Що таке двигун BLDC? Яка його функція? З розвитком глобальної промислової автоматизації, інтелектуалізацією та підвищенням рівня життя двигуни знайдуть все більш широке застосування в автомобільній промисловості, побутовій техніці, електроніці та аудіо-візуальному обладнанні, пристроях обробки інформації та промисловій автоматизації. Статистика показує, що домогосподарства в розвинутих країнах володіють у середньому від 80 до 130 двигунів, тоді як домогосподарства у великих містах Китаю мають у середньому лише від 20 до 40 двигунів-що все ще значно нижче середнього-по розвинених країнах. Це підкреслює значний потенціал зростання автомобільної промисловості Китаю.
Порівняно з більш ніж 200-річною історією електродвигунів, двигуни BLDC відносно молоді, з історією розвитку трохи більше 50 років. Однак прогрес у напівпровідникових технологіях і широке впровадження мікроконтролерів і компонентів приводу значно знизили загальну вартість двигунів BLDC. Отже, двигуни BLDC зазнали суттєвого зростання за останні роки, причому загальний темп їх зростання перевищує показники звичайних двигунів.
За прогнозами, у найближчі роки загальний річний темп зростання (CAGR) для двигунів BLDC становитиме близько 6,5%. Статистика показує, що розмір ринку BLDC становив приблизно 16,3 мільярда доларів у 2019 році, а прогнози досягнуть приблизно 22,44 мільярда доларів до 2024 року.
Зважаючи на такий масштаб ринку, які конкретні програми? Нещодавно на Третьому семінарі з технології керування безщітковими двигунами постійного струму 2020 року, організованому Electronic Enthusiast Network, галузевий аналітик Чен Веньчжі поділився доповіддю під назвою «Аналіз десяти найкращих потенційних ринків застосування двигунів BLDC». На його думку, основні ринки додатків із значним майбутнім використанням двигунів BLDC включають автомобільну промисловість, 5G, дрони/підводні роботи, електро-велосипеди/електромобілі, промислові роботи, вентилятори, компресори, електроінструменти, насоси та особисту медичну допомогу.
I. Ринок автомобільних додатків
З появою транспортних засобів з новими джерелами енергії, проникненням інтелектуального водіння та пілотним впровадженням підключення -to-everything (V2X) тенденція до електрифікації автомобілів стає дедалі виразнішою.
У майбутніх транспортних засобах, крім приводних двигунів, систем електричного підсилювача керма, електронних систем підвіски, систем контролю стійкості автомобіля, систем круїз-контролю, ABS і систем кузова (вікна, дверні замки, сидіння, дзеркала, склоочисники, люки в даху тощо) будуть широко використовуватися двигуни.
Зазвичай бензинові транспортні засоби економ{0}}класу мають близько 10 двигунів, стандартні транспортні засоби мають від 20 до 30 двигунів, тоді як транспортні засоби класу люкс можуть включати від 60 до 70 двигунів або навіть понад 100 двигунів. Нові транспортні засоби, що працюють на енергії, зазвичай потребують від 130 до 200 двигунів.
Оскільки люди все більше віддають перевагу продуктивності автомобіля, особливо з точки зору комфорту, безпеки, економії палива та захисту навколишнього середовища, кількість електронних блоків керування та електричних пристроїв в автомобілях відповідно зросла. Запровадження різних електричних систем призвело до збільшення кількості встановлених автомобільних електродвигунів.
Нові транспортні засоби на енергії являють собою ключову тенденцію розвитку останніх років, і глобальна політика зараз одночасно сприяє їх зростанню. Розвинуті країни, такі як Європа та Сполучені Штати, активно позиціонують себе на ринку нових енергетичних автомобілів. За допомогою різноманітних субсидій, пільгової політики та законодавства вони сприяють розробці транспортних засобів з новою енергією та полегшують перехід від транспортних засобів, що працюють на традиційному-паливі, до електромобілів.
Усередині країни зростання сповільнилося після липня 2019 року через значне скорочення субсидій. Однак у зв’язку з тим, що великі автовиробники постійно випускають нові моделі з енергоспоживанням у 2020 році-зокрема Tesla Model 3 і Volkswagen ID.3-, галузь готова перейти від зростання, керованого субсидіями, до зростання, керованого попитом, вступаючи в другу фазу швидкого розширення.
