O que é um motor BLDC? Qual é a sua função? Com o avanço da automação industrial global, da inteligência e do aumento dos padrões de vida, os motores terão aplicações cada vez mais difundidas nos setores automotivo, de eletrodomésticos, de equipamentos eletrônicos e audiovisuais, de dispositivos de processamento de informações e de automação industrial. As estatísticas indicam que as famílias nos países desenvolvidos possuem uma média de 80 a 130 motores, enquanto as famílias nas principais cidades da China têm em média apenas 20 a 40 motores-ainda muito abaixo da média-dos países desenvolvidos. Isto destaca o potencial de crescimento significativo para a indústria automóvel da China.
Em comparação com os mais de 200 anos de história dos motores elétricos, os motores BLDC são relativamente jovens, com uma história de desenvolvimento de pouco mais de 50 anos. No entanto, os avanços na tecnologia de semicondutores e a ampla adoção de MCUs e componentes de acionamento reduziram significativamente o custo geral dos motores BLDC. Consequentemente, os motores BLDC experimentaram um crescimento substancial nos últimos anos, com a sua taxa de crescimento global excedendo a dos motores convencionais.
A taxa composta de crescimento anual (CAGR) para motores BLDC está projetada em cerca de 6,5% nos próximos anos. As estatísticas indicam que o tamanho do mercado BLDC foi de aproximadamente US$ 16,3 bilhões em 2019, com projeções atingindo cerca de US$ 22,44 bilhões até 2024.
Dada esta escala de mercado, quais são as aplicações específicas? Recentemente, no terceiro seminário de tecnologia de controle de motor DC sem escova de 2020, organizado pela Electronic Enthusiast Network, o analista da indústria Cheng Wenzhi compartilhou um relatório intitulado "Análise dos dez principais mercados de aplicação potencial para motores BLDC". Em sua opinião, os principais mercados de aplicação com uso futuro significativo de motores BLDC incluem automotivo, 5G, drones/robôs subaquáticos, e-bicicletas/veículos elétricos, robôs industriais, ventiladores, compressores, ferramentas elétricas, bombas e cuidados de saúde pessoais.
I. Mercado de aplicações automotivas
Com o surgimento de novos veículos energéticos, a penetração da direção inteligente e a implementação piloto da conectividade do veículo-para-tudo (V2X), a tendência para a eletrificação automotiva está se tornando cada vez mais pronunciada.
Nos veículos futuros, além dos motores de tração, os sistemas de direção assistida elétrica, sistemas de suspensão eletrônica, sistemas de controle de estabilidade do veículo, sistemas de controle de cruzeiro, ABS e sistemas de carroceria (janelas, travas de portas, assentos, espelhos, limpadores, tetos solares, etc.) utilizarão motores extensivamente.
Normalmente, os veículos a gasolina da classe econômica-incorporam cerca de 10 motores, os veículos padrão apresentam de 20 a 30 motores, enquanto os veículos de luxo podem incluir de 60 a 70 motores ou até mesmo mais de 100 motores. Os veículos de nova energia geralmente requerem de 130 a 200 motores.
À medida que as pessoas dão cada vez mais prioridade ao desempenho dos veículos, particularmente em termos de conforto, segurança, eficiência de combustível e protecção ambiental, o número de unidades de controlo electrónico e dispositivos eléctricos nos automóveis tem crescido correspondentemente. A adoção de diversos sistemas elétricos levou ao aumento do número de motores elétricos automotivos instalados.
Os novos veículos energéticos representam uma tendência de desenvolvimento fundamental nos últimos anos, com as políticas globais a promoverem simultaneamente o seu crescimento. Países desenvolvidos como a Europa e os Estados Unidos estão a posicionar-se ativamente no novo mercado de veículos energéticos. Através de vários subsídios, políticas preferenciais e legislação, estão a impulsionar o desenvolvimento de novos veículos energéticos e a facilitar a transição dos veículos tradicionais- movidos a combustível para os veículos eléctricos.
A nível interno, o crescimento abrandou após Julho de 2019 devido a reduções significativas dos subsídios. No entanto, com os grandes fabricantes de automóveis a lançarem continuamente novos modelos energéticos em 2020,-nomeadamente o Tesla Model 3 e o Volkswagen ID.3-, a indústria está preparada para passar de um crescimento impulsionado por subsídios para um crescimento impulsionado pela procura, entrando numa segunda fase de rápida expansão.
