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政策、市场双驱动,BLDC电机将大有可为

2021-08-31 17:30
大比特资讯
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  【哔哥哔特导读】随着国家政策推动以及市场需求增加的双向驱动,BLDC电机将广泛应用于家用电器、电动工具和新能源汽车领域。同时,随着成本降低、性能优化等因素牵动,未来BLDC电机将逐步取代有刷直流电机......

  编者按

  与其他电机相比,BLDC电机具有高效率、低噪音、多样操控、寿命长等特点,已逐渐在家用电器、电动工具等领域应用,并受到市场的广泛认可和欢迎。随着国家政策的推动和市场需求的增加,BLDC电机将迎来更大的发展空间,并逐渐融入智能生产的过程中,在设计与应用方面更为注重降本、创新概念。此外,高性能磁材的使用,也将大大地提高BLDC电机的性能和效率。

  本期《对话》栏目将以BLDC电机设计与应用为主题,邀请电机领域的磁材厂商、设备厂商以及电机本体厂商一同参与,共话BLDC电机在高性能磁材、设计和应用、市场与发展等方面的议题。

  以下是本期对话的问题导览:

  1.您认为目前BLDC电机领域遇到了哪些技术瓶颈?是否有相应的解决措施?

  2.未来,您认为BLDC电机设计的方向是什么?有哪些创新应用?

  3.据您了解,BLDC电机目前在智能生产的应用情况如何?贵公司在高性能磁材使用率方面情况如何?

  4.作为电机本体厂商,您对上游磁材厂商、设备厂商有怎样的诉求?

  5.作为电机上游设备厂商,贵公司如何看待老线设备设备故障率较高问题?是否有相应的改善建议?

  6.作为电机上游磁材厂商,关于高性能磁材的性能和涨价问题,贵公司怎么看?是否有较好的解决办法?

  7.谈谈BLDC电机未来的发展方向或市场趋势。

  “BLDC电机设计与应用”主题对话受访嘉宾:

对话|政策、市场双驱动,BLDC电机将大有可为

  1.您认为目前BLDC电机领域遇到了哪些技术瓶颈?是否有相应的解决措施?

  德昌电机干金云:从技术角度来看应该是没什么问题的,现在都已经比较成熟了。现在的瓶颈是控制器元器件太贵了,成本飞涨是个大问题,

  自芯片受到美国打压以后,芯片厂商的价钱涨得一塌糊涂。现在只能说国产芯片能够尽快地推出来,这样才能够使情况改变。

  深圳拓邦曾伟全:因为功率差异分很多等级,但是真正在控制逻辑或者拓扑上差异并不是特别大。目前相对来说,BLDC电机技术已经比较成熟了,但BLDC电机的驱动存在很高的难度。

  威灵电机万智宇:目前来说,BLDC电机没有什么技术上的瓶颈,反而现在缺货是比较大的瓶颈。

  中际电工唐兴:现在我们基本上都能满足客户的一些特殊需求。也是因为BLDC电机的设备本身就是一个非标的设备,我们都是根据客户的个性化要求来定制的。

  诚扬机械邓子琪:技术瓶颈暂时没有。因为我们遇到的情况一般客户是可以去调节的,比如客户分析的产品槽口不够的情况,我们可以告诉他变化方案。虽然可能有些达不到的情况,但可以相互做一些配合修改之类的工作。

  友贸电机张天刚:这个新产品不断地在研发,随着市场的需求,一定会有取得一些瓶颈。因为每个公司或每个人处理的不同行业都不一样,大家的情况不尽相同。我目前遇到的情况就是有无刷当中的一些普通的无刷到伺服电机的转换过程中监测的控制系统的设计和研发。现在每个国家都在尽力地研发完善它,但是存在一些控制系统的不足,这是比较大的挑战。

