З удосконаленням глобальної промислової автоматизації, інтелекту та рівня життя людей, застосування двигунів у таких галузях, як автомобілі, побутова техніка, електронне аудіо та відео, обладнання для обробки інформації та промислова автоматизація, ставатиме все більш поширеним.
Згідно зі статистикою, середня кількість електродвигунів, що належать кожній родині в розвинених країнах, становить від 80 до 130 штук, тоді як середня кількість електродвигунів, що належать родинам у великих містах Китаю, становить близько 20-40 штук, що все ще значно нижче середнього рівня в розвинених країнах. Таким чином, вітчизняна промисловість електродвигунів все ще має великий потенціал для розвитку.
Порівняно з двигунами з історією понад 200 років,BLDC-двигунинасправді є відносно молодими, їхня історія розробки налічує понад 50 років. Однак, з розвитком напівпровідникової технології та популяризацією мікроконтролерів та драйверних компонентів, загальна вартість...BLDC-двигунизначно скоротився. Тому в останні рокиBLDC-двигунирозвивалися, і їхні загальні темпи зростання також вищі, ніж у двигунів.
Рисунок 1: Прогноз розміру ринку двигунів BLDC
Очікується, що сукупний річний темп зростанняBLDC-двигунистановитиме близько 6,5% у найближчі роки. Згідно зі статистикою, розмір ринку BLDC у 2019 році становив приблизно 16,3 мільярда доларів, і очікується, що до 2024 року він досягне приблизно 22,44 мільярда доларів.
Який розмір ринку? Які конкретні застосування?
Ринок автомобільних застосувань
Зі зростанням популярності транспортних засобів на нових джерелах енергії, проникненням інтелектуального водіння та пілотним застосуванням концепції «Велосипед-то-все», тенденція електронізації автомобілів стає все більш очевидною.
У майбутніх автомобілях, окрім приводних двигунів, електродвигуни будуть широко використовуватися в системах електропідсилювача керма, електронних системах підвіски, системах контролю стійкості, системах круїз-контролю, ABS та системах кузова (таких як вікна, замки дверей, сидіння, дзеркала заднього виду, склоочисники, люк тощо).
Загалом, автомобілі з економічним споживанням палива будуть оснащені приблизно 10 двигунами, звичайні автомобілі будуть оснащені від 20 до 30 двигунами, автомобілі класу люкс будуть оснащені від 60 до 70 або навіть сотнями двигунів, тоді як транспортні засоби на нових джерелах енергії зазвичай потребують від 130 до 200 двигунів.
Рисунок 2: Кількість двигунів, що використовуються в автомобілях
Зі зростанням уваги до продуктивності автомобілів, особливо до вимог до комфорту, безпеки, економії палива та захисту навколишнього середовища, відповідно зросла кількість електронних пристроїв керування та електрообладнання в автомобілях. Використання різноманітних електричних пристроїв призвело до збільшення кількості моторного обладнання в автомобілях.
Транспортні засоби на нових джерелах енергії стали тенденцією розвитку останніх років, і глобальна політика одночасно сприяє розвитку транспортних засобів на нових джерелах енергії. Розвинені країни, такі як Європа та Америка, активно формують ринок транспортних засобів на нових джерелах енергії, сприяють розвитку транспортних засобів на нових джерелах енергії за допомогою різних субсидійних та преференційних політик і законів, а також сприяють переходу від транспортних засобів на традиційних видах палива до електромобілів.
Після липня 2019 року в Китаї, через різке скорочення субсидій, темпи зростання знизилися. Однак, з постійним впровадженням нових енергетичних моделей великими автомобільними підприємствами у 2020 році, особливо з запуском TESLA Model 3, Volkswagen ID. 3 та інших моделей, очікується, що галузь перейде від орієнтованої на субсидії до орієнтованої на попит, вступаючи у другий період швидкого зростання.
5G
2020 рік став вирішальним для розвитку 5G у Китаї. Хоча у першому кварталі через вплив епідемії відбулася затримка в будівництві 5G, China Mobile заявила, що її мета – досягти 300 000 базових станцій 5G до кінця 2020 року – залишається незмінною. China Telecom та China Unicom також прагнутимуть завершити будівництво 250 000 нових базових станцій 5G у третьому кварталі, щоб подолати наслідки епідемії. Окрім 50 000 базових станцій, запланованих Китайським радіо та телебаченням, Китай цього року побудує 600 000 базових станцій.
