Hvad er en BLDC-motor? Hvad er dens funktion? Med fremskridtene inden for global industriel automatisering, intelligentisering og stigende levestandard vil motorer se stadig mere udbredte applikationer på tværs af bilindustrien, husholdningsapparater, elektronik og audio-visuelt udstyr, informationsbehandlingsenheder og industriel automationssektorer. Statistikker viser, at husholdninger i udviklede lande i gennemsnit ejer 80 til 130 motorer, mens husholdninger i Kinas større byer i gennemsnit kun er 20 til 40 motorer-stadig langt under gennemsnittet for udviklede-lande. Dette fremhæver et betydeligt vækstpotentiale for Kinas bilindustri.
Sammenlignet med elektriske motorers over 200-årige historie er BLDC-motorer relativt unge med en udviklingshistorie på godt 50 år. Fremskridt inden for halvlederteknologi og den udbredte anvendelse af MCU'er og drevkomponenter har imidlertid reduceret de samlede omkostninger for BLDC-motorer markant. Som følge heraf har BLDC-motorer oplevet en betydelig vækst i de seneste år, hvor deres samlede vækstrate overstiger konventionelle motorer.
Den sammensatte årlige vækstrate (CAGR) for BLDC-motorer forventes at være omkring 6,5% i de kommende år. Statistikker viser, at BLDC-markedets størrelse var omkring 16,3 milliarder dollars i 2019, med fremskrivninger på omkring 22,44 milliarder dollars i 2024.
I betragtning af denne markedsskala, hvad er de specifikke anvendelser? For nylig delte industrianalytiker Cheng Wenzhi på det tredje 2020 Brushless DC Motor Control Technology Seminar arrangeret af Electronic Enthusiast Network en rapport med titlen "Analysis of the Top Ten Potential Application Markets for BLDC Motors." Efter hans mening omfatter de primære applikationsmarkeder med betydelig fremtidig BLDC-motorbrug bilindustrien, 5G, droner/undervandsrobotter, e-cykler/elkøretøjer, industrirobotter, ventilatorer, kompressorer, elværktøj, pumper og personlig sundhedspleje.
I. Automotive Application Market
Med fremkomsten af nye energikøretøjer, indtrængen af intelligent kørsel og pilotimplementeringen af køretøj-til-tilslutning (V2X) bliver tendensen mod bilelektrificering stadig mere udtalt.
I fremtiden vil køretøjer, ud over drivmotorer, elektriske servostyringssystemer, elektroniske affjedringssystemer, køretøjsstabilitetskontrolsystemer, fartpilotsystemer, ABS og karrosserisystemer (vinduer, dørlåse, sæder, spejle, vinduesviskere, soltage osv.) alle i vid udstrækning bruge motorer.
Benzinbiler i økonomi-klasse har typisk omkring 10 motorer, standardkøretøjer har 20 til 30 motorer, mens luksusbiler kan omfatte 60 til 70 motorer eller endda over 100 motorer. Nye energikøretøjer kræver generelt 130 til 200 motorer.
Efterhånden som folk i stigende grad prioriterer køretøjets ydeevne, især med hensyn til komfort, sikkerhed, brændstofeffektivitet og miljøbeskyttelse, er antallet af elektroniske styreenheder og elektriske enheder i biler vokset tilsvarende. Indførelsen af forskellige elektriske systemer har ført til en stigning i antallet af installerede elektriske motorer til biler.
Nye energikøretøjer repræsenterer en vigtig udviklingstendens i de seneste år, hvor globale politikker nu samtidig fremmer deres vækst. Udviklede nationer som Europa og USA positionerer sig aktivt på markedet for nye energikøretøjer. Gennem forskellige tilskud, præferencepolitikker og lovgivning driver de udviklingen af nye energikøretøjer og letter overgangen fra traditionelle-brændstofdrevne køretøjer til elektriske køretøjer.
På hjemmemarkedet aftog væksten efter juli 2019 på grund af betydelige subsidiereduktioner. Men med store bilproducenter, der løbende lancerer nye energimodeller i 2020,-især Tesla Model 3 og Volkswagen ID.3-, er industrien klar til at skifte fra tilskudsdrevet til efterspørgselsdrevet vækst og gå ind i en anden fase med hurtig ekspansion.
