Какво е BLDC двигател? Каква е неговата функция? С напредъка на глобалната промишлена автоматизация, интелигентността и повишаването на жизнения стандарт двигателите ще намират все по-широко разпространени приложения в автомобилостроенето, домакинските уреди, електрониката и аудио-визуалното оборудване, устройствата за обработка на информация и секторите за индустриална автоматизация. Статистиката показва, че домакинствата в развитите страни притежават средно от 80 до 130 мотора, докато домакинствата в големите градове на Китай имат средно само 20 до 40 мотора-все още далеч под средното за развитите-държави. Това подчертава значителен потенциал за растеж на китайската автомобилна индустрия.
В сравнение с над 200-годишната история на електродвигателите, BLDC двигателите са сравнително млади, с история на развитие от малко над 50 години. Въпреки това напредъкът в полупроводниковата технология и широкото приемане на MCU и задвижващи компоненти значително намалиха общата цена на BLDC двигателите. Следователно, BLDC двигателите претърпяха значителен растеж през последните години, като общият им темп на растеж надвишава този на конвенционалните двигатели.
Общият годишен темп на растеж (CAGR) за BLDC двигатели се очаква да бъде около 6,5% през следващите години. Статистиката показва, че размерът на пазара на BLDC е бил приблизително 16,3 милиарда долара през 2019 г., като прогнозите са достигнали около 22,44 милиарда долара до 2024 г.
При този пазарен мащаб какви са конкретните приложения? Наскоро, на третия 2020 г. безчетков технологичен семинар за управление на постояннотокови двигатели, организиран от Electronic Enthusiast Network, индустриалният анализатор Cheng Wenzhi сподели доклад, озаглавен „Анализ на десетте най-добри потенциални пазара на приложения за BLDC двигатели“. Според него основните пазари на приложения със значително бъдещо използване на BLDC мотори включват автомобилостроене, 5G, дронове/подводни роботи, електро-велосипеди/електрически превозни средства, промишлени роботи, вентилатори, компресори, електрически инструменти, помпи и лично здравеопазване.
I. Пазар на автомобилни приложения
С нарастването на превозните средства с нова енергия, навлизането на интелигентното шофиране и пилотното внедряване на свързаността-към-всичко (V2X), тенденцията към електрификация на автомобилите става все по-отчетлива.
В бъдещите превозни средства, отвъд задвижващите двигатели, системите за електрическо сервоуправление, електронните системи за окачване, системите за контрол на стабилността на превозното средство, системите за круиз контрол, ABS и системите на каросерията (прозорци, ключалки на вратите, седалки, огледала, чистачки, шибидахи и т.н.) всички ще използват широко двигатели.
Обикновено бензиновите превозни средства от икономична{0}}класа включват около 10 двигателя, стандартните превозни средства включват 20 до 30 двигателя, докато луксозните превозни средства могат да включват 60 до 70 двигателя или дори над 100 двигателя. Новите енергийни превозни средства обикновено изискват от 130 до 200 двигателя.
Тъй като хората все повече дават приоритет на производителността на превозното средство, особено по отношение на комфорта, безопасността, горивната ефективност и опазването на околната среда, броят на електронните блокове за управление и електрическите устройства в автомобилите съответно нарасна. Приемането на различни електрически системи доведе до увеличаване на броя на инсталираните автомобилни електрически двигатели.
Новите енергийни превозни средства представляват ключова тенденция в развитието през последните години, като глобалните политики сега едновременно ускоряват техния растеж. Развитите нации като Европа и Съединените щати активно се позиционират на пазара на нови енергийни превозни средства. Чрез различни субсидии, преференциални политики и законодателство те стимулират развитието на нови енергийни превозни средства и улесняват прехода от превозни средства, задвижвани с традиционно-гориво, към електрически превозни средства.
На вътрешния пазар растежът се забави след юли 2019 г. поради значителни намаления на субсидиите. Въпреки това, с големите производители на автомобили, които непрекъснато пускат на пазара нови енергийни модели през 2020 г.-по-специално Tesla Model 3 и Volkswagen ID.3-индустрията е готова да премине от растеж, управляван от субсидии, към растеж, управляван от търсенето, навлизайки във втора фаза на бързо разрастване.
