Con il miglioramento dell'automazione industriale globale, dell'intelligenza e degli standard di vita delle persone, l'applicazione dei motori in settori quali automobili, elettrodomestici, apparecchiature elettroniche audio e video, apparecchiature di elaborazione delle informazioni e automazione industriale diventerà sempre più diffusa.
Secondo le statistiche, il numero medio di motori elettrici posseduti da ogni famiglia nei paesi sviluppati è compreso tra 80 e 130 unità, mentre il numero medio di motori elettrici posseduti dalle famiglie nelle grandi città cinesi è compreso tra 20 e 40 unità, una cifra comunque ben al di sotto della media dei paesi sviluppati. Pertanto, l'industria nazionale dei motori elettrici ha ancora ampi margini di sviluppo.
Rispetto ai motori con una storia di oltre 200 anni,Motori BLDCsono in realtà relativamente giovani, con una storia di oltre 50 anni dal loro sviluppo. Tuttavia, con lo sviluppo della tecnologia dei semiconduttori e la diffusione di componenti MCU e driver, il costo complessivo diMotori BLDCè stato notevolmente ridotto. Pertanto, negli ultimi anni,Motori BLDCsi sono sviluppate e il loro tasso di crescita complessivo è superiore a quello dei motori.
Figura 1: Previsione delle dimensioni del mercato dei motori BLDC
Si prevede che il tasso di crescita annuo composto diMotori BLDCsi attesterà intorno al 6,5% nei prossimi anni. Secondo le statistiche, il mercato dei BLDC nel 2019 valeva circa 16,3 miliardi di dollari e si prevede che raggiungerà circa 22,44 miliardi di dollari entro il 2024.
Qual è la dimensione del mercato? Quali sono le applicazioni specifiche?
Mercato delle applicazioni automobilistiche
Con l'avvento dei nuovi veicoli energetici, la diffusione della guida intelligente e l'applicazione pilota del concetto di "Veicolo universale", la tendenza all'elettronizzazione dell'automobile sta diventando sempre più evidente.
Nelle automobili del futuro, oltre ai motori di trazione, anche i sistemi di servosterzo elettrico, i sistemi di sospensioni elettroniche, i sistemi di controllo della stabilità, i sistemi di controllo della velocità di crociera, l'ABS e i sistemi della carrozzeria (come finestrini, serrature delle portiere, sedili, specchietti retrovisori, tergicristalli, tettuccio apribile, ecc.) saranno ampiamente utilizzati con motori elettrici.
In generale, i veicoli a basso consumo di carburante saranno dotati di circa 10 motori, le auto normali saranno dotate di 20-30 motori, le auto di lusso saranno dotate di 60-70 o addirittura centinaia di motori, mentre i veicoli a nuova energia richiederanno in genere da 130 a 200 motori.
Figura 2: Numero di motori utilizzati nelle automobili
Con la crescente attenzione rivolta alle prestazioni delle automobili, in particolare ai requisiti di comfort, sicurezza, risparmio di carburante e tutela ambientale, il numero di dispositivi di controllo elettronici e di apparecchiature elettriche nelle automobili è aumentato di conseguenza. L'utilizzo di vari dispositivi elettrici ha portato a un aumento del numero di componenti motore nelle automobili.
I veicoli a nuova energia sono stati un trend di sviluppo negli ultimi anni e le politiche globali ne stanno promuovendo contemporaneamente lo sviluppo. Paesi sviluppati come Europa e America stanno attivamente configurando il mercato dei veicoli a nuova energia, promuovendo lo sviluppo di veicoli a nuova energia attraverso diverse politiche e leggi agevolate e agevolazioni, e promuovendo la trasformazione dai veicoli a carburante tradizionale a quelli elettrici.
In Cina, dopo luglio 2019, a causa del forte calo dei sussidi, il tasso di crescita è diminuito. Tuttavia, con la continua introduzione di nuovi modelli energetici da parte delle principali case automobilistiche nel 2020, in particolare il lancio di TESLA Model 3, Volkswagen ID. 3 e altri modelli, si prevede che il settore passerà da un modello trainato dai sussidi a uno trainato dalla domanda, entrando nella seconda fase di rapida crescita.
