電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）電機作為工業(yè)生產(chǎn)的核心，被廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備中用于提供動力。毫不夸張地說，絕大部分能動起來的產(chǎn)品里都有著電機相關(guān)的應(yīng)用。從傳統(tǒng)的風機、水泵、電動工具，到新興的機器人、電動汽車等領(lǐng)域，這些行業(yè)的發(fā)展與電機應(yīng)用的發(fā)展息息相關(guān)。

在過去的一年中，不少推動行業(yè)發(fā)展的電機應(yīng)用一直都保持著相當高的熱度，如人形機器人中靈巧手核心空心杯電機、XR設(shè)備必不可少的微特電機以及年末小米發(fā)布的高壓高轉(zhuǎn)速超級電機系列等等。回首這些推動行業(yè)發(fā)展的電機應(yīng)用上，我們也得以窺見未來電機本體、電機控制、電機驅(qū)動的發(fā)展趨勢。

電機本體發(fā)展趨勢：向高能效與智能化兩大方向持續(xù)迭代

電機的發(fā)展歷程和能效升級密切相關(guān)，近年來，全球的相關(guān)環(huán)保政策均為提高電機的效能指出了明確的政策導向，而且隨著各國更加嚴格的能效標準的推出，電機的效率必須提升，高能效已經(jīng)成為各個電機應(yīng)用領(lǐng)域的核心發(fā)展目標。

因此，電機行業(yè)也在加快現(xiàn)有生產(chǎn)裝備的節(jié)能改造，推廣高效綠色生產(chǎn)工藝，開發(fā)新一代節(jié)能電機、電機系統(tǒng)及控制產(chǎn)品、測試設(shè)備等。完善電動機及系統(tǒng)技術(shù)標準體系，著力提升電機及系統(tǒng)產(chǎn)品的核心競爭力。

由于高能效的推進，市場也更加偏向于采用BLDC/PMSM等高效的電機方案，而且受益于高能效電機控制電子設(shè)備的成本急劇下降以及新的控制算法激增，BLDC/PMSM等高效的電機方案在工業(yè)、家電、汽車等領(lǐng)域越來越普及。

制造和控制BLDC/PMSM電機的成本繼續(xù)下降，并且會有越來越多的應(yīng)用選擇BLDC/PMSM電機，特別是對于可靠性和電磁兼容性要求更高的應(yīng)用尤其如此，電機高能效發(fā)展是大勢所趨。

智能化是現(xiàn)在很多領(lǐng)域都在說的概念，具體到電機應(yīng)用領(lǐng)域智能化應(yīng)該實現(xiàn)怎樣的具體目標呢？目前國內(nèi)外先進的電機系統(tǒng)已集成了診斷、保護等多種功能，可實現(xiàn)電機系統(tǒng)的自我診斷、自我保護、自我調(diào)速、遠程控制等，這其實就是一部分智能化的體現(xiàn)。

隨著電機技術(shù)向智能化方向發(fā)展，通過更多傳感器的加入，擴展整個電機系統(tǒng)的感知范圍，并加入AI算法等手段來實現(xiàn)智能的電機控制。電機系統(tǒng)智能化能對電機運行過程中的各種數(shù)據(jù)進行采集和處理，并根據(jù)當前的運行情況對電機運行參數(shù)進行相應(yīng)調(diào)整，將會極大地提高電機的運行效率和穩(wěn)定性，從而更好地滿足未來各種場景的需求。

目前，許多領(lǐng)域?qū)﹄姍C的體積和重量提出了更高的要求，未來的電機也將會朝著輕量化小型化的方向發(fā)展，通過更加科學地設(shè)計和優(yōu)化，實現(xiàn)電機的減重和體積縮小。這不僅能夠降低電機的能耗和成本，同時也能夠更好地適應(yīng)各種工作環(huán)境和應(yīng)用場景。

此外，無刷化、直驅(qū)化還有機電一體化也都是未來電機會持續(xù)演進的重要發(fā)展方向。

電機控制發(fā)展趨勢：高水平集成提高系統(tǒng)效率，主控算力需求提升

電機行業(yè)的發(fā)展，需要電機供應(yīng)商和上游半導體廠商、材料廠商的共同努力，近幾年我們也的確看到隨著半導體技術(shù)的發(fā)展、MCU與驅(qū)動組件的普及，使得高能效電機的總體成本降低了很多，再加上永磁新材料、自動控制技術(shù)，電力電子技術(shù)，特別是大功率開關(guān)器件的發(fā)展，以及高壓、高速電機制造技術(shù)的提升，高能效電機得以快速發(fā)展。