II. 5G
2020 er et afgørende år for Kinas 5G-udvikling. Selvom der i første kvartal var forsinkelser i 5G-konstruktionen på grund af pandemien, erklærede China Mobile sin forpligtelse til at nå målet på 300,000 5G-basestationer inden udgangen af 2020. China Telecom og China Unicom sigter også efter i fællesskab at færdiggøre konstruktionen af 250.000 nye 5G-basestationer i tredje kvartal for at kompensere for forsinket{10 pandemi. Kombineret med China Broadcasting Networks planlagte 50.000 basestationer vil Kina bygge i alt 600.000 basestationer i år.
I 5G-basestationer kræves motorer adskillige steder, primært til basestationsantenner. I øjeblikket omfatter styremotorer med gearkassesamlinger, der bruges i 5G-basestationsantenner, to løsninger: stepmotorer og børsteløse motorer. Hver antenne udstyret med en elektronisk antennecontroller (EAC) kræver én styremotor med gearkasse.
Typisk kræver en standardkommunikationsbase cirka tre antenner. 4G-basestationer kræver fire til seks antenner, mens 5G-basestationer vil have endnu flere antenner.
Ud over basestationsantenner er motorer også essentielle for kølesystemer i basestationen, såsom køleventilatorer og airconditionkompressorer.
III. Droner / Undervandsdroner
Droner vandt betydelig popularitet for flere år siden, selvom ikke alle modeller bruger børsteløse motorer. Mange droner går nu over til børsteløse motorer for at opnå lettere, mere kompakt design og forlænget flyvetid.
Ifølge en Droneii-rapport nåede det globale dronemarked $14,1 milliarder i 2018 og forventes at vokse til $43,1 milliarder i 2024, hvor Asien og Nordamerika oplever den hurtigste vækst. Den sammensatte årlige vækstrate (CAGR) ligger på 20,5%.
Statistikker fra Civil Aviation Administration i Kinas "Civil Drone Mission Registration Information System" viser, at Kina ved udgangen af 2018 havde 285.000 registrerede droner. Ved udgangen af 2019 oversteg antallet af registrerede droner 392.000, med kommercielle droneflyvninger på i alt 1,25 millioner timer.
Især under pandemien i begyndelsen af dette år spillede droner en væsentlig rolle. De kørte i pendulfart mellem hospitaler og sygdomsbekæmpelsescentre og automatiserede transporten af akutmedicinske forsyninger og prøver til forebyggelse og kontrol af epidemier; svævede over motorveje og erstattede manuel lufttrafikkontrol; omdannet til desinfektionsværktøjer, fuldførelse af epidemiske forebyggelses- og desinfektionsopgaver på tværs af store landdistrikter og endda bydistrikter landsdækkende; og blev reklameeksperter og udsendte beskeder for at overtale folk til at blive hjemme.
Pandemien har også fået kontaktløs levering tilbage i søgelyset. På hjemmemarkedet lancerede Kinas civile luftfartsadministration sidste år pilotprogrammer for dronelogistik. Pandemien vil sandsynligvis fremskynde denne indenlandske udrulning. Internationalt samarbejdede logistikgiganten UPS med den tyske droneproducent Wingcopter for at introducere nye vertikale start- og landingsdroner i fragtindustrien til levering af pakker.
Undervandsdroner, en mindre kendt kategori, skaleres også gradvist op. Jeg kan huske, at jeg interviewede et undervandsdronefirma i 2017, da de lige var begyndt masseproduktion og sendte kun et par hundrede enheder via crowdfunding. Nu har deres årlige forsendelser nået titusindvis.
IV. E-Cykler/El-cykler
El-cykler bevarer den autentiske cykeloplevelse, mens de tilbyder intelligent kraftassistance. Placeret mellem traditionelle cykler og komplette e-cykler bruger de primært sensorer til at registrere køresignaler og yde tilsvarende kraftstøtte, hvilket reducerer rytterens indsats for en mere ubesværet tur. Sammenlignet med almindelige cykler har e-cykler motorer, batterier, sensorer, controllere og instrumentpaneler, hvilket beriger køreoplevelsen. I modsætning til traditionelle elcykler er e-cykler ikke afhængige af manuel gasregulering til hastighedsregulering. I stedet bruger de sensorer til at registrere køresignaler, fortolke rytterens hensigt og levere tilsvarende kraftassistance, hvilket gør køreoplevelsen mere intelligent.
Indenlandske e-cykler koster mellem 2.000 og 10.000 yuan. I Europa varierer hub-motorcykler- fra 500 til 1.700 euro, mens mellem{11}}motorcykler{12}} koster mellem 2.300 og 3.300 euro. El-cykler har væsentligt højere priser end traditionelle cykler og elcykler.