II. 5G
2020 г. бележи ключова година за развитието на 5G в Китай. Въпреки че през първото тримесечие имаше закъснения в изграждането на 5G поради пандемията, China Mobile заяви своя ангажимент за постигане на целта от 300,000 5G базови станции до края на 2020 г. China Telecom и China Unicom също имат за цел съвместно да завършат изграждането на 250 000 нови 5G базови станции през третото тримесечие, за да компенсират закъсненията,-свързани с пандемията. В комбинация с планираните 50 000 базови станции на China Broadcasting Network, Китай ще изгради общо 600 000 базови станции тази година.
В 5G базовите станции са необходими двигатели на много места, предимно за антени на базови станции. Понастоящем управляващите двигатели със сглобки на скоростна кутия, използвани в антените на 5G базови станции, включват две решения: стъпкови двигатели и безчеткови двигатели. Всяка антена, оборудвана с електронен контролер на антената (EAC), изисква един управляващ двигател с редуктор.
Обикновено една стандартна комуникационна базова станция изисква приблизително три антени. 4G базовите станции изискват четири до шест антени, докато 5G базовите станции ще разполагат с още повече антени.
Освен антените на базовата станция, двигателите също са от съществено значение за охладителните системи в рамките на базовата станция, като охлаждащи вентилатори и компресори за климатизация.
III. Дронове / Подводни дронове
Дроновете придобиха значителна популярност преди няколко години, въпреки че не всички модели използват безчеткови двигатели. Много дронове сега преминават към безчеткови двигатели, за да постигнат по-леки, по-компактни конструкции и удължена продължителност на полета.
Според доклад на Droneii глобалният пазар на дронове е достигнал 14,1 милиарда долара през 2018 г. и се очаква да нарасне до 43,1 милиарда долара до 2024 г., като Азия и Северна Америка ще имат най-бърз растеж. Общият годишен темп на растеж (CAGR) възлиза на 20,5%.
Статистиката от „Информационната система за регистрация на мисии за граждански дронове“ на Администрацията за гражданска авиация на Китай показва, че до края на 2018 г. Китай е имал 285 000 регистрирани дронове. До края на 2019 г. броят на регистрираните дронове надхвърли 392 000, като полетите с търговски дронове са общо 1,25 милиона часа.
Особено по време на пандемията в началото на тази година дроновете изиграха значителна роля. Те се движат между болници и центрове за контрол на заболяванията, автоматизирайки транспортирането на спешни медицински консумативи и проби за превенция и контрол на епидемии; кръжеше над магистрали, заменяйки ръчния контрол на въздушния трафик; трансформирани в инструменти за дезинфекция, изпълняващи задачи за превенция на епидемии и дезинфекция в обширни селски райони и дори градски райони в цялата страна; и станаха експерти по публичност, излъчвайки съобщения, за да убедят хората да си останат вкъщи.
Пандемията също върна безконтактната доставка обратно в светлината на прожекторите. Вътрешно Китайската администрация за гражданска авиация стартира пилотни програми за логистични доставки с дронове миналата година. Пандемията вероятно ще ускори това вътрешно разпространение. В международен план логистичният гигант UPS си партнира с германския производител на дронове Wingcopter, за да въведат нови дронове с вертикално излитане и кацане в индустрията за превоз на товари за доставка на пакети.
Подводните дронове, една по-малко позната категория, също постепенно се увеличават. Спомням си интервюирането на компания за подводни дронове през 2017 г., когато те току-що бяха започнали масово производство, доставяйки само няколкостотин единици чрез групово финансиране. Сега годишните им доставки достигнаха десетки хиляди.
IV. E-Велосипеди/Електрически велосипеди
Електронните -велосипеди запазват автентичното колоездене, като същевременно предлагат интелигентно захранване. Позиционирани между традиционните велосипеди и пълните електро-велосипеди, те използват предимно сензори за откриване на сигнали при каране и осигуряват съответна мощност, намалявайки усилията на водача за по-лесно каране. В сравнение с обикновените велосипеди, електро-велосипедите включват двигатели, батерии, сензори, контролери и табла с инструменти, обогатявайки изживяването при каране. За разлика от традиционните електрически велосипеди, електро-велосипедите не разчитат на ръчно управление на газта за регулиране на скоростта. Вместо това, те използват сензори за откриване на сигнали за каране, интерпретиране на намерението на водача и осигуряване на съответна мощност, което прави изживяването при каране по-интелигентно.