Рисунок 3: Кількість базових станцій 5G, які планують побудувати чотири основні оператори у 2020 році
У базових станціях 5G також є багато місць, де потрібні двигуни, перш за все, антена базової станції. Наразі антена базової станції 5G оснащена керуючими двигунами, що містять компоненти редуктора, включаючи два варіанти: кроковий двигун та безщітковий двигун. Кожна електрично регульована антена оснащена керуючим двигуном з редуктором.
Загалом, звичайна базова станція зв'язку повинна бути оснащена приблизно 3 антенами, базова станція 4G повинна бути оснащена від 4 до 6 антен, а кількість базових станцій та антен 5G буде надалі зростати.
Окрім антени базової станції, система охолодження базової станції також потребує двигунів, таких як вентилятор комп'ютера, компресор кондиціонера тощо.
Дрони/Підводні дрони
Дрони користуються популярністю вже кілька років, але не всі дрони використовують безщіткові двигуни. Сьогодні багато дронів переходять на безщіткові двигуни, щоб досягти довшого, легшого корпусу та більшої витривалості.
Згідно зі звітом Droneii, обсяг світового ринку дронів у 2018 році становив 14,1 мільярда доларів, і очікується, що до 2024 року він досягне 43,1 мільярда доларів, причому найшвидше зростаючими регіонами будуть Азія та Північна Америка. Сукупний темп зростання становить 20,5.
Згідно з «Інформаційною системою реєстрації цивільних дронів» Управління цивільної авіації, станом на кінець 2018 року в Китаї було зареєстровано 285 000 дронів. До кінця 2019 року було зареєстровано понад 392 000 дронів, а їхня кількість комерційних льотних годин становила 1,25 мільйона.
Особливо під час епідемії на початку цього року дрони відіграли значну роль, таку як: пересування між лікарнями та центрами контролю захворювань, впровадження автоматизованого транспортування препаратів та зразків для профілактики та контролю епідемій; польоти на автомагістралях, заміна ручної роботи повітряного командування; створення артефакту дезінфекції «аватар», повна профілактика епідемій, дезінфекція та стерилізація у сільській місцевості та навіть у міських районах по всій країні; перетворення на експерта з пропаганди, вигукування гасел та переконання людей залишатися вдома тощо.
Через вплив епідемії безконтактна доставка знову вийшла на перший план. У Китаї Адміністрація цивільної авіації Китаю минулого року запустила пілотний проект логістики та дистрибуції за допомогою дронів. Через вплив епідемії темпи прогресу в Китаї мають прискоритися; в зарубіжних країнах логістичний гігант UPS та німецький виробник безпілотних літальних апаратів Wingcopter об'єднали зусилля, щоб впровадити новий безпілотник вертикальної посадки (VTOL) у вантажну галузь для транспортування посилок.
Також є підводний дрон, з яким ми не дуже добре знайомі, і ми поступово починаємо його вимірювати. Я пам'ятаю компанію з виробництва підводних дронів, у якої я брав інтерв'ю у 2017 році, яка, як виявилося, була в масовому виробництві та відвантажила лише сотні одиниць через краудфандинг. Зараз річний обсяг поставок становить десятки тисяч одиниць.
Електричний скутер/електромобіль
Електричний самокат не лише зберігає оригінальний досвід їзди, але й забезпечує інтелектуальне допоміжне живлення. Це транспортний засіб, що знаходиться між велосипедами та традиційними електромобілями. Електричні самокати в основному забезпечують відповідну допоміжну потужність на основі сигналів їзди, що подаються через датчики, зменшуючи навантаження велосипедистів та полегшуючи їзду користувачам. Порівняно з велосипедами, електросамокати мають додані двигуни, акумулятори, датчики, контролери, прилади тощо, що робить їзду більш різноманітною. Порівняно з традиційними електромобілями, електросамокати не контролюють швидкість транспортного засобу, обертаючи руку, а фіксуючи сигнал їзди за допомогою датчиків, щоб зрозуміти намір велосипедиста їздити, забезпечити відповідну допоміжну потужність та зробити їзду більш інтелектуальною.
Рисунок 4: Порівняння велосипедів, електричних самокатів та традиційних електромобілів
Ціна продажу електросамокатів у Китаї коливається від 2000 до 10000 юанів. Європейські електросамокати з колісною маточиною коштують від 500 до 1700 євро, тоді як середньонавісні електросамокати коштують від 2300 до 3300 євро. Ціна на електросамокати набагато вища, ніж на велосипеди та електромобілі.
Двигун є основним компонентом електричної системи електросамоката. Завдяки мініатюризації, легкій вазі, експлуатаційній ефективності та надійності зовнішнього вигляду електросамокатів, їхня продуктивність безпосередньо визначається. Тому автомобільним компаніям, як правило, необхідно адаптувати розробку двигунів до потреб електросамокатів. Електродвигуни становлять від 10% до 30% вартості електросамокатів.
