Què és un motor BLDC? Quina és la seva funció? Amb l'avenç de l'automatització industrial global, la intel·ligència i l'augment dels nivells de vida, els motors veuran aplicacions cada cop més esteses als sectors de l'automoció, els electrodomèstics, l'electrònica i els equips audiovisuals-, els dispositius de processament d'informació i els sectors d'automatització industrial. Les estadístiques indiquen que les llars dels països desenvolupats posseeixen una mitjana de 80 a 130 motors, mentre que les llars de les principals ciutats de la Xina només tenen una mitjana de 20 a 40 motors-encara molt per sota de la mitjana dels països desenvolupats-. Això posa de manifest un important potencial de creixement per a la indústria del motor de la Xina.
En comparació amb els més de 200 anys d'història dels motors elèctrics, els motors BLDC són relativament joves, amb una història de desenvolupament de poc més de 50 anys. Tanmateix, els avenços en la tecnologia de semiconductors i l'adopció generalitzada de MCU i components d'accionament han reduït significativament el cost global dels motors BLDC. En conseqüència, els motors BLDC han experimentat un creixement substancial en els darrers anys, amb una taxa de creixement global superior a la dels motors convencionals.
Es preveu que la taxa de creixement anual composta (CAGR) dels motors BLDC sigui al voltant del 6,5% en els propers anys. Les estadístiques indiquen que la mida del mercat BLDC va ser d'aproximadament 16.300 milions de dòlars el 2019, amb projeccions que assolien uns 22.440 milions de dòlars el 2024.
Donada aquesta escala de mercat, quines són les aplicacions específiques? Recentment, al tercer seminari de tecnologia de control de motors de CC sense escombretes de 2020 organitzat per Electronic Enthusiast Network, l'analista de la indústria Cheng Wenzhi va compartir un informe titulat "Anàlisi dels deu principals mercats d'aplicacions potencials per a motors BLDC". Segons la seva opinió, els mercats d'aplicacions principals amb un ús significatiu de motors BLDC en el futur inclouen automoció, 5G, drons/robots submarins, bicicletes e-vehicles elèctrics, robots industrials, ventiladors, compressors, eines elèctriques, bombes i assistència sanitària personal.
I. Mercat d'aplicacions d'automoció
Amb l'auge dels vehicles d'energia nova, la penetració de la conducció intel·ligent i la implementació pilot de la connectivitat de vehicles-a-tot (V2X), la tendència cap a l'electrificació de l'automòbil és cada cop més pronunciada.
En els vehicles futurs, més enllà dels motors d'accionament, sistemes de direcció assistida elèctrica, sistemes de suspensió electrònica, sistemes de control d'estabilitat del vehicle, sistemes de control de creuer, ABS i sistemes de carrosseria (finestres, panys de portes, seients, miralls, eixugaparabrises, sostres solars, etc.) utilitzaran àmpliament motors.
Normalment, els vehicles de gasolina-de classe econòmica incorporen uns 10 motors, els vehicles estàndard tenen entre 20 i 30 motors, mentre que els vehicles de luxe poden incloure entre 60 i 70 motors o fins i tot més de 100. Els vehicles d'energia nova requereixen generalment entre 130 i 200 motors.
A mesura que la gent prioritza cada cop més el rendiment dels vehicles, especialment en termes de confort, seguretat, eficiència del combustible i protecció del medi ambient, el nombre d'unitats de control electrònic i dispositius elèctrics als automòbils ha crescut en conseqüència. L'adopció de diversos sistemes elèctrics ha comportat un augment del nombre de motors elèctrics d'automoció instal·lats.
Els vehicles de nova energia representen una tendència de desenvolupament clau en els darrers anys, amb polítiques globals que ara avancen simultàniament en el seu creixement. Nacions desenvolupades com Europa i els Estats Units s'estan posicionant activament en el mercat dels vehicles d'energia nova. Mitjançant diverses subvencions, polítiques preferencials i legislació, estan impulsant el desenvolupament de vehicles d'energia nova i facilitant la transició dels vehicles tradicionals de combustible- als vehicles elèctrics.