單從高能效電機控制方案來說，高能效電機的控制解決方案包括有傳感器和無傳感器的梯形算法，正弦和磁場定向。有傳感器解決方案成本低和易于換向，而無傳感器解決方案能夠節(jié)省電路板空間，并通過消除傳感器故障風險來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。正弦波控制和FOC效率更高已經(jīng)取代了很多梯形波控制，尤其是FOC帶來的更高的轉(zhuǎn)矩和電機效率以及更低的噪音和轉(zhuǎn)矩脈動，已經(jīng)成為未來高能效電機控制方案的確定趨勢。

回到硬件層面，控制IC和驅(qū)動IC有一個共同發(fā)展的趨勢那就是不約而同地往集成化方向轉(zhuǎn)變，而且還是在高水平下實現(xiàn)控制和驅(qū)動的集成。從市面上控制IC廠商提供的產(chǎn)品來看，其控制IC產(chǎn)品中集成了越來越多的模擬和功率器件，不少針對電機應(yīng)用的MCU廠商將柵極驅(qū)動器，甚至將后面的驅(qū)動電路也集成封裝在一起了。

高水平集成帶來的更小的控制板、更為優(yōu)化的設(shè)計大大減少了電機系統(tǒng)中的IC數(shù)量，降低系統(tǒng)對于各種資源的需求，同時也能幫助電機本體實現(xiàn)小型緊湊的設(shè)計。

為了更方便執(zhí)行電機控制算法，不少控制IC廠商還將算法也硬件化在MCU當中，從而讓下游開發(fā)更加簡單，BOM成本更低。內(nèi)環(huán)代碼通過原廠這樣的算法硬件化設(shè)計可以執(zhí)行更快，而且減少了對控制資源的需求。

為了電機實現(xiàn)更高的控制精度、更高的控制效率、更低的噪音和電機抖動，以及隨著電機更多智能化功能的引入，電機控制對更快的指令響應(yīng)時間和更優(yōu)異的高頻擾動抑制能力的需求也在提升，因此我們也看到現(xiàn)在不少廠商正大力推進更高主頻或者雙核來增強主控算力，提高代碼執(zhí)行效率。這樣的方案也解決了電機控制性能上的限制，而且契合現(xiàn)在電機多核驅(qū)控一體的發(fā)展趨勢。

電機驅(qū)動發(fā)展趨勢：多功能集成提高效率優(yōu)勢，第三代功率器件為高效電機驅(qū)動賦能

從器件集成度的角度來講，現(xiàn)在驅(qū)動方案有很多，有分立的功率管，也有集成的模塊，有無需MCU參與的獨立驅(qū)動方案，也有完全集成了控制器、驅(qū)動和功率管的SoC方案，分別適用于不同的應(yīng)用場景。每種電機方案都可以根據(jù)功率水平、架構(gòu)、電機控制類型、接口和集成要求進行選擇。

就像上面說到控制IC在往高集成度方向走，眾多驅(qū)動IC也在將一些邏輯控制功能集成進了原來的驅(qū)動IC當中，通過功能集成可以減少電機系統(tǒng)中所需的IC數(shù)量，這樣可以降低電機系統(tǒng)對于各種資源的需求，減少電流消耗，從而直接提高系統(tǒng)效率。

在小封裝內(nèi)集成了眾多保護和診斷功能的高低邊開關(guān)和功率器件柵極驅(qū)動，既緊湊、輕量，又功率高效。

對于電機驅(qū)動器來說，這種高集成度消除了在電機系統(tǒng)中實施時所需的驗證工藝角，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的進一步優(yōu)化。未來電機驅(qū)動器還會通過集成更多MCU中的功能，帶來更多電機驅(qū)動上的創(chuàng)新。

功率器件的選擇對電機驅(qū)動來說也是至關(guān)重要的，高散熱小型化的功率器件對電機驅(qū)動的提升是巨大的。除了傳統(tǒng)的IPM、IGBT產(chǎn)品外，GaN與SiC第三代半導體技術(shù)受到了電機控制與驅(qū)動行業(yè)的廣泛關(guān)注。目前，已經(jīng)有GaN和SiC的產(chǎn)品應(yīng)用在電機驅(qū)動上了。

GaN與SiC的電機應(yīng)用在提高電機效率、提升電機整體性能上已經(jīng)展現(xiàn)出優(yōu)異的特性，第三代功率器件正在加速向電機行業(yè)普及，為高能效電機賦能。

小結(jié)

電機行業(yè)的發(fā)展離不開整個產(chǎn)業(yè)鏈的努力，高能效的發(fā)展目標也離不開產(chǎn)業(yè)鏈上每個環(huán)節(jié)的技術(shù)進步。目前高能效電機的占比仍然不高，未來具有巨大的增長空間，相關(guān)高效控制驅(qū)動需求還會繼續(xù)增加。