无刷直驱电机

2022年8月，工信部等五部门发文《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划的通知》，明确提出了电机产业绿色低碳革命的关键发展方向，其中包括重点发展2级及以上能效电机、直驱与集成式永磁/磁阻电驱动系统、超高效大转矩机电系统总成、智能电机、微电网与第三代半导体变频供电的高效电机系统及电驱动装备。在众多电机技术之中，无刷直驱电机成为了最受瞩目的焦点。

我们知道传统电机需要机械传动装置连接负载，如齿轮和皮带。在这个过程中，从机械角度上就已经增加了存在间隙、弹性变形、摩擦阻尼等等因素的可能性，从而造成设备刚性、响应特性的降低与损失。这些缺点能被直驱电机完美消化。直驱电机的工作原理是通过电子控制器控制电流，使永磁体在电机中旋转，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，动态地调整电流和电压，以保证电机的平稳运转和高效转换电能为机械能。因为直驱电机不需要传统电机中的齿轮传动，直接驱动转子，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，比传统电机的60-70%效率更高；

(资料图)

· 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，无刷直流电机节能效果好；

· 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。

长锦成宠物机器人直驱电机解决方案

KY01是一款应用于宠物机器人的无刷直驱电机平台，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）。

图一为长锦成直驱电机的齿槽转矩仿真图。电机齿槽转矩是电机的重要性能参数之一，直接影响电机的输出功率和效率。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。

图二为长锦成直驱电机反电动势仿真图。在宠物机器人应用中，反电动势可以被利用。例如在电机制动时，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。

开关磁阻电机

电机能效提升计划（2021-2023年）”发布啦，其中有个重点任务就是拓展高效节能电机产业链，加快高效节能电机的推广应用。当工程师们开始思考电机结构的绿色升级时，他们发现可以用开关磁阻电机来代替永磁电机，从而创造出一款无需使用永磁体、减少稀土材料消耗的新型电机。

开关磁阻电机最大的特点是采用了磁阻转矩产生原理，无需永磁体或电磁体即可产生转矩。由于它的转速与电压、负载无关，转矩平稳，因此它被广泛应用于各种需要精确控制转速的场合，比如工业机器人、医疗设备等。

开关磁阻电机带来了其他类型电机所没有的多种优势：

1. 环保低噪音：开关磁阻电机不需要使用稀土永磁材料，不会产生有害物质，同时噪音也比传统电机更低，对环境和人体健康更加友好；

2. 电子可控性：开关磁阻电机可以通过电子调节实现转矩和速度的精确控制，具有更好的控制性能和灵活性；

3. 无刷设计：这种设计可以减少机械磨损和能量损失，同时也减少了维护和保养的成本。这种设计可以减少机械磨损和能量损失，同时也减少了维护和保养的成本；

4. 高速度范围和高精度控制：这使得它在一些高速、高精度的应用领域中表现得更为出色，如航空航天、机器人等领域；

5. 磁场对称性：开关磁阻电机的磁场分布非常对称，不会产生任何死区和不稳定性，可以实现更平稳的运行。

在家电领域，开关磁阻电机的应用可以实现更加精准的控制，节约能源。它已被广泛应用于制造洗衣机、烘干机、空调、冰箱、烤箱等产品中，其中空调和洗衣机应用最为广泛。例如，空调中的压缩机和风机，以及冰箱中的压缩机都采用了开关磁阻电机技术。除此之外，开关磁阻电机还可以用于汽车发动机的控制，提高汽车的动力性能和燃油经济性；在工业机器上，它也可以用于精确的定位和控制，提高机器的运行效率。总之，开关磁阻电机的创新不仅为我们的生活带来了更多便利，也推动了国家碳达峰碳中和的发展目标。

然而，尽管开关磁阻电机具有节能、起动转矩大、系统调控性好等优点，但其尚未得到大范围应用。主要原因是由于它的制造成本较高、技术门槛较高（例如转矩控制技术）、安装和维护也比较复杂，使得其在大范围应用中有很大的限制。此外，开关磁阻电机的结构复杂，无法满足大型电机的需求，也是它没有被广泛应用的原因之一。

长锦成智能烹饪机开关磁阻电机解决方案

目前开关磁阻电机在国外被大规模应用小家电，譬如厨师机、破壁机、洗衣机和真空吸尘器等，而在国内缺少有用武之地。长锦成的研发团队率先在国内运用开关磁阻电机技术，并采用特殊材料，集大成的电机控制策略以及铁芯制造、电机装配等制造工艺，让客户的智能烹饪机（又称智能厨师机、智能和面机）在市场上拔新领异。

长锦成开关磁阻电机应用与智能烹饪机的优势：

1. 烹饪机电机输出功率达到1500W,极大的工作转速（100~14000rpm）和输出扭矩区间（0.1~2.6Nm）可以覆盖高速破壁、低速揉面、蔬菜切片等多种应用场景，丰富的烹饪机的功能，实现一机多用，做到极大减少厨房机器数量。

2. 电机采用大直径、轴向尺寸短的扁平化结构设计，使得电机重心集中的整机底部，重心稳定，运行更加平稳；

3. 电机采用扁平化设计，使得转子外径更大，提高转子的转动惯量，电机带载能力得到提升；

4. 电机采用IPM转子结构，在永磁体产出的扭矩同时也利用到磁阻扭矩（提高到1.2倍），另外设计上提高反电势，满足低速大扭矩的要求，使得低速段输出平稳波动小。

5. 电机在磁路设计上，可弱磁特性得到极大提升，结合电机驱动器的FOC算法和弱磁控制，让电机的最高转速远高于额定转速，使得电机在高速14000rpm的工作点同意达到性能要求；

6. 电机采用多槽极数分数槽（12P18S）设计。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；

7. 转子永磁体使用高性能稀土磁铁，极大的提升的电机功率密度，使得整机体积和效率都得到优化。

未来，开关磁阻电机的发展趋势有以下几个方面：首先，开关磁阻电机将更广泛地应用于各种领域。目前，其已被应用于汽车、家电、工业机械等领域，未来还有望应用于航空航天、新能源等领域。其次，开关磁阻电机将越来越高效。随着电子技术的不断进步，电机控制的精度和自动化程度将不断提高，从而提高电机的效率。最后，开关磁阻电机将越来越环保。在国家大力规范下，环保性成为电机行业一个重要的发展因素。开关磁阻电机具有低噪音、低污染等特点，未来将更加受到重视。

长锦成是一家专注于家电领域集成微电机及总体解决方案设计的高新技术企业。

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