Motoren er kernekomponenten i en e-cykels elektriske system. Da motorens miniaturisering, lette design, driftseffektivitet og æstetiske pålidelighed direkte bestemmer e-cyklens ydeevne, udvikler motorproducenter typisk skræddersyede motorer, der er skræddersyet til specifikke e-krav. Motorer tegner sig for 10 % til 30 % af en el-s samlede omkostninger.
Efterspørgslen efter e-cykler er fortsat robust i Europa. Ifølge European Bicycle Industry Associations statistikker steg salget af europæiske e-cykler fra 98.000 enheder i 2006 til 2,5 millioner enheder i 2018, hvilket opnåede en sammensat årlig vækstrate (CAGR) på 31 %.
Det japanske marked oplever også støt vækst. Japan var pioner inden for forskning, udvikling, produktion og salg af e-cykler og lancerede med succes den første generation i 1980'erne. I betragtning af Japans overvejende bakkede terræn, ujævne veje og aldrende befolkning er e-cykler blevet et nødvendigt valg.
Hjemmemarkedet er i sin vorden og byder på et betydeligt fremtidigt vækstpotentiale. Virksomheder som Mobike, Xiaomi, Hello Bike, Bisu Travel og Jinyoung begynder nu at promovere elektriske cykler indenrigs.
V. Industrirobotter
Hjemmemarkedet for industrirobotter fokuserer primært på erstatningsapplikationer, der tilbyder et betydeligt vækstpotentiale. Selvom Kina er verdens største industrirobotapplikationsmarked, er verdenskendte producenter i denne sektor overvejende koncentreret i udviklede lande som USA, Japan og Tyskland. Disse omfatter "Big Four"-producenterne: Sveriges ABB, Japans Fanuc og Yaskawa Electric og Tysklands KUKA.
Ifølge data fra International Federation of Robotics nåede det globale industrirobotsalg 422.000 enheder i 2018, hvor Kina tegner sig for 154.000 enheder, hvilket repræsenterer 36,5% af det samlede antal. Derudover viser data fra National Bureau of Statistics, at Kinas industrirobotproduktion er steget støt og steg fra cirka 33.000 enheder i 2015 til 187.000 enheder i 2018 - en bemærkelsesværdig vækstrate.
Desuden er lokaliseringshastigheden af indenlandske industrirobotter blevet støt forbedret med kontinuerlig regeringsstøtte til industrien i de seneste år og indenlandske virksomheder, der har gjort konstante gennembrud. I første halvdel af 2018 steg den indenlandske andel af salget af robotkarosseri fra 19,42 % i 2015 til 28,48 %. Samtidig har Kinas samlede salgsvolumen for industrirobotter opretholdt en stabil vækst.
VI. Fans
Ventilatorer omfatter: elektriske ventilatorer, emhætter, hårtørrere, luftgardinmaskiner, HVAC-ventilatorer osv. Større downstream-producenter omfatter Midea, Airmate, Gree, Pioneer, Vatti, Robam og andre.
Husholdningsventilatorsegmentet repræsenterer et massivt marked. Kinas husholdningsventilatorproduktion er enorm. Ifølge National Bureau of Statistics-data nåede Kinas husholdningsblæserproduktion op på 180 millioner enheder i 2018. December 2017-data er ikke tilgængelige, men det samlede 11-måneders samlede antal var 160 millioner enheder. Produktionen i 2016 var 160 millioner enheder, med en anslået 190 millioner enheder for 2019.
I øjeblikket har mainstream indenlandske producenter af små apparater som Midea, Pioneer, Risa og Airmate alle lanceret produkter med børsteløse motorer. Blandt dem tilbyder Airmate det største volumen, mens Xiaomi kan prale af de laveste produktionsomkostninger.
Med indtoget af aktører på tværs af-branche som Xiaomi er brugsraten for børsteløse motorer i husholdningsventilatorsektoren accelereret. Indenlandske producenter af børsteløse motorer har nu sikret sig fodfæste på dette marked.
Ud over husholdningsventilatorer har industrielle køleventilatorer gået over til børsteløse motorer i årevis. En benchmark-virksomhed i denne sektor er EBM-Papst, hvis ventilatorer og motorer er meget udbredt inden for ventilation, aircondition, køling, husholdningsapparater, varme og bilindustrien.
Currently, numerous domestic companies are producing brushless cooling fans similar to EBM's, and they have already captured a significant portion of EBM's market share.
