破壁机的那些事

 破壁机，其核心是一台高速旋转的电机，似乎成了新的小风口。破壁机的应用特点是一机多用，看看商家是怎么说她的，说她是"冰沙机，豆浆机，研磨机，搅拌机，绞肉机，奶昔机，料理机，冰激淋机，冷饮机，原汁机"等等，正是那包罗万象的日理万机。由于其电机高转速的主要特点，是说明可以打破食物细胞壁的先决条件，于是加工食物易于被人体吸收的道理，是那么顺其自然，不用费力解释，大家会欣然接受，对追求养生之道的人们来说，她那区区好几千元的价格又算得了什么呢？

说起破壁机，从不同角度来描述，一般吃瓜群众知之甚少，因为她本身就是新产品，网上完整的描述资料也不多，所以往往是群众想知道更多，查到的却是信息碎片。

由于破壁机的核心就是电机，这里就从电机和控制的角度来说说破壁机。

一、破壁机的电机是什么电机？

就目前产品来看，有2种类型的电机用于破壁机：一是单相串励电机，俗称串激电机，百度有言：“内部有碳刷，会慢慢磨损。工作时有火花，有较强的电磁干扰，转速高。”

二是直流无刷电机和永磁同步电机。此类电机的应用，可以同空调领域宣传得家喻户晓的变频技术相关联，具有节能，静音等好处，而且，无刷，不会产生像有刷那样的磨损，寿命更长，更安全。直流无刷电机，永磁同步电机可分带位置传感器（如霍尔传感器）的电机和不带传感器的电机（俗称无感电机）。

二、破壁机电机的控制方法

单相串激电机，是交直流两用电机，电机接口信号，看到的就2根线。这类电机通常采用可控硅调速。串励电机的常用调速方式有二：

（1）调压调速：通过调节电枢电压来调速。

（2）调磁调速：通过调节励磁电流来改变磁通调速。

单相串激电机控制简单，无需特殊算法。

直流无刷电机，永磁同步电机，符合节能减排大趋势，又具有静音的特点，是发展的主要方向。这类电机通常是三相电机，接口线有三根，UVW，常用的控制方法主要有两种：一种是方波控制方法；另外一种是正弦波矢量控制方法，也称为磁场定向（FOC）的控制方法，就是被空调控制领域广泛宣传的所谓变频控制，加上“变频控制”的字眼，自然就高大上了。方波控制比较简单，控制粗暴，导致电机运转的噪声比FOC控制大。FOC控制算法比较复杂，控制精细，需要相对高性能的MCU,DSP芯片来完成。

三、现在市场上的破壁机用什么电机？

2017年的双十一，买了一台某国产大品牌的破壁机，花了2500大洋，拆开一看，是单相串励电机，据悉，除了一两家商家使用直流无刷电机外，大部分还在用有刷的串励电机，可见直流无刷电机在破壁机这个风口上，将大有作为！

图1：破壁机电机：单相串励电机

图2：破壁机电机：带霍尔传感器的直流无刷电机

四、电机转速

破壁机电机转速在商家的宣传上，成直线上升，已经上升到每分钟3-4万转了。实际情况呢，转速在16000转左右就是真正的破壁机了。根据用户体验，16000转的速度就达到“破壁”的效果了，从电机的铭牌参数来看，这些电机的额定转速也就在15000转/分钟上下、当然空载转速会高一些。

电机转速越高对电机轴承的要求就越高，以后需要更高的转速，可以考虑用“磁悬浮轴承”，顾名思义，像磁悬浮列车一样，轴承悬浮在空中，没有磨损，又在密闭的空间，速度会更高，更安全可靠。控制磁悬浮轴承，需要非常复杂的算法，这对MCU，DSP的性能要求就更高了。

五、江苏宏云的破壁机控制方案

江苏宏云技术有限公司研制的MCU + DSP芯片JMT1808R是变频破壁机方案的最佳选择，JMT1808R有完整的FOC方案。江苏宏云的破壁机方案，有无感和有感2种。无感方案因为涉及低速带载启动的难点，特别采用了高频注入算法来实现。在无感方案中，高频注入法通常要用到ST的STM32F4xx或者是TI的C28xxx等20元左右的芯片来实现，故此JMT1808R性价比超高。而且，JMT1808R内部集成有运放和比较器，减少了外部器件。另外，方案中关于高压功率器件IGBT和驱动，有三种选择：

1.   IPM模块，IGBT驱动和IGBT封装在一起

2.   集成的IGBT驱动芯片，IGBT分立

3.   三极管分立驱动，IGBT分立

IPM模块用在设备空间比较小的场景。在集成IGBT驱动芯片和三极管分立驱动的方案对比中，三极管分立驱动成本更具优势。以电动自行车控制为例，做一个类比：在价格竞争激烈的电动自行车行业，为了体现成本优势，使用分立三极管驱动功率MOS管占主导，预计破壁机市场迟早也会成为激烈竞争领域，故此提供了三极管分立驱动方案。

图3：JMT1808R破壁机方案1，使用IGBT驱动芯片

图4：JMT1808R破壁机方案2，使用三极管驱动IGBT