电子发烧友网报道（文/李宁远）电机作为工业生产的核心，被广泛应用于各种机械设备中用于提供动力。毫不夸张地说，绝大部分能动起来的产品里都有着电机相关的应用。从传统的风机、水泵、电动工具，到新兴的机器人、电动汽车等领域，这些行业的发展与电机应用的发展息息相关。 在过去的一年中，不少推动行业发展的电机应用一直都保持着相当高的热度，如人形机器人中灵巧手核心空心杯电机、XR设备必不可少的微特电机以及年末小米发布的高压高转速超级电机系列等等。回首这些推动行业发展的电机应用上，我们也得以窥见未来电机本体、电机控制、电机驱动的发展趋势。 电机本体发展趋势：向高能效与智能化两大方向持续迭代 电机的发展历程和能效升级密切相关，近年来，全球的相关环保政策均为提高电机的效能指出了明确的政策导向，而且随着各国更加严格的能效标准的推出，电机的效率必须提升，高能效已经成为各个电机应用领域的核心发展目标。 因此，电机行业也在加快现有生产装备的节能改造，推广高效绿色生产工艺，开发新一代节能电机、电机系统及控制产品、测试设备等。完善电动机及系统技术标准体系，着力提升电机及系统产品的核心竞争力。 由于高能效的推进，市场也更加偏向于采用BLDC/PMSM等高效的电机方案，而且受益于高能效电机控制电子设备的成本急剧下降以及新的控制算法激增，BLDC/PMSM等高效的电机方案在工业、家电、汽车等领域越来越普及。 制造和控制BLDC/PMSM电机的成本继续下降，并且会有越来越多的应用选择BLDC/PMSM电机，特别是对于可靠性和电磁兼容性要求更高的应用尤其如此，电机高能效发展是大势所趋。 智能化是现在很多领域都在说的概念，具体到电机应用领域智能化应该实现怎样的具体目标呢？目前国内外先进的电机系统已集成了诊断、保护等多种功能，可实现电机系统的自我诊断、自我保护、自我调速、远程控制等，这其实就是一部分智能化的体现。 随着电机技术向智能化方向发展，通过更多传感器的加入，扩展整个电机系统的感知范围，并加入AI算法等手段来实现智能的电机控制。电机系统智能化能对电机运行过程中的各种数据进行采集和处理，并根据当前的运行情况对电机运行参数进行相应调整，将会极大地提高电机的运行效率和稳定性，从而更好地满足未来各种场景的需求。 目前，许多领域对电机的体积和重量提出了更高的要求，未来的电机也将会朝着轻量化小型化的方向发展，通过更加科学地设计和优化，实现电机的减重和体积缩小。这不仅能够降低电机的能耗和成本，同时也能够更好地适应各种工作环境和应用场景。 此外，无刷化、直驱化还有机电一体化也都是未来电机会持续演进的重要发展方向。 电机控制发展趋势：高水平集成提高系统效率，主控算力需求提升 电机行业的发展，需要电机供应商和上游半导体厂商、材料厂商的共同努力，近几年我们也的确看到随着半导体技术的发展、MCU与驱动组件的普及，使得高能效电机的总体成本降低了很多，再加上永磁新材料、自动控制技术，电力电子技术，特别是大功率开关器件的发展，以及高压、高速电机制造技术的提升，高能效电机得以快速发展。 单从高能效电机控制方案来说， 芯片采购平台高能效电机的控制解决方案包括有传感器和无传感器的梯形算法，正弦和磁场定向。有传感器解决方案成本低和易于换向，而无传感器解决方案能够节省电路板空间，并通过消除传感器故障风险来提高系统的稳定性。正弦波控制和FOC效率更高已经取代了很多梯形波控制，尤其是FOC带来的更高的转矩和电机效率以及更低的噪音和转矩脉动，已经成为未来高能效电机控制方案的确定趋势。 回到硬件层面，控制IC和驱动IC有一个共同发展的趋势那就是不约而同地往集成化方向转变，而且还是在高水平下实现控制和驱动的集成。从市面上控制IC厂商提供的产品来看，其控制IC产品中集成了越来越多的模拟和功率器件，不少针对电机应用的MCU厂商将栅极驱动器，甚至将后面的驱动电路也集成封装在一起了。 高水平集成带来的更小的控制板、更为优化的设计大大减少了电机系统中的IC数量，降低系统对于各种资源的需求，同时也能帮助电机本体实现小型紧凑的设计。 为了更方便执行电机控制算法，不少控制IC厂商还将算法也硬件化在MCU当中，从而让下游开发更加简单，BOM成本更低。内环代码通过原厂这样的算法硬件化设计可以执行更快，而且减少了对控制资源的需求。 为了电机实现更高的控制精度、更高的控制效率、更低的噪音和电机抖动，以及随着电机更多智能化功能的引入，电机控制对更快的指令响应时间和更优异的高频扰动抑制能力的需求也在提升，因此我们也看到现在不少厂商正大力推进更高主频或者双核来增强主控算力，提高代码执行效率。这样的方案也解决了电机控制性能上的限制，而且契合现在电机多核驱控一体的发展趋势。 电机驱动发展趋势：多功能集成提高效率优势，第三代功率器件为高效电机驱动赋能 从器件集成度的角度来讲，现在驱动方案有很多，有分立的功率管，也有集成的模块，有无需MCU参与的独立驱动方案，也有完全集成了控制器、驱动和功率管的SoC方案，分别适用于不同的应用场景。每种电机方案都可以根据功率水平、架构、电机控制类型、接口和集成要求进行选择。 就像上面说到控制IC在往高集成度方向走，众多驱动IC也在将一些逻辑控制功能集成进了原来的驱动IC当中，通过功能集成可以减少电机系统中所需的IC数量，这样可以降低电机系统对于各种资源的需求，减少电流消耗，从而直接提高系统效率。 在小封装内集成了众多保护和诊断功能的高低边开关和功率器件栅极驱动，既紧凑、轻量，又功率高效。 对于电机驱动器来说，这种高集成度消除了在电机系统中实施时所需的验证工艺角，能够实现系统的进一步优化。未来电机驱动器还会通过集成更多MCU中的功能，带来更多电机驱动上的创新。 功率器件的选择对电机驱动来说也是至关重要的，高散热小型化的功率器件对电机驱动的提升是巨大的。除了传统的IPM、IGBT产品外，GaN与SiC第三代半导体技术受到了电机控制与驱动行业的广泛关注。目前，已经有GaN和SiC的产品应用在电机驱动上了。 GaN与SiC的电机应用在提高电机效率、提升电机整体性能上已经展现出优异的特性，第三代功率器件正在加速向电机行业普及，为高能效电机赋能。 小结 电机行业的发展离不开整个产业链的努力，高能效的发展目标也离不开产业链上每个环节的技术进步。目前高能效电机的占比仍然不高，未来具有巨大的增长空间，相关高效控制驱动需求还会继续增加。

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