У Європі спостерігається високий попит на електросамокати. Згідно з даними Європейської асоціації велосипедної промисловості, з 2006 по 2018 рік продажі електросамокатів на європейському ринку зросли з 98 000 одиниць до 2,5 мільйона одиниць. Річний сукупний темп зростання досяг 31%.
Японський ринок також стабільно зростає. Японія була першою країною, яка розробила, виробила та продала електричні скутери. У 1980-х роках вона успішно розробила перше покоління електричних скутерів. Однак через горбисту місцевість Японії, пересічені дороги та значне старіння, електричні скутери стали необхідним вибором.
Внутрішній ринок перебуває на початковій стадії розвитку. Існує значний потенціал для майбутнього зростання. Наразі такі компанії, як Mobi, Xiaomi, Harrow, Double Speed та Eternal, почали намагатися просувати електросамокати в Китаї.
Промисловий робот
Промислові роботи в Китаї є переважно ринком-замінником, і їхнє середовище досить широке. Хоча Китай є найбільшим у світі ринком застосування промислових роботів, у сфері промислових роботів відомі світові виробники зосереджені переважно в розвинених країнах, представлених Сполученими Штатами, Японією, Німеччиною тощо, такі як ABB у Швеції, FANUC у Японії, Yaskawa Electric Corporation та чотири родини, представлені Kuka в Німеччині.
Рисунок 5: Продажі промислових роботів. (Джерело даних: Міжнародна федерація робототехніки)
Згідно з даними Міжнародної федерації робототехніки, світові продажі промислових роботів у 2018 році склали 422 000 одиниць, з яких 154 000 одиниць було продано в Китаї, що становить 36,5%. Крім того, згідно з даними Національного бюро статистики, виробництво промислових роботів у Китаї поступово зростає з приблизно 33 000 комплектів у 2015 році до 187 000 комплектів у 2018 році. Темпи зростання є швидкими.
Більше того, в останні роки, завдяки постійному впровадженню промислової підтримки з боку уряду та постійному прориву вітчизняних підприємств, рівень локалізації вітчизняних промислових роботів постійно зростає. У першій половині 2018 року частка продажів корпусів роботів на внутрішньому ринку зросла з 19,42% у 2015 році до 28,48%. Водночас загальний обсяг продажів промислових роботів у Китаї також продовжує зростати.
Вентилятор
До вентиляторів належать: вентилятори, витяжки, фени для волосся, шторні вентилятори, вентилятори для систем опалення, вентиляції та кондиціонування повітря тощо. До основних виробників, що спеціалізуються на переробці, належать Midea, Emmett, Gree, Pioneer, Vantage, Boss тощо.
З точки зору побутових вентиляторів, це дуже великий ринок, і виробництво побутових вентиляторів у Китаї дуже велике. Згідно з даними Національного бюро статистики, у 2018 році виробництво побутових вентиляторів у Китаї становило 180 мільйонів одиниць. Даних за грудень 2017 року не було, але дані за 11 місяців становили 160 мільйонів одиниць. У 2016 році цей показник становив 160 мільйонів одиниць, а за оцінками, у 2019 році було близько 190 мільйонів одиниць.
Рисунок 6: Виробництво побутових вентиляторів у Китаї. (Джерело даних: Національне бюро статистики)
Наразі основні виробники дрібної побутової техніки в Китаї, такі як Midea, Pioneer, Nichrome, Emmett тощо, пропонують на ринку переважно продукцію з безщітковими двигунами. Серед них Emmett має найбільшу кількість, а Xiaomi — найнижчу вартість.
З появою міжнародних виробників, таких як Xiaomi, темпи конверсії безщіткових двигунів у сфері побутових вентиляторів почали прискорюватися. Тепер у сфері побутових вентиляторів вітчизняні виробники безщіткових двигунів мають своє місце.
Окрім побутових вентиляторів, існують також вентилятори для комп'ютерного обладнання. Фактично, теплові вентилятори для обладнання почали переходити на безщіткові двигуни багато років тому. У цій галузі існує еталонне підприємство, а саме Ebm-papst, чиї вентилятори та двигуни широко використовуються в багатьох галузях промисловості, таких як вентиляція, кондиціонування повітря, холодильне обладнання, побутова техніка, опалення та автомобільна промисловість.
Наразі багато компаній у Китаї виробляють безщіткові комп'ютерні вентилятори, подібні до EBM, і зайняли багато ринків EBM.
