Vad är en BLDC-motor? Vad är dess funktion? Med utvecklingen av global industriell automation, intelligentisering och stigande levnadsstandard kommer motorer att se allt mer utbredda tillämpningar inom fordonsindustrin, hushållsapparater, elektronik och audio-visuell utrustning, informationsbehandlingsenheter och industriell automationssektor. Statistik visar att hushållen i utvecklade länder äger i genomsnitt 80 till 130 motorer, medan hushållen i Kinas större städer i genomsnitt bara 20 till 40 motorer-fortfarande långt under genomsnittet i utvecklade-länder. Detta belyser betydande tillväxtpotential för Kinas bilindustri.
Jämfört med elmotorernas över 200-åriga historia är BLDC-motorer relativt unga, med en utvecklingshistoria på drygt 50 år. Emellertid har framsteg inom halvledarteknik och den utbredda användningen av MCU:er och drivkomponenter minskat den totala kostnaden för BLDC-motorer avsevärt. Följaktligen har BLDC-motorer upplevt en betydande tillväxt under de senaste åren, med deras totala tillväxttakt som överstiger den för konventionella motorer.
Den sammansatta årliga tillväxttakten (CAGR) för BLDC-motorer beräknas bli cirka 6,5 % under de kommande åren. Statistik indikerar att BLDC-marknadens storlek var cirka 16,3 miljarder USD 2019, med prognoser på cirka 22,44 miljarder USD 2024.
Med tanke på denna marknadsskala, vilka är de specifika tillämpningarna? Nyligen, vid det tredje 2020 Brushless DC Motor Control Technology Seminar som arrangerats av Electronic Enthusiast Network, delade industrianalytiker Cheng Wenzhi en rapport med titeln "Analysis of the Top Ten Potential Application Markets for BLDC Motors." Enligt hans uppfattning inkluderar de primära applikationsmarknaderna med betydande framtida BLDC-motoranvändning fordon, 5G, drönare/undervattensrobotar, e-cyklar/elfordon, industrirobotar, fläktar, kompressorer, elverktyg, pumpar och personlig sjukvård.
I. Applikationsmarknad för fordon
Med framväxten av nya energifordon, penetrationen av intelligent körning och pilotimplementeringen av fordons-till-anslutning (V2X) blir trenden mot fordonselektrifiering allt mer uttalad.
I framtiden kommer fordon, bortom drivmotorer, elektriska servostyrningssystem, elektroniska fjädringssystem, fordonsstabilitetskontrollsystem, farthållarsystem, ABS och karosssystem (fönster, dörrlås, säten, speglar, vindrutetorkare, soltak, etc.) i stor utsträckning att använda motorer.
Vanligtvis har bensinfordon i ekonomi-klass cirka 10 motorer, standardfordon har 20 till 30 motorer, medan lyxfordon kan innehålla 60 till 70 motorer eller till och med över 100 motorer. Nya energifordon kräver i allmänhet 130 till 200 motorer.
När människor i allt högre grad prioriterar fordonsprestanda, särskilt när det gäller komfort, säkerhet, bränsleeffektivitet och miljöskydd, har antalet elektroniska styrenheter och elektriska enheter i bilar ökat i motsvarande grad. Antagandet av olika elektriska system har lett till en ökning av antalet installerade elmotorer för bilar.
Nya energifordon representerar en viktig utvecklingstrend de senaste åren, med global politik som nu samtidigt främjar deras tillväxt. Utvecklade länder som Europa och USA positionerar sig aktivt på marknaden för nya energifordon. Genom olika subventioner, förmånliga policyer och lagstiftning driver de utvecklingen av nya energifordon och underlättar övergången från traditionella-bränsledrivna fordon till elfordon.
Inhemskt avtog tillväxten efter juli 2019 på grund av betydande subventionsminskningar. Men med stora biltillverkare som kontinuerligt lanserar nya energimodeller under 2020-särskilt Tesla Model 3 och Volkswagen ID.3- är branschen redo att gå från subventionsdriven till efterfrågedriven tillväxt och gå in i en andra fas av snabb expansion.
II. 5G
2020 är ett avgörande år för Kinas 5G-utveckling. Även om det första kvartalet såg förseningar i 5G-byggandet på grund av pandemin, uttalade China Mobile sitt åtagande att uppnå målet på 300,000 5G-basstationer i slutet av 2020. China Telecom och China Unicom siktar också på att tillsammans slutföra konstruktionen av 250 000 nya 5G-basstationer under det tredje kvartalet för att kompensera för försenade{1} pandemi. I kombination med China Broadcasting Networks planerade 50 000 basstationer kommer Kina att bygga totalt 600 000 basstationer i år.
