bldc 原理 方波控制_BLDC电机技术，让AGV如虎添翼

出品 | 高工移动机器人

公众号ID | GG-AMR

作者 | 牧原

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移动机器人，是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统，代表了机电一体化的最高成就。

移动机器人包括履带式、轮式、腿式及复合式等，其中轮式移动机器人(Wheeled mobile robot)以其承载大、驱动和控制方便、自重轻、速度快、结构简单等多种优点，被工业、农业、家庭、反恐等多领域广泛应用。

AGV (Automated Guided Vehicle)，意即“自动导引运输车”，属于轮式移动机器人的一种。装备有电磁或光学等自动导引装置的AGV，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能。

与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。

高工机器人研究所(GGII)数据显示，2018年AGV销量2.35万台，同比增长49.65%，2018年AGV市场规模34.81亿元，同比增长36.38%。

数据来源：GGII

是什么成就了AGV的“风火轮”?

正所谓“马达为工业之母，民生之朋友”，据统计，电机用电量占工业总用电量的70%。对于AGV来说，驱动轮电机是决定产品的关键性能指标以及整机可靠性的重要元器件之一。

目前的AGV厂商大多采用无刷直流电机作为驱动轮电机，对于定位精度要求较高的产品采用无刷直流伺服电机(配有编码器)。

被AGV厂商垂青的无刷直流电机(Brushless DirectCurrent Motor，简称BLDCM)是指一种用电子换向的小功率直流电动机，又称无换向器电动机、无整流子直流电动机。

无刷直流电机在结构上相当于一台反装式直流电动机，它的电枢放置在定子上，转子为永磁体。无刷直流电机克服了有刷直流电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。

AGV企业在进行无刷直流电机选型时，通常会关注电机额定功率、扭矩、转速及尺寸等因素，以便达到AGV产品最大速度的要求。

另外，减速电机也是较为普遍的一种方案：由专业的减速机生产商进行集成组装后，与电机一体成套出货。减速电机的电机部分与普通电机并无区别，经过集成后的减速电机，具有传动比分级精细、结构紧凑、过载能力强、维护成本低等优点。

BLDC电机，高光时刻指日可待

虽然电机的历史已经超过百年，但是无刷直流(BLDC)电机的历史不过50年。随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术，以及电力电子技术，特别是大功率开关器件的发展，BLDC电机得到了长足的发展。

据国家统计局统计，2010年以来，无刷直流电机行业收入连年增加，2016年为189.2亿元，同比增长22.3%，中国无刷直流电机的市场前景较为乐观，市场规模将进一步扩大。预计未来五年，行业增速仍将保持在20%左右的水平，到2022年行业市场规模将达到565亿元左右，BLDC无疑已成为行业最热之一。

无刷直流电机具备两方面的显著优势。

优势一，BLDC电机继承了直流电机的全部优点。相比于交流电机，直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能。

优势二，BLDC电机摒弃了有刷电机的诸多缺点。由于不需要电刷和转向器，BLDC电机相比于有刷电机，具有效率高、寿命长、噪音低、无火花等优势。

当前，有刷电机由于其成本低、技术门槛低，得到了大规模的推广，而这恰恰从侧面说明，具有性能优势的无刷电机潜在需求仍未充分释放。

随着各行业客户对产品的品质、生产效率的追求越来越高，BLDC电机会迎来日益广阔的发展空间。与此同时，BLDC电机的成本也在逐步降低——半导体组件如功率组件(MOSFET)，微控制器(MCU)，驱动组件(Gatedriver)的普及，使得无刷直流电机的总成本降低很多，许多应用已经触及到消费者的甜蜜点。

随着微电子技术的不断发展，电子产品很多领域都在遵循“摩尔定律”，唯独电机产业近20年来没有任何更新换代。日益旺盛的需求加之逐步亲民的价格，相信BLDC电机将替代传统电机、一改传统电机独霸天下的局面，大规模商用也将水到渠成。

成本、技术、服务，一条龙的较量

中国作为制造大国，电机需求量庞大。

近年来，BLDC电机在军事、航空、工业、汽车、民用控制系统，以及家用电器等领域都有广泛的应用。无刷直流电机的采用正在多个行业推动，这也令许多国内外半导体厂商看到了机会。

国内外企业的竞争差异体现在：国内企业成本具有优势，国外企业的技术方案有优势。

我国电机行业经过多年的发展，已经形成了一定的产业基础和行业格局。国内很多企业多年前就一直在着手BLDC技术的研发，从早期有感、带霍尔、方波技术，到现在的无感，无霍尔，FOC弦波。

国内有峰岹科技、大华技术、士兰微等企业，也相继推出了自己的方案。虽然国内做无刷电机的企业较多，但达到一定规模的企业仍在少数，技术水平决定了公司产品的市场拓展能力。本土企业产品的一致性、量产能力与国际厂商还是有很大差距。

在产品应用中，国际厂商(例如NXP、Renesas)的技术方案占优，整体解决方案较完善。中大型企业的选择策略，往往优先选择技术占优的产品方案。这导致了国产本土企业目前仍然主要覆盖中低端市场，高端BLDC还是国际厂商主导。

BLDC解决方案有一定的门槛，并且无刷直流电机使用在不同行业时差异性较大，BLDC电机生产商在提供产品及解决方案给客户时，需要深入了解客户所属行业的技术细节，并提供更多的技术支持或培训，能否提供高品质的技术服务也是客户选择厂商的重要考量之一。

中国本土企业起步较晚，无法与国际厂商数十年的积累抗衡，但是本土企业有着最接近无刷直流电机生产研发与市场的地利优势，加上国内企业的反应速度远快于国际厂商，后期的竞争优势绝对优于国际厂商本土企业。

基于此，国内企业只有加大研发投入、寻求技术突破、关注BLDC解决方案在不同行业的独特性，才能迎头赶上，把握BLDC热潮带来的巨大商机。

上下游，相得益彰

AGV是工业机器人领域内为数不多的国内企业可以赶超国外企业的细分领域之一。AGV能站在风口上，重要的前提之一是其上游产业链的健全。

减速机、电机技术的发展和国产化的普及，使得AGV产品的质量、成本都具备了大规模商业应用的条件。出于成本考虑，国内主流的AGV厂商大多选用国产电机器件。

但是，业界数据表明，AGV产品在用户现场出现的故障中，电机及驱动器硬件故障占比在30%左右，侧面说明电机部分仍然是AGV产品的短板之一，国产电机厂商在降本增质方面仍有很长的路要走。

上下游产业，永远是相互制约又相互促进地紧密联系在一起。AGV等蓬勃发展的下游产业的强势拉动，会让电机产业看到更多的商机；BLDC技术的发展也会让AGV的产业之路走得更加顺畅。

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