С развитием глобальной промышленной автоматизации, интеллектуальных технологий и повышением уровня жизни населения применение электродвигателей в таких областях, как автомобилестроение, бытовая техника, электронная аудио- и видеотехника, оборудование для обработки информации и промышленная автоматизация, будет становиться все более распространенным.
Согласно статистике, в развитых странах среднее количество электродвигателей на одно домохозяйство составляет от 80 до 130 штук, в то время как в крупных городах Китая этот показатель колеблется от 20 до 40 штук, что значительно ниже среднего уровня в развитых странах. Таким образом, в отечественной индустрии электродвигателей еще есть большой потенциал для развития.
По сравнению с двигателями, история которых насчитывает более 200 лет,Бесщеточные двигатели постоянного токаНа самом деле они относительно молоды, их история насчитывает более 50 лет с момента их разработки. Однако с развитием полупроводниковых технологий и популяризацией микроконтроллеров и драйверных компонентов общая стоимостьБесщеточные двигатели постоянного токазначительно сократилось. Поэтому в последние годы...Бесщеточные двигатели постоянного токаОни развились, и общий темп их роста также выше, чем у двигателей.
Рисунок 1: Прогнозируемый размер рынка бесщеточных двигателей постоянного тока
Ожидается, что среднегодовой темп роста составитБесщеточные двигатели постоянного токаВ ближайшие годы этот показатель составит около 6,5%. Согласно статистике, объем рынка BLDC в 2019 году составлял приблизительно 16,3 миллиарда долларов, и ожидается, что к 2024 году он достигнет около 22,44 миллиарда долларов.
Каковы размеры рынка? Каковы конкретные области применения?
Рынок автомобильных приложений
С появлением электромобилей, распространением интеллектуального вождения и пилотным применением концепции «автомобиль-все», тенденция к электронизации автомобилей становится все более очевидной.
В автомобилях будущего, помимо электродвигателей, электродвигатели будут широко использоваться в системах электроусилителя руля, электронной подвески, стабилизации, круиз-контроля, ABS и элементах кузова (таких как окна, дверные замки, сиденья, зеркала заднего вида, стеклоочистители, люк и т. д.).
В целом, автомобили экономичного класса будут оснащены примерно 10 двигателями, обычные автомобили — от 20 до 30 двигателями, автомобили класса люкс — от 60 до 70, а то и сотни двигателей, в то время как автомобилям на новых источниках энергии обычно требуется от 130 до 200 двигателей.
Рисунок 2: Количество двигателей, используемых в автомобилях.
В связи с растущим вниманием к характеристикам автомобилей, особенно к требованиям комфорта, безопасности, экономичности и защиты окружающей среды, соответственно увеличилось и количество электронных устройств управления и электрооборудования в автомобилях. Использование различных электрических устройств привело к увеличению количества электродвигателей в автомобилях.
В последние годы наблюдается тенденция развития автомобилей на новых источниках энергии, и глобальная политика одновременно способствует их развитию. Развитые страны, такие как страны Европы и Америки, активно формируют рынок автомобилей на новых источниках энергии, содействуют их развитию посредством различных субсидий и льготных программ и законов, а также продвигают переход от традиционных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к электромобилям.
После июля 2019 года в Китае из-за резкого сокращения субсидий темпы роста снизились. Однако, благодаря непрерывному внедрению крупных автомобильных предприятий новых моделей на новых источниках энергии в 2020 году, особенно запуску TESLA Model 3, Volkswagen ID. 3 и других моделей, ожидается, что отрасль перейдет от модели, движимой субсидиями, к модели, движимой спросом, и вступит во второй период быстрого роста.
5G
2020 год стал решающим для развития 5G в Китае. Несмотря на задержку в строительстве сетей 5G в первом квартале из-за последствий эпидемии, China Mobile заявила, что ее цель — достичь 300 000 базовых станций 5G к концу 2020 года — остается неизменной. China Telecom и China Unicom также будут стремиться завершить строительство 250 000 новых базовых станций 5G в третьем квартале, чтобы компенсировать последствия эпидемии. В дополнение к 50 000 базовым станциям, запланированным Китайским радио и телевидением, в этом году Китай построит 600 000 базовых станций.
Рисунок 3: Количество базовых станций 5G, которые четыре крупнейших оператора планируют построить в 2020 году.
В базовых станциях 5G также много мест, где необходимы двигатели, в первую очередь, в антенне базовой станции. В настоящее время антенны базовых станций 5G оснащаются управляющими двигателями с редукторными компонентами, включая два варианта: шаговый двигатель и бесщеточный двигатель. Каждая электрически регулируемая антенна оснащена управляющим двигателем с редуктором.