Особливо з розвитком вітчизняних зарядних станцій, вітчизняні виробники повинні мати великі можливості. Тепер країна також включила зарядні станції до проекту «Нова інфраструктура», який цього року має отримати більший розвиток.
Також існують вентилятори для охолодження морозильних камер. Через вплив галузевих стандартів та національних стандартів енергоефективності, вентилятори для охолодження морозильних камер почали переходити на двигуни BLDC, і швидкість перетворення є відносно високою, що призводить до відносно великої кількості продукції. Очікується, що до 2022 року 60% холодильних машин для морозильних камер будуть замінені двигунами зі змінною частотою. Наразі вітчизняні виробники холодильних машин для морозильних камер зосереджені переважно в регіонах дельти річки Янцзи та дельти річки Перлин.
Що стосується вентиляторів, то є також витяжка, яка є важливим компонентом кухонної техніки. Однак через вартість коефіцієнт перетворення безщіткового двигуна витяжки все ще невисокий. Наразі схема перетворення частоти коштує близько 150 юанів, але схеми з небезщітковим двигуном можна реалізувати в межах ста юанів, а недорогі можуть коштувати навіть близько 30 юанів.
Багато нових вентиляторів та очищувачів повітря також використовують безщіткові двигуни. Наразі невеликі вироби на ринку зазвичай використовують двигуни Nedic із зовнішнім ротором, тоді як великі очищувачі повітря зазвичай використовують вентилятори EBM.
Крім того, є вентилятор циркуляції повітря, який виробляється вже два роки, і його поточна вартість є відносно високою. Загалом, готовий продукт коштує 781 одиницю, а також є кілька дорожчих варіантів, від 2000 до 3000 одиниць.
Компресор
Оскільки швидкість компресора холодильника визначає температуру всередині, швидкість компресора холодильника зі змінною частотою можна змінювати залежно від температури, що дозволяє холодильнику вносити корективи залежно від поточної температурної ситуації та краще підтримувати постійну температуру всередині. Таким чином, ефект збереження продуктів буде кращим. Більшість компресорів холодильників зі змінною частотою використовують двигуни BLDC, що забезпечує вищу ефективність, нижчий рівень шуму та довший термін служби під час роботи.
Рисунок 7: Продажі холодильників та холодильників зі змінною частотою в Китаї. (Джерело даних: Національне бюро статистики)
Раніше в цій галузі домінували продукти японських, корейських та тайванських виробників, але після 2010 року вітчизняні виробники швидко почали розвиватися. Кажуть, що один виробник у Шанхаї має річний обсяг поставок майже 30 мільйонів одиниць.
З розвитком вітчизняних виробників напівпровідників, будь то виробники головних мікроконтролерів, драйвери затворів попереднього керування або потужні MOSFET, вітчизняні виробники можуть в основному забезпечити.
Також існує компресор кондиціонера. Наразі кондиціонування повітря зі змінною частотою отримало широке поширення, і кондиціонування повітря зі змінною частотою стало трендом. Виробництво кондиціонерів у Китаї також досить велике. За даними Національного бюро статистики, виробництво двигунів кондиціонерів у 2018 році становило 360 мільйонів одиниць, а виробництво двигунів BLDC для кондиціонування повітря – близько 96 мільйонів одиниць. Більше того, виробництво двигунів BLDC для кондиціонування повітря з кожним роком практично зростає.
Електричні інструменти
Електричні інструменти є одними з найпоширеніших інструментальних та електромеханічних виробів. Завдяки легкій конструкції, зручній портативності, високій виробничій ефективності та низькому споживанню енергії, вони широко використовуються в процесах свердління, різання та шліфування в різних галузях промисловості, таких як будівництво, оздоблення, деревообробка, металообробка та інші виробничі галузі.
З постійним розвитком технологій та поступовим прийняттям концепції «зроби сам», діапазон застосування електроінструментів також постійно розширюється. Багато традиційних ручних операцій з інструментами починають замінюватися електроінструментами, а також електроінструменти розширюються від промислового застосування до побуту. Попит на електроінструменти зростає з року в рік.
Безщіткові електроінструменти насправді з'явилися давно. У 2010 році деякі іноземні бренди представили електроінструменти з безщітковими двигунами. З розвитком технології літій-іонних акумуляторів ціни стають доступнішими, а розмір ручних інструментів збільшується з року в рік. Тепер їх можна розділити порівну з інструментами, що підключаються до мережі.
Згідно зі статистикою, побутові електрогайковерти в основному були безщітковими, тоді як електродрилі, високовольтні інструменти та садові інструменти ще не стали повністю безщітковими, але вони також перебувають у процесі переобладнання.