  这些都是属于前沿性的,大家都在探索,只是说在以前的基础之上,再不断尝试用一些新方法去完善。

  凯邦电机赵鹏飞:也是有的,主要体现在大力低转速以及高转速,高功率。出现这两个问题,第一个主要是8级、10级的电机,像在工业产品上面,它要求的输出转矩很大,但它的转速低于普通转速。目前国内少数几个厂家做非标的才能做,甚至于国内代理的方案很多用一个伺服马达来做,但还是不能够满足尺寸的要求。往往这些电机要求是扁平型的,所以按国内的思路来说,可能增加体积,但是跟国外的一些安装尺寸匹配不上。

  另外一个体现在超高精密机械里的高转速。因为传统的直流电机没有这样的高速运转能力,尺寸就被限制住了,再往上加铜,加铁也是可以的,但主要是现在定转子,国内目前很少有开这么大的。

  相应的解决措施是有的。因为国外一直有这方面的成熟技术,我们慢慢都在引进。只是说投入和客户的产出比能不能对等。如果有好的客户,有一个共同成长的环境,那么企业是可以投钱去做这个事情的。

  2.未来,您认为BLDC电机设计的方向是什么?有哪些创新应用?

  德昌电机干金云:一般来说,BLDC电机以后都是朝着正弦控制去做,因为这对转速平稳性、震动噪音方面都会有很大的改善。未来大部分的BLDC电机都能替代一些比较低端的应用,但相对来说,BLDC电机比较贵,在成本考虑上不太合算。

  深圳拓邦曾伟全:对于电机设计,考虑到电机在各种转速下的共振、能耗和发热解决等方面应该会越来越优化,我认为成本下行肯定是大势所趋。

  应用上,我认为BLDC电机会取代曾经的异步电机。用到电机的行业,比如早期的水泵,气泵等各方面的应用,都会慢慢过渡到BLDC永磁同步电机。因为一个是成本差距确实已经缩小,另一个是驱动控制的成本其实也在下降。以前一整套方案加上电机可能价格比较昂贵,但现在已经慢慢走向大众化,所以在曾经很多没有用过BLDC电机领域,可能都会尝试着应用起来。

  威灵电机万智宇:未来电机设计会往更高功率密度方向发展。

  凯邦电机赵鹏飞:BLDC电机首先一定要把整体的成本打下来。因为在智能跟成本之间,贵的是整机空调、冰箱、洗衣机,老百姓和电商是不愿意接受。即使有一个占领技术的高地,但是大家的生活成本本质上还是不想增加的。所以这就要求电机不断地去做优化,去做设计上的工艺,从采购端去降本。比如说成本控制上,芯片能不能够换一个通用的芯片,外电机的控制板能不能转移到空调的主控板上去。

  创新应用上,我认为电机会在调速和驱动上会更智能化,整机噪音转速的切换以及高转速的提速都会很好,但是在更高功率的方向上,可能需要在我们的模具和齿形上去突破了。

  诚扬机械邓子琪:因为每个行业的产品设计范围也是很广的,不是说局限于某一个。BLDC电机设计可能会结合电机性能,选排序列以及选材、成本等方面综合设计。

  创新方面,像绕线机器以前对排线方面没有这么严格,客户给到我们排线方面也没那么严格,但是现在慢慢地会把排线要求比较严格,朝着特别的精密和不乱的方向去走。

  中际电工唐兴:未来,BLDC电机的工艺密度肯定更高一些,然后原材料也有可能会使用铝线等。除了这些方面,再往下扩展的话,可能就是控制方面了。

  我们是这个行业标杆型的领军企业,现在是一直在创新。创新是我们公司每年的规划当中的重点工作,这一块我对其他的不太清楚,反正相对来说,我们这部分现在还处在一个保密阶段。

  合力士廖建勇:因为我们目前在新能源汽车领域生产比较多。从2020年以后,为了提高电机的性能,我们把整个电机设计做成分块式。我觉得未来汽车领域电机分块式会很大部分取代整体式的。由于铜线增多,电机性能优势更大,设备投入成本也会相应增多,但是这个趋势现在已经越来越明显,除了新能源汽车,家电领域也可以应用。

  3.据您了解,BLDC电机目前在智能生产的应用情况如何?贵公司在高性能磁材使用率方面情况如何?