5G
Il 2020 è stato un anno cruciale per lo sviluppo del 5G in Cina. Nonostante un ritardo nella costruzione del 5G nel primo trimestre a causa dell'impatto dell'epidemia, China Mobile ha dichiarato che il suo obiettivo di raggiungere 300.000 stazioni base 5G entro la fine del 2020 rimane invariato. China Telecom e China Unicom si impegneranno inoltre a completare la costruzione di 250.000 nuove stazioni base 5G nel terzo trimestre per compensare l'impatto dell'epidemia. Oltre alle 50.000 stazioni base pianificate da China Radio and Television, la Cina ne costruirà 600.000 quest'anno.
Figura 3: Numero di stazioni base 5G che i quattro principali operatori pianificano di costruire nel 2020
Anche nelle stazioni base 5G, sono molti i punti in cui sono necessari motori, primo fra tutti l'antenna della stazione base. Attualmente, l'antenna della stazione base 5G è dotata di motori di controllo che contengono componenti di riduzione, tra cui due opzioni: motore passo-passo e motore brushless. Ogni antenna regolabile elettricamente è dotata di un motore di controllo con riduzione.
In generale, una stazione base per comunicazioni standard deve essere dotata di circa 3 antenne, una stazione base 4G deve essere dotata di 4-6 antenne e il numero di stazioni base e antenne 5G è destinato ad aumentare ulteriormente.
Oltre all'antenna della stazione base, il sistema di raffreddamento della stazione base richiede anche componenti motorizzati, come ventole per computer, compressori per aria condizionata, ecc.
Droni/Droni sottomarini
I droni sono popolari da diversi anni, ma non tutti utilizzano motori brushless. Oggi, molti droni stanno passando ai motori brushless per ottenere un corpo più lungo, leggero e con una maggiore autonomia.
Secondo il rapporto di Droneii, il mercato globale dei droni valeva 14,1 miliardi di dollari nel 2018 e si prevede che entro il 2024 raggiungerà i 43,1 miliardi di dollari, con Asia e Nord America in più rapida crescita. Il tasso di crescita composto è del 20,5%.
Secondo il "Civil Drone Mission Registration Information System" dell'Amministrazione dell'Aviazione Civile, alla fine del 2018 in Cina erano registrati 285.000 droni. Alla fine del 2019, i droni registrati erano oltre 392.000 e le ore di volo commerciale effettuate ammontavano a 1,25 milioni.
Soprattutto durante l'epidemia all'inizio di quest'anno, i droni hanno svolto un ruolo significativo, ad esempio facendo la spola tra ospedali e centri di controllo delle malattie, implementando il trasporto automatizzato di farmaci e campioni di emergenza per la prevenzione e il controllo dell'epidemia; sorvolando le autostrade, sostituendo il lavoro manuale dei comandi aerei; utilizzando l'artefatto di disinfezione Avatar, completando la prevenzione e la disinfezione dell'epidemia e la sterilizzazione nelle aree rurali e persino nelle aree urbane di tutto il Paese; trasformandosi in esperti di propaganda, gridando slogan e convincendo le persone a rimanere a casa, e così via.
A causa dell'impatto dell'epidemia, la consegna senza contatto è tornata in primo piano. In Cina, l'Amministrazione dell'Aviazione Civile Cinese ha lanciato lo scorso anno un servizio di logistica e distribuzione con droni pilota. A causa dell'impatto dell'epidemia, il ritmo dei progressi in Cina dovrebbe accelerare; all'estero, il gigante della logistica UPS e il produttore tedesco di droni Wingcopter hanno unito le forze per introdurre il nuovo drone VTOL nel settore del trasporto merci per il trasporto di pacchi.
C'è anche un drone sottomarino che non conosciamo molto bene e che stiamo lentamente iniziando a misurare. Ricordo l'azienda produttrice di droni sottomarini che ho intervistato nel 2017, che era in produzione di massa e aveva spedito solo centinaia di unità tramite crowdfunding. Ora, il volume di spedizioni annuali è di decine di migliaia di unità.