I 5G-basstationer krävs motorer på många platser, främst för basstationsantenner. För närvarande inkluderar styrmotorer med växellådsenheter som används i 5G-basstationsantenner två lösningar: stegmotorer och borstlösa motorer. Varje antenn utrustad med en elektronisk antennkontroll (EAC) kräver en styrmotor med växellåda.
Vanligtvis kräver en standardkommunikationsbasstation ungefär tre antenner. 4G-basstationer kräver fyra till sex antenner, medan 5G-basstationer kommer att ha ännu fler antenner.
Utöver basstationsantenner är motorer också viktiga för kylsystem inom basstationen, såsom kylfläktar och luftkonditioneringskompressorer.
III. Drönare / Undervattensdrönare
Drönare fick betydande popularitet för flera år sedan, även om inte alla modeller använder borstlösa motorer. Många drönare går nu över till borstlösa motorer för att uppnå lättare, mer kompakt design och förlängd flygtid.
Enligt en Droneii-rapport nådde den globala drönarmarknaden 14,1 miljarder dollar 2018 och förväntas växa till 43,1 miljarder dollar 2024, med Asien och Nordamerika som upplever den snabbaste tillväxten. Den sammansatta årliga tillväxttakten (CAGR) ligger på 20,5 %.
Statistik från Civil Aviation Administration of Chinas "Civil Drone Mission Registration Information System" visar att i slutet av 2018 hade Kina 285 000 registrerade drönare. I slutet av 2019 översteg antalet registrerade drönare 392 000, med kommersiella drönarflygningar på totalt 1,25 miljoner timmar.
Särskilt under pandemin tidigt i år spelade drönare en betydande roll. De pendlade mellan sjukhus och centra för sjukdomsbekämpning, och automatiserade transporten av akut medicinsk förnödenheter och prover för att förebygga och kontrollera epidemier; svävade över motorvägar och ersatte manuell flygtrafikkontroll; omvandlas till desinfektionsverktyg, som slutför epidemiförebyggande och desinfektionsuppgifter över stora landsbygdsområden och till och med stadsdistrikt över hela landet; och blev reklamexperter och sände meddelanden för att övertala folk att stanna hemma.
Pandemin har också drivit kontaktlös leverans tillbaka in i rampljuset. Inrikes lanserade Kinas civila luftfartsförvaltning pilotprogram för drönarlogistikleverans förra året. Pandemin kommer sannolikt att påskynda denna inhemska utbyggnad. Internationellt samarbetade logistikjätten UPS med den tyska drönartillverkaren Wingcopter för att introducera nya vertikala start- och landningsdrönare i fraktbranschen för leverans av paket.
Undervattensdrönare, en mindre bekant kategori, skalas också gradvis upp. Jag minns att jag intervjuade ett undervattensdrönarföretag 2017 när de precis hade börjat massproduktion och skickade bara några hundra enheter via crowdfunding. Nu har deras årliga leveranser nått tiotusentals.
IV. E-Cyklar / elcyklar
El-cyklar bevarar den autentiska cykelupplevelsen samtidigt som de erbjuder intelligent kraftassistans. Placerade mellan traditionella cyklar och kompletta e-cyklar använder de i första hand sensorer för att upptäcka körsignaler och ge motsvarande kraftstöd, vilket minskar förarens ansträngning för en mer ansträngd körning. Jämfört med vanliga cyklar har e-cyklar motorer, batterier, sensorer, kontroller och instrumentpaneler, vilket berikar körupplevelsen. Till skillnad från traditionella elcyklar är e-cyklar inte beroende av manuell gasreglage för hastighetsreglering. Istället använder de sensorer för att upptäcka körsignaler, tolka förarens avsikt och leverera motsvarande kraftassistans, vilket gör körupplevelsen mer intelligent.
Inrikes e-cyklar kostar mellan 2 000 och 10 000 yuan. I Europa varierar nav-motorcyklar-från 500 till 1 700 euro, medan mellan{11}}motorcyklar- kostar mellan 2 300 och 3 300 euro. El-cyklar har betydligt högre priser än traditionella cyklar och elcyklar.
