Co je to BLDC motor? Jaká je jeho funkce? S pokrokem globální průmyslové automatizace, inteligence a rostoucí životní úrovně se motory budou stále více používat v automobilovém průmyslu, domácích spotřebičích, elektronice a audio{0}}vizuálním zařízení, zařízeních pro zpracování informací a průmyslové automatizaci. Statistiky uvádějí, že domácnosti ve vyspělých zemích vlastní v průměru 80 až 130 motorů, zatímco domácnosti ve velkých čínských městech mají v průměru pouze 20 až 40 motorů,-ještě stále hluboko pod průměrem vyspělých-zemí. To zdůrazňuje významný růstový potenciál pro čínský automobilový průmysl.
Ve srovnání s více než 200letou historií elektromotorů jsou BLDC motory relativně mladé, s historií vývoje něco málo přes 50 let. Pokroky v technologii polovodičů a rozšířené přijetí MCU a komponent pohonu však výrazně snížily celkové náklady na BLDC motory. V důsledku toho zaznamenaly motory BLDC v posledních letech značný růst, přičemž jejich celková rychlost růstu převyšuje tempo konvenčních motorů.
Předpokládá se, že složená roční míra růstu (CAGR) pro BLDC motory bude v nadcházejících letech kolem 6,5 %. Statistiky naznačují, že velikost trhu BLDC byla v roce 2019 přibližně 16,3 miliardy USD, přičemž projekce dosáhly do roku 2024 přibližně 22,44 miliardy USD.
Jaké jsou konkrétní aplikace s ohledem na tento rozsah trhu? Nedávno na třetím semináři technologie řízení bezkomutátorových stejnosměrných motorů v roce 2020 pořádaném společností Electronic Enthusiast Network sdílel průmyslový analytik Cheng Wenzhi zprávu s názvem „Analýza deseti nejlepších potenciálních aplikačních trhů pro motory BLDC“. Podle jeho názoru mezi hlavní aplikační trhy s významným budoucím využitím BLDC motorů patří automobilový průmysl, 5G, drony/podvodní roboti, elektrokola/elektrická vozidla, průmyslové roboty, ventilátory, kompresory, elektrické nářadí, čerpadla a osobní zdravotní péče.
I. Trh automobilových aplikací
Se vzestupem nových energetických vozidel, pronikáním inteligentního řízení a pilotní implementací konektivity vozidla-k{1}}všemu (V2X) je trend směrem k elektrifikaci automobilů stále výraznější.
V budoucích vozidlech kromě hnacích motorů, elektrických posilovačů řízení, elektronických systémů odpružení, systémů kontroly stability vozidla, tempomatů, ABS a systémů karoserie (okna, zámky dveří, sedadla, zrcátka, stěrače, střešní okna atd.) budou všechny ve velké míře využívat motory.
Benzinová vozidla v ekonomické{0}}třídě obvykle obsahují přibližně 10 motorů, standardní vozidla mají 20 až 30 motorů, zatímco luxusní vozidla mohou obsahovat 60 až 70 motorů nebo dokonce více než 100 motorů. Nová energetická vozidla obecně vyžadují 130 až 200 motorů.
Vzhledem k tomu, že lidé stále více upřednostňují výkon vozidla, zejména pokud jde o pohodlí, bezpečnost, spotřebu paliva a ochranu životního prostředí, počet elektronických řídicích jednotek a elektrických zařízení v automobilech odpovídajícím způsobem vzrostl. Přijetí různých elektrických systémů vedlo ke zvýšení počtu instalovaných automobilových elektromotorů.
Nová energetická vozidla představují v posledních letech klíčový vývojový trend, přičemž globální politika nyní současně prosazuje jejich růst. Vyspělé země jako Evropa a Spojené státy se aktivně umisťují na trhu nových energetických vozidel. Prostřednictvím různých dotací, preferenčních politik a legislativy řídí vývoj nových energetických vozidel a usnadňují přechod od tradičních palivových-vozidel na elektrická vozidla.
