高性能磁材的使用滲透率大大提升。稀土在高性能電機中的使用比例也在大大提升。
但根據(jù)此前的數(shù)據(jù),新能源汽車永磁電機的產(chǎn)品和樣件指標,均可比肩或者超過歐美日韓等一線汽車電機制造商的產(chǎn)品水平。其中,高端稀土永磁體的重稀土使用量降低近50%;絕緣材料長期耐溫超200℃,圓電磁線耐電暈壽命達國標數(shù)倍以上;漆包扁線耐電暈壽命大于90小時。
4、順應趨勢
BLDC電機在節(jié)能減排、提高效率等方面的顯著優(yōu)勢,使得其在新能源、智能制造等領域具有巨大的市場增長空間。
在新能源領域,新能源汽車對高性能、高效率電機的需求將持續(xù)增長,特別是BLDC電機在電動助力轉向系統(tǒng)、電子懸架系統(tǒng)、汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)等中的應用越來越廣泛。特別是新能源汽車對三電系統(tǒng)的精確溫度控制需求,使得電子水泵等使用BLDC電機的部件需求大增。
在智能制造領域,智能制造對電機的要求日益提高,需要電機具備高精度、高可靠性、高效率等特點。BLDC電機正好符合這些要求,因此在智能制造領域的應用將不斷增加。隨著工業(yè)自動化、機器人等技術的不斷發(fā)展,BLDC電機的市場需求將持續(xù)增長。
此外,家電領域,空調、電冰箱、洗衣機等白色家電領域已經(jīng)開始應用BLDC電機,未來隨著消費者對節(jié)能、高效產(chǎn)品的需求增加,BLDC電機在家電領域的應用將進一步擴大。
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目前,國家政府也在大力推行實現(xiàn)相關政策。就在5月11日,國家發(fā)改委發(fā)布了關于深入開展重點用能單位能效診斷的通知。通知要求落實節(jié)能法規(guī)政策標準,開展重點用能單位能效診斷,支撐分領域分行業(yè)節(jié)能降碳專項行動,推動節(jié)能降碳改造和用能設備更新。
侯新榮提到,BLDC電機在節(jié)能和降噪方面從原理上就有優(yōu)勢,在工業(yè)和商業(yè)的產(chǎn)品實踐中更是有用戶顯而易見的效果。航順芯片投資了專業(yè)的算法團隊,并且與多個產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗豐富的方案商緊密合作,不斷推出符合行業(yè)和用戶期望的電機控制方案。除了前面提到的近期將推出的入門電機專用MCU,在未來的幾年,航順芯片還將不斷推出中級和高性能電機專用MCU,滿足更多高速、高效率、高集成度、高可靠性、簡便易用等不同客戶的需求。
電機設計方面,卜仕鋒認為需要綜合考慮多種因數(shù),其中磁路設計、繞組設計、永磁體設計,散熱設計等技術是關鍵。通過進一步優(yōu)化完善這些技術,也可以獲得更高效、高功率、高可靠性、低噪音、小體積的電機。繞組的傳統(tǒng)繞線方式效率低可靠性差,在材料選擇和制造工藝的提升對電機生產(chǎn)效率和電機一致性會具有很大幫助。
5、抓住時機
不可否認,隨著BLDC電機市場的增長,對BLDC電機控制器的需求也將大幅增加。BLDC電機控制器市場的發(fā)展趨勢是智能化、高效化和可靠性提升。半導體器件廠商可以通過技術創(chuàng)新,提高BLDC電機控制器的性能,如采用先進的制程技術、優(yōu)化驅動算法等;同時通過成本優(yōu)化和普及策略,提高BLDC電機控制器的性價比,進一步推動BLDC電機市場的普及。
更有前瞻性的是,隨著國家對節(jié)能減排、智能制造等領域的支持力度持續(xù)加大,半導體器件廠商可以抓住政策機遇,加強與政府、行業(yè)協(xié)會等的合作,共同推動BLDC電機市場的發(fā)展。
結語:
BLDC電機驅動控制芯片作為BLDC電機的核心部件,其技術創(chuàng)新將推動BLDC電機技術的進一步發(fā)展和優(yōu)化。預計未來將有更多的高性能、低成本的BLDC電機驅動控制芯片問世,以滿足市場的需求。
同時,隨著國內(nèi)電機企業(yè)逐步向無刷電機等高端電機產(chǎn)品邁進,其在BLDC電機市場中的競爭力將逐漸增強。預計未來國內(nèi)企業(yè)將在BLDC電機市場中發(fā)揮更大的作用,推動市場的進一步發(fā)展。然而,隨著BLDC電機制造工藝流程日趨成熟,材料成本將成為掣肘行業(yè)發(fā)展的瓶頸。如果在成本控制上得以突破,BLDC電機未來一定會在量上面有一個大幅度的爆發(fā),在細分市場上也會有越來越更多的廠商進來,使上下游產(chǎn)業(yè)鏈能夠得到良性、協(xié)同發(fā)展。
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