  德昌电机干金云:这方面没多少关注,应该许多地方都在用,毕竟永磁电机体积重量方面比较小,这是它最大的优势。现在来说,我们公司现在绝大部分都是用稀土磁铁,对高性能磁材的使用率也比较高,但在一些汽车上,许多小的电机还是用TNT比较多,因为它相对来说比较便宜。

  深圳拓邦曾伟全:它其实跟其他类的控制板一样,随着订单量的增加和批量的稳定性,它的整个生产工艺会慢慢地往智能制造方面匹配。所以应用跟大多数的产品一样,当产品量足够大,足够稳定的时候,它的智能制造程度就越高。

  公司现在BLDC电机的应用,不管是电机开发,还是驱动开发,以及两方面的订单情况和销量情况,目前都是呈上升趋势。因为公司电机制造本身也做一些高端电机,比如空心杯电机等,它们对磁材要求还是蛮高的,所以所用的高性能磁材比较多。

  凯邦电机赵鹏飞:目前格力、美的、长虹和海信等家电大厂都要求大力去推智能变频电器,所以我们也在拼命地扩大BLDC电机的产能。

  目前普通的内机,我们都是用塑磁材料,然后塑磁的外机上,一般用的是铁氧体的高性能材料。如果性能还不够,就会用钕铁硼,这方面的比例差不多是60%和40%。

  金龙机电范国友:目前我们电机的部分现在慢慢引入一些自动化来生产,以喷雾式代替原始的上漆式生产。它的性能会相对稳定。如果过程中会出现性能上的问题,通常我们会跟对应的研发和负责工艺的人员进行互动。

  高性能磁材方面,我们有用到R10K,目前R12K用得会比较多一点,R15K用得很少。现在开始陆陆续续使用R15K,只是有些特殊机种才会用到15K。

  诚扬机械邓子琪:智能生产应用的就比较广泛了,像空调、洗衣机、冰箱等家用电器里面都在慢慢地转型使用BLDC电机。然后像电动牙刷,以前是有刷,现在慢慢也是转型到BLDC电机。

  中际电工唐兴:现在所有的电机厂,BLDC电机一般在空调上用得比较多,冰箱用得相对要小一些,主要方向基本上是在向BLDC电机切换。

  在高性能磁材的使用方面,我们公司使用的所有零部件基本上都是国内国际的一线品牌,国内的现在相对来说使用的还会很少。像电器,我们基本上主要采用的是日系三菱。欧系西门子,其他品牌,我们可能都很少用到。高性能磁材的使用率基本在80%以上。

  友贸电机张天刚:根据行业的区别,现在随着中国市场,尤其BLDC电机出来以后,带给中国制造量的增长。不同的无刷电机,由于它的精度和特性决定使用的场合不一样,大部分用在一些消费类的领域,在智能制造或以及工业类等方面还是比较少,目前市场还没有达到一个量。像一些控制类的机器设备或工业类的自动化设备上参与的就很少,目前还被一些世界级的大牌子垄断着,没有得到一些新生力量的介入。

  在高性能磁材使用率方面,今年不光是我们公司,在整个电机行业内,主要涉及无刷电机的制造企业的采购量都在大幅度的增加,都比往年翻了倍,甚至最少增加50%,是不错的。不仅高性能磁材的使用大幅增加,包括普通的磁材也在增加,因为产能增加,它的用量也在增加。这个是随着市场的波动,今年运行影响的产生对中国市场的一个引申。

  合力士廖建勇:因为BLDC电机的性能优势很多,目前在新能源汽车、白色家电、电动工具等领域,BLDC电机用量已经快速地起来,实现快速切换。未来,BLDC电机的用量应该是很大的。

  实际上,现在很多的电机要求比较高的话,基本都是用稀土金属钕铁硼。如果对性能要求不是特别高,肯定就用更常规的烧结。我们现在做汽车上以及一些带上家电的实验机,很多都是使用钕铁硼磁性材料。现在我们所接触的BLDC电机基本上百分之八九十使用的都是高性能磁材。

  4.作为电机本体厂商,您对上游磁材厂商、设备厂商有什么诉求?