Doma se růst po červenci 2019 zpomalil kvůli výraznému snížení dotací. Vzhledem k tomu, že hlavní výrobci automobilů v roce 2020 neustále uvádějí na trh nové energetické modely-zejména Tesla Model 3 a Volkswagen ID.3-, je odvětví připraveno přejít od růstu řízeného dotacemi k růstu řízenému poptávkou a vstoupit do druhé fáze rychlé expanze.
II. 5G
Rok 2020 je klíčovým rokem pro rozvoj 5G v Číně. Přestože v prvním čtvrtletí došlo kvůli pandemii ke zpožděním ve výstavbě 5G, China Mobile se zavázala dosáhnout cíle 300{5}}základních stanic G do konce roku 2020. China Telecom a China Unicom se také snaží ve třetím čtvrtletí společně dokončit výstavbu 250 000 nových základnových stanic 5G, aby se vyrovnala zpoždění související s pandemií{10}. V kombinaci s plánovanými 50 000 základnovými stanicemi China Broadcasting Network Čína letos postaví celkem 600 000 základnových stanic.
V základnových stanicích 5G jsou motory vyžadovány na mnoha místech, především pro antény základnových stanic. V současné době zahrnují řídicí motory s převodovkami používané v anténách základnových stanic 5G dvě řešení: krokové motory a bezkomutátorové motory. Každá anténa vybavená elektronickým ovladačem antény (EAC) vyžaduje jeden řídicí motor s převodovkou.
Standardní komunikační základnová stanice obvykle vyžaduje přibližně tři antény. 4Základnové stanice G vyžadují čtyři až šest antén, zatímco základnové stanice 5G budou mít antén ještě více.
Kromě antén základnové stanice jsou motory také nezbytné pro chladicí systémy v základnové stanici, jako jsou chladicí ventilátory a kompresory klimatizace.
III. Drony / Podvodní drony
Drony získaly významnou popularitu před několika lety, i když ne všechny modely využívají bezkomutátorové motory. Mnoho dronů nyní přechází na bezkomutátorové motory, aby bylo dosaženo lehčích, kompaktnějších konstrukcí a prodloužených letů.
Podle zprávy Droneii dosáhl globální trh s drony v roce 2018 14,1 miliardy dolarů a předpokládá se, že do roku 2024 vzroste na 43,1 miliardy dolarů, přičemž nejrychlejší růst zaznamená Asie a Severní Amerika. Složená roční míra růstu (CAGR) činí 20,5 %.
Statistiky z „informačního systému pro registraci misí civilních dronů“ Čínské správy civilního letectví ukazují, že do konce roku 2018 měla Čína 285 000 registrovaných dronů. Do konce roku 2019 přesáhl počet registrovaných dronů 392 000, přičemž komerční lety dronů dosáhly celkem 1,25 milionu hodin.
Zejména během pandemie na začátku letošního roku hrály drony významnou roli. Kyvadlo mezi nemocnicemi a středisky pro kontrolu nemocí, automatizovali přepravu nouzových zdravotnických potřeb a vzorků pro prevenci a kontrolu epidemie; vznášelo se nad dálnicemi a nahradilo ruční řízení letecké dopravy; přeměněny na dezinfekční nástroje, které dokončují úkoly v oblasti prevence epidemie a dezinfekce napříč rozsáhlými venkovskými oblastmi a dokonce i městskými obvody po celé zemi; a stali se odborníky na propagaci, vysílali zprávy, aby přesvědčili lidi, aby zůstali doma.
Pandemie také posunula bezkontaktní doručování zpět do centra pozornosti. V tuzemsku čínská správa civilního letectví zahájila pilotní programy pro logistické dodávky dronů v loňském roce. Pandemie pravděpodobně urychlí toto domácí zavádění. V mezinárodním měřítku se logistický gigant UPS spojil s německým výrobcem dronů Wingcopter, aby představili nové vertikální vzletové a přistávací drony do nákladního průmyslu pro doručování balíků.
