Cos'è un motore BLDC? Qual è la sua funzione? Con il progresso dell'automazione industriale globale, dell'intellighenzia e dell'aumento degli standard di vita, i motori troveranno applicazioni sempre più diffuse nei settori automobilistico, degli elettrodomestici, delle apparecchiature elettroniche e audio-visive, dei dispositivi di elaborazione delle informazioni e dei settori dell'automazione industriale. Le statistiche indicano che le famiglie nei paesi sviluppati possiedono in media da 80 a 130 motori, mentre le famiglie nelle principali città cinesi ne hanno in media solo da 20 a 40,-ancora molto al di sotto della media dei-paesi sviluppati. Ciò evidenzia un potenziale di crescita significativo per l’industria automobilistica cinese.
Rispetto agli oltre 200 anni di storia dei motori elettrici, i motori BLDC sono relativamente giovani, con una storia di sviluppo di poco più di 50 anni. Tuttavia, i progressi nella tecnologia dei semiconduttori e l’adozione diffusa di MCU e componenti di azionamento hanno ridotto significativamente il costo complessivo dei motori BLDC. Di conseguenza, i motori BLDC hanno registrato una crescita sostanziale negli ultimi anni, con un tasso di crescita complessivo superiore a quello dei motori convenzionali.
Si prevede che il tasso di crescita annuale composto (CAGR) per i motori BLDC sarà intorno al 6,5% nei prossimi anni. Le statistiche indicano che la dimensione del mercato BLDC era di circa 16,3 miliardi di dollari nel 2019, con proiezioni che raggiungerebbero circa 22,44 miliardi di dollari entro il 2024.
Considerata questa scala di mercato, quali sono le applicazioni specifiche? Recentemente, in occasione del terzo seminario sulla tecnologia di controllo dei motori CC senza spazzole del 2020 ospitato da Electronic Enthusiast Network, l'analista di settore Cheng Wenzhi ha condiviso un rapporto intitolato "Analisi dei dieci principali mercati di applicazione potenziali per i motori BLDC". A suo avviso, i principali mercati applicativi con un significativo utilizzo futuro dei motori BLDC includono il settore automobilistico, il 5G, i droni/robot subacquei, le-biciclette/veicoli elettrici, i robot industriali, i ventilatori, i compressori, gli utensili elettrici, le pompe e l'assistenza sanitaria personale.
I. Mercato delle applicazioni automobilistiche
Con l'avvento dei nuovi veicoli energetici, la diffusione della guida intelligente e l'implementazione pilota della connettività Vehicle{0}}to-everything (V2X), la tendenza verso l'elettrificazione automobilistica sta diventando sempre più pronunciata.
Nei veicoli futuri, oltre ai motori di azionamento, i sistemi di servosterzo elettrico, i sistemi di sospensione elettronica, i sistemi di controllo della stabilità del veicolo, i sistemi di controllo della velocità di crociera, l'ABS e i sistemi della carrozzeria (finestrini, serrature delle porte, sedili, specchietti, tergicristalli, tettucci apribili, ecc.) utilizzeranno tutti ampiamente motori.
In genere, i veicoli a benzina di classe economica- incorporano circa 10 motori, i veicoli standard ne hanno da 20 a 30, mentre i veicoli di lusso possono includere da 60 a 70 motori o addirittura più di 100 motori. I veicoli di nuova energia richiedono generalmente da 130 a 200 motori.
Poiché le persone danno sempre più priorità alle prestazioni dei veicoli, in particolare in termini di comfort, sicurezza, efficienza del carburante e protezione ambientale, il numero di centraline elettroniche e dispositivi elettrici nelle automobili è cresciuto di conseguenza. L’adozione di vari sistemi elettrici ha portato ad un aumento del numero di motori elettrici automobilistici installati.
I nuovi veicoli energetici rappresentano una tendenza di sviluppo chiave negli ultimi anni, con le politiche globali che ora ne promuovono simultaneamente la crescita. Nazioni sviluppate come l’Europa e gli Stati Uniti si stanno posizionando attivamente nel mercato dei veicoli a nuova energia. Attraverso vari sussidi, politiche preferenziali e leggi, stanno guidando lo sviluppo di veicoli a nuova energia e facilitando la transizione dai veicoli tradizionali alimentati a carburante-ai veicoli elettrici.