Motorn är kärnkomponenten i en e-cykels elektriska system. Eftersom motorns miniatyrisering, lätta design, driftseffektivitet och estetiska tillförlitlighet direkt bestämmer e-cykelns prestanda, utvecklar motortillverkare vanligtvis skräddarsydda motorer skräddarsydda för specifika e-krav. Motorer står för 10 % till 30 % av den totala kostnaden för en e-cykel.
Efterfrågan på e-cyklar är fortfarande stor i Europa. Enligt statistik från European Bicycle Industry Association ökade försäljningen av europeiska e-cyklar från 98 000 enheter 2006 till 2,5 miljoner enheter 2018, vilket uppnådde en sammansatt årlig tillväxttakt (CAGR) på 31 %.
Den japanska marknaden upplever också en stadig tillväxt. Japan var pionjär inom forskning, utveckling, produktion och försäljning av e-cyklar och lanserade framgångsrikt den första generationen på 1980-talet. Med tanke på Japans övervägande kuperade terräng, ojämna vägar och åldrande befolkning har e-cyklar blivit ett nödvändigt val.
Den inhemska marknaden är i sin linda och erbjuder betydande framtida tillväxtpotential. Företag som Mobike, Xiaomi, Hello Bike, Bisu Travel och Jinyoung börjar nu marknadsföra elcyklar på hemmaplan.
V. Industrirobotar
Den inhemska marknaden för industrirobotar fokuserar främst på ersättningsapplikationer, vilket erbjuder en betydande tillväxtpotential. Även om Kina är världens största industrirobotapplikationsmarknad, är globalt kända tillverkare inom denna sektor till övervägande del koncentrerade till utvecklade länder som USA, Japan och Tyskland. Dessa inkluderar "Big Four"-tillverkarna: Sveriges ABB, Japans Fanuc och Yaskawa Electric och tyska KUKA.
Enligt data från International Federation of Robotics nådde den globala försäljningen av industrirobotar 422 000 enheter 2018, med Kina som står för 154 000 enheter, vilket motsvarar 36,5 % av totalen. Dessutom visar data från National Bureau of Statistics att Kinas industrirobotproduktion har ökat stadigt och stigit från cirka 33 000 enheter 2015 till 187 000 enheter 2018 - en anmärkningsvärd tillväxttakt.
Dessutom, med kontinuerligt statligt stöd till industrin under de senaste åren och inhemska företag som gjort stadiga genombrott, har lokaliseringshastigheten för inhemska industrirobotar stadigt förbättrats. Under första halvåret 2018 steg den inhemska andelen av försäljningen av robotkroppar från 19,42 % 2015 till 28,48 %. Samtidigt har Kinas totala försäljningsvolym för industrirobotar upprätthållit en stadig tillväxt.
VI. Fans
Fläktar omfattar: elektriska fläktar, spiskåpor, hårtorkar, luftridåmaskiner, HVAC-fläktar, etc. Större efterföljande tillverkare inkluderar Midea, Airmate, Gree, Pioneer, Vatti, Robam och andra.
Hushållsfläktsegmentet representerar en enorm marknad. Kinas hushållsfläktproduktionsvolym är enorm. Enligt National Bureau of Statistics data nådde Kinas hushållsfläktproduktion 180 miljoner enheter 2018. Data för december 2017 är inte tillgängliga, men den totala 11 månaderna var 160 miljoner enheter. Produktionen 2016 var 160 miljoner enheter, med uppskattningsvis 190 miljoner enheter för 2019.
För närvarande har vanliga inhemska tillverkare av små apparater som Midea, Pioneer, Risa och Airmate alla lanserat produkter med borstlösa motorer. Bland dem erbjuder Airmate den största volymen, medan Xiaomi har de lägsta produktionskostnaderna.
Med intåget av-branschaktörer som Xiaomi har användningen av borstlösa motorer i fläktsektorn för hushåll accelererat. Inhemska tillverkare av borstlösa motorer har nu fått fotfäste på denna marknad.
Utöver hushållsfläktar har industriella kylfläktar gått över till borstlösa motorer i flera år. Ett riktmärkeföretag inom den här sektorn är EBM-Papst, vars fläktar och motorer används i stor utsträckning inom ventilations-, luftkonditionerings-, kyl-, hushållsapparater, värme- och bilindustrin.
För närvarande tillverkar många inhemska företag borstlösa kylfläktar som liknar EBM:s, och de har redan tagit en betydande del av EBM:s marknadsandel.
