1 汽車BLDC 電機(jī)市場正在悄然興起

近年來，隨著汽車電子控制技術(shù)的不斷成熟，對汽車舒適性、安全性的要求也在提高，控制系統(tǒng)中用于動作執(zhí)行及行程控制的部件-車用微電機(jī)的應(yīng)用越來越廣，而無刷直流電機(jī)（BLDC）也因其更加高效低噪可靠的特性在汽車上得到廣泛的應(yīng)用，且市場成長迅速。

有刷直流電機(jī)示意圖

無刷直流電機(jī)示意圖

BLDC 相較有刷直流電機(jī)具有更快的速度、更高的效率、更低的噪音和更高的運(yùn)行可靠性，但同時也需要復(fù)雜的電子控制。在電子控制技術(shù)日趨完善的今天，無刷直流電機(jī)市場得到了迅速擴(kuò)展，除了傳統(tǒng)車燃油泵 、冷卻水泵、HVAC 鼓風(fēng)機(jī)和電子風(fēng)扇之外，尤其在自動駕駛及新能源汽車上，更是得到了廣泛應(yīng)用：如MCUEMS電池系統(tǒng)的風(fēng)冷系統(tǒng)，和水冷系統(tǒng)中的電子水泵，空調(diào)系統(tǒng)的電子壓縮機(jī)，制動助力用的電子真空泵，以及AFS、座椅調(diào)節(jié)和電動助力轉(zhuǎn)向EPS 等。

2 汽車BLDC 電機(jī)的競爭格局

從市場趨勢來看，亞洲由于日本的帶領(lǐng)而發(fā)展迅速;日本和中國是亞洲無刷電機(jī)生產(chǎn)的主要國家，日本由于其技術(shù)居前，在全球多個地區(qū)和國家都布局了無刷電機(jī)的廠商，主要生產(chǎn)高端無刷電機(jī)產(chǎn)品。中國前些年由于原材料和人力資源的優(yōu)勢，無刷電機(jī)也開始迅速發(fā)展起來，但是由于起步較晚，無刷電機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)普遍較低，所生產(chǎn)的無刷電機(jī)大多以中低端產(chǎn)品為主。隨著中國的節(jié)能電機(jī)補(bǔ)貼政策的出臺和技術(shù)的進(jìn)步，中國的無刷電機(jī)市場將會進(jìn)一步擴(kuò)大。

對于歐洲，由于起步較早，許多歐洲國家如德國、瑞士等掌握著無刷電機(jī)技術(shù)的核心技術(shù)，隨著全球市場對于高端無刷電機(jī)的需求增多，歐洲的無刷電機(jī)所占比例將會維持緩慢上升趨勢。

近年來，以博世、麥格納、大陸、德爾福等為代表的汽車零部件研發(fā)巨頭，在汽車控制電機(jī)產(chǎn)業(yè)通過研發(fā)積累了大量的成果，構(gòu)筑了這個領(lǐng)域的壁壘。在電子水泵方面主要以200W、400W、500W等功率較大電子水泵為主和部分100W以下輔助電子冷卻水泵，其豐富的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和成熟的可靠性設(shè)計(jì)是占據(jù)市場的最大優(yōu)勢，目前占據(jù)量產(chǎn)汽車電子水泵市場超過80%的份額，大量應(yīng)用于寶馬、奧迪、大眾、奔馳等高端車型中。但國內(nèi)也涌現(xiàn)出如江蘇超力、健科電子等優(yōu)秀的無刷電機(jī)研發(fā)和制造企業(yè)，自主開發(fā)成功了轉(zhuǎn)向助力無刷電機(jī)，無刷電機(jī)風(fēng)扇及電子水泵等可以與國際品牌競爭的無刷電機(jī)產(chǎn)品。健科電子在無刷電機(jī)風(fēng)扇及水泵控制方面處于國內(nèi)前列。

根據(jù)GrandviewResearch 發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，亞洲市場以46.94%的市場規(guī)模占據(jù)全球首位，其次是美國，占比21.08%。