Postupně se rozšiřují i podvodní drony, méně známá kategorie. Vzpomínám si, jak jsem v roce 2017 dělal rozhovor s podvodní společností zabývající se drony, když právě zahájili sériovou výrobu a prostřednictvím crowdfundingu přepravili jen několik stovek jednotek. Nyní jejich roční zásilky dosáhly desítek tisíc.
IV. E-Kola / elektrická kola
E-kola zachovávají autentický zážitek z jízdy na kole a zároveň nabízejí inteligentní podporu napájení. Jsou umístěny mezi tradičními jízdními koly a plnohodnotnými elektrokoly{2}} a primárně využívají senzory k detekci jízdních signálů a poskytují odpovídající podporu výkonu, čímž snižují námahu jezdce a umožňují jízdu bez námahy. Ve srovnání s běžnými koly obsahují elektrokola -motory, baterie, senzory, ovladače a přístrojové desky, které obohacují zážitek z jízdy. Na rozdíl od tradičních elektrokol se elektrokola nespoléhají na ruční ovládání plynu pro regulaci rychlosti. Místo toho využívají senzory k detekci jízdních signálů, interpretaci záměrů jezdce a poskytování odpovídající posilovací podpory, díky čemuž je zážitek z jízdy inteligentnější.
Domácí elektrokola se pohybují mezi 2 000 a 10 000 yuany. V Evropě se cena -motorových elektro-kol v centru pohybuje od 500 do 1 700 EUR, zatímco elektrokola se středním -náhonem- stojí mezi 2 300 a 3 300 EUR. Elektrokola mají výrazně vyšší ceny než tradiční kola a elektrokola.
Motor je základní součástí elektrického systému elektrokola. Vzhledem k tomu, že miniaturizace motoru, lehká konstrukce, provozní účinnost a estetická spolehlivost přímo určují výkon elektrokola, výrobci motorů obvykle vyvíjejí přizpůsobené motory šité na míru konkrétním požadavkům elektrokol. Motory tvoří 10 % až 30 % celkových nákladů na elektrokolo{7}}.
Poptávka po elektrokolech- zůstává v Evropě silná. Podle statistik European Bicycle Industry Association vzrostl prodej evropských elektrokol-kol z 98 000 kusů v roce 2006 na 2,5 milionu kusů do roku 2018 a dosáhl tak složené roční míry růstu (CAGR) 31 %.
Japonský trh také zažívá stálý růst. Japonsko bylo průkopníkem výzkumu, vývoje, výroby a prodeje elektrokol-a v 80. letech úspěšně uvedlo první generaci. Vzhledem k převážně kopcovitému terénu Japonska, nerovným silnicím a stárnoucí populaci se elektrokola stala nezbytnou volbou.
Domácí trh je v plenkách a nabízí značný budoucí růstový potenciál. Společnosti jako Mobike, Xiaomi, Hello Bike, Bisu Travel a Jinyoung nyní začínají propagovat elektrická kola na domácím trhu.
V. Průmyslové roboty
Domácí trh průmyslových robotů se primárně zaměřuje na náhradní aplikace, které nabízejí značný růstový potenciál. Přestože je Čína největším světovým trhem s aplikacemi průmyslových robotů, celosvětově renomovaní výrobci v tomto sektoru se soustřeďují převážně ve vyspělých zemích, jako jsou Spojené státy, Japonsko a Německo. Patří mezi ně výrobci „velké čtyřky“: švédská ABB, japonská Fanuc a Yaskawa Electric a německá KUKA.
Podle údajů Mezinárodní federace robotiky dosáhly celosvětové prodeje průmyslových robotů v roce 2018 422 000 kusů, přičemž Čína představuje 154 000 kusů, což představuje 36,5 % z celkového počtu. Údaje z Národního statistického úřadu navíc ukazují, že výroba průmyslových robotů v Číně neustále roste, z přibližně 33 000 jednotek v roce 2015 na 187 000 jednotek v roce 2018 – pozoruhodné tempo růstu.