A livello nazionale, la crescita ha rallentato dopo luglio 2019 a causa di significative riduzioni dei sussidi. Tuttavia, con le principali case automobilistiche che lanciano continuamente nuovi modelli energetici nel 2020-in particolare Tesla Model 3 e Volkswagen ID.3-, il settore è pronto a passare da una crescita guidata dai sussidi a una crescita guidata dalla domanda, entrando in una seconda fase di rapida espansione.
II. 5G
Il 2020 segna un anno cruciale per lo sviluppo del 5G in Cina. Sebbene nel primo trimestre si siano verificati ritardi nella costruzione del 5G a causa della pandemia, China Mobile ha dichiarato il proprio impegno a raggiungere l'obiettivo di 300000 5stazioni base G entro la fine del 2020. China Telecom e China Unicom mirano inoltre a completare congiuntamente la costruzione di 250.000 nuove stazioni base 5G nel terzo trimestre per compensare i ritardi-legati alla pandemia. In combinazione con le 50.000 stazioni base previste dalla China Broadcasting Network, la Cina costruirà quest'anno un totale di 600.000 stazioni base.
Nelle stazioni base 5G i motori sono necessari in numerosi luoghi, soprattutto per le antenne delle stazioni base. Attualmente, i motori di controllo con gruppi di trasmissione utilizzati nelle antenne delle stazioni base 5G includono due soluzioni: motori passo-passo e motori brushless. Ogni antenna dotata di controller elettronico dell'antenna (EAC) richiede un motore di controllo con un riduttore.
In genere, una stazione base di comunicazione standard richiede circa tre antenne.. 4Le stazioni base G richiedono da quattro a sei antenne, mentre le stazioni base 5G saranno dotate di un numero ancora maggiore di antenne.
Oltre alle antenne della stazione base, i motori sono essenziali anche per i sistemi di raffreddamento all'interno della stazione base, come ventole di raffreddamento e compressori dell'aria condizionata.
III. Droni / Droni subacquei
I droni hanno guadagnato una notevole popolarità diversi anni fa, sebbene non tutti i modelli utilizzino motori brushless. Molti droni stanno ora passando ai motori brushless per ottenere design più leggeri e compatti e durate di volo prolungate.
Secondo un rapporto Droneii, il mercato globale dei droni ha raggiunto i 14,1 miliardi di dollari nel 2018 e si prevede che crescerà fino a 43,1 miliardi di dollari entro il 2024, con l’Asia e il Nord America che registrano la crescita più rapida. Il tasso di crescita annuale composto (CAGR) è pari al 20,5%.
Le statistiche del "Sistema informativo sulla registrazione delle missioni dei droni civili" dell'Amministrazione dell'aviazione civile cinese mostrano che alla fine del 2018, la Cina aveva 285.000 droni registrati. Alla fine del 2019, il numero di droni registrati ha superato i 392.000, con voli commerciali con droni per un totale di 1,25 milioni di ore.
Soprattutto durante la pandemia all’inizio di quest’anno, i droni hanno svolto un ruolo significativo. Hanno fatto la spola tra ospedali e centri di controllo delle malattie, automatizzando il trasporto di forniture mediche di emergenza e campioni per la prevenzione e il controllo dell’epidemia; si librava sulle autostrade, sostituendo il controllo manuale del traffico aereo; trasformati in strumenti di disinfezione, completando le attività di prevenzione delle epidemie e di disinfezione in vaste aree rurali e persino distretti urbani a livello nazionale; e sono diventati esperti di pubblicità, trasmettendo messaggi per convincere le persone a restare a casa.
La pandemia ha riportato sotto i riflettori anche la consegna senza contatto. A livello nazionale, l’anno scorso l’Amministrazione dell’aviazione civile cinese ha lanciato programmi pilota per la consegna logistica dei droni. È probabile che la pandemia acceleri questo lancio a livello nazionale. A livello internazionale, il colosso della logistica UPS ha collaborato con il produttore tedesco di droni Wingcopter per introdurre nuovi droni a decollo e atterraggio verticale nel settore del trasporto merci per la consegna dei pacchi.