A nivell intern, el creixement es va alentir després del juliol del 2019 a causa de importants reduccions de subvencions. No obstant això, amb els principals fabricants d'automòbils que llancen contínuament nous models energètics el 2020-sobretot el Tesla Model 3 i el Volkswagen ID.3-, el sector està a punt de passar d'un creixement impulsat per subvencions a un creixement impulsat per la demanda, entrant en una segona fase d'expansió ràpida.
II. 5G
El 2020 marca un any clau per al desenvolupament 5G de la Xina. Tot i que el primer trimestre es va registrar retards en la construcció de 5G a causa de la pandèmia, China Mobile va declarar el seu compromís d'assolir l'objectiu de 300,000 5estacions base G a finals de 2020. China Telecom i China Unicom també pretenen completar conjuntament la construcció de 250.000 noves estacions base 5G durant el tercer trimestre per compensar la pandèmia{10}} retardat{10}. En combinació amb les 50.000 estacions base previstes per la xarxa de radiodifusió de la Xina, la Xina construirà un total de 600.000 estacions base aquest any.
A les estacions base 5G, es requereixen motors en nombrosos llocs, principalment per a les antenes de les estacions base. Actualment, els motors de control amb conjunts de caixa de canvis utilitzats a les antenes de l'estació base 5G inclouen dues solucions: motors pas a pas i motors sense escombretes. Cada antena equipada amb un controlador d'antena electrònica (EAC) requereix un motor de control amb una caixa de canvis.
Normalment, una estació base de comunicació estàndard requereix aproximadament tres antenes. 4Les estacions base G necessiten de quatre a sis antenes, mentre que les estacions base 5G inclouran encara més antenes.
Més enllà de les antenes de l'estació base, els motors també són essencials per als sistemes de refrigeració de l'estació base, com ara ventiladors de refrigeració i compressors d'aire condicionat.
III. Drones / Drones submarins
Els drons van guanyar una popularitat important fa uns quants anys, encara que no tots els models utilitzen motors sense escombretes. Molts drons estan passant ara a motors sense escombretes per aconseguir dissenys més lleugers i compactes i durades de vol més llargues.
Segons un informe de Droneii, el mercat mundial de drons va assolir els 14.100 milions de dòlars el 2018 i es preveu que creixi fins als 43.100 milions de dòlars el 2024, amb Àsia i Amèrica del Nord experimentant el creixement més ràpid. La taxa de creixement anual composta (CAGR) se situa en el 20,5%.
Les estadístiques del "Sistema d'informació de registre de missions de drons civils" de l'Administració d'Aviació Civil de la Xina mostren que a finals de 2018, la Xina tenia 285.000 drons registrats. A finals de 2019, el nombre de drons registrats superava els 392.000, amb un total de vols de drons comercials d'1,25 milions d'hores.
Especialment durant la pandèmia a principis d'aquest any, els drons van tenir un paper important. Van fer un transport entre hospitals i centres de control de malalties, automatitzant el transport de subministraments mèdics d'emergència i exemplars per a la prevenció i el control d'epidèmies; volava sobre les carreteres, substituint el control manual del trànsit aeri; transformat en eines de desinfecció, completant tasques de prevenció i desinfecció d'epidèmies a grans àrees rurals i fins i tot districtes urbans de tot el país; i es van convertir en experts en publicitat, emetent missatges per persuadir la gent de quedar-se a casa.
La pandèmia també ha impulsat el lliurament sense contacte de nou al focus. A nivell nacional, l'Administració d'Aviació Civil de la Xina va llançar programes pilot per al lliurament de logística de drons l'any passat. És probable que la pandèmia acceleri aquest desplegament nacional. A nivell internacional, el gegant de la logística UPS es va associar amb el fabricant alemany de drons Wingcopter per introduir nous drons verticals d'enlairament i aterratge a la indústria del transport de mercaderies per al lliurament de paquets.