Битовите електро-велосипеди са на цени между 2000 и 10 000 юана. В Европа електрическите -моторни -велосипеди с главина варират от 500 до 1700 евро, докато електрическите-велосипеди със средно{11}}задвижване струват между 2300 и 3300 евро. Е-велосипедите имат значително по-високи цени от традиционните велосипеди и електрическите велосипеди.
Моторът е основният компонент на електрическата система на електровелосипеда. Тъй като миниатюризацията на двигателя, лекият дизайн, оперативната ефективност и естетическата надеждност директно определят производителността на електро-велосипеда, производителите на мотори обикновено разработват персонализирани двигатели, съобразени със специфични изисквания за електро-велосипеди. Двигателите представляват 10% до 30% от общата цена на електро-велосипеда.
Търсенето на електронни{0}}велосипеди остава стабилно в Европа. Според статистиката на Европейската асоциация на велосипедната индустрия, европейските продажби на електронни велосипеди са нараснали от 98 000 единици през 2006 г. до 2,5 милиона единици до 2018 г., постигайки общ годишен темп на растеж (CAGR) от 31%.
Японският пазар също бележи стабилен растеж. Япония е пионер в изследванията, разработването, производството и продажбите на електронни -велосипеди, като успешно лансира първото поколение през 80-те години. Предвид преобладаващо хълмистия терен на Япония, неравните пътища и застаряващото население, електрическите -велосипеди се превърнаха в необходим избор.
Вътрешният пазар е в начален стадий и предлага значителен бъдещ потенциал за растеж. Компании като Mobike, Xiaomi, Hello Bike, Bisu Travel и Jinyoung сега започват да популяризират електрически велосипеди в страната.
V. Индустриални роботи
Вътрешният пазар за промишлени роботи се фокусира предимно върху заместващи приложения, предлагайки значителен потенциал за растеж. Въпреки че Китай е най-големият в света пазар на приложения за промишлени роботи, световноизвестните производители в този сектор са концентрирани предимно в развитите нации като Съединените щати, Япония и Германия. Сред тях са производителите от "Голямата четворка": шведската ABB, японските Fanuc и Yaskawa Electric и германската KUKA.
Според данни на Международната федерация по роботика, глобалните продажби на промишлени роботи са достигнали 422 000 единици през 2018 г., като Китай представлява 154 000 единици, което представлява 36,5% от общия брой. Освен това данните от Националното статистическо бюро показват, че производството на промишлени роботи в Китай непрекъснато се увеличава, нараствайки от приблизително 33 000 единици през 2015 г. до 187 000 единици през 2018 г. – забележителен темп на растеж.
Освен това, с непрекъснатата правителствена подкрепа за индустрията през последните години и местните предприятия, които правят стабилни пробиви, степента на локализация на домашните промишлени роботи непрекъснато се подобрява. През първата половина на 2018 г. вътрешният дял на продажбите на тела на роботи е нараснал от 19,42% през 2015 г. на 28,48%. Същевременно общият обем на продажбите на индустриални роботи в Китай поддържа стабилен растеж.
VI. Фенове
Вентилаторите включват: електрически вентилатори, абсорбатори, сешоари, машини за въздушни завеси, вентилатори за ОВК и др. Основните производители надолу по веригата включват Midea, Airmate, Gree, Pioneer, Vatti, Robam и други.
Сегментът на домакинските вентилатори представлява огромен пазар. Обемът на производство на битови вентилатори в Китай е огромен. Според данните на Националното статистическо бюро, производството на битови вентилатори в Китай е достигнало 180 милиона единици през 2018 г. Данните за декември 2017 г. не са налични, но общо за 11 месеца са били 160 милиона единици. Производството през 2016 г. е 160 милиона единици, с прогнозни 190 милиона единици за 2019 г.
Понастоящем масовите домашни производители на малки уреди като Midea, Pioneer, Risa и Airmate са пуснали продукти с безчеткови двигатели. Сред тях Airmate предлага най-голям обем, докато Xiaomi може да се похвали с най-ниските производствени разходи.
С навлизането на-индустриални играчи като Xiaomi, скоростта на приемане на безчеткови двигатели в сектора на домакинските вентилатори се ускори. Вътрешните производители на безчеткови двигатели вече са си осигурили опора на този пазар.
