智能家電電機創新時代，直驅電機和開關磁阻電機來助力

智能家電電機創新時代，無刷直驅電機來助力

2020版GB18613《電動機能效限定值及能效等級》推動了電機行業從技術、裝備、工藝、材料上提高水平，推廣新節能電機。近年來，電機行業升起了無刷直驅電機這顆冉冉新星，其應用于家電產品給消費者帶來前所未有高效能低噪音的使用體驗。無刷無刷直驅電機能給產品帶來更好的扭矩轉速特性、高速動態響應、節電率高達20-60%等。

無刷直驅電機

2022年8月，中國工業和信息化部等五個部門發布了《加快電力裝備綠色低碳創新發展行動計劃的通知》，其中明確提出“重點發展2級及以上能效的電機、直驅和集成式永磁/磁阻電驅動系統、超高效大轉矩機電系統總成、智能電機、微電網和第三代半導體變頻供電的高效電機系統和電驅動裝備”。因此，無刷直驅電機作為電機行業實現低耗低碳革命的重要組成部分，被賦予了高效和綠色的使命。

傳統電機需要使用機械傳動裝置（如齒輪和皮帶）來連接負載，這在機械角度上增加了存在間隙、彈性變形、摩擦阻尼等因素的可能性，從而導致設備剛性、響應特性的降低和損失。這些缺點可以被無刷直驅電機完美消除。無刷直驅電機通過電子控制器控制電流，使永磁體旋轉，并將功率傳遞到機械負載上。電子控制器會根據電機的轉速和負載情況動態調整電流和電壓，以保證電機的平穩運轉和高效轉換電能為機械能。無刷直驅電機直接驅動轉子，而不需要傳統電機中的齒輪傳動，從而減少了機械傳動的能量損失和噪音。

無刷直驅電機的優點：

·高效率：無刷直驅電機的效率能夠達到90%以上，相比傳統電機的60-70%效率更高；

·節能：轉子上嵌有高性能永磁材料,產生用于電機做工的主磁場,電機運轉時不用從電網中吸收電能勵磁，無刷直驅電機節能效果好；

·低噪音：無刷直驅電機沒有傳統電機的機械換向結構，因此轉動時噪音非常小，適合在需要低噪音環境下使用。同時，定子采用多槽結構,轉子磁場與轉子磁場幾乎同步運轉,電機運轉平穩性好,震動小；

·啟動轉矩大：永磁轉子磁場強度高,在電機啟動時很小的電流就能長生足夠大的轉矩,這是其它任何形式的電機所不能比擬的；

·回饋性能好：轉子上具有超強的磁場,在需要能量反饋的場合,如車輛新型剎車和下坡滑行時,該電動機馬上變為發電機給電瓶充電,而不需要任何勵磁電流,反饋性能優良；

·體積小：無刷直驅電機的結構緊湊，體積小，適合于空間有限的場合；

·成本效益：雖然直驅電機的制作成本比傳統電機高，但是由于中間省去了一部分機械傳動部件，也無需相關的維護，所以直驅電機具有一定的成本效益。

讓我們來看看以上無刷直驅電機的優點在家電領域給消費者帶來的體驗：

在家電領域，采用直驅驅動技術的無刷電機為消費者帶來了更高效、低噪音、高精度的使用體驗。例如，直驅電機在家用洗衣機中的應用不僅可以提高洗滌效果和使用壽命，還能減少傳動部件的損耗和噪音。同時，直驅電機還擁有高精度的轉速控制和位置控制能力，能夠實現更加精準的洗滌和脫水。海爾瘋狂實驗室的研究表明，內筒1:1驅動的直驅電機具有傳統皮帶電機12倍以上的動力。