В целом, обычная базовая станция связи должна быть оснащена примерно тремя антеннами, базовая станция 4G — от четырех до шести антенн, а количество базовых станций и антенн в сетях 5G будет и дальше увеличиваться.
Помимо антенны базовой станции, система охлаждения базовой станции также требует наличия электродвигателей, таких как вентилятор компьютера, компрессор кондиционера и т. д.
Дроны/Подводные дроны
Дроны пользуются популярностью уже несколько лет, но не все дроны используют бесщеточные двигатели. В настоящее время многие дроны переходят на бесщеточные двигатели, чтобы добиться более длинного и легкого корпуса, а также большей продолжительности полета.
Согласно отчету Droneii, объем мирового рынка дронов в 2018 году составил 14,1 миллиарда долларов, и ожидается, что к 2024 году он достигнет 43,1 миллиарда долларов, при этом наиболее быстрорастущими регионами станут Азия и Северная Америка. Среднегодовой темп роста составляет 20,5%.
Согласно данным «Информационной системы регистрации гражданских дронов» Управления гражданской авиации, по состоянию на конец 2018 года в Китае было зарегистрировано 285 000 дронов. К концу 2019 года их число превысило 392 000, а общее количество коммерческих летных часов, налетанных дронами, составило 1,25 миллиона.
Особенно во время эпидемии в начале этого года дроны сыграли значительную роль, например, осуществляя перевозку между больницами и центрами контроля заболеваний, обеспечивая автоматизированную транспортировку экстренных лекарств и образцов для профилактики и контроля эпидемии; кружа по автомагистралям, заменяя ручное управление воздушным движением; создавая дезинфекционные средства, обеспечивающие полную профилактику, дезинфекцию и стерилизацию в сельской местности и даже городах по всей стране; превращаясь в экспертов по пропаганде, выкрикивая лозунги и убеждая людей оставаться дома, и так далее.
В связи с последствиями эпидемии бесконтактная доставка вновь вышла на первый план. В Китае Управление гражданской авиации в прошлом году запустило пилотный проект по логистике и распределению грузов с использованием дронов. В связи с последствиями эпидемии темпы прогресса в Китае должны ускориться; за рубежом логистический гигант UPS и немецкий производитель БПЛА Wingcopter объединили усилия для внедрения новых беспилотных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки в грузоперевозки.
Существует также подводный дрон, с которым мы не очень хорошо знакомы, и мы постепенно начинаем его измерять. Я помню компанию по производству подводных дронов, с которой я брал интервью в 2017 году, которая как раз занималась серийным производством и отгрузила всего несколько сотен единиц через краудфандинг. Сейчас годовой объем поставок составляет десятки тысяч единиц.
Электросамокат/электромобиль
Электросамокат не только сохраняет оригинальные ощущения от езды, но и обеспечивает интеллектуальное дополнительное питание. Это средство передвижения, занимающее промежуточное положение между велосипедами и традиционными электромобилями. Электросамокаты в основном обеспечивают соответствующую помощь в движении на основе сигналов от велосипедистов, передаваемых через датчики, что снижает нагрузку на велосипедистов и облегчает езду для пользователей. По сравнению с велосипедами, электросамокаты оснащены двигателями, батареями, датчиками, контроллерами, приборами и т.д., что делает опыт езды более разнообразным. В отличие от традиционных электромобилей, электросамокаты не управляют скоростью с помощью вращения руки, а улавливают сигналы от движения с помощью датчиков, чтобы понимать намерения велосипедиста, обеспечивать соответствующую помощь в движении и делать езду более интеллектуальной.
Рисунок 4: Сравнение велосипедов, электросамокатов и традиционных электромобилей.
Цена электросамокатов в Китае колеблется от 2000 до 10000 юаней. Электросамокаты с европейским колесным креплением стоят от 500 до 1700 евро, а электросамокаты со средним расположением колеса — от 2300 до 3300 евро. Цена электросамокатов значительно выше, чем у велосипедов и электромобилей.
Электродвигатель является ключевым компонентом электрической системы электросамоката. Благодаря миниатюризации, малому весу, эффективности работы и надежности внешнего вида электросамокатов, их производительность напрямую определяется их характеристиками. Поэтому производители двигателей, как правило, вынуждены разрабатывать двигатели, адаптированные под потребности электросамокатов. На долю электродвигателей приходится от 10% до 30% стоимости электросамокатов.