Це головним чином пов'язано з енергозбереженням та високою ефективністю безщіткових двигунів, що дозволяє ручним електроінструментам працювати протягом тривалішого часу. Сьогодні багато міжнародних та вітчизняних виробників, такі як Bosch, Dewalt, Milwaukee, Ryobi, Makita тощо, інвестують значні ресурси в розробку продукції.
Наразі розвиток електроінструментів у Китаї також відбувається дуже швидко, особливо в регіонах Цзянсу та Чжецзян, де зосереджено багато виробників електроінструментів. В останні роки вартість рішень для керування безщітковими двигунами в регіонах Цзянсу та Чжецзян швидко знизилася, і багато виробників розпочали цінові війни. Кажуть, що рішення для керування безщітковими двигунами для електроінструменту коштує лише близько 6-7 юанів, а деякі навіть лише 4-5 юанів.
Насос
Водяні насоси – це відносно традиційна галузь з широким розмаїттям типів та рішень. Навіть для плат приводів однакової потужності на ринку зараз доступні різні типи, ціни на які коливаються від менш ніж двох юанів до сорока-п'ятдесяти юанів.
У застосуванні водяних насосів трифазні асинхронні двигуни в основному використовуються для середньої та великої потужності, тоді як біполярні насоси змінного струму в основному використовуються для малих та мікроводяних насосів. Поточна реконструкція північної системи опалення є гарною можливістю для технологічних інновацій у насосних рішеннях.
Хоча б з технічної точки зору, безщіткові двигуни більше підходять для застосування в галузі насосів, оскільки вони мають певні переваги в об'ємі, щільності потужності та навіть вартості.
Особиста медична допомога
Що стосується особистої гігієни, то є два репрезентативних продукти: один – популярний інтернет-продукт Dyson, повітропровід, а інший – фасційний пістолет.
З моменту запуску компанії Dyson продукту для аеродинамічних повітропроводів з використанням високошвидкісних цифрових двигунів, це спричинило пожвавлення всього ринку аеродинамічних повітропроводів.
Згідно з попередніми словами Цянь Чжицуня з компанії Jingfeng Mingyuan, наразі існує три основні напрямки для вітчизняних схем аеродинамічних труб: один базується на Dyson як еталона, використовуючи схему надвисокошвидкісного безщіткового двигуна із загальною швидкістю близько 100 000 обертів за хвилину, з найвищою швидкістю 160 000 обертів за хвилину; другий варіант полягає в заміні U-двигуна, який має швидкість, подібну до U-двигуна, але має переваги легкої ваги та високого тиску повітря; третій - це схема високої напруги із зовнішнім ротором, де двигун в основному імітує схему Недіча.
Наразі вітчизняні імітаційні товари не просто копіюються в минулому, а по суті досягли уникнення патентів та внесли певні інновації.
Обсяг поставок фасціальних пістолетів почав різко зростати в останні роки. Кажуть, що тренери тренажерних залів та спортивні ентузіасти тепер оснащені фасціальними пістолетами. Фасціальний пістолет використовує механічні принципи вібрації для передачі вібрації глибоким фасціальним м'язам, досягаючи ефекту розслаблення фасцій та зменшення м'язової напруги. Деякі люди використовують фасціальний пістолет як інструмент для релаксації після тренування.
Однак, у фасційному пістолеті зараз також дуже багато води. Хоча зовнішній вигляд схожий, ціни коливаються від понад 100 до понад 3000 юанів. Ринкова ціна плати керування двигуном BLDC, що використовується у фасційному пістолеті, зараз впала до 8 юанів, і навіть з'явилася плата керування вартістю близько 6 юанів. Ціна на фасційний пістолет швидко знизилася.
Кажуть, що виробник автомобілів був на межі банкрутства, але за допомогою фасційного пістолета його одразу ж повернули до життя. І це було досить поживно.
Звичайно, окрім цих двох продуктів, також спостерігається тенденція до безщіткових двигунів у таких продуктах, як бритви для хлопчиків та косметичні апарати для дівчаток.
Висновок
Загалом, двигуни BLDC все ще перебувають на ранніх стадіях розвитку, і їх застосування зараз процвітає. Окрім тих, що я згадав тут, існує також багато інших, таких як сервісні роботи, AGV, роботи для підмітання, роботи-відбійники стін, фритюрниці, посудомийні машини тощо. Насправді, у нашому житті є багато сфер, де ми використовуємо електродвигуни, і є ще багато застосувань, які чекають на нас у майбутньому.
Час публікації: 15 липня 2023 р.