此外，直驅電機還廣泛應用于家用廚房電器，例如攪拌機、食品加工機等。這些產品需要高速、高效地完成攪拌、混合、研磨等操作，直驅電機可以提供更加精準、穩定的動力輸出，同時減少傳動部件的摩擦和損耗，延長產品的使用壽命。相較于傳統電機，它們運轉更加平穩，噪音更低，且效率更高。此外，直驅電機的設計也更加緊湊，使得這些廚房電器不僅更加高效，也更加美觀。除了攪拌機和食品加工機，無刷直驅電機還被廣泛應用于電飯煲、榨汁機、豆漿機等廚房電器中。

未來，直驅電機將持續發展，成為各行各業的重要動力。其中，高效化是其發展的關鍵之一。通過優化設計、降低損耗、提高效率等措施，直驅電機將不斷提高其能源利用率。同時，為適應日益緊湊的產品設計，直驅電機還將朝著小型化方向發展，并且隨著微電子技術的不斷發展，直驅電機的集成化和智能化程度也將不斷提高。另外，未來直驅電機還將注重環保性能的提升，以適應環保趨勢的發展。例如，在新能源汽車領域，直驅電機將成為主要的動力源，幫助實現汽車零排放的目標。

長錦成電機為無刷直驅電機集能聚力， 自主研發的無刷直驅平臺和關鍵技術的突破已為多個領域海內外客戶提供適配的應用方案，本文選取三個亮點案例進行講解。

案例一：長錦成寵物機器人無刷直驅電機應用方案

RT01是一款應用于寵物機器人的無刷無刷直驅電機平臺，以下是該平臺的性能特點：

１．多槽極數分數槽設計（20P24S），使得電機轉矩波動得到很好的優化。同時集中繞組的方式有效減小電機電阻，提升電機效率；

２．利用磁編碼器控制電機轉速（數值從1rpm至1000rpm轉速都能準確控制）和轉子角度位置（360/1024），電機在啟停和精確位置控制上達到很好的效果；

３．外轉子電機結構使得電機在同體積下有更高的功率密度和輸出扭矩；

４．外轉子直驅，減低電機噪音，同時使整個結構更加緊湊；

５．電機可調速范圍相較于減速電機提升11.5倍（由原本1~80rpm提升到1~1000rpm）。

圖一為長錦成無刷直驅電機的齒槽轉矩仿真圖。在機器人領域，電機齒槽轉矩則直接影響機器人的運動能力。電機的齒槽轉矩可以幫助實現精確的機器人關節控制、姿態控制（傾斜角度）、行走控制（四足機器人的步態控制）和抓取夾合力度控制等。

圖二為長錦成無刷直驅寵物機器人平臺之一的反電動勢仿真（BEMF）檢測圖。在寵物機器人應用中，反電動勢除了位置檢測功能，也可以被利用？BEMF是一種簡單且成本較低的位置檢測方式，其利用電機轉子在磁場中運動產生的感應電動勢來檢測轉子位置。那么BEMF如何被反利用呢？在電機制動時，其可以通過改變電機的電源極性，使電機產生反向的電動勢，從而制動電機。此外，在一些需要精確控制轉速的機器人應用中，反電動勢也可以被利用為反饋信號，從而實現閉環控制。

案例二：長錦成咖啡機磨豆機無刷直驅電機應用方案

１．無刷直驅咖啡機電機采用了結構優化設計，采用外轉子配置，搭配外轉子位置傳感器，可輕松控制速度和扭矩；

２．完全由電機本身達到磨豆需要大扭矩的輸出，標稱額定扭矩1.8N, 輸出功率400W，電機峰值最大輸出扭矩可達5Nm,700W，可以在50 ~ 2000rpm轉速區間做到無極調速，對不同豆類達到不同磨粉速度和粗細的效果；

３．強大的帶載啟動能力和平穩的帶載速度。外轉子位置傳感器的設計與電機控制系統配合使用，可以在任何位置實現快速大扭矩啟動效果；

４．配備多種保護功能，為用戶提供更加安全可靠的使用體驗。其電機驅動板具有過壓、欠壓、過流以及卡豆堵轉保護等多種功能；

５．此外，該電機還經過了多項認證，包括3C、UL等認證，證明其在EMC方面的符合相關標準，以及安全性和耐久性方面的可靠性。