II. 5G
2020 marca um ano crucial para o desenvolvimento 5G da China. Embora o primeiro trimestre tenha registrado atrasos na construção de 5G devido à pandemia, a China Mobile declarou seu compromisso de atingir a meta de 300,{5}}estações base G até o final de 2020. A China Telecom e a China Unicom também pretendem concluir conjuntamente a construção de 250.000 novas estações base 5G no terceiro trimestre para compensar atrasos-relacionados à pandemia. Combinadas com as 50 mil estações base planejadas da China Broadcasting Network, a China construirá um total de 600 mil estações base este ano.
Nas estações base 5G, os motores são necessários em vários locais, principalmente para antenas de estações base. Atualmente, os motores de controle com conjuntos de caixas de engrenagens usados em antenas de estações base 5G incluem duas soluções: motores de passo e motores sem escovas. Cada antena equipada com um controlador eletrônico de antena (EAC) requer um motor de controle com caixa de engrenagens.
Normalmente, uma estação base de comunicação padrão requer aproximadamente três antenas.. 4As estações base G necessitam de quatro a seis antenas, enquanto as estações base 5G apresentarão ainda mais antenas.
Além das antenas da estação base, os motores também são essenciais para os sistemas de resfriamento da estação base, como ventiladores e compressores de ar condicionado.
III. Drones / Drones Subaquáticos
Os drones ganharam popularidade significativa há vários anos, embora nem todos os modelos utilizem motores sem escovas. Muitos drones estão agora migrando para motores sem escovas para obter designs mais leves e compactos e durações de voo prolongadas.
De acordo com um relatório da Droneii, o mercado global de drones atingiu 14,1 mil milhões de dólares em 2018 e deverá crescer para 43,1 mil milhões de dólares até 2024, com a Ásia e a América do Norte a registarem o crescimento mais rápido. A taxa composta de crescimento anual (CAGR) é de 20,5%.
Estatísticas da Administração de Aviação Civil do "Sistema de Informações de Registro de Missões de Drones Civis" da China mostram que, até o final de 2018, a China tinha 285 mil drones registrados. No final de 2019, o número de drones registados ultrapassou os 392 mil, com voos comerciais de drones totalizando 1,25 milhões de horas.
Especialmente durante a pandemia no início deste ano, os drones desempenharam um papel significativo. Eles transitavam entre hospitais e centros de controle de doenças, automatizando o transporte de suprimentos médicos de emergência e amostras para prevenção e controle de epidemias; pairou sobre rodovias, substituindo o controle manual de tráfego aéreo; transformados em ferramentas de desinfecção, completando tarefas de prevenção e desinfecção de epidemias em vastas áreas rurais e até mesmo em distritos urbanos em todo o país; e tornaram-se especialistas em publicidade, transmitindo mensagens para persuadir as pessoas a ficarem em casa.
A pandemia também impulsionou a entrega sem contato de volta aos holofotes. Internamente, a Administração de Aviação Civil da China lançou programas piloto para entrega logística de drones no ano passado. É provável que a pandemia acelere esta implementação doméstica. Internacionalmente, a gigante da logística UPS fez parceria com o fabricante alemão de drones Wingcopter para introduzir novos drones verticais de decolagem e pouso no setor de frete para entrega de pacotes.
Os drones subaquáticos, uma categoria menos familiar, também estão aumentando gradualmente. Lembro-me de entrevistar uma empresa de drones subaquáticos em 2017, quando eles tinham acabado de iniciar a produção em massa, enviando apenas algumas centenas de unidades por meio de crowdfunding. Agora, as suas remessas anuais atingiram dezenas de milhares.
4. E-Bicicletas/Bicicletas Elétricas
As-bicicletas elétricas preservam a autêntica experiência de ciclismo e oferecem assistência elétrica inteligente. Posicionadas entre as bicicletas tradicionais e as e-bikes completas, elas usam principalmente sensores para detectar sinais de pedalada e fornecer suporte de potência correspondente, reduzindo o esforço do ciclista para uma pedalada mais tranquila. Em comparação com as bicicletas normais, as e-bikes incorporam motores, baterias, sensores, controladores e painéis de instrumentos, enriquecendo a experiência de pilotagem. Ao contrário das bicicletas elétricas tradicionais, as e-bikes não dependem do controle manual do acelerador para regulação de velocidade. Em vez disso, utilizam sensores para detectar sinais de condução, interpretar a intenção do condutor e fornecer assistência de potência correspondente, tornando a experiência de condução mais inteligente.