Освен битовите вентилатори, индустриалните охлаждащи вентилатори преминават към безчеткови двигатели от години. Еталонна компания в този сектор е EBM-Papst, чиито вентилатори и двигатели се използват широко в индустриите за вентилация, климатизация, охлаждане, домакински уреди, отопление и автомобилостроене.
В момента множество местни компании произвеждат безчеткови охлаждащи вентилатори, подобни на EBM, и те вече са завладели значителна част от пазарния дял на EBM.
Особено с нарастването на домашните зарядни станции, възможностите за местните производители трябва да бъдат значителни. Правителството вече е включило станции за зареждане в своите проекти за „Нова инфраструктура“, което трябва да доведе до още по-голямо развитие през тази година.
Охлаждащите вентилатори за хладилници също преминават към BLDC двигатели поради индустриалните стандарти и националните разпоредби за енергийна ефективност. Тази промяна се случва сравнително бързо със значителни обеми продукти. До 2022 г. приблизително 60% от вентилаторите за охлаждане на хладилниците ще бъдат заменени с двигатели с променлива-скорост. Местните доставчици на вентилатори за охлаждане на хладилници са концентрирани предимно в регионите на делтата на река Яндзъ и делтата на Перлената река.
В сектора на вентилаторите аспираторите-ключов компонент на кухненските уреди-също се променят. Ограниченията на разходите обаче ограничават приемането на безчеткови двигатели в аспираторите. Решенията с променлива-скорост понастоящем струват около 150 юана, докато опциите за без-мотор без четки могат да бъдат внедрени за под 100 юана, с алтернативи с ниска{8}}цена, налични за приблизително 30 юана.
Много вентилационни модули и пречистватели на въздух също приемат безчеткови моторни решения. В момента по-малките модели на пазара обикновено използват външни роторни двигатели на Nedic, докато по-големите пречистватели на въздух обикновено използват EBM вентилатори.
Освен това вентилаторите за циркулация на въздуха започнаха да набират популярност през последните години. Текущата им стойност остава сравнително висока, като готовите продукти обикновено са на цена от 700-800 юана всеки, а премиум моделите достигат 2000-3000 юана.
VII. Компресори
Тъй като скоростта на компресора на хладилника определя неговата вътрешна температура, инверторните компресори могат да регулират скоростта си въз основа на показанията на температурата. Това позволява на хладилника да се адаптира към текущите условия, поддържайки по-стабилна вътрешна температура. Следователно запазването на храната се подобрява значително. Повечето инверторни компресори за хладилници използват BLDC двигатели, което води до по-висока ефективност, по-ниски нива на шум и удължен експлоатационен живот по време на работа.
Преди това този сектор беше доминиран от японски, корейски и тайвански производители, но от 2010 г. местните играчи бързо спечелиха позиции. Съобщава се, че един базиран в -Шанхай производител сега доставя близо 30 милиона единици годишно.
С напредъка на местните полупроводникови фирми местните доставчици вече могат да осигурят практически всички компоненти-от главните контролни MCU и пред-драйверните драйвери на порта до захранването на MOSFET транзистори.
Друга ключова област са компресорите за климатици. Инверторните климатици станаха широко разпространени и тенденцията към инверторната технология е неоспорима. Домашното производство на климатици е значително. Според Националното статистическо бюро през 2018 г. са произведени 360 милиона променливотокови двигатели и приблизително 96 милиона BLDC двигателя за климатици. Освен това производството на BLDC двигатели за климатици се увеличава всяка година.
VIII. Електрически инструменти
Електрическите инструменти се нареждат сред най-широко използваните хардуерни и електромеханични продукти. Техният лек дизайн, преносимост, висока производителност и ниска консумация на енергия ги правят незаменими за операции по пробиване, рязане и шлайфане в различни индустрии, включително строителство, декорация, дървообработване, металообработка и други производствени сектори.
С непрекъснатия технологичен напредък и нарастващото приемане на концепциите „направи си сам“, обхватът на приложение на електроинструментите продължава да се разширява. Много традиционни ръчни операции с инструменти все повече се заменят с електрически инструменти, които също преминават от промишлени приложения към домакинска употреба. Търсенето на електрически инструменти нараства от година на година.
Преминаването към безчеткови двигатели в електроинструментите започна доста рано. Още през 2010 г. някои международни марки представиха електрически инструменти, оборудвани с безчеткови двигатели. Със съзряването на технологията за литиево-йонни батерии и все по-достъпни цени, обемът на безжичните ръчни инструменти расте от година на година, като сега съперничи на инструментите с кабел по популярност.