Navíc, s nepřetržitou vládní podporou průmyslu v posledních letech a domácími podniky, které neustále provádějí průlomy, se míra lokalizace domácích průmyslových robotů neustále zlepšuje. V první polovině roku 2018 vzrostl tuzemský podíl prodeje robotických těl z 19,42 % v roce 2015 na 28,48 %. Celkový objem prodeje průmyslových robotů v Číně si zároveň udržoval stabilní růst.
VI. Fanoušci
Mezi ventilátory patří: elektrické ventilátory, digestoře, vysoušeče vlasů, stroje se vzduchovými clonami, ventilátory HVAC atd. Mezi hlavní navazující výrobce patří Midea, Airmate, Gree, Pioneer, Vatti, Robam a další.
Segment ventilátorů pro domácnost představuje masivní trh. Objem výroby ventilátorů pro domácnost v Číně je obrovský. Podle údajů Národního statistického úřadu dosáhl výkon ventilátorů pro domácnost v Číně v roce 2018 180 milionů jednotek. Údaje z prosince 2017 nejsou k dispozici, ale celkem za 11 měsíců bylo 160 milionů jednotek. Produkce v roce 2016 byla 160 milionů kusů, s odhadem 190 milionů kusů pro rok 2019.
V současné době tradiční domácí výrobci malých spotřebičů jako Midea, Pioneer, Risa a Airmate uvedli na trh produkty s bezkomutátorovými motory. Mezi nimi Airmate nabízí největší objem, zatímco Xiaomi se může pochlubit nejnižšími výrobními náklady.
Se vstupem hráčů z různých odvětví, jako je Xiaomi, se míra přijetí bezkomutátorových motorů v sektoru domácích ventilátorů zrychlila. Domácí výrobci bezkomutátorových motorů si nyní zajistili pevné místo na tomto trhu.
Kromě domácích ventilátorů přecházejí průmyslové chladicí ventilátory již léta na bezkomutátorové motory. Srovnávací společností v tomto odvětví je EBM-Papst, jejíž ventilátory a motory jsou široce používány ve větrání, klimatizaci, chlazení, domácích spotřebičích, vytápění a automobilovém průmyslu.
V současné době vyrábí řada tuzemských společností bezkomutátorové chladicí ventilátory podobné EBM a již získaly významnou část podílu EBM na trhu.
Zejména s nárůstem domácích nabíjecích stanic by měly být příležitosti pro domácí výrobce značné. Vláda nyní do svých projektů „Nová infrastruktura“ zařadila dobíjecí stanice, což by letos mělo vést k ještě většímu rozvoji.
Chladicí ventilátory chladniček také přecházejí na motory BLDC kvůli průmyslovým normám a národním předpisům o energetické účinnosti. K tomuto posunu dochází poměrně rychle u značných objemů produktů. Do roku 2022 bude odhadem 60 % chladicích ventilátorů chladniček nahrazeno motory s proměnnými-otáčky. Domácí dodavatelé chladicích ventilátorů chladniček se soustředí především v oblasti delty řeky Yangtze a delty Perlové řeky.
V sektoru ventilátorů se také mění digestoře-klíčová součást kuchyňských spotřebičů-. Omezení nákladů však omezila použití bezkomutátorových motorů v digestořích. Řešení s proměnlivou rychlostí-v současné době stojí přibližně 150 juanů, zatímco -bezkartáčové motory lze implementovat za méně než 100 juanů, přičemž dostupné-nákladové alternativy jsou přibližně za 30 juanů.
Mnoho ventilačních jednotek a čističek vzduchu využívá také řešení bezkomutátorových motorů. V současné době menší modely na trhu obvykle používají motory Nedic s vnějším rotorem, zatímco větší čističky vzduchu obvykle využívají ventilátory EBM.