В Европе наблюдается высокий спрос на электросамокаты. По данным Европейской ассоциации велосипедной промышленности, с 2006 по 2018 год продажи электросамокатов на европейском рынке выросли с 98 000 до 2,5 миллионов единиц. Среднегодовой темп роста достиг 31%.
Японский рынок также стабильно растёт. Япония была первой страной, которая начала разрабатывать, производить и продавать электросамокаты. В 1980-х годах она успешно разработала первое поколение электросамокатов. Однако из-за холмистого рельефа местности, неровных дорог и сильного износа электросамокаты стали необходимостью.
Внутренний рынок находится на начальной стадии развития. Есть значительный потенциал для дальнейшего роста. В настоящее время такие компании, как Mobi, Xiaomi, Harrow, Double Speed и Eternal, начали попытки продвижения электросамокатов в Китае.
Промышленный робот
В Китае промышленные роботы в основном являются рынком-заменителем, и эта ниша довольно обширна. Хотя Китай является крупнейшим в мире рынком применения промышленных роботов, в этой области ведущие мировые производители в основном сосредоточены в развитых странах, представленных США, Японией, Германией и др., например, ABB в Швеции, FANUC в Японии, Yaskawa Electric Corporation и четыре семейства, представленные Kuka в Германии.
Рисунок 5: Продажи промышленных роботов. (Источник данных: Международная федерация робототехники)
Согласно данным Международной федерации робототехники, мировые продажи промышленных роботов в 2018 году составили 422 000 единиц, из которых 154 000 были проданы в Китае, что составляет 36,5%. Кроме того, по данным Национального статистического бюро, производство промышленных роботов в Китае постепенно увеличивается: с примерно 33 000 комплектов в 2015 году до 187 000 комплектов в 2018 году. Темпы роста высоки.
Более того, в последние годы, благодаря постоянной государственной поддержке промышленности и непрерывным успехам отечественных предприятий, уровень локализации отечественных промышленных роботов неуклонно растет. В первом полугодии 2018 года доля продаж роботизированных корпусов на внутреннем рынке увеличилась с 19,42% в 2015 году до 28,48%. В то же время общий объем продаж промышленных роботов в Китае также продолжает расти.
Вентилятор
К вентиляторам относятся: обычные вентиляторы, вытяжки, фены, вентиляторы для штор, вентиляторы для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и т. д. К основным производителям относятся Midea, Emmett, Gree, Pioneer, Vantage, Boss и другие.
С точки зрения бытовых вентиляторов, это очень большой рынок, и производство бытовых вентиляторов в Китае очень велико. По данным Национального статистического бюро, в 2018 году производство бытовых вентиляторов в Китае составило 180 миллионов единиц. Данные за декабрь 2017 года отсутствуют, но за 11 месяцев было произведено 160 миллионов единиц. В 2016 году этот показатель составлял 160 миллионов единиц, а по оценкам, в 2019 году он достиг около 190 миллионов единиц.
Рисунок 6: Производство бытовых вентиляторов в Китае. (Источник данных: Национальное бюро статистики)
В настоящее время основные китайские производители мелкой бытовой техники, такие как Midea, Pioneer, Nichrome, Emmett и другие, в основном предлагают на рынке продукцию с бесщеточными двигателями. Среди них Emmett имеет наибольшее количество продукции, а Xiaomi — самую низкую цену.
С появлением на рынке трансграничных производителей, таких как Xiaomi, темпы внедрения бесщеточных двигателей в бытовые вентиляторы начали ускоряться. Теперь в сегменте бытовых вентиляторов появились и отечественные производители бесщеточных двигателей.
Помимо бытовых вентиляторов, существуют также вентиляторы для компьютерного оборудования. Фактически, в производстве вентиляторов для теплового оборудования переход на бесщеточные двигатели начался много лет назад. В этой области есть ведущее предприятие, а именно компания EBM-PAPST, чья продукция — вентиляторы и двигатели — широко используется во многих отраслях, таких как вентиляция, кондиционирование воздуха, холодильная техника, бытовая техника, отопление и автомобилестроение.
В настоящее время многие китайские компании производят бесщеточные компьютерные вентиляторы, аналогичные вентиляторам EBM, и заняли значительную долю рынка EBM.
Особенно с учетом роста числа отечественных зарядных станций, у отечественных производителей должны появиться большие возможности. Сейчас зарядные станции также включены в проект «Новая инфраструктура», и в этом году ожидается их дальнейшее развитие.
