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          BLDC電機的十大熱門應用市場有哪些?

          -----2020-04-01

           隨著全球工業自動化、智能化和人們生活水平的提高,電機在汽車、家用電器、電子音像、信息處理設備,以及工業自動化等領域的應用將越來越廣泛。

          據統計,發達國家每個家庭平均擁有的電機數量是80到130臺,而我國大城市家庭平均擁有的電機數量大約在20到40臺之間,目前還遠低于發達國家的平均水平,因此,國內的電機產業還有很大的發展空間。

          相對于電機200多年的歷史,BLDC電機其實是相對來說比較年輕的,從發展至今也就50多年的歷史。但是隨著半導體技術的發展,MCU和驅動組件的普及,使得BLDC電機的總體成本降低了很多,因此,這幾年BLDC電機得到了發展,其總體成長率也高于電機的成長率。

          圖1:BLDC電機市場規模預測。

          預計未來幾年BLDC電機的年復合增長率將會是6.5%左右。據統計,2019年BLDC的市場規模約為163億美元,預計到2024年將會達到224.4億美元左右。

          市場規模擺在那里,那具體應用又有哪些呢?最近,在<電子發燒友網>舉辦的第三屆2020年無刷直流電機控制技術研討會上,其行業分析師程文智分享了“BLDC電機的十大潛力應用市場分析”報告。在他看來,未來BLDC電機使用量比較大的應用市場主要有汽車、5G、無人機/水下機器人、電踏車/電動車、工業機器人、風機、壓縮機、電動工具、泵類和個人保健護理等。

          汽車應用市場

          隨著新能源汽車的崛起、智能駕駛的滲透,以及車聯網的應用試點,汽車電子化的趨勢越來越明顯。

          未來汽車中,除了驅動電機外,電動助力轉向系統、電子懸架系統、汽車穩定性控制系統、汽車巡航控制系統、ABS、車身系統(車窗、門、座椅、后視鏡、雨刷、天窗等)都將會大量使用到電機。

          一般來說,經濟型燃油車會配備10個左右的電機,普通的汽車會配備20到30臺電機,而豪華型汽車則會配備60到70臺,甚至上百臺電機,而新能源汽車一般需要130到200臺電機。

          圖2:汽車內使用的電機數量。

          隨著人們對汽車使用性能的日益注重,特別是對汽車舒適性、安全性、燃油經濟性,以及環境保護等要求越來越高,汽車上的電子控制裝置和用電設備相應增加,各種電動裝置的使用,使得汽車電機的裝備數量上升。

          新能源汽車是這幾年的發展趨勢,現在全球政策都同時在推進新能源汽車發展。歐美等發達國家積極布局新能源汽車市場,通過各種補貼優惠政策和法案,推動新能源汽車的發展,促進傳統燃油車到電動汽車的轉變。

          國內2019年7月之后,由于補貼大幅退坡,增速有所下滑,但隨著2020年各大車企的新能源車型不斷推出,特別是TESLA Model3,大眾ID.3等車型的上市,行業有望由補貼驅動轉向需求驅動,進入第二個快速增長期。

          5G

          2020年時中國5G發展的關鍵之年,雖然受疫情影響,第一季度5G建設出現遲滯,但中國移動表示,力爭2020年底,5G基站數達到30萬的目標不變,中國電信也將與中國聯通力爭在三季度完成新增共建5G基站25萬站,追回受疫情影響。加上中國廣電計劃籌建的5萬座基站,中國在今年將要建設60萬座基站。

          圖3:四大運營商2020年計劃建設的5G基站數量。

          在5G基站中,需要用到電機的地方也不少,首先是基站天線。目前5G基站天線應用配套的含齒輪箱組件的控制電機產品,包括步進電機和無刷電機兩種方案,每面電調天線配套使用一臺加齒輪箱的控制電機。