Monopattino elettrico/veicolo elettrico
Il monopattino elettrico non solo mantiene l'esperienza di guida originale, ma fornisce anche una potenza ausiliaria intelligente. È un mezzo di trasporto che si colloca tra le biciclette e i veicoli elettrici tradizionali. I monopattini elettrici forniscono principalmente un'assistenza elettrica basata sui segnali di guida trasmessi tramite sensori, riducendo lo sforzo dei ciclisti e rendendo la guida più facile per gli utenti. Rispetto alle biciclette, i monopattini elettrici hanno motori, batterie, sensori, controller, strumenti, ecc. aggiunti, rendendo l'esperienza di guida più diversificata. Rispetto ai veicoli elettrici tradizionali, i monopattini elettrici non controllano la velocità del veicolo ruotando la mano, ma catturando il segnale di guida tramite sensori, in modo da comprendere l'intenzione di guida del ciclista, fornire la potenza elettrica corrispondente e rendere la guida più intelligente.
Figura 4: Confronto tra biciclette, scooter elettrici e veicoli elettrici tradizionali
Il prezzo di vendita degli scooter elettrici in Cina varia dai 2.000 ai 10.000 yuan. Gli scooter elettrici europei con mozzo ruota hanno un prezzo compreso tra 500 e 1.700 euro, mentre gli scooter elettrici con montaggio centrale hanno un prezzo compreso tra 2.300 e 3.300 euro. Il prezzo degli scooter elettrici è molto più alto di quello di biciclette e veicoli elettrici.
Il motore è il componente principale del sistema elettrico di uno scooter elettrico. Grazie alla miniaturizzazione, alla leggerezza, all'efficienza operativa e all'aspetto affidabile degli scooter elettrici, le prestazioni di questi ultimi sono direttamente determinate. Pertanto, le aziende produttrici di motori devono generalmente personalizzare lo sviluppo dei motori in base alle esigenze degli scooter elettrici. I motori elettrici rappresentano dal 10% al 30% del costo di uno scooter elettrico.
In Europa, la domanda di monopattini elettrici è molto elevata. Secondo i dati dell'Associazione Europea dell'Industria della Bicicletta (European Bicycle Industry Association), dal 2006 al 2018 le vendite di monopattini elettrici sul mercato europeo sono aumentate da 98.000 unità a 2,5 milioni di unità. Il tasso di crescita annuo composto ha raggiunto il 31%.
Anche il mercato giapponese è in costante crescita. Il Giappone è stato il primo Paese a sviluppare, produrre e vendere monopattini elettrici. Negli anni '80, ha sviluppato con successo la prima generazione di monopattini elettrici. Tuttavia, a causa del territorio collinare giapponese, delle strade dissestate e del forte invecchiamento dei veicoli, i monopattini elettrici sono diventati una scelta obbligata.
Il mercato interno è ancora agli inizi. C'è ampio margine di crescita futura. Attualmente, aziende come Mobi, Xiaomi, Harrow, Double Speed ed Eternal hanno iniziato a promuovere i monopattini elettrici in Cina.
robot industriale
In Cina, i robot industriali rappresentano principalmente un mercato di sostituzione e il loro spazio è piuttosto vasto. Sebbene la Cina sia il più grande mercato mondiale per le applicazioni di robot industriali, i produttori più noti a livello mondiale sono concentrati principalmente nei paesi sviluppati, rappresentati da Stati Uniti, Giappone, Germania, ecc., come ABB in Svezia, FANUC in Giappone, Yaskawa Electric Corporation e quattro famiglie rappresentate da Kuka in Germania.
Figura 5: Vendite di robot industriali. (Fonte dati: Federazione Internazionale di Robotica)
Secondo i dati della Federazione Internazionale di Robotica, le vendite globali di robot industriali nel 2018 sono state di 422.000 unità, di cui 154.000 in Cina, pari al 36,5%. Inoltre, secondo i dati dell'Ufficio Nazionale di Statistica, la produzione di robot industriali in Cina è in graduale aumento, passando da circa 33.000 unità nel 2015 a 187.000 unità nel 2018. Il tasso di crescita è rapido.
Inoltre, negli ultimi anni, grazie al continuo supporto industriale da parte del governo e alla continua espansione delle imprese nazionali, il tasso di localizzazione dei robot industriali nazionali è in costante aumento. Nella prima metà del 2018, la quota nazionale delle vendite di robot è aumentata dal 19,42% del 2015 al 28,48%. Allo stesso tempo, anche le vendite complessive di robot industriali in Cina hanno continuato a crescere.