II. 5G
2020 рік знаменує собою ключовий рік для розвитку 5G у Китаї. Хоча в першому кварталі спостерігалися затримки в будівництві 5G через пандемію, China Mobile заявила про своє зобов’язання досягти 300 базових станцій G000 5G до кінця 2020 року. China Telecom і China Unicom також планують спільно завершити будівництво 250 000 нових базових станцій 5G у третьому кварталі, щоб компенсувати затримки,-пов’язані з пандемією. У поєднанні із запланованими 50 000 базовими станціями China Broadcasting Network цього року Китай побудує загалом 600 000 базових станцій.
У базових станціях 5G двигуни потрібні в багатьох місцях, насамперед для антен базових станцій. Наразі двигуни керування з коробкою передач, які використовуються в антенах базових станцій 5G, включають два рішення: крокові двигуни та безщіточні двигуни. Для кожної антени, оснащеної електронним контролером антени (EAC), потрібен один двигун керування з коробкою передач.
Зазвичай для стандартної базової станції зв’язку потрібно приблизно три антени. 4Базовим станціям G потрібно від чотирьох до шести антен, тоді як базові станції 5G матимуть ще більше антен.
Окрім антен базової станції, двигуни також важливі для систем охолодження всередині базової станції, таких як вентилятори та компресори кондиціонерів.
III. Дрони / Підводні дрони
Дрони набули значної популярності кілька років тому, хоча не всі моделі використовують безщіточні двигуни. Зараз багато безпілотних літальних апаратів переходять на безщіточні двигуни, щоб досягти легших, компактніших конструкцій і збільшити тривалість польоту.
Згідно зі звітом Droneii, у 2018 році світовий ринок дронів досяг 14,1 мільярда доларів США, а до 2024 року, за прогнозами, зросте до 43,1 мільярда доларів США, причому найшвидше зростання спостерігатиметься в Азії та Північній Америці. Зведений річний темп зростання (CAGR) становить 20,5%.
Статистика «Інформаційної системи реєстрації цивільних безпілотників» Управління цивільної авіації Китаю показує, що до кінця 2018 року в Китаї було зареєстровано 285 000 безпілотників. На кінець 2019 року кількість зареєстрованих дронів перевищила 392 тис., а загальний наліт комерційних дронів склав 1,25 млн годин.
Особливо під час пандемії на початку цього року дрони зіграли значну роль. Вони курсували між лікарнями та центрами контролю захворювань, автоматизуючи транспортування екстрених медичних засобів і зразків для профілактики епідемій і контролю; завис над магістралями, замінивши ручне управління повітряним рухом; перетворені на інструменти для дезінфекції, виконуючи завдання з профілактики епідемій і дезінфекції у великих сільських районах і навіть міських районах по всій країні; і стали експертами з реклами, транслюючи повідомлення, щоб переконати людей залишатися вдома.
Пандемія також повернула безконтактну доставку в центр уваги. Минулого року Управління цивільної авіації Китаю запустило пілотні програми логістики безпілотників. Пандемія, ймовірно, прискорить це розповсюдження всередині країни. На міжнародному рівні логістичний гігант UPS співпрацює з німецьким виробником безпілотників Wingcopter, щоб представити нові безпілотні літальні апарати вертикального зльоту та посадки в галузі вантажних перевезень для доставки посилок.
Підводні дрони, менш звична категорія, також поступово розширюється. Я пам’ятаю, як у 2017 році брав інтерв’ю у компанії, що займається підводними безпілотниками, коли вони щойно почали масове виробництво, поставивши лише кілька сотень одиниць за допомогою краудфандингу. Зараз їх щорічні поставки досягли десятків тисяч.
IV. E-Велосипеди/електричні велосипеди
Електро-велосипеди зберігають автентичні враження від їзди на велосипеді, пропонуючи інтелектуальну систему допомоги. Розташовані між традиційними велосипедами та повними електро-велосипедами, вони в основному використовують датчики для виявлення сигналів їзди та забезпечують відповідну підтримку потужності, зменшуючи зусилля водія для більш легкої їзди. Порівняно зі звичайними велосипедами, електро-велосипеди містять двигуни, акумулятори, датчики, контролери та панелі приладів, що збагачує враження від їзди. На відміну від традиційних електричних велосипедів, електро-велосипеди не покладаються на ручне керування дроселем для регулювання швидкості. Натомість вони використовують датчики для виявлення сигналів під час їзди, інтерпретації намірів водія та надання відповідної допомоги, роблячи процес їзди інтелектуальнішим.