Els drons submarins, una categoria menys familiar, també estan augmentant gradualment. Recordo haver entrevistat una empresa de drons submarins el 2017, quan tot just començava la producció en massa, enviant només uns quants centenars d'unitats mitjançant crowdfunding. Ara, els seus enviaments anuals han arribat a desenes de milers.
IV. -Bicicletes elèctriques/bicicletes elèctriques
Les bicicletes elèctriques -preserven l'experiència de ciclisme autèntica alhora que ofereixen assistència elèctrica intel·ligent. Situats entre les bicicletes tradicionals i les bicicletes e-completes, utilitzen principalment sensors per detectar senyals de conducció i proporcionar el suport de potència corresponent, reduint l'esforç del conductor per a una conducció sense esforç. En comparació amb les bicicletes normals, les bicicletes e-incorporen motors, bateries, sensors, controladors i quadres d'instruments, la qual cosa enriqueix l'experiència de conducció. A diferència de les bicicletes elèctriques tradicionals, les bicicletes e-no depenen del control manual de l'accelerador per a la regulació de la velocitat. En lloc d'això, utilitzen sensors per detectar senyals de conducció, interpretar la intenció del motorista i oferir l'assistència de potència corresponent, fent que l'experiència de conducció sigui més intel·ligent.
Les bicicletes e-domèstiques tenen un preu d'entre 2.000 i 10.000 iuans. A Europa, les bicicletes de motor e{-hub-motocicletes oscil·len entre 500 i 1.700 euros, mentre que les bicicletes de motor-de tracció mitjana costen entre 2.300 i 3.300 euros. Les -bicicletes electròniques tenen preus molt més elevats que les bicicletes tradicionals i les bicicletes elèctriques.
El motor és el component bàsic del sistema elèctric{0}}d'una bicicleta elèctrica. Atès que la miniaturització del motor, el disseny lleuger, l'eficiència operativa i la fiabilitat estètica determinen directament el rendiment de la e-bicicleta elèctrica, els fabricants de motors solen desenvolupar motors personalitzats adaptats als requisits específics de la bicicleta e-. Els motors representen entre el 10% i el 30% del cost total d'una bicicleta elèctrica.
La demanda de -bicicletes electròniques continua sent alta a Europa. Segons les estadístiques de l'Associació Europea de la Indústria de la Bicicleta, les vendes de bicicletes e-europees van augmentar de 98.000 unitats el 2006 a 2,5 milions d'unitats el 2018, aconseguint una taxa de creixement anual composta (CAGR) del 31%.
El mercat japonès també està experimentant un creixement constant. El Japó va ser pioner en la investigació, el desenvolupament, la producció i la venda de bicicletes e-e, i va llançar amb èxit la primera generació als anys vuitanta. Tenint en compte el terreny predominantment muntanyós, les carreteres irregulars i l'envelliment de la població, les bicicletes e-s'han convertit en una opció necessària.
El mercat nacional està en els seus inicis i ofereix un potencial de creixement futur substancial. Empreses com Mobike, Xiaomi, Hello Bike, Bisu Travel i Jinyoung ara comencen a promocionar les bicicletes elèctriques a nivell nacional.
V. Robots industrials
El mercat nacional de robots industrials se centra principalment en aplicacions de substitució, oferint un potencial de creixement substancial. Tot i que la Xina és el mercat d'aplicacions de robots industrials més gran del món, els fabricants de renom mundial d'aquest sector es concentren principalment en països desenvolupats com els Estats Units, el Japó i Alemanya. Aquests inclouen els fabricants "Big Four": ABB de Suècia, Fanuc i Yaskawa Electric del Japó i KUKA d'Alemanya.
Segons dades de la Federació Internacional de Robòtica, les vendes globals de robots industrials van assolir les 422.000 unitats el 2018, i la Xina va representar 154.000 unitats, el 36,5% del total. A més, les dades de l'Oficina Nacional d'Estadística mostren que la producció de robots industrials de la Xina ha anat augmentant constantment, passant d'aproximadament 33.000 unitats el 2015 a 187.000 unitats el 2018, una taxa de creixement notable.