Fan
I ventilatori includono: ventilatori, cappe da cucina, asciugacapelli, ventilatori a tenda, ventilatori HVAC, ecc. I principali produttori a valle includono Midea, Emmett, Gree, Pioneer, Vantage, Boss e così via.
Dal punto di vista dei ventilatori domestici, questo è un mercato molto ampio e la produzione di ventilatori domestici in Cina è molto elevata. Secondo i dati dell'Ufficio Nazionale di Statistica, nel 2018 la produzione di ventilatori domestici in Cina è stata di 180 milioni di unità. Non sono disponibili dati per dicembre 2017, ma i dati relativi a 11 mesi indicano 160 milioni di unità. Nel 2016, la produzione era di 160 milioni di unità e si stima che nel 2019 ce ne siano state circa 190 milioni.
Figura 6: Produzione di ventilatori domestici in Cina. (Fonte dati: Ufficio Nazionale di Statistica)
Attualmente, i principali produttori di piccoli elettrodomestici in Cina, come Midea, Pioneer, Nichrome, Emmett, ecc., offrono sul mercato prodotti con motori brushless. Tra questi, Emmett ne offre la maggiore quantità e Xiaomi il costo più basso.
Con l'ingresso di produttori internazionali come Xiaomi, il tasso di conversione dei motori brushless nel settore dei ventilatori domestici ha iniziato ad accelerare. Ora, nel settore dei ventilatori domestici, i produttori nazionali di motori brushless hanno trovato il loro spazio.
Oltre ai ventilatori domestici, esistono anche ventilatori per computer. Infatti, i ventilatori termici per ventilatori per apparecchiature hanno iniziato a passare ai motori brushless molti anni fa. Esiste un'azienda di riferimento in questo campo, ovvero Ebm-papst, i cui prodotti per ventilatori e motori sono ampiamente utilizzati in molti settori come ventilazione, condizionamento dell'aria, refrigerazione, elettrodomestici, riscaldamento e automotive.
Attualmente, molte aziende in Cina stanno producendo ventole per computer brushless simili alle ventole EBM e hanno conquistato numerosi mercati EBM.
Soprattutto con l'aumento delle stazioni di ricarica domestiche, i produttori nazionali dovrebbero godere di grandi opportunità. Ora il Paese ha incluso anche le stazioni di ricarica nel progetto "Nuove Infrastrutture", che dovrebbe avere un maggiore sviluppo quest'anno.
Esistono anche ventole di raffreddamento per congelatori. A causa dell'influenza degli standard di settore e delle norme nazionali sull'efficienza energetica, le ventole di raffreddamento per congelatori hanno iniziato a passare ai motori BLDC, la cui velocità di conversione è relativamente elevata, con conseguente disponibilità di un numero relativamente elevato di prodotti. Si prevede che il 60% delle macchine per il raffreddamento dei congelatori sarà sostituito da motori a frequenza variabile entro il 2022. Attualmente, i produttori nazionali di macchine per il raffreddamento dei congelatori sono concentrati principalmente nelle regioni del delta del fiume Yangtze e del delta del fiume delle Perle.
Per quanto riguarda i ventilatori, c'è anche una cappa aspirante, che è un componente importante degli elettrodomestici da cucina. Tuttavia, per motivi di costo, il tasso di conversione brushless della cappa aspirante non è ancora elevato. Attualmente, il costo di un sistema di conversione di frequenza è di circa 150 yuan, ma i sistemi con motori non brushless possono essere completati entro un centinaio di yuan, e quelli economici possono arrivare a costare anche circa 30 yuan.
Molti nuovi ventilatori e purificatori d'aria utilizzano anche soluzioni con motori brushless. Attualmente, i prodotti di piccole dimensioni sul mercato utilizzano generalmente motori a rotore esterno Nedic, mentre i purificatori d'aria di grandi dimensioni utilizzano generalmente ventole EBM.
Inoltre, c'è un ventilatore di circolazione dell'aria in produzione da due anni, il cui valore attuale è relativamente alto. In genere, il prodotto finito costa 781 unità, ma ce ne sono anche alcuni più costosi, che vanno dalle 2000 alle 3000 unità.