Домашні електро-велосипеди коштують від 2000 до 10 000 юанів. У Європі електровелосипеди з центральним-мотором-коштують від 500 до 1700 євро, тоді як електро-велосипеди із середнім приводом коштують від 2300 до 3300 євро. Електро-велосипеди мають значно вищі ціни, ніж традиційні велосипеди та електричні велосипеди.
Двигун є основним компонентом електричної-системи електровелосипеда. Оскільки мініатюрність двигуна, легка конструкція, експлуатаційна ефективність і естетична надійність безпосередньо визначають продуктивність електро-велосипеда, виробники двигунів зазвичай розробляють індивідуальні двигуни, адаптовані до конкретних-вимог до електровелосипедів. На двигуни припадає від 10% до 30% загальної вартості електро-велосипеда.
Попит на електро-велосипеди в Європі залишається високим. Згідно зі статистичними даними Європейської асоціації велосипедної промисловості, продажі електричних велосипедів у Європі зросли з 98 000 одиниць у 2006 році до 2,5 мільйонів одиниць у 2018 році, досягнувши середньорічного темпу зростання (CAGR) на 31%.
Японський ринок також переживає стабільне зростання. Японія була піонером у дослідженні, розробці, виробництві та продажу електро-велосипедів, успішно випустивши перше покоління в 1980-х роках. З огляду на переважно горбисту місцевість Японії, нерівні дороги та старіння населення, електро-велосипеди стали необхідним вибором.
Внутрішній ринок знаходиться в зародковому стані, пропонуючи значний потенціал майбутнього зростання. Такі компанії, як Mobike, Xiaomi, Hello Bike, Bisu Travel і Jinyoung, зараз починають рекламувати електричні велосипеди всередині країни.
V. Промислові роботи
Вітчизняний ринок промислових роботів насамперед зосереджується на застосуванні заміни, пропонуючи значний потенціал зростання. Незважаючи на те, що Китай є найбільшим у світі ринком застосування промислових роботів, всесвітньо відомі виробники в цьому секторі переважно зосереджені в розвинених країнах, таких як Сполучені Штати, Японія та Німеччина. Це виробники «великої четвірки»: шведська ABB, японські Fanuc і Yaskawa Electric, німецька KUKA.
Згідно з даними Міжнародної федерації робототехніки, світові продажі промислових роботів досягли 422 000 одиниць у 2018 році, при цьому на Китай припадає 154 000 одиниць, що становить 36,5% від загального обсягу. Крім того, дані Національного бюро статистики показують, що виробництво промислових роботів у Китаї неухильно зростає, піднявшись приблизно з 33 000 одиниць у 2015 році до 187 000 одиниць у 2018 році, що є надзвичайним темпом зростання.
Крім того, завдяки безперервній державній підтримці промисловості в останні роки та постійним проривам вітчизняних підприємств рівень локалізації вітчизняних промислових роботів невпинно покращується. У першій половині 2018 року частка внутрішніх продажів корпусів роботів зросла з 19,42% у 2015 році до 28,48%. Водночас загальний обсяг продажів промислових роботів у Китаї стабільно зростає.
VI. вболівальники
Вентилятори охоплюють: електричні вентилятори, кухонні витяжки, фени, автомати з повітряними завісами, вентилятори HVAC тощо. Основні виробники, що випускаються нижче, включають Midea, Airmate, Gree, Pioneer, Vatti, Robam та інші.
Сегмент побутових вентиляторів представляє величезний ринок. Обсяг виробництва побутових вентиляторів у Китаї величезний. Згідно з даними Національного бюро статистики, кількість побутових вентиляторів у Китаї досягла 180 мільйонів одиниць у 2018 році. Дані за грудень 2017 року недоступні, але загальна кількість вентиляторів за 11 місяців склала 160 мільйонів одиниць. Виробництво в 2016 році склало 160 мільйонів одиниць, з оцінками 190 мільйонів одиниць у 2019 році.
Наразі основні виробники малої побутової техніки, такі як Midea, Pioneer, Risa та Airmate, випустили продукти з безщітковими двигунами. Серед них Airmate пропонує найбільший обсяг, тоді як Xiaomi може похвалитися найнижчими витратами на виробництво.
З появою між-індустріальних гравців, як-от Xiaomi, швидкість впровадження безщіткових двигунів у секторі побутових вентиляторів пришвидшилася. Вітчизняні виробники безщіткових двигунів зараз закріпилися на цьому ринку.
Окрім побутових вентиляторів, промислові вентилятори охолодження вже багато років переходять на безщіточні двигуни. Еталонною компанією в цьому секторі є EBM-Papst, чиї вентилятори та двигуни широко використовуються в системах вентиляції, кондиціонування повітря, охолодження, побутової техніки, опалення та автомобільної промисловості.