全球BLDC 電機(jī)行業(yè)市場地區(qū)分布（單位%）

根據(jù)市場公開的資料，2020 年全球無刷直流電機(jī)的市場規(guī)模為195.5 億美元，樂觀的市場研究機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)未來五年，市場將會以13%的年復(fù)合增長率持續(xù)增長。而中國2020 年市場規(guī)模約為392 億元，并將以15%的年復(fù)合增長率持續(xù)增長，這個市場都非常值得期待。

3 BLDC 電機(jī)的發(fā)展趨勢

1955 年美國工程師提出了用晶體管換向代替機(jī)械電刷，標(biāo)志著無刷直流電動機(jī)雛形的形成，1978 年，原西德Mannesmann 公司在漢諾威貿(mào)易博覽會上推出了方波無刷直流電動機(jī)及其驅(qū)動控制系統(tǒng)，無刷直流電機(jī)真正進(jìn)入實(shí)用階段。其后，出現(xiàn)了采用120°電角度的新型換向方式，以及無位置和無電流傳感器的新型控制方案，只需采集功率開關(guān)器件的端電壓即可完成換向控制，并且可以通過占空比來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種不同類型的單片機(jī)芯片被應(yīng)用于各種無刷直流電機(jī)的控制中，根據(jù)不同的用途，可以編寫不同的程序以達(dá)到不同的控制方式來滿足其工作要求，并可針對每一種工況，選擇最優(yōu)的控制方式。另外電機(jī)電控一體化的發(fā)展趨勢以及電機(jī)控制專用芯片的推出，大大提高了電子換向裝置的可靠性和成本的降低，使無刷電機(jī)成為目前電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的主流。

帶感BLDC 控制框圖

隨著無刷直流電機(jī)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其發(fā)展有以下幾個方向：一是無位置傳感器控制技術(shù)，位置傳感器在無刷直流電機(jī)中的使用不僅會增加電機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，還會增加電機(jī)的成本，因此人們開發(fā)出了通過采集電機(jī)的反電動勢來獲取轉(zhuǎn)子位置信息的算法，取代了位置傳感器的作用。二是無刷直流電機(jī)控制器的研究，其主流方向是將智能控制和 PID 控制算法結(jié)合起來，形成新型控制算法，包括模糊控制、基于遺傳算法的控制、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制等。三是驅(qū)動電路的MOSFET管有被碳化硅器件替代的趨勢。在構(gòu)成方面趨于電機(jī)控制單元（MCU）+電機(jī)集成為動力包（PowerPack）的系統(tǒng)方案。另外針對自動駕駛以及電動智能車的功能安全保障，具有故障失效安全的冗余雙繞組電機(jī)的開發(fā)也在研發(fā)試制階段，引領(lǐng)行業(yè)潮流。

無感BLDC 控制框圖

4 健科電子深耕車用無刷直流電機(jī)驅(qū)動技術(shù)，成果斐然

健科電子有限公司（簡稱健科）無刷直流電機(jī)控制器經(jīng)過多年的發(fā)展，通過與國內(nèi)知名高校和研究所、國內(nèi)外知名芯片公司合作，在無刷直流電機(jī)控制器的軟硬件開發(fā)、車載產(chǎn)品性能測試驗(yàn)證以及團(tuán)隊(duì)研發(fā)能力的培養(yǎng)方面進(jìn)行了廣泛長期的合作。基于多款產(chǎn)品的成功應(yīng)用，健科電子控制器已擴(kuò)展車內(nèi)多種關(guān)鍵核心控制系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)冷凝風(fēng)扇、蒸發(fā)風(fēng)機(jī)、除霜器、電池管理系統(tǒng)冷卻風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)、燃油泵、機(jī)油泵、水泵、廢氣閥、車窗升降器、雨刮等。