A més, amb el suport continu del govern a la indústria en els darrers anys i les empreses nacionals fent avenços constants, la taxa de localització dels robots industrials domèstics ha anat millorant constantment. Durant el primer semestre del 2018, la quota nacional de vendes de carrosseria robot va passar del 19,42% el 2015 al 28,48%. Al mateix temps, el volum global de vendes de robots industrials de la Xina ha mantingut un creixement constant.
VI. Aficionats
Els ventiladors inclouen: ventiladors elèctrics, campanes extractores, assecadors de cabells, màquines de cortina d'aire, ventiladors de climatització, etc. Els principals fabricants aigües avall inclouen Midea, Airmate, Gree, Pioneer, Vatti, Robam i altres.
El segment de ventiladors domèstics representa un mercat massiu. El volum de producció de ventiladors domèstics de la Xina és enorme. Segons dades de l'Oficina Nacional d'Estadística, la producció de ventiladors domèstics de la Xina va arribar als 180 milions d'unitats el 2018. Les dades de desembre de 2017 no estan disponibles, però el total d'11 mesos va ser de 160 milions d'unitats. La producció el 2016 va ser de 160 milions d'unitats, amb un estimat de 190 milions d'unitats per al 2019.
Actualment, els principals fabricants de petits electrodomèstics com Midea, Pioneer, Risa i Airmate han llançat productes amb motors sense escombretes. Entre ells, Airmate ofereix el volum més gran, mentre que Xiaomi compta amb els costos de producció més baixos.
Amb l'entrada de jugadors transversals-de la indústria com Xiaomi, la taxa d'adopció de motors sense escombretes al sector dels ventiladors domèstics s'ha accelerat. Els fabricants nacionals de motors sense escombretes ara s'han assegurat un lloc en aquest mercat.
Més enllà dels ventiladors domèstics, els ventiladors de refrigeració industrials fa anys que han passat a motors sense escombretes. Una empresa de referència en aquest sector és EBM-Papst, els ventiladors i motors de la qual s'utilitzen àmpliament a les indústries de la ventilació, l'aire condicionat, la refrigeració, els electrodomèstics, la calefacció i l'automoció.
Actualment, nombroses empreses nacionals estan produint ventiladors de refrigeració sense escombretes similars als d'EBM i ja han capturat una part important de la quota de mercat d'EBM.
Particularment amb l'augment de les estacions de recàrrega nacionals, les oportunitats per als fabricants nacionals haurien de ser substancials. El govern ha inclòs ara estacions de recàrrega en els seus projectes de "Nova Infraestructura", que hauria de comportar un desenvolupament encara més gran aquest any.
Els ventiladors de refrigeració dels frigorífics també estan passant als motors BLDC a causa dels estàndards de la indústria i les regulacions nacionals d'eficiència energètica. Aquest canvi s'està produint amb relativa rapidesa amb volums de productes importants. L'any 2022, s'estima que el 60% dels ventiladors de refrigeració dels refrigeradors es substituiran per motors de velocitat variable-. Els proveïdors nacionals de ventiladors de refrigeració es concentren principalment a les regions del delta del riu Yangtze i del delta del riu Perla.
Al sector dels ventiladors, les campanes extractores-un component clau dels electrodomèstics de cuina-també estan en transició. Tanmateix, les limitacions de costos han limitat l'adopció de motors sense escombretes a les campanes extractores. Les solucions de-velocitat variable costen actualment uns 150 iuans, mentre que les opcions de motor sense-sense escombretes es poden implementar per menys de 100 iuans, amb alternatives-de baix cost disponibles per uns 30 iuans.
Moltes unitats de ventilació i purificadors d'aire també adopten solucions de motor sense escombretes. Actualment, els models més petits del mercat solen utilitzar motors de rotor extern de Nedic, mentre que els purificadors d'aire més grans solen emprar ventiladors EBM.