Зараз багато вітчизняних компаній виробляють безщіточні вентилятори охолодження, подібні до EBM, і вони вже захопили значну частину ринку EBM.
Особливо з розвитком вітчизняних зарядних станцій можливості для вітчизняних виробників мають бути значними. Тепер уряд включив зарядні станції до своїх проектів «Нова інфраструктура», що має призвести до ще більшого розвитку цього року.
Вентилятори охолодження холодильників також переходять на двигуни BLDC через галузеві стандарти та національні правила енергоефективності. Ця зміна відбувається відносно швидко зі значними обсягами продукції. До 2022 року приблизно 60% вентиляторів холодильників буде замінено двигунами зі змінною{4}}швидкістю. Вітчизняні постачальники вентиляторів для холодильників переважно зосереджені в регіонах дельти річки Янцзи та дельти річки Чжуцзян.
У секторі вентиляторів витяжки-, які є ключовим компонентом кухонної техніки-, також зазнають змін. Однак обмеження вартості обмежили застосування безщіткових двигунів у кухонних витяжках. Рішення зі змінною-швидкістю наразі коштують близько 150 юанів, у той час як варіанти без-безщіткових двигунів можна реалізувати менш ніж за 100 юанів, а недорогі-альтернативи доступні приблизно за 30 юанів.
Багато вентиляційних установок і очищувачів повітря також використовують безщіточні двигуни. Наразі менші моделі на ринку зазвичай використовують двигуни із зовнішнім ротором Nedic, тоді як великі очищувачі повітря зазвичай використовують вентилятори EBM.
Крім того, в останні роки вентилятори циркуляції повітря почали набирати обертів. Їхня поточна вартість залишається відносно високою: готові вироби зазвичай коштують 700-800 юанів за штуку, а моделі преміум-класу досягають 2000-3000 юанів.
VII. Компресори
Оскільки швидкість компресора холодильника визначає його внутрішню температуру, інверторні компресори можуть регулювати свою швидкість на основі показників температури. Це дозволяє холодильнику адаптуватися до поточних умов, підтримуючи більш стабільну внутрішню температуру. Таким чином, збереження їжі значно покращується. У більшості інверторних холодильних компресорів використовуються двигуни BLDC, що забезпечує вищий ККД, нижчий рівень шуму та подовжений термін служби під час роботи.
Раніше в цьому секторі домінували японські, корейські та тайванські виробники, але з 2010 року вітчизняні гравці стрімко завойовують позиції. Повідомляється, що один -виробник із Шанхая щорічно постачає майже 30 мільйонів одиниць.
З розвитком вітчизняних напівпровідникових компаній місцеві постачальники тепер можуть постачати практично всі компоненти-від головних мікроконтролерів керування та перед{1}}драйверів затворів драйверів до живлення MOSFET.
Ще один ключовий напрямок – компресори кондиціонерів. Інверторні кондиціонери стали широко поширеними, і тенденція до інверторної технології незаперечна. Вітчизняне виробництво кондиціонерів є значним. За даними Національного бюро статистики, у 2018 році було виготовлено 360 мільйонів двигунів змінного струму та приблизно 96 мільйонів двигунів BLDC для кондиціонерів. Крім того, щорічно збільшується виробництво двигунів BLDC для кондиціонерів.
VIII. Електроінструменти
Електроінструменти є одними з найбільш широко використовуваних апаратних і електромеханічних виробів. Їхня легка конструкція, портативність, висока продуктивність і низьке енергоспоживання роблять їх незамінними для операцій свердління, різання та шліфування в різних галузях промисловості, включаючи будівництво, декорування, деревообробку, металообробку та інші виробничі сектори.
З безперервним технологічним прогресом і зростаючим визнанням концепцій «зроби сам» сфера застосування електроінструментів продовжує розширюватися. Багато традиційних операцій із ручним інструментом все більше замінюються електроінструментами, які також переходять із промислового застосування на побутове. З кожним роком попит на електроінструмент зростає.
Перехід на безщіточні двигуни в електроінструментах почався досить рано. Ще в 2010 році деякі міжнародні бренди представили електроінструменти, оснащені безщітковими двигунами. Із вдосконаленням технології літій-іонних акумуляторів і дедалі доступнішими цінами кількість бездротових портативних інструментів зростає з кожним роком, тепер конкуруючи з дротовими інструментами за популярністю.