Compressore
Poiché la velocità del compressore del frigorifero determina la temperatura all'interno del frigorifero, la velocità del compressore del frigorifero a frequenza variabile può essere modificata in base alla temperatura, consentendo al frigorifero di adattarsi alla temperatura attuale e di mantenere una temperatura costante al suo interno. In questo modo, la conservazione degli alimenti sarà migliore. La maggior parte dei compressori per frigoriferi a frequenza variabile utilizza motori BLDC, che si traducono in maggiore efficienza, minore rumorosità e maggiore durata.
Figura 7: Vendite di frigoriferi e frigoriferi a frequenza variabile in Cina. (Fonte dati: Ufficio Nazionale di Statistica)
In passato, questo settore era dominato da prodotti di produttori giapponesi, coreani e taiwanesi, ma dopo il 2010 i produttori nazionali hanno iniziato a espandersi rapidamente. Si stima che un produttore di Shanghai abbia un volume di spedizioni annuo di quasi 30 milioni di unità.
Con il progresso dei produttori nazionali di semiconduttori, che si tratti di produttori di MCU master, di driver di gate pre-drive o di MOSFET di potenza, i produttori nazionali possono sostanzialmente fornire.
C'è anche il compressore dell'aria condizionata. Attualmente, la climatizzazione a frequenza variabile è ampiamente accettata e sta diventando una tendenza. Anche la produzione di condizionatori d'aria in Cina è piuttosto ampia. Secondo l'Ufficio Nazionale di Statistica, la produzione di motori per aria condizionata nel 2018 è stata di 360 milioni di unità, mentre quella di motori BLDC per aria condizionata è stata di circa 96 milioni di unità. Inoltre, la produzione di motori BLDC per aria condizionata è in costante aumento ogni anno.
utensili elettrici
Gli utensili elettrici sono tra i prodotti hardware ed elettromeccanici più utilizzati. Grazie alla loro struttura leggera, alla comoda trasportabilità, all'elevata efficienza produttiva e al basso consumo energetico, sono ampiamente utilizzati nei processi di foratura, taglio e rettifica in vari settori applicativi come l'edilizia, la decorazione, la lavorazione del legno, la lavorazione dei metalli e altre industrie manifatturiere.
Con il continuo sviluppo tecnologico e la progressiva accettazione del concetto di "fai da te", anche la gamma di applicazioni degli utensili elettrici è in continua espansione. Molte operazioni manuali tradizionali stanno iniziando a essere sostituite dagli utensili elettrici, e gli utensili elettrici si stanno espandendo dalle applicazioni industriali alla vita familiare. La domanda di utensili elettrici è in aumento di anno in anno.
Gli utensili elettrici brushless sono in realtà nati molto tempo fa. Nel 2010, alcuni marchi stranieri hanno introdotto utensili elettrici con motori brushless. Con la maturazione della tecnologia delle batterie agli ioni di litio, i prezzi stanno diventando più accessibili e le dimensioni degli utensili portatili aumentano di anno in anno. Ora possono essere divisi equamente con gli utensili a batteria.
Secondo le statistiche, le chiavi elettriche domestiche sono fondamentalmente senza spazzole, mentre i trapani elettrici, gli utensili ad alta tensione e gli attrezzi da giardino non sono ancora del tutto senza spazzole, ma sono anch'essi in fase di conversione.
Ciò è dovuto principalmente al risparmio energetico e all'elevata efficienza dei motori brushless, che consentono agli utensili elettrici portatili di funzionare più a lungo. Oggigiorno, molti produttori nazionali e internazionali hanno investito molte risorse nello sviluppo dei prodotti, come Bosch, Dewalt, Milwaukee, Ryobi, Makita, ecc.
Attualmente, lo sviluppo degli utensili elettrici in Cina è molto rapido, soprattutto nelle regioni di Jiangsu e Zhejiang, dove si concentrano molti produttori di utensili elettrici. Negli ultimi anni, il costo delle soluzioni di controllo dei motori brushless nelle regioni di Jiangsu e Zhejiang è diminuito rapidamente e molti produttori hanno avviato una guerra dei prezzi. Si dice che una soluzione di controllo dei motori brushless per un utensile elettrico costi solo circa 6-7 yuan, e alcune addirittura solo 4-5 yuan.