Särskilt med framväxten av inhemska laddstationer bör möjligheterna för inhemska tillverkare vara betydande. Regeringen har nu tagit in laddstationer i sina "Ny infrastruktur"-projekt, vilket borde leda till ännu större utveckling i år.
Kylskåpsfläktar går också över till BLDC-motorer på grund av industristandarder och nationella energieffektivitetsföreskrifter. Denna förändring sker relativt snabbt med betydande produktvolymer. År 2022 kommer uppskattningsvis 60 % av kylfläktarna att bytas ut mot motorer med variabel-hastighet. Inhemska leverantörer av kylfläktar för kylskåp är främst koncentrerade till regionerna Yangtze River Delta och Pearl River Delta.
Inom fläktsektorn håller även spiskåpor-en nyckelkomponent i köksmaskiner- på att förändras. Kostnadsbegränsningar har dock begränsat användningen av borstlösa motorer i spiskåpor. Lösningar med variabel-hastighet kostar för närvarande cirka 150 yuan, medan icke-borstlösa motoralternativ kan implementeras för under 100 yuan, med låga-alternativ tillgängliga för cirka 30 yuan.
Många ventilationsaggregat och luftrenare använder också borstlösa motorlösningar. För närvarande använder mindre modeller på marknaden vanligtvis Nedics externa rotormotorer, medan större luftrenare vanligtvis använder EBM-fläktar.
Dessutom har luftcirkulationsfläktar börjat få dragkraft de senaste åren. Deras nuvarande värde är fortfarande relativt högt, med färdiga produkter som vanligtvis kostar 700-800 yuan vardera och premiummodeller når 2000-3000 yuan.
VII. Kompressorer
Eftersom ett kylskåps kompressorhastighet bestämmer dess interna temperatur, kan inverterkompressorer justera sin hastighet baserat på temperaturavläsningar. Detta gör att kylskåpet kan anpassa sig till rådande förhållanden och bibehålla en mer stabil innertemperatur. Följaktligen förbättras matkonserveringen avsevärt. De flesta inverterkompressorer för kylskåp använder BLDC-motorer, vilket resulterar i högre effektivitet, lägre ljudnivåer och förlängd livslängd under drift.
Denna sektor dominerades tidigare av japanska, koreanska och taiwanesiska tillverkare, men sedan 2010 har inhemska aktörer snabbt vunnit mark. Det har rapporterats att en Shanghai-baserad tillverkare nu skickar nästan 30 miljoner enheter årligen.
Med framgången för inhemska halvledarföretag kan inhemska leverantörer nu tillhandahålla praktiskt taget alla komponenter-från MCU:er för huvudstyrning och pre-drivrutiner för drivrutiner till strömförsörjning av MOSFET:er.
Ett annat nyckelområde är luftkonditioneringskompressorer. Inverter luftkonditioneringsapparater har blivit allmänt accepterade, och trenden mot inverterteknik är obestridlig. Den inhemska luftkonditioneringsproduktionen är betydande. Enligt National Bureau of Statistics sågs 2018 360 miljoner AC-motorer och cirka 96 miljoner BLDC-motorer tillverkade för luftkonditioneringsapparater. Dessutom har BLDC-motorproduktionen för luftkonditioneringsapparater ökat årligen.
VIII. Elverktyg
Elverktyg rankas bland de mest använda hårdvaru- och elektromekaniska produkterna. Deras lätta design, portabilitet, höga produktivitet och låga energiförbrukning gör dem oumbärliga för borrning, skärning och slipning inom olika industrier inklusive konstruktion, dekoration, träbearbetning, metalltillverkning och andra tillverkningssektorer.
Med ständiga tekniska framsteg och den växande acceptansen av gör-det-själv-koncept, fortsätter applikationsomfånget för elverktyg att expandera. Många traditionella manuella verktygsoperationer ersätts i allt högre grad av elverktyg, som också övergår från industriella applikationer till hushållsbruk. Efterfrågan på elverktyg ökar år för år.
Övergången till borstlösa motorer i elverktyg började ganska tidigt. Redan 2010 introducerade några internationella märken elverktyg utrustade med borstlösa motorer. Med mognaden av litium-jonbatteriteknik och allt överkomligare priser har volymen sladdlösa handhållna verktyg vuxit år för år, och nu konkurrerar med sladdverktyg i popularitet.
Statistik visar att borstlös teknologi till stor del har antagits för elektriska skiftnycklar i Kina. Däremot har borrar, högspänningsverktyg och trädgårdsverktyg ännu inte helt övergått, även om de håller på att göra det.