  德昌电机干金云:设备方面,现在定期的老线设备是大家比较关注的。因为做完电器,槽开多少大以后,尽可能的拿老线满一点。原来那些自动的老线机,槽里面的槽满率不高。现在有一些新推出的设备在这方面有改善。

  在磁材方面,取决于做出来磁铁要性能稳定。不要同一个规格的磁材偏差很大,这对我们做产品来说是很头疼的。

  金龙机电范国友:我们当然希望原厂商的磁材产品性能要非常的稳定。因为我们发现主机之间差异非常大,在做品质管控时就会有很大困难。在设备方面,有一些老线的设备平常故障率还蛮高的,要找厂商来协商。

  凯邦电机赵鹏飞:因为钕铁硼太贵了,然后铁氧体稍微还可以,但这几年的涨价幅度特别大,所以也希望能够多推出好一点的材料,把成本降下来。

  友贸电机张天刚:不是很明显,大家双方都是互赢互利,目前没有这个状态。像前几年一样没有大的变化,还是蛮好的。

对话|政策、市场双驱动,BLDC电机将大有可为

  5.作为电机上游设备厂商,贵公司如何看待老线设备设备故障率较高问题?是否有相应的改善建议?

  诚扬机械邓子琪:故障率肯定跟生产设备和品质都有关系的,以及技术的调试经验有关系。说任何设备的故障率高肯定是不认同的。

  如果是单机单用的一个产品几乎没有故障,但是如果它有多款产品需要去换膜使用,对于调试和技术人员的要求确实是特别高。如果说工作人员的技术经验不成熟,没有学到一定的程度,让他去调试这个设备,确实会存在精度调试没到位,会导致机器故障,或者说导致机器撞击,影响到里面硬件东西等情况。

  张力机电周锡锋:设备故障率高的原因是多种的,我认为厂商可以跟同行做一下比较,看看是不是故障率有那么高。如果是按正常的故障率,大家都是能接受的。如果不能接受,要么就是设备有问题,要么产品是有问题。

  中际电工唐兴:可能是国内的这些企业多数都是模仿日系企业,像我们的卧式电机现在都属于一种高端机,他们基本上是模仿不了,主要还是模仿水平不到位的原因。

  合力士廖建勇:从最底层来说,因为它里面牵涉到很多基础性的工艺沉淀,现在市面上做自动化设备组装的,做不了电机,只能够做比较简单的电机设备。因为电机是属于专业设备,有很多专业性的东西需要靠时间去积累沉淀才能够去做的。

  第二个原因是在做整个设备的时候,有些模具设计是很有讲究的,现在已经慢慢地越来越好了。但是太多人以前都没有沉淀去做这个事情,肯定很容易出问题,还有对整个控制系统也要有正确的认知。

  出现这种问题的话,首先一定要去了解整线的工艺,一定要对绕线基本性的常识了解。如果不了解,只是把它当成一个组装设备来做的话,我觉得这个是有问题的。

  6.作为电机上游磁材厂商,关于高性能磁材的性能和涨价问题,贵公司怎么看?是否有较好的解决办法?

  航天磁电宋清金:目前来说,可能有些磁材在国内确实还不算是特别稳定。磁材选用上要去看看它有什么性能,它对家用电器、电动工具等产品满足什么需求等。然后设计的问题是一个矛盾体,所以需要在材料配方里还是要有点不一样的东西。

  我们现在也是非常头痛。今年我们对整个客户已经涨了三轮的价格,现在还继续调,为什么?因为我们的材料价格已经翻了4倍了,我们肯定要转移过去。目前来讲,材料价格涨幅在这两个月已经比较稳定,现在基本上铁红大概在1万出头一吨,然后他是22,000一吨的情况。如果要回到之前的稍微比较正常的价格是不可能了。