Anche i droni subacquei, una categoria meno familiare, si stanno gradualmente diffondendo. Ricordo di aver intervistato un'azienda di droni sottomarini nel 2017, quando avevano appena iniziato la produzione di massa, spedendo solo poche centinaia di unità tramite crowdfunding. Ora, le loro spedizioni annuali hanno raggiunto decine di migliaia.
IV. E-Biciclette/Biciclette elettriche
Le biciclette elettriche- preservano l'autentica esperienza ciclistica offrendo allo stesso tempo un'assistenza elettrica intelligente. Posizionate tra le biciclette tradizionali e le e-bike complete, utilizzano principalmente sensori per rilevare i segnali di guida e fornire il corrispondente supporto di potenza, riducendo lo sforzo del ciclista per una guida più agevole. Rispetto alle biciclette normali, le e-bike incorporano motori, batterie, sensori, controller e cruscotti, arricchendo l'esperienza di guida. A differenza delle bici elettriche tradizionali, le bici elettriche-non si basano sul controllo manuale dell'acceleratore per la regolazione della velocità. Utilizzano invece sensori per rilevare i segnali di guida, interpretare le intenzioni del ciclista e fornire la corrispondente assistenza elettrica, rendendo l'esperienza di guida più intelligente.
Le biciclette elettriche nazionali-hanno un prezzo compreso tra 2.000 e 10.000 yuan. In Europa, le bici elettriche-a motore- con mozzo vanno dai 500 ai 1.700 euro, mentre le bici elettriche-a motore medio-costano tra i 2.300 e i 3.300 euro. Le bici elettriche-hanno prezzi significativamente più alti rispetto alle biciclette tradizionali e alle bici elettriche.
Il motore è il componente principale dell'impianto elettrico di una e-bike. Poiché la miniaturizzazione del motore, il design leggero, l'efficienza operativa e l'affidabilità estetica determinano direttamente le prestazioni dell'e-bicicletta, i produttori di motori in genere sviluppano motori personalizzati su misura per i requisiti specifici delle e-biciclette. I motori rappresentano dal 10% al 30% del costo totale di una e-bicicletta.
La domanda di biciclette elettriche-rimane solida in Europa. Secondo le statistiche della European Bicycle Industry Association, le vendite europee di biciclette elettriche- sono aumentate da 98.000 unità nel 2006 a 2,5 milioni di unità nel 2018, raggiungendo un tasso di crescita annuale composto (CAGR) del 31%.
Anche il mercato giapponese sta registrando una crescita costante. Il Giappone è stato pioniere nella ricerca, nello sviluppo, nella produzione e nella vendita di biciclette elettriche-, lanciando con successo la prima generazione negli anni '80. Dato il terreno prevalentemente collinare del Giappone, le strade sconnesse e l'invecchiamento della popolazione, le e-bici sono diventate una scelta necessaria.
Il mercato interno è nella sua fase iniziale e offre un notevole potenziale di crescita futura. Aziende come Mobike, Xiaomi, Hello Bike, Bisu Travel e Jinyoung stanno iniziando a promuovere le biciclette elettriche a livello nazionale.
V. Robot industriali
Il mercato interno dei robot industriali si concentra principalmente sulle applicazioni sostitutive, offrendo un notevole potenziale di crescita. Sebbene la Cina sia il mercato più grande del mondo per le applicazioni di robot industriali, i produttori di fama mondiale di questo settore sono concentrati prevalentemente in paesi sviluppati come gli Stati Uniti, il Giappone e la Germania. Questi includono i "quattro grandi" produttori: la svedese ABB, la giapponese Fanuc e Yaskawa Electric e la tedesca KUKA.
Secondo i dati della Federazione Internazionale di Robotica, nel 2018 le vendite globali di robot industriali hanno raggiunto le 422.000 unità, di cui 154.000 in Cina, pari al 36,5% del totale. Inoltre, i dati dell’Ufficio nazionale di statistica mostrano che la produzione cinese di robot industriali è in costante aumento, passando da circa 33.000 unità nel 2015 a 187.000 unità nel 2018, un tasso di crescita notevole.