          一般情況下,普通的通訊基站需要配置約3面天線,4G基站需要配置4到6面天線,5G基站的數量和天線數量將會進一步增加。

          除了基站天線,基站中的冷卻系統也需要用到電機產品。比如散熱風扇、空調壓縮機等等。

          無人機/水下無人機

          無人機幾年前就已經很火了,但并不是所有的無人機都是使用無刷電機的?,F在很多無人機都在向無刷電機轉換,以獲得更長輕的機身,更長的續航時間。

          據Droneii報告,2018年,全球無人機市場規模為141億美元,預計到2024年,全球無人機市場規模將達到431億美元,其中增速最快的是亞洲和北美地區。復合增長率為20.5

          根據民航局“民用無人機使命登記信息系統”統計,截至2018年底,中國共有28.5萬架無人機注冊,到2019年底,共有注冊無人機超過39.2萬架,無人機商業飛行125萬小時。

          特別是在今年年初的疫情期間,無人機發揮了很大作用,比如它在醫院和疾控中心間穿梭,實施疫情防控急救藥品和標本的自動化轉運;在公路上盤旋,代替人工進行空中指揮的工作;化身消毒神器,在全國各地廣大農村乃至城區完成防疫消殺工作;化身宣傳小能手,隔空喊話宣傳勸導,讓人們好好宅在家里等等。

          也正式由于疫情的影響,無接觸配送再次被推上風口浪尖。國內,民航局在去年就開展了無人機物流配送服務試點。由于疫情的影響,國內的推進速度應該會加快;國外,物流巨頭UPS與德國無人機制造商Wingcopter聯手,將新型垂直起降無人機帶入貨運行業,以運送包裹。

          還有一個我們不太熟悉的水下無人機,也開始慢慢起量。記得我在2017年采訪的一家水下無人機企業,當時他們剛好量產,通過眾籌的出貨也就幾百來臺,現在已經年出貨量幾萬臺了。

          電踏車/電動車

          電踏車既保留了原始騎行體驗,又提供了智能化輔助動力。它是一種介于自行車與傳統電動車之間的交通工具,電踏車主要通過傳感器根據騎行信號提供相應動力輔助,減少騎行者出力,讓用戶騎行更加輕松。與自行車相比,電踏車增加了電機、電池、傳感器、控制器、儀表等,使得騎行體驗更加豐富。與傳統電動車相比,電踏車不是通過手的轉握來控制車速,而是通過傳感器捕捉騎行的信號,進而理解騎行者的騎行意圖,提供相應的動力輔助,使得騎行更加智能。

          圖4:自行車、電踏車和傳統電動車對比。

          國內的電踏車售價在2000到10000元不等。歐洲的輪轂電機電踏車售價在500到1700歐元之間,中置電機電踏車售價在2300到3300歐元之間。電踏車的售價遠高于自行車和電動車。

          電機是電踏車電氣系統的核心部件。由于電機小型化、輕量化、運行效率及外觀可靠性直接決定了電踏車的性能,因此電機企業一般要根據電踏車的需求對電機進行定制化開發。電機占電踏車成本的10%~30%。

          歐洲對電踏車的需求旺盛。根據歐洲自行車行業協會數據統計,2006年到2018年,歐洲市場電踏車銷量從9.8萬輛,增長到了250萬輛。年均復合增長率達到31%。

          日本市場也在穩步增長中。日本是最早研發、生產和銷售電踏車的國家,在1980年代就成功開發出了第一代電踏車,但由于日本多為丘陵地形,道路崎嶇不平,老齡化嚴重,電踏車成為了必要的選擇。

          國內市場處于起步階段。未來成長空間可觀。目前摩拜、小米、哈羅出行,倍速出行,永久等企業開始在國內嘗試推廣電踏車。

          工業機器人

          工業機器人在國內主要是替代市場,其空間相當廣闊。雖然中國是全球第一大工業機器人應用市場,但在工業機器人領域,全球知名生產廠商主要集中在以美、日、德國等為代表的發達國家,如瑞典ABB、日本發那科、安川電機,以及德國庫卡為代表的四大家族。

          圖5:工業機器人銷量。(數據來源:國際機器人聯合會)

          根據國際機器人聯合會的數據,2018年全球工業機器人銷量為42.2萬套,其中中國區的銷量是15.4萬套,占比36.5%。另外,根據國家統計局的數據可以看出,中國工業機器人的產量也在逐漸增加,從2015年的3.3萬套左右,增長到了2018年的18.7萬套。增長速度迅猛。