Существуют также вентиляторы для охлаждения морозильных камер. Под влиянием отраслевых стандартов и национальных стандартов энергоэффективности вентиляторы для охлаждения морозильных камер начали переходить на бесколлекторные двигатели постоянного тока (BLDC), скорость перехода на которые относительно высока, что привело к значительному увеличению их количества. Ожидается, что к 2022 году 60% морозильных камер будут заменены на двигатели с регулируемой частотой вращения. В настоящее время отечественные производители, поддерживающие производство морозильных камер, в основном сосредоточены в регионах дельты реки Янцзы и дельты реки Чжуцзян.
Что касается вентиляторов, то существует также вытяжка, которая является важным компонентом кухонной техники. Однако из-за стоимости коэффициент преобразования в бесщеточный двигатель для вытяжек пока невелик. В настоящее время схема с частотным преобразователем стоит около 150 юаней, но схемы с обычным двигателем можно выполнить за 100 юаней, а недорогие варианты могут стоить около 30 юаней.
Во многих новых вентиляторах и воздухоочистителях также используются бесщеточные двигатели. В настоящее время в небольших устройствах, представленных на рынке, обычно используются двигатели с внешним ротором производства Nedic, а в крупных воздухоочистителях — вентиляторы с внешним ротором.
Кроме того, уже два года выпускается вентилятор для циркуляции воздуха, и его текущая стоимость относительно высока. В среднем, стоимость готовой продукции составляет 781 единицу, но есть и несколько более дорогих моделей, цена которых колеблется от 2000 до 3000 единиц.
Компрессор
Поскольку скорость вращения компрессора холодильника определяет температуру внутри, скорость компрессора холодильника с частотно-регулируемым приводом может изменяться в зависимости от температуры, что позволяет холодильнику корректировать работу в зависимости от текущей температурной ситуации и лучше поддерживать постоянную температуру внутри. Таким образом, эффект сохранения продуктов будет лучше. В большинстве холодильников с частотно-регулируемым приводом используются бесколлекторные двигатели постоянного тока (BLDC), что обеспечивает более высокую эффективность, меньший уровень шума и более длительный срок службы.
Рисунок 7: Продажи холодильников и холодильников с регулируемой частотой вращения в Китае. (Источник данных: Национальное бюро статистики)
Ранее в этой сфере доминировали товары японских, корейских и тайваньских производителей, но после 2010 года отечественные производители начали стремительно развиваться. Говорят, что один из производителей в Шанхае ежегодно отгружает продукцию почти в 30 миллионов единиц.
Благодаря прогрессу отечественных производителей полупроводников, отечественные производители в основном могут обеспечить все необходимое: от основных микроконтроллеров и драйверов затвора до силовых MOSFET-транзисторов.
Также существует компрессор кондиционера. В настоящее время широко распространены кондиционеры с регулируемой частотой вращения, и они стали трендом. Производство кондиционеров в Китае также довольно велико. По данным Национального статистического бюро, в 2018 году было произведено 360 миллионов электродвигателей для кондиционеров, а производство бесщеточных двигателей постоянного тока для кондиционеров составило около 96 миллионов единиц. Более того, производство бесщеточных двигателей постоянного тока для кондиционеров в основном увеличивается с каждым годом.
Электроинструменты
Электроинструменты являются одним из наиболее широко используемых видов металлоконструкций и электромеханических изделий. Благодаря своей легкой конструкции, удобной портативности, высокой производительности и низкому энергопотреблению, они широко применяются в процессах сверления, резки и шлифовки в различных отраслях промышленности, таких как строительство, отделка, деревообработка, металлообработка и другие.
С непрерывным развитием технологий и постепенным распространением концепции «сделай сам» сфера применения электроинструментов также постоянно расширяется. Многие традиционные операции, выполняемые с помощью ручных инструментов, начинают заменяться электроинструментами, и электроинструменты все чаще используются не только в промышленности, но и в быту. Спрос на электроинструменты растет с каждым годом.
Бесщеточные электроинструменты появились довольно давно. В 2010 году некоторые зарубежные бренды представили электроинструменты с бесщеточными двигателями. С развитием литий-ионных аккумуляторных технологий цены стали более доступными, а размеры ручных инструментов ежегодно увеличиваются. Теперь их можно разделить на две категории: с электроинструментами и сетевыми инструментами.
Согласно статистике, бытовые электрогайковерты в основном являются бесщеточными, в то время как электродрели, высоковольтные инструменты и садовый инструмент еще не полностью бесщеточные, но находятся в процессе их модернизации.