Inoltre, grazie al continuo sostegno del governo al settore negli ultimi anni e ai progressi costanti delle imprese nazionali, il tasso di localizzazione dei robot industriali domestici è in costante miglioramento. Nella prima metà del 2018, la quota nazionale delle vendite di corpi robot è aumentata dal 19,42% del 2015 al 28,48%. Allo stesso tempo, il volume complessivo delle vendite di robot industriali in Cina ha mantenuto una crescita costante.
VI. Tifosi
I ventilatori comprendono: ventilatori elettrici, cappe da cucina, asciugacapelli, macchine per barriere d'aria, ventilatori HVAC, ecc. I principali produttori a valle includono Midea, Airmate, Gree, Pioneer, Vatti, Robam e altri.
Il segmento dei ventilatori domestici rappresenta un mercato enorme. Il volume di produzione dei ventilatori domestici in Cina è enorme. Secondo i dati dell’Ufficio nazionale di statistica, la produzione di ventilatori domestici in Cina ha raggiunto i 180 milioni di unità nel 2018. I dati di dicembre 2017 non sono disponibili, ma il totale in 11 mesi era di 160 milioni di unità. La produzione nel 2016 è stata di 160 milioni di unità, con una stima di 190 milioni di unità per il 2019.
Attualmente, i principali produttori di piccoli elettrodomestici come Midea, Pioneer, Risa e Airmate hanno tutti lanciato prodotti dotati di motori brushless. Tra questi, Airmate offre il volume maggiore, mentre Xiaomi vanta i costi di produzione più bassi.
Con l'ingresso di operatori inters-industriali come Xiaomi, il tasso di adozione dei motori brushless nel settore dei ventilatori domestici ha subito un'accelerazione. I produttori nazionali di motori brushless si sono ormai assicurati un punto d'appoggio in questo mercato.
Oltre ai ventilatori domestici, da anni anche le ventole di raffreddamento industriali stanno passando ai motori brushless. Un'azienda di riferimento in questo settore è EBM-Papst, i cui ventilatori e motori sono ampiamente utilizzati nei settori della ventilazione, del condizionamento dell'aria, della refrigerazione, degli elettrodomestici, del riscaldamento e automobilistico.
Attualmente, numerose aziende nazionali producono ventole di raffreddamento senza spazzole simili a quelle di EBM e hanno già conquistato una parte significativa della quota di mercato di EBM.
Soprattutto con l’aumento delle stazioni di ricarica nazionali, le opportunità per i produttori nazionali dovrebbero essere sostanziali. Il governo ha ora incluso le stazioni di ricarica nei suoi progetti di “Nuove infrastrutture”, che dovrebbero portare quest’anno a uno sviluppo ancora maggiore.
Anche le ventole di raffreddamento dei frigoriferi stanno passando ai motori BLDC a causa degli standard di settore e delle normative nazionali sull’efficienza energetica. Questo cambiamento si sta verificando in tempi relativamente rapidi con volumi di prodotti sostanziali. Entro il 2022, si stima che il 60% delle ventole di raffreddamento dei frigoriferi sarà sostituito con motori a velocità-variabile. I fornitori nazionali di ventole di raffreddamento per frigoriferi sono concentrati principalmente nelle regioni del delta del fiume Yangtze e del delta del fiume Pearl.
Nel settore dei ventilatori, anche le cappe da cucina-un componente chiave degli elettrodomestici da cucina-sono in fase di transizione. Tuttavia, i vincoli di costo hanno limitato l’adozione di motori brushless nelle cappe da cucina. Le soluzioni a velocità-variabile costano attualmente circa 150 yuan, mentre le opzioni con motore non-brushless possono essere implementate per meno di 100 yuan, con alternative a basso-costo disponibili per circa 30 yuan.
Molte unità di ventilazione e purificatori d’aria adottano anche soluzioni con motori brushless. Attualmente, i modelli più piccoli sul mercato utilizzano in genere i motori a rotore esterno di Nedic, mentre i purificatori d'aria più grandi utilizzano generalmente ventole EBM.