As e-bicicletas domésticas custam entre 2.000 e 10.000 yuans. Na Europa, as-bicicletas elétricas-com motor central custam entre 500 e 1.700 euros, enquanto as-bicicletas elétricas-com motor central custam entre 2.300 e 3.300 euros. As-bicicletas elétricas têm preços significativamente mais altos do que as bicicletas tradicionais e elétricas.
O motor é o componente principal do sistema elétrico de uma-bicicleta elétrica. Como a miniaturização do motor, o design leve, a eficiência operacional e a confiabilidade estética determinam diretamente o desempenho da e-bicicleta, os fabricantes de motores normalmente desenvolvem motores personalizados adaptados aos requisitos específicos da e-bicicleta. Os motores representam de 10% a 30% do custo total de uma-bicicleta elétrica.
A demanda por e-bicicletas permanece robusta na Europa. De acordo com as estatísticas da Associação Europeia da Indústria de Bicicletas, as vendas europeias de-bicicletas elétricas aumentaram de 98.000 unidades em 2006 para 2,5 milhões de unidades em 2018, alcançando uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 31%.
O mercado japonês também está experimentando um crescimento constante. O Japão foi pioneiro na pesquisa, desenvolvimento, produção e vendas de e-bicicletas, lançando com sucesso a primeira geração na década de 1980. Dado o terreno predominantemente montanhoso do Japão, as estradas irregulares e o envelhecimento da população, as-bicicletas elétricas tornaram-se uma escolha necessária.
O mercado interno está na sua infância, oferecendo um potencial de crescimento futuro substancial. Empresas como Mobike, Xiaomi, Hello Bike, Bisu Travel e Jinyoung estão agora começando a promover bicicletas elétricas no mercado interno.
V. Robôs Industriais
O mercado nacional de robôs industriais concentra-se principalmente em aplicações de substituição, oferecendo um potencial de crescimento substancial. Embora a China seja o maior mercado mundial de aplicações de robôs industriais, os fabricantes de renome mundial neste setor estão predominantemente concentrados em países desenvolvidos como os Estados Unidos, o Japão e a Alemanha. Estes incluem os "Quatro Grandes" fabricantes: ABB da Suécia, Fanuc e Yaskawa Electric do Japão e KUKA da Alemanha.
Segundo dados da Federação Internacional de Robótica, as vendas globais de robôs industriais atingiram 422 mil unidades em 2018, sendo a China responsável por 154 mil unidades, o que representa 36,5% do total. Além disso, os dados do Gabinete Nacional de Estatísticas mostram que a produção de robôs industriais na China tem aumentado constantemente, passando de aproximadamente 33.000 unidades em 2015 para 187.000 unidades em 2018 – uma taxa de crescimento notável.
Além disso, com o apoio governamental contínuo à indústria nos últimos anos e as empresas nacionais a fazerem avanços constantes, a taxa de localização de robôs industriais domésticos tem melhorado constantemente. No primeiro semestre de 2018, a participação nacional nas vendas de carrocerias de robôs passou de 19,42% em 2015 para 28,48%. Ao mesmo tempo, o volume geral de vendas de robôs industriais na China manteve um crescimento constante.
VI. Fãs
Os ventiladores abrangem: ventiladores elétricos, exaustores, secadores de cabelo, máquinas de cortina de ar, ventiladores HVAC, etc. Os principais fabricantes downstream incluem Midea, Airmate, Gree, Pioneer, Vatti, Robam e outros.
O segmento de ventiladores domésticos representa um mercado enorme. O volume de produção de ventiladores domésticos na China é enorme. De acordo com dados do National Bureau of Statistics, a produção de ventiladores domésticos da China atingiu 180 milhões de unidades em 2018. Os dados de dezembro de 2017 não estão disponíveis, mas o total de 11 meses foi de 160 milhões de unidades. A produção em 2016 foi de 160 milhões de unidades, com estimativa de 190 milhões de unidades para 2019.
Atualmente, os principais fabricantes domésticos de pequenos eletrodomésticos, como Midea, Pioneer, Risa e Airmate, lançaram produtos com motores sem escova. Entre eles, o Airmate oferece o maior volume, enquanto a Xiaomi apresenta os menores custos de produção.
Com a entrada de participantes-de vários setores, como a Xiaomi, a taxa de adoção de motores sem escova no setor de ventiladores domésticos acelerou. Os fabricantes nacionais de motores sem escovas já garantiram uma posição segura neste mercado.
Além dos ventiladores domésticos, os ventiladores de resfriamento industriais estão em transição para motores sem escova há anos. Uma empresa referência nesse setor é a EBM{1}}Papst, cujos ventiladores e motores são amplamente utilizados nas indústrias de ventilação, ar condicionado, refrigeração, eletrodomésticos, aquecimento e automotiva.