Især med fremkomsten af indenlandske ladestationer bør mulighederne for indenlandske producenter være betydelige. Regeringen har nu inddraget ladestandere i sine "Ny Infrastruktur"-projekter, hvilket skulle føre til endnu større udvikling i år.
Køleventilatorer skifter også til BLDC-motorer på grund af industristandarder og nationale energieffektivitetsforskrifter. Dette skift sker relativt hurtigt med betydelige produktmængder. I 2022 vil anslået 60 % af køleskabets køleventilatorer blive udskiftet med motorer med variabel-hastighed. Indenlandske leverandører af køleskabsventilatorer er primært koncentreret i Yangtze River Delta og Pearl River Delta regionerne.
I blæsersektoren er emhætter-en nøglekomponent i køkkenmaskiner-også under overgang. Imidlertid har omkostningsbegrænsninger begrænset anvendelsen af børsteløse motorer i emhætter. Løsninger med variabel-hastighed koster i øjeblikket omkring 150 yuan, mens ikke-børsteløse motorindstillinger kan implementeres for under 100 yuan, med billige-alternativer til rådighed for ca. 30 yuan.
Mange ventilationsenheder og luftrensere anvender også børsteløse motorløsninger. I øjeblikket bruger mindre modeller på markedet typisk Nedics eksterne rotormotorer, mens større luftrensere generelt anvender EBM-ventilatorer.
Derudover er luftcirkulationsventilatorer begyndt at vinde indpas i de senere år. Deres nuværende værdi forbliver relativt høj, med færdige produkter typisk prissat til 700-800 yuan hver, og premium-modeller når 2000-3000 yuan.
VII. Kompressorer
Da et køleskabs kompressorhastighed bestemmer dets interne temperatur, kan inverterkompressorer justere deres hastighed baseret på temperaturaflæsninger. Dette gør det muligt for køleskabet at tilpasse sig de aktuelle forhold og opretholde en mere stabil indre temperatur. Følgelig forbedres fødevarekonserveringen betydeligt. De fleste inverter-køleskabskompressorer anvender BLDC-motorer, hvilket resulterer i højere effektivitet, lavere støjniveauer og forlænget levetid under drift.
Denne sektor var tidligere domineret af japanske, koreanske og taiwanske producenter, men siden 2010 har indenlandske aktører hurtigt vundet indpas. Det er rapporteret, at en Shanghai-baseret producent nu sender næsten 30 millioner enheder årligt.
Med udviklingen af indenlandske halvlederfirmaer kan indenlandske leverandører nu levere stort set alle komponenter-fra hovedkontrol-MCU'er og pre-drivergate-drivere til strømforsyning af MOSFET'er.
Et andet nøgleområde er klimaanlægskompressorer. Inverter klimaanlæg er blevet bredt accepteret, og tendensen til inverter teknologi er ubestridelig. Den indenlandske produktion af klimaanlæg er betydelig. Ifølge National Bureau of Statistics blev der i 2018 fremstillet 360 millioner AC-motorer og cirka 96 millioner BLDC-motorer til klimaanlæg. Desuden har BLDC-motorproduktionen til klimaanlæg været stigende årligt.
VIII. El-værktøj
Elværktøj er blandt de mest udbredte hardware og elektromekaniske produkter. Deres lette design, bærbarhed, høje produktivitet og lave energiforbrug gør dem uundværlige til bore-, skære- og slibeoperationer på tværs af forskellige industrier, herunder byggeri, dekoration, træbearbejdning, metalfremstilling og andre fremstillingssektorer.
Med kontinuerlige teknologiske fremskridt og den voksende accept af gør-det-selv-koncepter, udvides anvendelsesområdet for elværktøj fortsat. Mange traditionelle manuelle værktøjsoperationer bliver i stigende grad erstattet af elværktøj, som også går fra industrielle applikationer til husholdningsbrug. Efterspørgslen efter elværktøj stiger år for år.
Skiftet mod børsteløse motorer i elværktøj begyndte ret tidligt. Allerede i 2010 introducerede nogle internationale mærker elværktøj udstyret med børsteløse motorer. Med modningen af lithium-ion-batteriteknologi og stadigt mere overkommelige priser er mængden af trådløse håndholdte værktøjer vokset år for år og konkurrerer nu med ledningsværktøjer i popularitet.
Statistik viser, at børsteløs teknologi stort set er blevet brugt til elektriske skruenøgler i Kina. Boremaskiner,-højspændingsværktøjer og haveredskaber er dog endnu ikke helt skiftet, selvom de er i gang med at gøre det.
