智能家电电机创新时代，直驱电机和开关磁阻电机来助力

智能家电电机创新时代，无刷直驱电机来助力

2020版GB18613《电动机能效限定值及能效等级》推动了电机行业从技术、装备、工艺、材料上提高水平，推广新节能电机。近年来，电机行业升起了无刷直驱电机这颗冉冉新星，其应用于家电产品给消费者带来前所未有高效能低噪音的使用体验。无刷无刷直驱电机能给产品带来更好的扭矩转速特性、高速动态响应、节电率高达20-60%等。

无刷直驱电机

2022年8月，中国工业和信息化部等五个部门发布了《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划的通知》，其中明确提出“重点发展2级及以上能效的电机、直驱和集成式永磁/磁阻电驱动系统、超高效大转矩机电系统总成、智能电机、微电网和第三代半导体变频供电的高效电机系统和电驱动装备”。因此，无刷直驱电机作为电机行业实现低耗低碳革命的重要组成部分，被赋予了高效和绿色的使命。

传统电机需要使用机械传动装置（如齿轮和皮带）来连接负载，这在机械角度上增加了存在间隙、弹性变形、摩擦阻尼等因素的可能性，从而导致设备刚性、响应特性的降低和损失。这些缺点可以被无刷直驱电机完美消除。无刷直驱电机通过电子控制器控制电流，使永磁体旋转，并将功率传递到机械负载上。电子控制器会根据电机的转速和负载情况动态调整电流和电压，以保证电机的平稳运转和高效转换电能为机械能。无刷直驱电机直接驱动转子，而不需要传统电机中的齿轮传动，从而减少了机械传动的能量损失和噪音。

无刷直驱电机的优点：

·高效率：无刷直驱电机的效率能够达到90%以上，相比传统电机的60-70%效率更高；

·节能：转子上嵌有高性能永磁材料,产生用于电机做工的主磁场,电机运转时不用从电网中吸收电能励磁，无刷直驱电机节能效果好；

·低噪音：无刷直驱电机没有传统电机的机械换向结构，因此转动时噪音非常小，适合在需要低噪音环境下使用。同时，定子采用多槽结构,转子磁场与转子磁场几乎同步运转,电机运转平稳性好,震动小；

·启动转矩大：永磁转子磁场强度高,在电机启动时很小的电流就能长生足够大的转矩,这是其它任何形式的电机所不能比拟的；

·回馈性能好：转子上具有超强的磁场,在需要能量反馈的场合,如车辆新型刹车和下坡滑行时,该电动机马上变为发电机给电瓶充电,而不需要任何励磁电流,反馈性能优良；

·体积小：无刷直驱电机的结构紧凑，体积小，适合于空间有限的场合；

·成本效益：虽然直驱电机的制作成本比传统电机高，但是由于中间省去了一部分机械传动部件，也无需相关的维护，所以直驱电机具有一定的成本效益。

让我们来看看以上无刷直驱电机的优点在家电领域给消费者带来的体验：

在家电领域，采用直驱驱动技术的无刷电机为消费者带来了更高效、低噪音、高精度的使用体验。例如，直驱电机在家用洗衣机中的应用不仅可以提高洗涤效果和使用寿命，还能减少传动部件的损耗和噪音。同时，直驱电机还拥有高精度的转速控制和位置控制能力，能够实现更加精准的洗涤和脱水。海尔疯狂实验室的研究表明，内筒1:1驱动的直驱电机具有传统皮带电机12倍以上的动力。

此外，直驱电机还广泛应用于家用厨房电器，例如搅拌机、食品加工机等。这些产品需要高速、高效地完成搅拌、混合、研磨等操作，直驱电机可以提供更加精准、稳定的动力输出，同时减少传动部件的摩擦和损耗，延长产品的使用寿命。相较于传统电机，它们运转更加平稳，噪音更低，且效率更高。此外，直驱电机的设计也更加紧凑，使得这些厨房电器不仅更加高效，也更加美观。除了搅拌机和食品加工机，无刷直驱电机还被广泛应用于电饭煲、榨汁机、豆浆机等厨房电器中。

未来，直驱电机将持续发展，成为各行各业的重要动力。其中，高效化是其发展的关键之一。通过优化设计、降低损耗、提高效率等措施，直驱电机将不断提高其能源利用率。同时，为适应日益紧凑的产品设计，直驱电机还将朝着小型化方向发展，并且随着微电子技术的不断发展，直驱电机的集成化和智能化程度也将不断提高。另外，未来直驱电机还将注重环保性能的提升，以适应环保趋势的发展。例如，在新能源汽车领域，直驱电机将成为主要的动力源，帮助实现汽车零排放的目标。

长锦成电机为无刷直驱电机集能聚力， 自主研发的无刷直驱平台和关键技术的突破已为多个领域海内外客户提供适配的应用方案，本文选取三个亮点案例进行讲解。

案例一：长锦成宠物机器人无刷直驱电机应用方案

RT01是一款应用于宠物机器人的无刷无刷直驱电机平台，以下是该平台的性能特点：

１．多槽极数分数槽设计（20P24S），使得电机转矩波动得到很好的优化。同时集中绕组的方式有效减小电机电阻，提升电机效率；

２．利用磁编码器控制电机转速（数值从1rpm至1000rpm转速都能准确控制）和转子角度位置（360/1024），电机在启停和精确位置控制上达到很好的效果；

３．外转子电机结构使得电机在同体积下有更高的功率密度和输出扭矩；

４．外转子直驱，减低电机噪音，同时使整个结构更加紧凑；

５．电机可调速范围相较于减速电机提升11.5倍（由原本1~80rpm提升到1~1000rpm）。

图一为长锦成无刷直驱电机的齿槽转矩仿真图。在机器人领域，电机齿槽转矩则直接影响机器人的运动能力。电机的齿槽转矩可以帮助实现精确的机器人关节控制、姿态控制（倾斜角度）、行走控制（四足机器人的步态控制）和抓取夹合力度控制等。

图二为长锦成无刷直驱宠物机器人平台之一的反电动势仿真（BEMF）检测图。在宠物机器人应用中，反电动势除了位置检测功能，也可以被利用？BEMF是一种简单且成本较低的位置检测方式，其利用电机转子在磁场中运动产生的感应电动势来检测转子位置。那么BEMF如何被反利用呢？在电机制动时，其可以通过改变电机的电源极性，使电机产生反向的电动势，从而制动电机。此外，在一些需要精确控制转速的机器人应用中，反电动势也可以被利用为反馈信号，从而实现闭环控制。

案例二：长锦成咖啡机磨豆机无刷直驱电机应用方案

１．无刷直驱咖啡机电机采用了结构优化设计，采用外转子配置，搭配外转子位置传感器，可轻松控制速度和扭矩；

２．完全由电机本身达到磨豆需要大扭矩的输出，标称额定扭矩1.8N, 输出功率400W，电机峰值最大输出扭矩可达5Nm,700W，可以在50 ~ 2000rpm转速区间做到无极调速，对不同豆类达到不同磨粉速度和粗细的效果；

３．强大的带载启动能力和平稳的带载速度。外转子位置传感器的设计与电机控制系统配合使用，可以在任何位置实现快速大扭矩启动效果；

４．配备多种保护功能，为用户提供更加安全可靠的使用体验。其电机驱动板具有过压、欠压、过流以及卡豆堵转保护等多种功能；

５．此外，该电机还经过了多项认证，包括3C、UL等认证，证明其在EMC方面的符合相关标准，以及安全性和耐久性方面的可靠性。