В основном это связано с энергосбережением и высокой эффективностью бесщеточных двигателей, позволяющих ручным электроинструментам работать в течение более длительного времени. Сегодня многие международные и отечественные производители вложили значительные ресурсы в разработку своей продукции, такие как Bosch, Dewalt, Milwaukee, Ryobi, Makita и др.
В настоящее время развитие электроинструментов в Китае также идет очень быстрыми темпами, особенно в провинциях Цзянсу и Чжэцзян, где сосредоточено множество производителей электроинструментов. В последние годы стоимость решений для управления бесщеточными двигателями в этих провинциях быстро снизилась, и многие производители начали ценовые войны. Говорят, что решение для управления бесщеточным двигателем для электроинструмента стоит всего около 6-7 юаней, а некоторые даже всего 4-5 юаней.
Насос
Производство водяных насосов — относительно традиционная отрасль с широким разнообразием типов и решений. Даже для приводных плат одинаковой мощности в настоящее время на рынке представлено множество различных типов, цены на которые варьируются от менее двух юаней до сорока-пятидесяти юаней.
В системах водяного насоса для средних и больших мощностей в основном используются трехфазные асинхронные двигатели, а для малых и микронасосов — биполярные насосы переменного тока. Текущая реконструкция системы отопления на севере страны предоставляет хорошую возможность для технологических инноваций в насосных системах.
Если рассматривать их только с технической точки зрения, бесщеточные двигатели больше подходят для применения в насосном оборудовании, поскольку обладают определенными преимуществами в плане габаритов, удельной мощности и даже стоимости.
Персональное медицинское обслуживание
Что касается средств личной гигиены, то здесь представлены два популярных продукта: один — это популярный в интернете продукт от Dyson, воздухоочиститель, а другой — пистолет для чистки фасадов.
С момента выпуска компанией Dyson воздухораспределительных устройств с высокоскоростными цифровыми двигателями, этот продукт произвел настоящий фурор на всем рынке воздухораспределительных систем.
Согласно информации, представленной ранее Цянь Чжицунем из компании Jingfeng Mingyuan, в настоящее время в стране существует три основных направления в разработке аэродинамических труб: первое основано на модели Dyson, использующей схему сверхскоростного бесщеточного двигателя, обычно со скоростью около 100 000 оборотов в минуту, с максимальной скоростью 160 000 оборотов в минуту; второе — замена U-образного двигателя, который имеет аналогичную скорость, но обладает преимуществами малого веса и высокого давления воздуха; третье — схема с внешним ротором и высоким напряжением, в которой двигатель в основном имитирует схему Nedic.
В настоящее время отечественные имитационные продукты не просто копируются, как это было в прошлом, а в основном избегают патентования и внедряют определенные инновации.
В последние годы объемы поставок фасциальных пистолетов резко возросли. Говорят, что теперь фасциальные пистолеты используются тренерами в спортзалах и любителями спорта. Фасциальный пистолет использует механические принципы вибрации для передачи вибрации в глубокие фасциальные мышцы, достигая эффекта расслабления фасций и снижения мышечного напряжения. Некоторые люди используют фасциальный пистолет как средство расслабления после тренировки.
Однако, ситуация с пистолетами для фасадных панелей сейчас очень сложная. Хотя внешне они похожи, цены варьируются от более чем 100 юаней до более чем 3000 юаней. Рыночная цена платы управления двигателем BLDC, используемой в пистолетах для фасадных панелей, упала до 8000 юаней, и даже появились платы управления по цене около 6 юаней. Цена на пистолеты для фасадных панелей быстро снижается.
Рассказывают, что один автопроизводитель был на грани банкротства, но благодаря применению средства для фасциальной терапии он мгновенно возродился. И это было весьма полезно.
Конечно, помимо этих двух продуктов, наблюдается также тенденция к использованию бесщеточных двигателей в таких изделиях, как бритвы для мальчиков и косметические аппараты для девочек.
Заключение
В целом, бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) все еще находятся на ранней стадии развития, и их применение сейчас стремительно растет. Помимо упомянутых здесь вариантов, существует множество других, таких как сервисные роботы, автоматизированные транспортные средства (AGV), роботы-пылесосы, устройства для разрушения стен, фритюрницы, посудомоечные машины и так далее. На самом деле, электродвигатели используются во многих сферах нашей жизни, и еще много областей применения ждут своего изучения в будущем.
Дата публикации: 15 июля 2023 г.