Atualmente, inúmeras empresas nacionais estão produzindo ventiladores de resfriamento sem escova semelhantes aos da EBM e já conquistaram uma parcela significativa da participação de mercado da EBM.
Especialmente com o aumento das estações de carregamento nacionais, as oportunidades para os fabricantes nacionais deverão ser substanciais. O governo incluiu agora estações de carregamento nos seus projectos de “Nova Infraestrutura”, o que deverá levar a um desenvolvimento ainda maior este ano.
Os ventiladores de resfriamento de refrigeradores também estão migrando para motores BLDC devido aos padrões da indústria e às regulamentações nacionais de eficiência energética. Esta mudança está ocorrendo de forma relativamente rápida com volumes substanciais de produtos. Até 2022, estima-se que 60% dos ventiladores de refrigeração de refrigeradores serão substituídos por motores de velocidade-variável. Os fornecedores nacionais de ventiladores de refrigeração para refrigeradores estão concentrados principalmente nas regiões do Delta do Rio Yangtze e do Delta do Rio das Pérolas.
No setor de ventiladores, os exaustores-um componente-chave dos eletrodomésticos de cozinha-também estão em transição. No entanto, as restrições de custo limitaram a adoção de motores sem escovas em exaustores. As soluções-de velocidade variável custam atualmente cerca de 150 yuans, enquanto opções de motores sem{6}}escovas podem ser implementadas por menos de 100 yuans, com alternativas-de baixo custo disponíveis por aproximadamente 30 yuans.
Muitas unidades de ventilação e purificadores de ar também adotam soluções de motor sem escovas. Atualmente, os modelos menores no mercado normalmente usam motores de rotor externo da Nedic, enquanto os purificadores de ar maiores geralmente usam ventiladores EBM.
Além disso, os ventiladores de circulação de ar começaram a ganhar força nos últimos anos. Seu valor atual permanece relativamente alto, com produtos acabados normalmente custando entre 700 e 800 yuans cada, e modelos premium atingindo 2.000 a 3.000 yuans.
VII. Compressores
Como a velocidade do compressor de um refrigerador determina sua temperatura interna, os compressores inversores podem ajustar sua velocidade com base nas leituras de temperatura. Isto permite que o refrigerador se adapte às condições atuais, mantendo uma temperatura interna mais estável. Consequentemente, a preservação dos alimentos é significativamente melhorada. A maioria dos compressores de refrigeradores inverter utiliza motores BLDC, resultando em maior eficiência, menores níveis de ruído e maior vida útil durante a operação.
Este sector era anteriormente dominado por fabricantes japoneses, coreanos e taiwaneses, mas desde 2010, os intervenientes nacionais ganharam terreno rapidamente. Foi relatado que um fabricante-com sede em Xangai agora envia quase 30 milhões de unidades anualmente.
Com o avanço das empresas nacionais de semicondutores, os fornecedores nacionais agora podem fornecer praticamente todos os componentes-desde MCUs de controle principal e pré-{1}}drivers de gate para alimentar MOSFETs.
Outra área importante são os compressores de ar condicionado. Os condicionadores de ar inverter tornaram-se amplamente aceitos e a tendência para a tecnologia inverter é inegável. A produção doméstica de ar condicionado é substancial. De acordo com o National Bureau of Statistics, 2018 viu 360 milhões de motores AC e aproximadamente 96 milhões de motores BLDC fabricados para aparelhos de ar condicionado. Além disso, a produção de motores BLDC para aparelhos de ar condicionado tem aumentado anualmente.
VIII. Ferramentas elétricas
As ferramentas elétricas estão entre os produtos eletromecânicos e de hardware mais utilizados. Seu design leve, portabilidade, alta produtividade e baixo consumo de energia os tornam indispensáveis para operações de perfuração, corte e retificação em diversos setores, incluindo construção, decoração, marcenaria, fabricação de metal e outros setores de manufatura.
Com os contínuos avanços tecnológicos e a crescente aceitação dos conceitos DIY, o escopo de aplicação das ferramentas elétricas continua a se expandir. Muitas operações tradicionais com ferramentas manuais estão sendo cada vez mais substituídas por ferramentas elétricas, que também estão em transição de aplicações industriais para uso doméstico. A demanda por ferramentas elétricas aumenta ano após ano.