Pompa
Le pompe idrauliche sono un settore relativamente tradizionale, con un'ampia varietà di tipologie e soluzioni. Anche per schede di potenza di pari potenza, attualmente sono disponibili sul mercato diverse tipologie, con prezzi che vanno da meno di due yuan a quaranta o cinquanta yuan.
Nell'applicazione delle pompe idrauliche, i motori asincroni trifase sono utilizzati principalmente per potenze medio-grandi, mentre le pompe bipolari CA sono utilizzate principalmente per pompe idrauliche di piccole e micro dimensioni. L'attuale ristrutturazione del sistema di riscaldamento del nord rappresenta una buona opportunità per l'innovazione tecnologica nelle soluzioni di pompaggio.
Anche solo da un punto di vista tecnico, i motori brushless sono più adatti all'applicazione nel campo delle pompe, in quanto presentano alcuni vantaggi in termini di volume, densità di potenza e persino costo.
Assistenza sanitaria personale
Per quanto riguarda la cura della salute personale, ci sono due prodotti rappresentativi: uno è il famoso prodotto online della Dyson, il condotto dell'aria, e l'altro è la pistola per la fascia.
Da quando Dyson ha lanciato il prodotto con condotto del vento che utilizza motori digitali ad alta velocità, ha dato nuova vita all'intero mercato dei condotti del vento.
Secondo quanto affermato in passato da Qian Zhicun di Jingfeng Mingyuan, attualmente ci sono tre direzioni principali per gli schemi di gallerie del vento nazionali: una si basa su Dyson come punto di riferimento, utilizzando uno schema di motore brushless ad altissima velocità, con una velocità generale di circa 100.000 giri al minuto, con la massima di 160.000 giri al minuto; la seconda opzione è quella di sostituire il motore U, che ha una velocità simile a quella del motore U, ma presenta i vantaggi della leggerezza e dell'elevata pressione dell'aria; la terza è lo schema ad alta tensione con rotore esterno, con il motore che imita principalmente lo schema di Nedic.
Al giorno d'oggi, i prodotti nazionali d'imitazione non vengono semplicemente copiati come in passato, ma hanno sostanzialmente aggirato i brevetti e introdotto alcune innovazioni.
Il volume di spedizioni di pistole per la fascia ha iniziato ad aumentare vertiginosamente negli ultimi anni. Si dice che allenatori e appassionati di sport siano ora dotati di pistole per la fascia. La pistola per la fascia sfrutta i principi meccanici della vibrazione per trasmettere le vibrazioni ai muscoli della fascia profonda, ottenendo l'effetto di rilassare la fascia e ridurre la tensione muscolare. Alcune persone usano la pistola per la fascia come strumento di rilassamento dopo l'allenamento.
Tuttavia, anche la pistola per fascia è ora molto in difficoltà. Sebbene l'aspetto sembri simile, i prezzi variano da oltre 100 yuan a oltre 3000 yuan. Il prezzo di mercato della scheda di controllo del motore BLDC utilizzata nella pistola per fascia è ora sceso a 8 yuan, ed è persino comparsa una scheda di controllo da circa 6 yuan. Il prezzo della pistola per fascia è diminuito rapidamente.
Si racconta che una casa automobilistica stesse per fallire, ma con l'aiuto di un prodotto per la pistola fasciale, sia tornata subito in vita. Ed è stato davvero nutriente.
Naturalmente, oltre a questi due prodotti, si sta diffondendo anche la tendenza verso i motori brushless in prodotti come i rasoi per bambini e i dispositivi di bellezza per bambine.
Conclusione
Nel complesso, i motori BLDC sono ancora in una fase iniziale e le loro applicazioni stanno fiorendo. Oltre a quelle che ho menzionato qui, ce ne sono molte altre, come robot di servizio, veicoli a guida automatica (AGV), robot spazzatrici, interruttori automatici, friggitrici, lavastoviglie e così via. In effetti, sono molti i luoghi della nostra vita in cui utilizziamo i motori elettrici e ci sono ancora molte applicazioni che aspettano di essere esplorate in futuro.
Data di pubblicazione: 15/07/2023