Kromě toho se v posledních letech začaly prosazovat ventilátory cirkulace vzduchu. Jejich současná hodnota zůstává relativně vysoká, s cenami hotových výrobků obvykle 700-800 juanů za kus a prémiové modely dosahují 2000-3000 juanů.
VII. Kompresory
Vzhledem k tomu, že rychlost kompresoru chladničky určuje její vnitřní teplotu, mohou invertorové kompresory upravit svou rychlost na základě naměřené teploty. To umožňuje chladničce přizpůsobit se aktuálním podmínkám a udržovat stabilnější vnitřní teplotu. V důsledku toho se výrazně zlepší uchování potravin. Většina kompresorů invertorových chladniček využívá BLDC motory, což má za následek vyšší účinnost, nižší hladinu hluku a prodlouženou životnost během provozu.
Tomuto sektoru dříve dominovali japonští, korejští a tchajwanští výrobci, ale od roku 2010 se domácí hráči rychle prosadili. Uvádí se, že jeden výrobce se sídlem v Šanghaji- nyní dodává téměř 30 milionů kusů ročně.
S pokrokem domácích polovodičových firem mohou nyní domácí dodavatelé poskytovat prakticky všechny komponenty-od hlavních řídicích MCU a před-ovladačů řídicí brány až po napájení MOSFETů.
Další klíčovou oblastí jsou kompresory klimatizací. Invertorové klimatizace se staly široce akceptovanými a trend směrem k invertorové technologii je nepopiratelný. Výroba domácích klimatizací je značná. Podle Národního statistického úřadu bylo v roce 2018 vyrobeno 360 milionů střídavých motorů a přibližně 96 milionů BLDC motorů pro klimatizace. Výroba BLDC motorů pro klimatizace se navíc každoročně zvyšuje.
VIII. Elektrické nářadí
Elektrické nářadí patří mezi nejpoužívanější hardwarové a elektromechanické produkty. Jejich lehká konstrukce, přenosnost, vysoká produktivita a nízká spotřeba energie je činí nepostradatelnými pro vrtání, řezání a broušení v různých průmyslových odvětvích včetně stavebnictví, dekorací, zpracování dřeva, kovovýroby a dalších výrobních odvětví.
S neustálým technologickým pokrokem a rostoucí akceptací DIY konceptů se rozsah použití elektrického nářadí stále rozšiřuje. Mnoho tradičních ručních operací s nářadím je stále častěji nahrazováno elektrickým nářadím, které také přechází z průmyslových aplikací do domácností. Poptávka po elektrickém nářadí rok od roku stoupá.
Posun k bezkomutátorovým motorům v elektrickém nářadí začal poměrně brzy. Již v roce 2010 některé mezinárodní značky představily elektrické nářadí vybavené bezkomutátorovými motory. S vyspělostí technologie lithium-iontových baterií a stále dostupnějšími cenami se objem ručního akumulátorového nářadí rok od roku zvyšuje a nyní v popularitě konkuruje nářadí s kabelem.
Statistiky naznačují, že bezkomutátorová technologie byla v Číně z velké části přijata pro elektrické klíče. Vrtačky, vysokonapěťové-nářadí a zahradní nářadí však ještě zcela nepřešly, i když jsou v procesu.
Tento posun je způsoben především energetickou účinností a vysokým výkonem bezkomutátorových motorů, které umožňují ručnímu elektrickému nářadí pracovat po delší dobu. Mnoho mezinárodních a domácích výrobců, jako je Bosch, Dewalt, Milwaukee, Ryobi a Makita, investuje značné prostředky do vývoje produktů.
Domácí vývoj elektrického nářadí také rychle postupuje, zejména v oblasti Jiangsu-Zhejiang, kde sídlí řada výrobců. V posledních letech náklady na řešení řízení bezkomutátorových motorů v této oblasti výrazně klesly. Mnoho výrobců zahájilo cenovou válku a zprávy naznačovaly, že řešení řízení bezkomutátorového motoru pro elektrické nářadí nyní stojí kolem 6-7 juanů a někteří dokonce jen 4-5 juanů.