          不僅如此,隨著近年來政府不斷推出產業支持,國內企業的不斷突圍,國內工業機器人國產化率不斷提高。2018年上半年,機器人本體銷售國產占比由2015年的19.42%,上升到了28.48。與此同時,我國工業機器人的整體銷量也保持增長。

          風機

          風機包括:風扇、油煙機、吹風機、風簾機、暖通空調風機等等。主要的下游制造商有美的、艾美特、格力、先鋒、華帝、老板等等。

          從家用風扇來看,這一塊是非常大的市場,中國家用風扇的產量是非常大的,根據國家統計局的數據,2018年,我國家用風扇的產量是1.8億臺,2017年沒有12月的數據,但11個月的數據是1.6億臺,2016年是1.6億臺,估計2019年有1.9億臺左右。

          圖6:中國家用風扇產量。(數據來源:國家統計局)

          目前國內主流的小家電廠商,比如美的、先鋒、日彩、艾美特等等,基本上都有采用無刷電機的產品面市。其中艾美特的數量最大,小米的成本最低。

          隨著小米等一些跨界廠商的進入,家用風扇領域的無刷電機轉換率開始加快?,F在,在家用風扇領域,國內無刷電機廠商已經有一席之地了。

          除了家用風扇,還有設備散熱風扇,設備扇熱風扇其實在多年以前就開始向無刷電機開始轉換。在這個領域有一個標桿企業,那就是依必安派特(EBM),該公司的風機和電機產品廣泛應用在了通風、空調、制冷、家電、供暖和汽車等多個行業。

          目前,國內有不少公司在做與EBM類似的無刷散熱風扇,而且已經搶占了不少EBM的市場。

          特別是國內充電樁的興起,國內廠商的機會應該很大?,F在國家還將充電樁列入了“新基建”項目,今年應該會有更大的發展。

          還有冰柜冷卻風機,由于行業標準和國家能效標準的影響,冰柜冷卻風機開始轉向BLDC電機,而且轉換速度相對較快,產品數量比較大。預計在2022年之前,60%的冰柜冷卻機將會換成變頻電機。目前冰柜冷卻機方面的國內配套廠商主要集中在長三角和珠三角地區。

          風機方面,還有抽油煙機,它是廚房電器的重要組成部分。不過由于成本原因,抽油煙機的無刷化轉換率還不高。目前變頻的方案大約是150元左右,但非無刷電機方案基本百元內就能搞定,低成本的甚至只需要30元左右。

          還有新風機和空氣凈化器很多也是采用無刷電機方案來做的。目前市面上的產品,小型的一般采用Nedic的外轉子電機,大型的空氣凈化器一般都是采用EBM的風機。

          此外,還有一個這兩年開始起量的空氣循環扇,目前價值量還算高,一般成品都是要七八百一臺,貴一點的兩三千的也有。

          壓縮機

          由于冰箱壓縮機的轉速決定了冰箱內部的溫度,而變頻冰箱壓縮機的轉速可根據溫度來發生改變,從而可以讓冰箱根據當前的溫度情況做出調整,讓冰箱內的溫度更好地保持恒定。這樣,食物的保鮮效果將更好。變頻冰箱壓縮機大都選擇BLDC電機,因此工作的時候效率更高,噪聲更小,而且使用壽命更高。

          圖7:中國冰箱和變頻冰箱銷量情況。(數據來源:國家統計局)

          這一領域以前是日、韓、臺系廠商的產品為主,但2010年之后,國內廠商的起步很快,據說上海有一家廠商的年出貨量已經接近3000萬臺左右了。

          隨著國內半導體廠商的進步,不論是主控MCU廠商,預驅Gate Driver,還是功率MOSFET,國內廠商基本都能提供了。

          還有就是空調壓縮機,目前變頻空調已經基本上深入人心,空調變頻化已經是大勢所趨。國內空調的產量也是相當大的。根據國家統計局的統計,2018年空調用電機的產量是3.6億臺,空調用BLDC電機的產量為9600萬臺左右。而且,空調用BLDC電機的產量基本上每年都在上升。