Denna förändring drivs främst av energieffektiviteten och höga prestanda hos borstlösa motorer, vilket gör det möjligt för handhållna elverktyg att fungera under längre tid. Många internationella och inhemska tillverkare, som Bosch, Dewalt, Milwaukee, Ryobi och Makita, investerar betydande resurser i produktutveckling.
Den inhemska utvecklingen av elverktyg går också snabbt framåt, särskilt i Jiangsu-Zhejiang-regionen, som är värd för många tillverkare. Under de senaste åren har kostnaden för borstlösa motorstyrningslösningar inom detta område sjunkit avsevärt. Många tillverkare har initierat priskrig, med rapporter som tyder på att en borstlös motorstyrningslösning för ett elverktyg nu kostar cirka 6-7 yuan, och vissa till och med så lågt som 4-5 yuan.
IX. Pumps
Vattenpumpsindustrin är relativt traditionell, med olika produkttyper och lösningsvariationer. Även för drivkort med identisk effekt finns det flera alternativ på marknaden, med priser som sträcker sig från under 2 yuan till 40-50 yuan.
I vattenpumpstillämpningar använder medium-till-stora pumpar huvudsakligen tre-asynkrona motorer, medan mikro-miniatyrpumpar huvudsakligen använder två-växelströmspumpar. De nuvarande uppgraderingarna av värmesystem i norra Kina utgör en gynnsam möjlighet för teknisk innovation inom pumplösningar.
Ur ett rent tekniskt perspektiv är borstlösa motorer väl-lämpade för pumptillämpningar, och erbjuder fördelar i storlek, effekttäthet och till och med kostnad.
10. Personlig hälsa och välbefinnande
Två representativa produkter inom personlig hälsovård är Dysons virala hårtork och massagepistolen.
Sedan Dyson introducerade sin-höghastighets digitala motorhårtork har den antänt hela marknaden för hårtorkar.
Enligt Qian Zhichun från Jingfeng Mingyuan följer nuvarande hårtorkar för hemmabruk i första hand tre tillvägagångssätt: För det första, benchmarking av Dyson med ultra-höghastighet-borstlösa motorer, som vanligtvis arbetar med runt 100 000 varv per minut, och vissa når upp till 160 000 varv per minut; För det andra, U-motorersättningsmetoden, som erbjuder liknande varvtal som U-motorer men med fördelar i lägre vikt och högre lufttryck; För det tredje, den externa rotorns högspänningsmetod-, där motorn i första hand replikerar Nedics design.
Nuvarande inhemska imitationsprodukter är inte längre enkla kopior; de uppnår i allmänhet patentundvikande och innehåller vissa innovationer.
Fasciavapenleveranserna har ökat dramatiskt de senaste åren. Det sägs att träningstränare och sportentusiaster nu ofta bär fasciapistoler. Dessa enheter använder vibrationsmekanik för att överföra vibrationer djupt in i fascia och muskelvävnad, vilket uppnår fasciaavslappning och minskar muskelspänningar. Vissa anser att fascia guns är viktiga verktyg för återhämtning efter-pass.
Men marknaden för dessa enheter är nu mycket konkurrensutsatt. Även om deras design ser likadan ut, varierar priserna från över 100 yuan till mer än 3 000 yuan. Marknadspriset för BLDC-motorstyrkorten som används i dessa pistoler har sjunkit till cirka 8 yuan, med några till och med tillgängliga för cirka 6 yuan. Detta har lett till en snabb nedgång i priserna på fascia vapen.
Det sägs att en tillverkare av hushållsapparater, på randen till konkurs, omedelbart återupplivades av enbart fascia gun-produkten. De trivs ganska bra nu.
Naturligtvis, utöver dessa två produkter, trendar även andra föremål som elektriska rakapparater för män och skönhetsapparater för kvinnor mot borstlös motoradoption.
Slutsats
Sammantaget är BLDC-motorer fortfarande i sin linda, men deras tillämpningar blomstrar redan. Utöver de exempel som nämns här, finns de i servicerobotar, AGV, robotdammsugare, mixers, matlagningsapparater, diskmaskiner och mer. I själva verket genomsyrar motorer otaliga aspekter av vårt dagliga liv, med många framtida tillämpningar som fortfarande väntar på att utforskas. Detta avslutar vår analys av BLDC-motorer. Jag hoppas att det visar sig vara till hjälp.