  成都银河何金洲:是这样,因为BLDC电机的量很大,对性能的要求很高。这可能有两个方面,第一个,它不是某一个体系的性能稳定,它是全部的一年那么大量,哪里可能要非常稳定,这对企业大规模的产品生产和品质管控水平要求是很高的,特别对量很大的电机。另一方面,可能很多企业接触这种大应用的情况比较少,在国内经营上有些不足,因为我们原来做的产品是所有行业里面的量是最大的,大概是在这方面情况还不够好。目前主要是BLDC电机的运用范围是很宽的,现在的汽车、家电的用量都非常大,我们目前的市场也还是在一些量很大的行业应用上。

  现在市场涨价的话主要还是原材料的出口,因为从去年开始到现在系统一直涨价,幅度非常很大,现在价格还是处于一个高位。高性能磁材在 BLDC电机和伺服电机是占比较大的比重,基本上差不多占到1/4,所以说影响很大。

  目前的情况,BLDC电机有其他的磁材替代还比较困难,因为从产业化的角度,他们价格很便宜,能够达到性能要求,还没有出现这种产品。

  中钢天源王立异:成本涨价要通过下游来消化,要有一个长期的接受过程,短期内上游厂商有库存的可以支持一下下游厂商,涨价都快一年半了,大家都随行就市。

  用其他磁材替代这种行业颠覆性的问题,我觉得一时半会是肯定解决不了的。因为现在大宗原材料都在涨,也不是某一个材料在涨,如果某一个材料在涨的话,你可以替换成其他的磁性材料。但是整个综合成本还是低的,现在如果要开发一个新的领域出来代替它,我觉得应该短时间内解决不了。

  磁材性能稳定性方面,我觉得选择供应商很重要。我们做生意从来不贪心,质量有问题的话,没办法合作。

  同创强磁张子霞:高性能磁材性能不稳定可能有很多种因素,主要有两个因素,一个是磁钢的尺寸大小会有不一致。如果产品越小,它波动就会越大;如果产品很大,它在这个过程中,公差范围就偏得很小了,这样重量的比例会在一个很细小的范围内波动。第二,它本身磁钢内部的磁性密度是有一定的范围。波动范围有时候在不同批次之间,有些偏上线,有些偏下线,如果这两个因素同时叠加,它就会导致磁钢的磁性能在个人使用过程中会有时偏高一点,有时偏低一点,都是有可能会存在的。还有生产过程中,任何产品都一样的,材料稳定性都会有一定的波动性。

  很多不同的厂家遇到这种问题,说明在实际过程中是很难避免的,只能说尽可能减少在生产过程控制和检验控制两方面的风险。

  总体来讲,涨价有两种因素,一种电机里面用的很多大宗材料涨价,或者说原材料是来自于国外,属于输入型通胀。针对大宗材料和磁性材料,我觉得主要的因素跟国外其实影响不大,主要是随着大宗商品国家政策变化,再加上中间商的炒作而导致的稀土原材料在上涨。我相信它可能会比较快速回落的。

  7.谈谈BLDC电机未来的发展方向或市场趋势。

  深圳拓邦曾伟全:现在很多小型电机都在逐步用BLDC电机替代,它的整体趋势应该是一个快速取代传统异步电机的过程。

  因为BLDC电机的制造工艺流程慢慢成熟,成本可能更多的区别在磁性材料或者是永磁体方面。另外是现在很多小型化的BLDC电机驱动也是做得非常极致,大量的方案商在提供对应的解决方案。毋庸置疑,除非一些很特殊的场景应用不上,未来在电机领域肯定是BLDC电机的天下了。

  凯邦电机赵鹏飞:BLDC电机未来一定会在量上面有一个大幅度的爆发,同时在细分市场上也会有越来越更多的厂商进来;在上游客户上,他们也可以更多的选择。然后软件的技术员会越来越重要,因为光懂得自己的马达还没有用,还要能够跟客户的组合程序去对接。