健科具有近5 年的無刷電機(jī)控制器開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。在控制器硬件設(shè)計(jì)上，通過選擇國際上最先進(jìn)的Infineon，ST，ON，Microchip 等汽車級別芯片，能滿足車內(nèi)復(fù)雜的工作環(huán)境，提高可靠性，同時利用健科電子自己的電器性能實(shí)驗(yàn)室、EMC 實(shí)驗(yàn)室和噪聲實(shí)驗(yàn)室，對產(chǎn)品進(jìn)行多達(dá)36 項(xiàng)性能測試。針對不同的產(chǎn)品有不同的算法實(shí)現(xiàn)方案，如：方波控制、矢量控制、順逆風(fēng)啟動控制、恒轉(zhuǎn)速控制、恒功率控制、恒轉(zhuǎn)矩控制、弱磁控制、紋波防夾控制、快速響應(yīng)PID 控制等。健科電子注重軟硬件和結(jié)構(gòu)的協(xié)同開發(fā)，目前可以做到控制器效率達(dá)到98%以上以及控制器的熱仿真的實(shí)際指導(dǎo)應(yīng)用。

健科FOC 控制技術(shù)

健科布局車用電子水泵總成，使用自主開發(fā)的BLDC 控制器，其控制器產(chǎn)品已在寶馬、奔馳和豐田水泵產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)系列覆蓋。依托完整的軟件、硬件、結(jié)構(gòu)、仿真、試驗(yàn)驗(yàn)證能力和全自動生產(chǎn)線，助力制造高品質(zhì)車用電子水泵。

健科汽車電子水泵

電子水泵仿真

健科研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過研究國內(nèi)外主流方案，引進(jìn)高校最新研究方案，同時對標(biāo)國際先進(jìn)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行自主創(chuàng)新研發(fā)，使得公司在無刷直流電機(jī)軟硬件在汽車產(chǎn)品的應(yīng)用，軟件控制各類核心算法，通信協(xié)議，電氣性能測試，EMC 兼容仿真和實(shí)驗(yàn)等研究形成了自己的核心能力，具備了正向開發(fā)高性能無刷直流電機(jī)控制器的能力，引領(lǐng)中國車用無刷直流驅(qū)動科技。

5 健科電子有限公司企業(yè)簡介

健科電子2003 年創(chuàng)立于深圳，目前在深圳和長沙設(shè)有兩家子公司和生產(chǎn)基地，公司一直專注汽車電子相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，為全球OE 及售后市場提供多樣式、定制化的汽車電子產(chǎn)品。公司擁有全球領(lǐng)先的供應(yīng)鏈資源，并與全球知名半導(dǎo)體供應(yīng)商建立了戰(zhàn)略合作關(guān)系。

健科電子以研發(fā)為核心、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)品制造為基礎(chǔ)的管理體制，年投入銷售額的5%用于產(chǎn)品的研發(fā)和創(chuàng)新，同時具備芯片研發(fā)、Bonding、塑封、SMT等核心技術(shù)，以契合不斷變化的市場需求，確保在不斷變革的汽車行業(yè)中始終保持核心競爭力和地位。

深圳市健科電子有限公司作為國內(nèi)汽車點(diǎn)火模塊的領(lǐng)軍者，產(chǎn)品適用于美歐日韓及國內(nèi)主流車型，年生產(chǎn)能力5000 萬臺（套），是深圳市戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、國家級高新技術(shù)企業(yè)，并通過了IATF 16949、ISO 14001、OHSAS 18001 等系列認(rèn)證。

長沙市健科電子有限公司于2017 年成立，位于長沙市國家級望城經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，占地面積26855 ㎡，廠房面積35765 ㎡。公司專注于車用微電機(jī)控制器、傳感器、車身電子、ECU、BCM 的研發(fā)生產(chǎn)和銷售。

秉承“務(wù)實(shí)、創(chuàng)新、追求卓越”核心價(jià)值觀，在“持續(xù)改善，超越客戶需求”質(zhì)量方針的指引下，健科電子愿與每一個合作伙伴竭誠合作，為客戶提供快速的、高質(zhì)量的、定制化的解決方案，為中國汽車電子的進(jìn)步貢獻(xiàn)自己的力量。