A més, els ventiladors de circulació d'aire han començat a guanyar força en els últims anys. El seu valor actual segueix sent relativament alt, amb productes acabats que solen tenir un preu de 700-800 iuans cadascun i els models premium arriben als 2000-3000 iuans.
VII. Compressors
Com que la velocitat del compressor d'un refrigerador determina la seva temperatura interna, els compressors inverter poden ajustar la seva velocitat en funció de les lectures de temperatura. Això permet que la nevera s'adapti a les condicions actuals, mantenint una temperatura interna més estable. En conseqüència, la conservació dels aliments es millora significativament. La majoria dels compressors de refrigeració inverter utilitzen motors BLDC, el que resulta en una major eficiència, nivells de soroll més baixos i una vida útil allargada durant el funcionament.
Aquest sector estava dominat anteriorment per fabricants japonesos, coreans i taiwanesos, però des del 2010, els actors nacionals han guanyat terreny ràpidament. S'informa que un fabricant amb seu a Xangai-ara envia prop de 30 milions d'unitats l'any.
Amb l'avenç de les empreses nacionals de semiconductors, els proveïdors nacionals ara poden proporcionar pràcticament tots els components-des dels MCU de control principal i els controladors de la porta de pre-controladors per alimentar els MOSFET.
Una altra àrea clau són els compressors d'aire condicionat. Els aparells d'aire condicionat inverter s'han acceptat àmpliament i la tendència cap a la tecnologia d'inverter és innegable. La producció domèstica d'aire condicionat és substancial. Segons l'Oficina Nacional d'Estadística, el 2018 es van fabricar 360 milions de motors de CA i aproximadament 96 milions de motors BLDC per a aparells d'aire condicionat. A més, la producció de motors BLDC per a aparells d'aire condicionat ha anat augmentant anualment.
VIII. Eines elèctriques
Les eines elèctriques es troben entre els productes de maquinari i electromecànics més utilitzats. El seu disseny lleuger, portabilitat, alta productivitat i baix consum d'energia els fan indispensables per a operacions de perforació, tall i rectificat en diverses indústries, com ara la construcció, la decoració, la fusteria, la fabricació de metalls i altres sectors de fabricació.
Amb els continus avenços tecnològics i l'acceptació creixent dels conceptes de bricolatge, l'àmbit d'aplicació de les eines elèctriques continua ampliant-se. Moltes operacions d'eines manuals tradicionals estan sent substituïdes cada cop més per eines elèctriques, que també estan passant d'aplicacions industrials a ús domèstic. La demanda d'eines elèctriques augmenta any rere any.
El canvi cap als motors sense escombretes a les eines elèctriques va començar força aviat. Ja el 2010, algunes marques internacionals van introduir eines elèctriques equipades amb motors sense escombretes. Amb la maduració de la tecnologia de la bateria de ions de liti-i els preus cada cop més assequibles, el volum d'eines de mà sense fil ha crescut any rere any, rivalitzant ara amb les eines amb cable en popularitat.
Les estadístiques indiquen que la tecnologia sense escombretes s'ha adoptat en gran mesura per a les claus elèctriques a la Xina. Tanmateix, els trepants, les eines d'alta-tensió i les eines de jardí encara no han fet la transició del tot, tot i que estan en procés de fer-ho.
Aquest canvi es deu principalment a l'eficiència energètica i l'alt rendiment dels motors sense escombretes, que permeten que les eines elèctriques de mà funcionin durant més temps. Molts fabricants nacionals i internacionals, com Bosch, Dewalt, Milwaukee, Ryobi i Makita, estan invertint recursos importants en el desenvolupament de productes.
El desenvolupament d'eines elèctriques nacionals també avança ràpidament, especialment a la regió de Jiangsu-Zhejiang, que acull nombrosos fabricants. En els darrers anys, el cost de les solucions de control de motor sense escombretes en aquesta àrea ha baixat significativament. Molts fabricants han iniciat guerres de preus, amb informes que indiquen que una solució de control de motor sense escombretes per a una eina elèctrica costa ara entre 6 i 7 iuans, i alguns fins i tot fins i tot entre 4 i 5 iuans.