  张力机电周锡锋:BLDC电机的发展趋势,跟目前接下来的电机效率趋势相关。中国发展到现在,真正的改革开放高速发展期就是2000年到2020年。由于芯片技术的提升,使得家用电器、汽车等行业发生变化,这些产业链越来越成熟,我估计到目前BLDC电机可以做到90%以上的效率,并且加上新能源汽车上面越用的越来越多,产业链都是呈增长趋势。BLDC电机发展趋势肯定是好的。我个人认为,未来越来越多BLDC电机会取代以前的有刷电机,估计到2025年市场会有三倍左右的增加。

  诚扬机械邓子琪:我们从2005年就开始做BLDC电机,可能一开始有刷的市场确实比较明显,但是最近几年确实无刷市场确实比较大。为什么呢?第一个是BLDC电机会比较环保,这也是现在有刷慢慢想无刷转型的原因,然后是有刷的使用寿命非常长,所以未来的家用电器,工业电机,电动工具,以及航空航模都会用到BLDC电机。

  航天磁电宋清金:BLDC电机代表未来的方向。有刷电机可能会慢慢转向无刷直流电机。因为它一个是环保,然后是稳定,还有一个是它的能效比较低。

  中际电工唐兴:我们现在的电机基本上都要走BLDC电机。因为国家能源能效政策已经出台,BLDC电机为适应国家的新能效政策比较有优势。另外变压器电机还有一个特点,因为它直接绕到铁芯上也做一个定制,它的端部尺寸和用铜量非常小。整体来说,这对设备要求也不是那么高,但整个电机的工艺难度降低,反而对设备的要求增高了。

  友贸电机张天刚:从近期和远期两方面来看,近期无论社会在怎么变化,首先当前正在使用的还是以有刷电机占主导地位,然后BLDC电机只是说在一些局部的行业得到了市场的认可和消费者的接受,但它占的量还是比较少。因为它的费用是大幅度的增加,接受度受限。

  现在高质量无刷直流电机的引入,需要整个市场更大的包容性和它本身满足具备的条件才可以,但是现在还不具备。这主要还是来源于两个方面,一个是成本,在当前的中国和其他国外行业内都很关注这一块。第二个,从精度方面来讲,中国制造的无刷电机跟国外一些老牌的品牌比起来差距还是很大,所以让客户使用起来不那么放心。

  合力士廖建勇:因为随着5G的发展,整个电机的量肯定是在放大,而且这两年的增量都是很大。因为从2012年,我们开始做整个BLDC电机的绕线,真正的需求量是在2016年,到了2018年以后,这个量已经慢慢地出现爬坡,有比较快的增长。特别这两年,整个市场就起来了。

  目前BLDC电机在新能源汽车、高端的家电、电动工具以及办公用品等应用上都有上升的趋势,所以BLDC电机的市场是有非常好的发展前景。

  同创强磁张子霞:随着国家目前都在推行各方面的节能改造,BLDC电机发展是一个不可逆转的趋势。而我们的产品刚好就非常契合,做节能的东西都要用,所以说大趋势往这个方向走,我觉得是没有问题的。

  从未来节能环保趋势来看,不管是BLDC电机,还是各种家用电器,电动汽车等领域都有潜在的增长趋势。对磁性材料来说,我个人还是比较看好的。

  结语

  制造和设计方面,相对于其他电机,BLDC电机对于原材料、制造工艺比一般电机的要求高很多,比如说物理位置的精度和安装结构等方面。虽然现在慢慢形成了一整套针对 BLDC电机特有的生产验证流程,但是BLDC电机在驱动设计,制造和功能检测验证等方面提出了很多新的要求。

  目前,随着产能的增加,BLDC电机在铁氧体、钕铁硼等高性能磁材方面的使用量也在逐渐增加,部分企业的使用率基本上已经在60%以上。此外,BLDC电机也正逐步摄入消费类设备和工业类设备的智能生产中。

  创新应用方面,BLDC电机本身符合能耗标准,另外在控制经营、转速变化方面都有优势。随着国家节能环保相关政策的推动、市场用量的增加,BLDC电机将会逐步取代有刷直流电机,不仅在电动工具、家用电器等领域广泛应用,而且在新能源汽车领域也将大有可为。

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