Inoltre, negli ultimi anni i ventilatori per la circolazione dell’aria hanno iniziato a guadagnare terreno. Il loro valore attuale rimane relativamente alto, con i prodotti finiti che in genere hanno un prezzo di 700-800 yuan ciascuno e i modelli premium che raggiungono i 2.000-3.000 yuan.
VII. Compressori
Poiché la velocità del compressore di un frigorifero ne determina la temperatura interna, i compressori inverter possono regolare la propria velocità in base alle letture della temperatura. Ciò consente al frigorifero di adattarsi alle condizioni attuali, mantenendo una temperatura interna più stabile. Di conseguenza, la conservazione degli alimenti risulta notevolmente migliorata. La maggior parte dei compressori per frigoriferi con inverter utilizza motori BLDC, che garantiscono maggiore efficienza, livelli di rumore più bassi e una maggiore durata durante il funzionamento.
Questo settore era precedentemente dominato da produttori giapponesi, coreani e taiwanesi, ma dal 2010 gli operatori nazionali hanno rapidamente guadagnato terreno. È stato riferito che un produttore con sede a Shanghai-ora spedisce quasi 30 milioni di unità all'anno.
Con il progresso delle aziende nazionali di semiconduttori, i fornitori nazionali possono ora fornire praticamente tutti i componenti-dagli MCU di controllo principale ai gate driver pre-driver per alimentare i MOSFET.
Un altro settore chiave sono i compressori dei condizionatori. I condizionatori inverter sono ormai ampiamente accettati e la tendenza verso la tecnologia inverter è innegabile. La produzione di condizionatori domestici è notevole. Secondo l’Ufficio nazionale di statistica, nel 2018 sono stati prodotti 360 milioni di motori AC e circa 96 milioni di motori BLDC per i condizionatori. Inoltre, la produzione di motori BLDC per condizionatori d’aria aumenta ogni anno.
VIII. Utensili elettrici
Gli elettroutensili sono tra i prodotti hardware ed elettromeccanici più utilizzati. Il loro design leggero, la portabilità, l'elevata produttività e il basso consumo energetico li rendono indispensabili per le operazioni di foratura, taglio e rettifica in diversi settori tra cui l'edilizia, la decorazione, la lavorazione del legno, la fabbricazione dei metalli e altri settori manifatturieri.
Con i continui progressi tecnologici e la crescente accettazione dei concetti di fai da te, il campo di applicazione degli utensili elettrici continua ad espandersi. Molte delle tradizionali operazioni manuali con gli utensili vengono sempre più sostituite da utensili elettrici, che stanno anch'essi passando dalle applicazioni industriali all'uso domestico. La domanda di utensili elettrici aumenta di anno in anno.
Il passaggio ai motori brushless negli utensili elettrici è iniziato abbastanza presto. Già nel 2010 alcuni marchi internazionali hanno introdotto elettroutensili dotati di motori brushless. Con la maturazione della tecnologia delle batterie agli ioni di litio- e prezzi sempre più convenienti, il volume degli utensili portatili senza filo è cresciuto di anno in anno, rivaleggiando ora in popolarità con gli strumenti con filo.
Le statistiche indicano che la tecnologia brushless è stata ampiamente adottata per le chiavi elettriche in Cina. Tuttavia, i trapani, gli strumenti ad alta-tensione e gli attrezzi da giardino non hanno ancora completato la transizione, anche se sono in procinto di farlo.
Questo cambiamento è guidato principalmente dall’efficienza energetica e dalle prestazioni elevate dei motori brushless, che consentono agli utensili elettrici portatili di funzionare per periodi più lunghi. Molti produttori nazionali e internazionali, come Bosch, Dewalt, Milwaukee, Ryobi e Makita, stanno investendo risorse significative nello sviluppo dei prodotti.
Anche lo sviluppo degli utensili elettrici a livello nazionale sta avanzando rapidamente, in particolare nella regione di Jiangsu-Zhejiang, che ospita numerosi produttori. Negli ultimi anni, il costo delle soluzioni di controllo dei motori brushless in questo settore è diminuito in modo significativo. Molti produttori hanno avviato una guerra dei prezzi, con rapporti che indicano che una soluzione di controllo del motore brushless per un elettroutensile ora costa circa 6-7 yuan, e alcuni addirittura addirittura 4-5 yuan.