          電動工具

          電動工具是應用最為廣泛的五金機電產品之一。因其結構輕盈、攜帶使用方便、出產效率高,能耗低等特點,廣泛應用在建筑、裝飾裝潢、木業加工、金屬加工,以及其他制造業等各應用行業的鉆、切、磨等加工環節。

          隨著技術的不斷發展,以及DIY觀念逐漸被人們接受,電動工具的應用范圍也在不斷擴展,許多傳統手動工具作業的領域開始更多地被電動工具所取代,電動工具也正在從產業應用拓展到家庭生活當中。電動工具的需求量正在逐年增加。

          電動工具的無刷化其實很早就開始了,在2010年時,國外有些品牌就推出了采用無刷電機的電動工具了。隨著鋰電池技術的成熟,價格越來越親民,手持工具的量級在逐年增加,現在可與插電式的工具平分秋色。

          據統計,國內電扳手基本上已經實現了無刷化,電鉆類、高壓型,以及園林類工具還沒有完全無刷化,不過也轉換過程中。

          這主要是由于無刷電機的節能和高效率,讓手持式電動工具可以運行更長時間?,F在很多國際廠商和國內廠商都投入很多資源進行產品開發,比如Bosch、Dewalt、Milwaukee、Ryobi、Makita等。

          目前國內的電動工具發展也很迅速,特別是在江浙一帶,集中很多電動工具廠商。最近幾年江浙一帶的無刷電機控制方案成本下降很快,不少廠商已經發動了價格戰,據說一個電動工具的無刷電機控制方案也就6、7元左右,有的甚至只需要4、5元。

          泵類

          水泵是一個比較傳統的行業,其種類繁多,方案類型也多種多樣。就算是相同功率的驅動板,目前市面上就有多種,價格從不到兩元的,到四、五十元不等。

          在水泵應用中,中大型功率多以三相異步電機為主,小微型水泵以AC兩極泵為主?,F在北方取暖改造對于泵類方案的技術創新是一個好機會。

          如果只從技術的角度來說,無刷電機是比較適合在泵類領域應用的,其體積、功率密度,甚至成本都有一定的優勢。

          個人保健護理

          在個人保健護理方面,有兩個比較有代表性的產品,一是戴森的網紅產品風筒,另一個是筋膜槍。

          自從Dyson推出了采用高速數碼電機的風筒產品后,帶火了整個風筒市場。

          根據以前晶豐明源的錢志存的介紹,目前國內的風筒方案主要有三個方向:一是以Dyson為標桿的,采用超高速無刷電機的方案,轉速一般是10萬轉左右,最高的有16萬轉每分鐘;二是U馬達取代方案,轉速與U馬達類似,其優勢是重量輕,風壓大;三是外轉子高壓方案,其電機主要是仿制Nedic的方案。

          目前國內的仿制產品,不是以前單純的抄了,基本上都做到了專利規避,并且做了一定的創新。

          筋膜槍的出貨量近年來開始井噴。據說現在健身房教練和運動愛好者都配備了筋膜槍。筋膜槍是利用了震動的力學原理,通過筋膜槍將震動傳遞到深層的筋膜肌肉,達到放松筋膜的作用,降低肌肉張力。有人將筋膜槍當作是運動后的放松神器。

          不過現在筋膜槍的水也很深,雖然外形看起來都差不多,但價格從100多元的到3000多元的都有?,F在筋膜槍使用的BLDC電機控制驅動板的市場售價已經下降到了8.x元,甚至還出現了6元左右的控制驅動板。使得筋膜槍的價格迅速下降了。

          據說有家電機廠商,本來快要倒閉了的,但靠筋膜槍一個產品,立馬起死回生了。而且還過得相當滋潤了。

          當然,除了這兩個產品,還有男生用的剃須刀,女生有的美容儀等產品也都有向無刷電機轉換的趨勢。

          結語

          總的來說,BLDC電機還處于起步階段,應用現在也是百花齊放。除了我這里講到的一些,還有很多,比如服務機器人,AGV,掃地機器人、破壁機、炒菜機、洗碗機等等都有它的身影,其實,我們生活中用到電機的地方很多,未來還有很多應用等待我們去挖掘。

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