IX. Bombes
La indústria de la bomba d'aigua és relativament tradicional, amb diversos tipus de productes i variacions de solucions. Fins i tot per a plaques d'accionament de potències idèntiques, hi ha diverses opcions al mercat, amb preus que oscil·len entre menys de 2 iuans i 40-50 iuans.
En aplicacions de bombes d'aigua, les bombes de potència mitjana-{-gran utilitzen principalment motors asíncrons trifàsics, mentre que les micro-bombes en miniatura utilitzen principalment bombes de CA de dos-pols. Les actualitzacions actuals del sistema de calefacció al nord de la Xina presenten una oportunitat favorable per a la innovació tecnològica en solucions de bombes.
Des d'una perspectiva purament tècnica, els motors sense escombretes s'adapten-per a aplicacions de bombes, ja que ofereixen avantatges en mida, densitat de potència i fins i tot cost.
10. Salut i benestar personal
Dos productes representatius en la cura de la salut personal són l'assecador de cabell viral de Dyson i la pistola de massatge.
Des que Dyson va presentar el seu assecador de cabells de motor digital d'alta velocitat-, ha encès tot el mercat dels assecadors de cabells.
Segons Qian Zhichun de Jingfeng Mingyuan, les solucions actuals d'assecador de cabells domèstics segueixen principalment tres enfocaments: primer, comparant Dyson amb motors sense escombretes de velocitat ultra-alta-, que normalment funcionen a unes 100.000 RPM, amb alguns que arriben fins a 160.000 RPM; En segon lloc, l'enfocament de substitució del motor U-, que ofereix RPM similars als motors U-, però amb avantatges en un pes més lleuger i una pressió d'aire més alta; En tercer lloc, l'enfocament d'alt-tensió del rotor extern, on el motor replica principalment el disseny de Nedic.
Els productes d'imitació domèstics actuals ja no són simples còpies; generalment aconsegueixen evitar patents i incorporen determinades innovacions.
Els enviaments d'armes de fascia han augmentat espectacularment en els últims anys. Es diu que els entrenadors físics i els entusiastes dels esports ara solen portar armes de fàscia. Aquests dispositius utilitzen la mecànica vibracional per transmetre vibracions profundament a la fàscia i el teixit muscular, aconseguint la relaxació de la fàscia i reduint la tensió muscular. Alguns consideren que les pistoles amb fascia són eines essencials per a la recuperació posterior a l'entrenament.
No obstant això, el mercat d'aquests dispositius és ara molt competitiu. Tot i que els seus dissenys semblen similars, els preus oscil·len entre més de 100 iuans i més de 3.000 iuans. El preu de mercat de les plaques de control de motor BLDC utilitzades en aquestes armes ha baixat a uns 8 iuans, amb algunes fins i tot disponibles per uns 6 iuans. Això ha provocat un ràpid descens dels preus de les armes amb fàscia.
Es diu que un fabricant d'electrodomèstics, a la vora de la fallida, va ser ressuscitat a l'instant només amb el producte de la fàscia. Ara estan prosperant amb força comoditat.
Per descomptat, més enllà d'aquests dos productes, altres articles com ara maquines d'afaitar elèctriques per a homes i dispositius de bellesa per a dones també tendeixen a l'adopció de motors sense escombretes.
Conclusió
En general, els motors BLDC continuen en la seva infància, però les seves aplicacions ja estan florint. Més enllà dels exemples esmentats aquí, es troben en robots de servei, AGV, aspiradores robòtiques, batedores, aparells de cuina, rentavaixelles i molt més. De fet, els motors impregnen infinitat d'aspectes de la nostra vida quotidiana, amb nombroses aplicacions futures encara pendents de ser explorades. Això conclou la nostra anàlisi dels motors BLDC. Espero que sigui útil.