电动车、无人机、eVTOL应用如何选择合适的电机驱动方案

发布时间：2025-01-8 阅读量：6570 来源: 我爱方案网作者: bebop

摘要：按照工作电源，电机主要可分为直流电动机、交流电动机。其中直流电动机中又分为有刷直流和无刷直流，有刷直流中包含永磁直流和电磁直流。电动车、无人机和eVTOL对于电机的选择由于成本、应用场景不同等原因而有所区别。本文将介绍不同场景下的电机驱动方案选型，并推荐已量产电机驱动案例及其主控IC选型，以作参考。

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电机驱动方案选型：

（1）电动车：更多选用永磁同步电机，永磁电机所具有较高的效率和较高的转矩可以提供更好的驾驶体验。同时永磁电机的高功率密度也可以帮助电动车在相同的体积下获得更高的动力。

（2）无人机：常用无刷直流电动机。无刷直流电机具有较低的重量和噪音，而且维护成本较低，适合无人机的飞行要求；二是无刷直流电机的转速较高，适合无人机中的高速飞行的需求。如大疆使用的就是无刷电机。

（3）eVTOL：对电机效率和转矩密度的要求较高，永磁同步电机是电推进动力系统很具前景的方案，因为轴向磁通永磁电机对径向空间的利用率高，在长径比较小的场合，功率密度和转矩密度具有优势。当前电动垂直起降飞行器，如 Joby S4、Archer Midnight 等均采用了永磁同步电机。

实战案例：

1.高速电机方案

方案可选用HC32M140、HC32M120、HC32F460作为主控，采用无感FOC控制系统，支持单电阻、双电阻采样，可工作在恒转速、恒功率、恒扭矩等模式下。系统最高转速可达12万转（当使用HC32F460时更可高达15万转），适用于高速吹风机、高速吸尘器等产品。

方案特点

快速启动：启动稳定可靠，可在500ms内加速至额定转速

快速停机：采用主动刹车，无过压、过流风险，支持掉电刹车

高速控制：最高电转速可达2000+Hz

工作电压范围大：适用220VAC、110VAC、24VDC供电

丰富的保护功能：过欠压、过流、过功率、堵转、缺相等系统保护

应用场景：

吹风机、扫地机、吸尘器、冰箱、空调、洗衣机等大小家电领域。

2.电动工具方案

方案以HC32M140为主控芯片，基于无传感器六步换相控制算法，实现BLDC电机大扭矩启动和高速运行，保护功能齐全，适用于电钻、角磨机、冲击钻、电动扳手、电锤等低压中小功率电动工具应用场景。

方案特点

48MHz主频、8KB RAM/128KB Flash内存资源、2个独立OPA、高速ADC、电机专用TIMER

基础功能：反电动势过零检测算法（支持ADC和比较器）、电流/电压采样

复杂工况：静止堵转启动、低速大扭矩运行、顺逆风启动、刹车功能

系统保护：过流保护、过压/欠压保护、长时间堵转保护

支持多种转速设定信号（PWM、ADC等）

3.高速吹风筒方案

方案简介：

高速吹风筒方案采用小华超低功耗HC32M120主控MCU，内置先进的无位置传感器FOC控制策略，实现连续平稳的风机调速系统，具备顺风、逆风、静止状态下无抖动即时启动功能，30cm距离测量运行噪音75db以下，为行业中上水平;启动稳定性好，一次启动成功率可达99.7%以上；运行效率高，220V机种，10.5万RPM最高风速档位运行，PCBA级实测输入功率92W，优于市场主流方案。

方案特点：

快速启动：启动稳定可靠，可在500ms内加速至额定转速

快速停机：采用主动刹车，无过压、过流风险，支持掉电刹车

高速控制：最高电转速可达2000+Hz

工作电压范围大：适用220VAC、110VAC、24VDC供电

丰富的保护功能：过欠压、过流、过功率、堵转、缺相等系统保护

芯片资料：

方案采用小华HC32M120主控MCU，M0+ 内核，32bit, 48MHz可确保FOC算法运行，芯片内部集成了电机控制功能：最大12通道的12bit 1MSPS ADC，8个多功能16bit Timer(TimerB)支持输入捕捉、输出比较、PWM输出，1个16bit Timer(Timer0)支持异步计数以及电机算法加速引擎等功能，具备转速精度控制高，电机震动噪声小等优势。

应用场景：

吹风机、扫地机、吸尘器、冰箱、空调、洗衣机等大小家电领域。

4.电动自行车

方案简介：电动自行车电驱控制板方案以HC32M120为主控芯片，同MOS、Gate_Drivers、LDO及其他外围电路构成。主要功能：EBS、能量回馈、HDC、霍尔修复、相序自识别、一线通、三速、GB_25KM、1:1电动助力等。

方案特点：

48MHz主频、2个独立OPA、高速ADC、电机专用TIMER、温度范围：-40℃~105℃

丰富的基础函数库、SVPWM系统、电机专用控制库模块

FOC控制系统优势（正弦电流、转矩平稳、低噪音）

平地/坡道/溜坡/滑行/带载启动优势（启动转矩大、重载启动高可靠）

客制化控制流程优势（丰富的模块化电机库）

完善的系统保护功能（过流、过压、欠压、堵转、飞车、短路等保护）

5.洗衣机变频控制方案

方案以HC32F460为主控芯片，单芯片实现洗涤电机与烘干风机的双电机变频控制；采用无感FOC控制算法，运行噪音低，电流谐波小；支持多种采样方式，内置放大器和比较器，节省BOM成本；完善的系统保护功能：过压、欠压、过流、堵转、缺相等；支持异常情况下的紧急停机功能。

方案特点：

1.200MHz 32bit ARM Cortex-M4内核MCU HC32F460

2.支持FPU，大幅度提升算力

3.高效Cache，保证CPU零等待执行性能

4.多功能PWM Timer，支持多个电机控制

5.12位2Msps高精度ADC单元，灵活支持多种采样方式

6.内置PGA、CMP

7.EMB可独立控制每个通道

8.系列丰富，封装从48Pin到100Pin，适应不同设计需求

应用领域：冰箱、空调、洗衣机、变频控制板

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