IX. čerpadla
Odvětví vodních čerpadel je poměrně tradiční a nabízí různé typy produktů a varianty řešení. Dokonce i pro desky měničů s identickým jmenovitým výkonem existuje na trhu několik možností, s cenami v rozmezí od 2 juanů do 40–50 juanů.
V aplikacích vodních čerpadel používají čerpadla středního{0}}až{1}}velkého výkonu převážně tří-fázové asynchronní motory, zatímco mikro-miniaturní čerpadla primárně využívají dvoupólová čerpadla na střídavý proud. Současné modernizace systému vytápění v severní Číně představují příznivou příležitost pro technologické inovace v řešeních čerpadel.
Z čistě technického hlediska jsou bezkomutátorové motory-vhodné pro aplikace čerpadel a nabízejí výhody ve velikosti, hustotě výkonu a dokonce i v ceně.
10. Osobní zdraví a wellness
Dva reprezentativní produkty v péči o osobní zdraví jsou virový vysoušeč vlasů Dyson a masážní pistole.
Od chvíle, kdy společnost Dyson představila svůj vysokorychlostní-vysoušeč vlasů s digitálním motorem, podnítila celý trh vysoušečů vlasů.
Podle Qian Zhichun z Jingfeng Mingyuan se současná řešení domácích vysoušečů vlasů řídí především třemi přístupy: Za prvé, srovnávání Dyson s ultra{0}}vysokorychlostními{1}}bezkartáčovými motory, které obvykle pracují při rychlosti kolem 100 000 ot./min, přičemž některé dosahují až 160 000 ot./min.; Za druhé, přístup výměny U-motoru, který nabízí podobné otáčky jako U-motory, ale s výhodami v nižší hmotnosti a vyšším tlaku vzduchu; Za třetí, vysokonapěťový přístup externího rotoru, kde motor primárně kopíruje Nedicův design.
Současné domácí napodobeniny již nejsou pouhými kopiemi; obecně dosahují vyhýbání se patentům a zahrnují určité inovace.
Dodávky fasciálních zbraní v posledních letech dramaticky vzrostly. Říká se, že fitness trenéři a sportovní nadšenci dnes běžně nosí fascia zbraně. Tato zařízení využívají vibrační mechaniku k přenosu vibrací hluboko do fascií a svalové tkáně, čímž se dosahuje relaxace fascií a snižuje se svalové napětí. Někteří považují fasciální zbraně za základní nástroje pro zotavení po-tréninku.
Trh s těmito zařízeními je však nyní vysoce konkurenční. Zatímco jejich návrhy vypadají podobně, ceny se pohybují od více než 100 juanů do více než 3 000 juanů. Tržní cena řídicích desek motoru BLDC používaných v těchto zbraních klesla na přibližně 8 juanů, přičemž některé jsou dokonce dostupné za přibližně 6 juanů. To vedlo k rychlému poklesu cen fasciových zbraní.
Říká se, že jeden výrobce domácích spotřebičů, na pokraji bankrotu, byl okamžitě oživen samotným produktem fascia gun. Nyní se jim daří celkem pohodlně.
Kromě těchto dvou produktů samozřejmě směřují k přijetí bezkomutátorového motoru i další položky, jako jsou pánské elektrické holicí strojky a dámská kosmetická zařízení.
Závěr
Celkově jsou BLDC motory stále v plenkách, přesto jejich aplikace již vzkvétají. Kromě zde uvedených příkladů je lze nalézt v servisních robotech, AGV, robotických vysavačích, mixérech, kuchyňských spotřebičích, myčkách nádobí a dalších. Ve skutečnosti motory prostupují bezpočtem aspektů našeho každodenního života a mnoho budoucích aplikací stále čeká na prozkoumání. Tím končí naše analýza BLDC motorů. Doufám, že to bude užitečné.