Статистика показує, що безщіточна технологія в основному була прийнята для електричних гайкових ключів у Китаї. Однак дрилі, високовольтні-інструменти та садові інструменти ще не повністю перейшли, хоча вони перебувають у процесі цього.
Ця зміна зумовлена в першу чергу енергоефективністю та високою продуктивністю безщіткових двигунів, що дозволяє ручним електроінструментам працювати довше. Багато міжнародних і вітчизняних виробників, таких як Bosch, Dewalt, Milwaukee, Ryobi та Makita, інвестують значні ресурси в розробку продукції.
Внутрішній розвиток електроінструментів також швидко розвивається, особливо в регіоні Цзянсу-Чжецзян, де розташовано багато виробників. За останні роки вартість безщіткових рішень для керування двигуном у цій галузі значно впала. Багато виробників розпочали цінову війну, згідно з повідомленнями, рішення для керування безщітковим двигуном для електроінструменту зараз коштує приблизно 6-7 юанів, а деякі навіть 4-5 юанів.
IX. Насоси
Індустрія водяних насосів є відносно традиційною, що включає різноманітні типи продукції та варіації рішень. Навіть для дискових плат однакової потужності на ринку існує безліч варіантів із цінами від 2 юанів до 40-50 юанів.
У системах водяних насосів середні-–-великі насоси переважно використовують три-фазні асинхронні двигуни, тоді як мікро-мініатюрні насоси переважно використовують дво-полюсні насоси змінного струму. Поточна модернізація системи опалення на півночі Китаю є сприятливою можливістю для технологічних інновацій у насосних рішеннях.
З чисто технічної точки зору безщіточні двигуни добре -підходять для насосів, пропонуючи переваги в розмірі, питомій потужності та навіть вартості.
10. Особисте здоров'я та благополуччя
Два репрезентативні продукти для догляду за здоров’ям – це вірусний фен Dyson і масажний пістолет.
З того часу, як Dyson представила свій високошвидкісний фен із цифровим двигуном, він запалив увесь ринок фенів.
За словами Цянь Чжичуня з Jingfeng Mingyuan, поточні рішення для домашніх фенів використовують три підходи: по-перше, порівняльний аналіз Dyson із над-високо-швидкісними безщітковими двигунами, які зазвичай працюють приблизно на 100 000 об/хв, а деякі досягають до 160 000 об/хв; По-друге, підхід до заміни двигуна U-, який пропонує такі ж частоти обертання, що й двигуни U-, але з перевагами у меншій вазі та вищому тиску повітря; По-третє, підхід до високої-напруги зовнішнього ротора, де двигун переважно повторює конструкцію Недіча.
Сучасні вітчизняні імітації вже не є простими копіями; вони зазвичай досягають уникнення патентів і включають певні інновації.
Останніми роками поставки фасційної зброї різко зросли. Кажуть, що фітнес-тренери та любителі спорту тепер зазвичай носять фасційні пістолети. Ці пристрої використовують вібраційну механіку для передачі вібрацій глибоко в фасцію та м’язову тканину, досягаючи розслаблення фасції та зменшення м’язової напруги. Дехто вважає фасціальні пістолети основними інструментами для-відновлення після тренування.
Однак на ринку цих пристроїв зараз висока конкуренція. Хоча їхній дизайн виглядає схожим, ціни коливаються від понад 100 юанів до понад 3000 юанів. Ринкова ціна на плати керування двигуном BLDC, які використовуються в цих гарматах, впала приблизно до 8 юанів, а деякі навіть доступні приблизно за 6 юанів. Це призвело до швидкого падіння цін на зброю.
Кажуть, що одного виробника побутової техніки, який був на межі банкрутства, миттєво відродив один лише продукт із фасційним пістолетом. Зараз вони процвітають досить комфортно.
Звичайно, крім цих двох продуктів, інші товари, як-от чоловічі електробритви та жіночі косметичні прилади, також мають тенденцію до впровадження безщіткового двигуна.
Висновок
Загалом двигуни BLDC залишаються в зародковому стані, але їх застосування вже процвітає. Окрім згаданих тут прикладів, їх можна знайти в обслуговуючих роботах, AGV, роботах-пилососах, блендерах, кухонних приладах, посудомийних машинах тощо. По правді кажучи, двигуни пронизують незліченну кількість аспектів нашого повсякденного життя, і багато майбутніх застосувань ще чекають свого дослідження. На цьому ми завершуємо аналіз двигунів BLDC. Сподіваюся, це виявиться корисним.