Статистиката показва, че безчетковата технология до голяма степен е възприета за електрически ключове в Китай. Бормашините,-инструментите за високо напрежение и градинските инструменти обаче все още не са преминали напълно, въпреки че са в процес на това.
Тази промяна се дължи основно на енергийната ефективност и високата производителност на безчетковите двигатели, което позволява на ръчните електрически инструменти да работят по-дълго време. Много международни и местни производители, като Bosch, Dewalt, Milwaukee, Ryobi и Makita, инвестират значителни ресурси в разработването на продукти.
Вътрешното развитие на електроинструменти също напредва бързо, особено в региона Jiangsu-Zhejiang, който е домакин на множество производители. През последните години разходите за безчеткови решения за управление на мотори в тази област са спаднали значително. Много производители са започнали ценови войни, като докладите сочат, че решение за управление на безчетков мотор за електроинструмент сега струва около 6-7 юана, а някои дори 4-5 юана.
IX. Помпи
Индустрията на водните помпи е сравнително традиционна, включваща различни видове продукти и вариации на решения. Дори за задвижващи платки с еднаква мощност, на пазара съществуват множество опции, като цените варират от под 2 юана до 40-50 юана.
В приложенията с водни помпи помпите със средна-до-голяма мощност използват предимно три-фазни асинхронни двигатели, докато микро-миниатюрните помпи използват предимно AC дву-полюсни помпи. Настоящите подобрения на отоплителната система в северен Китай представляват благоприятна възможност за технологични иновации в помпените решения.
От чисто техническа гледна точка безчетковите двигатели са-подходящи за помпени приложения, като предлагат предимства по отношение на размера, плътността на мощността и дори цената.
10. Лично здраве и уелнес
Два представителни продукта в грижата за личното здраве са вирусният сешоар на Dyson и масажният пистолет.
Откакто Dyson представи своята високо{0}}скоростна сешоар с цифров двигател, тя запали целия пазар на сешоари.
Според Qian Zhichun от Jingfeng Mingyuan настоящите решения за домашни сешоари следват основно три подхода: Първо, сравняване на Dyson с ултра{0}}високо-скоростни безчеткови двигатели, обикновено работещи при около 100 000 RPM, като някои достигат до 160 000 RPM; Второ, подходът за замяна на U-мотор, който предлага подобни RPM на U-моторите, но с предимства в по-лекото тегло и по-високото въздушно налягане; Трето, подходът с високо-напрежение на външния ротор, при който двигателят основно възпроизвежда дизайна на Недич.
Сегашните домашни имитационни продукти вече не са просто копия; те обикновено постигат избягване на патенти и включват определени иновации.
Доставките на оръжия с фасция са нараснали драстично през последните години. Говори се, че фитнес треньорите и спортните ентусиасти сега обикновено носят оръжия. Тези устройства използват вибрационна механика за предаване на вибрации дълбоко във фасцията и мускулната тъкан, като постигат релаксация на фасцията и намаляват мускулното напрежение. Някои смятат фасциалните пистолети за основни инструменти за-възстановяване след тренировка.
Пазарът на тези устройства обаче сега е силно конкурентен. Въпреки че дизайнът им изглежда подобен, цените варират от над 100 юана до повече от 3000 юана. Пазарната цена за платките за управление на двигателя BLDC, използвани в тези оръжия, е спаднала до около 8 юана, като някои дори се предлагат за приблизително 6 юана. Това доведе до бърз спад в цените на фасционните оръжия.
Говори се, че един производител на домакински уреди, на ръба на фалита, е бил незабавно съживен само от продукта с фасционен пистолет. Сега те процъфтяват доста комфортно.
Разбира се, освен тези два продукта, други артикули като мъжки електрически самобръсначки и дамски козметични устройства също са склонни към приемане на безчетков двигател.
Заключение
Като цяло BLDC двигателите остават в начален стадий, но приложенията им вече процъфтяват. Освен примерите, споменати тук, те се намират в обслужващи роботи, AGV, роботизирани прахосмукачки, блендери, уреди за готвене, съдомиялни машини и др. В действителност двигателите проникват в безброй аспекти от нашето ежедневие, като множество бъдещи приложения все още чакат да бъдат проучени. Това завършва нашия анализ на BLDC двигатели. Надявам се да се окаже полезно.