IX. Pompe
Il settore delle pompe idriche è relativamente tradizionale e presenta diversi tipi di prodotti e varianti di soluzioni. Anche per schede di potenza identiche esistono sul mercato diverse opzioni, con prezzi che vanno da meno di 2 yuan a 40-50 yuan.
Nelle applicazioni con pompe idrauliche, le pompe di potenza da medie-a-grandi utilizzano prevalentemente motori asincroni tri-fase, mentre le pompe micro-miniaturizzate utilizzano principalmente pompe CA a due-poli. Gli attuali aggiornamenti del sistema di riscaldamento nel nord della Cina rappresentano un’opportunità favorevole per l’innovazione tecnologica nelle soluzioni di pompaggio.
Da un punto di vista puramente tecnico, i motori brushless sono-adatti per le applicazioni con pompe, offrendo vantaggi in termini di dimensioni, densità di potenza e persino costi.
10. Salute e benessere personale
Due prodotti rappresentativi nel campo della cura della persona sono l'asciugacapelli virale di Dyson e la pistola per massaggio.
Da quando Dyson ha introdotto il suo asciugacapelli a motore digitale ad alta-velocità, ha infiammato l'intero mercato degli asciugacapelli.
Secondo Qian Zhichun di Jingfeng Mingyuan, le attuali soluzioni di asciugacapelli per uso domestico seguono principalmente tre approcci: in primo luogo, confrontando Dyson con motori brushless a velocità ultra-alta-, che in genere funzionano a circa 100.000 giri al minuto, con alcuni che raggiungono fino a 160.000 giri al minuto; In secondo luogo, l'approccio di sostituzione del motore U-, che offre RPM simili ai motori U- ma con vantaggi in termini di peso più leggero e pressione dell'aria più elevata; In terzo luogo, l'approccio ad alta-tensione del rotore esterno, in cui il motore replica principalmente il design di Nedic.
Gli attuali prodotti d'imitazione nazionali non sono più semplici copie; generalmente riescono ad evitare i brevetti e incorporano determinate innovazioni.
Le spedizioni di armi da fuoco sono aumentate notevolmente negli ultimi anni. Si dice che gli istruttori di fitness e gli appassionati di sport ora portino comunemente pistole fasciali. Questi dispositivi utilizzano la meccanica vibrazionale per trasmettere le vibrazioni in profondità nella fascia e nel tessuto muscolare, ottenendo il rilassamento della fascia e riducendo la tensione muscolare. Alcuni considerano le pistole fasciali strumenti essenziali per il recupero post-allenamento.
Tuttavia, il mercato di questi dispositivi è ora altamente competitivo. Sebbene i loro design sembrino simili, i prezzi vanno da oltre 100 yuan a più di 3.000 yuan. Il prezzo di mercato per le schede di controllo del motore BLDC utilizzate in queste armi è sceso a circa 8 yuan, con alcune addirittura disponibili per circa 6 yuan. Ciò ha portato a un rapido calo dei prezzi delle armi da fuoco.
Si dice che un produttore di elettrodomestici, sull'orlo della bancarotta, sia stato immediatamente rilanciato solo dal prodotto della pistola a fascia. Ora stanno prosperando abbastanza comodamente.
Naturalmente, oltre a questi due prodotti, anche altri articoli come i rasoi elettrici da uomo e i dispositivi di bellezza da donna stanno tendendo verso l’adozione di motori brushless.
Conclusione
Nel complesso, i motori BLDC sono ancora agli inizi, ma le loro applicazioni sono già fiorenti. Oltre agli esempi qui menzionati, si trovano nei robot di servizio, negli AGV, negli aspirapolvere robotici, nei frullatori, negli elettrodomestici da cucina, nelle lavastoviglie e altro ancora. In verità, i motori permeano innumerevoli aspetti della nostra vita quotidiana, con numerose applicazioni future ancora in attesa di essere esplorate. Questo conclude la nostra analisi dei motori BLDC. Spero che si riveli utile.