Dette skift er primært drevet af energieffektiviteten og den høje ydeevne af børsteløse motorer, hvilket gør det muligt for håndholdte elværktøjer at fungere i længere tid. Mange internationale og indenlandske producenter, såsom Bosch, Dewalt, Milwaukee, Ryobi og Makita, investerer betydelige ressourcer i produktudvikling.
Den indenlandske udvikling af elværktøj går også hurtigt fremad, især i Jiangsu-Zhejiang-regionen, som huser adskillige producenter. I de senere år er prisen på børsteløse motorstyringsløsninger på dette område faldet markant. Mange producenter har indledt priskrige, med rapporter, der indikerer, at en børsteløs motorstyringsløsning til et elværktøj nu koster omkring 6-7 yuan, og nogle endda så lavt som 4-5 yuan.
IX. Pumper
Vandpumpeindustrien er relativt traditionel og byder på forskellige produkttyper og løsningsvariationer. Selv for drevkort med identiske effektmærker findes der flere muligheder på markedet, med priser, der spænder fra under 2 yuan til 40-50 yuan.
I vandpumpeapplikationer bruger medium-til-store pumper overvejende tre-asynkrone motorer, mens mikro-miniaturepumper primært anvender AC-to-polede pumper. De nuværende opgraderinger af varmesystem i det nordlige Kina udgør en gunstig mulighed for teknologisk innovation inden for pumpeløsninger.
Ud fra et rent teknisk perspektiv er børsteløse motorer velegnede-til pumpeapplikationer, idet de giver fordele i størrelse, effekttæthed og endda omkostninger.
10. Personlig sundhed og velvære
To repræsentative produkter inden for personlig sundhedspleje er Dysons virale hårtørrer og massagepistolen.
Siden Dyson introducerede sin højhastigheds-digitale motorhårtørrer, har den antændt hele markedet for hårtørrer.
Ifølge Qian Zhichun fra Jingfeng Mingyuan følger de nuværende hårtørrerløsninger til hjemmet primært tre tilgange: For det første benchmarking af Dyson med ultra-høj-børsteløse motorer, der typisk kører omkring 100.000 omdr./min., hvor nogle når op til 160.000 omdr./min. For det andet U-motorudskiftningstilgangen, som tilbyder samme omdrejningstal som U-motorer, men med fordele i form af lettere vægt og højere lufttryk; For det tredje, den eksterne rotor-højspændingstilgang,-, hvor motoren primært replikerer Nedics design.
Nuværende indenlandske efterligninger er ikke længere simple kopier; de opnår generelt patentundgåelse og inkorporerer visse innovationer.
Fascia-våbenforsendelser er steget dramatisk i de seneste år. Det siges, at fitnesstrænere og sportsentusiaster nu sædvanligvis bærer fascia-pistoler. Disse enheder anvender vibrationsmekanik til at transmittere vibrationer dybt ind i fascia og muskelvæv, hvilket opnår fascia afslapning og reducerer muskelspændinger. Nogle anser fascia guns som essentielle værktøjer til restitution efter-træning.
Men markedet for disse enheder er nu meget konkurrencepræget. Mens deres design ligner hinanden, varierer priserne fra over 100 yuan til mere end 3.000 yuan. Markedsprisen for de BLDC-motorstyrekort, der bruges i disse kanoner, er faldet til omkring 8 yuan, og nogle fås endda for ca. 6 yuan. Dette har ført til et hurtigt fald i priserne på fasciapistoler.
Det siges, at en producent af husholdningsapparater, der var på randen af konkurs, øjeblikkeligt blev genoplivet af produktet alene. De trives nu ganske behageligt.
Ud over disse to produkter er andre ting som elektriske barbermaskiner til mænd og skønhedsapparater til kvinder naturligvis også på vej mod børsteløs motoradoption.
Konklusion
Generelt forbliver BLDC-motorer i deres vorden, men deres applikationer blomstrer allerede. Ud over de eksempler, der er nævnt her, findes de i servicerobotter, AGV'er, robotstøvsugere, blendere, kogeapparater, opvaskemaskiner og meget mere. I virkeligheden gennemsyrer motorer utallige aspekter af vores daglige liv, med adskillige fremtidige applikationer, der stadig venter på at blive udforsket. Dette afslutter vores analyse af BLDC-motorer. Jeg håber, det viser sig nyttigt.