A mudança para motores sem escovas em ferramentas elétricas começou bem cedo. Já em 2010, algumas marcas internacionais introduziram ferramentas elétricas equipadas com motores sem escovas. Com o amadurecimento da tecnologia de baterias de íons de lítio e preços cada vez mais acessíveis, o volume de ferramentas portáteis sem fio tem crescido ano após ano, agora rivalizando em popularidade com as ferramentas com fio.
As estatísticas indicam que a tecnologia sem escovas foi amplamente adotada para chaves elétricas na China. No entanto, furadeiras, ferramentas-de alta tensão e ferramentas de jardinagem ainda não fizeram a transição completa, embora estejam em processo de transição.
Esta mudança é impulsionada principalmente pela eficiência energética e pelo alto desempenho dos motores sem escovas, permitindo que ferramentas elétricas manuais funcionem por períodos mais longos. Muitos fabricantes nacionais e internacionais, como Bosch, Dewalt, Milwaukee, Ryobi e Makita, estão investindo recursos significativos no desenvolvimento de produtos.
O desenvolvimento doméstico de ferramentas elétricas também está avançando rapidamente, especialmente na região de Jiangsu-Zhejiang, que abriga vários fabricantes. Nos últimos anos, o custo das soluções de controle de motores sem escova nesta área caiu significativamente. Muitos fabricantes iniciaram guerras de preços, com relatórios indicando que uma solução de controle de motor sem escova para uma ferramenta elétrica custa agora cerca de 6 a 7 yuans, e alguns até 4 a 5 yuans.
IX. Bombas
A indústria de bombas de água é relativamente tradicional, apresentando diversos tipos de produtos e variações de soluções. Mesmo para placas de acionamento com classificações de potência idênticas, existem várias opções no mercado, com preços variando de menos de 2 yuans a 40-50 yuans.
Em aplicações de bombas de água, bombas de potência média-a{1}}de grande porte usam predominantemente motores assíncronos trifásicos-, enquanto as micro-bombas miniatura empregam principalmente bombas CA bipolares-. As atuais atualizações do sistema de aquecimento no norte da China apresentam uma oportunidade favorável para a inovação tecnológica em soluções de bombas.
De uma perspectiva puramente técnica, os motores sem escova são-adequados para aplicações de bombas, oferecendo vantagens em tamanho, densidade de potência e até mesmo custo.
10. Saúde e bem-estar pessoal
Dois produtos representativos nos cuidados de saúde pessoal são o secador de cabelo viral da Dyson e a pistola de massagem.
Desde que a Dyson lançou seu secador de cabelo com motor digital de alta{0}velocidade, ela impulsionou todo o mercado de secadores de cabelo.
De acordo com Qian Zhichun, da Jingfeng Mingyuan, as soluções atuais de secadores de cabelo domésticos seguem principalmente três abordagens: primeiro, comparar a Dyson com motores sem escova de velocidade ultra-alta-, normalmente operando a cerca de 100.000 RPM, com alguns atingindo até 160.000 RPM; Em segundo lugar, a abordagem de substituição do motor U-, que oferece RPMs semelhantes aos motores U-, mas com vantagens em peso mais leve e pressão de ar mais alta; Terceiro, a abordagem de alta-tensão do rotor externo, onde o motor replica principalmente o projeto de Nedic.
Os atuais produtos de imitação nacionais não são mais simples cópias; geralmente conseguem evitar patentes e incorporam certas inovações.
As remessas de armas de fáscia aumentaram dramaticamente nos últimos anos. Diz-se que treinadores de fitness e entusiastas de esportes agora costumam carregar armas de fáscia. Esses dispositivos utilizam mecânica vibracional para transmitir vibrações profundamente na fáscia e no tecido muscular, alcançando o relaxamento da fáscia e reduzindo a tensão muscular. Alguns consideram as armas de fáscia ferramentas essenciais para a recuperação pós{3}}treino.
No entanto, o mercado para estes dispositivos é agora altamente competitivo. Embora seus designs pareçam semelhantes, os preços variam de mais de 100 yuans a mais de 3.000 yuans. O preço de mercado das placas de controle do motor BLDC usadas nessas armas caiu para cerca de 8 yuans, com algumas até disponíveis por aproximadamente 6 yuans. Isso levou a um rápido declínio nos preços das armas de fáscia.
Diz-se que um fabricante de eletrodomésticos, à beira da falência, foi instantaneamente revivido apenas pelo produto da pistola frontal. Eles agora estão prosperando bastante confortavelmente.
É claro que, além desses dois produtos, outros itens, como barbeadores elétricos masculinos e aparelhos de beleza femininos, também estão tendendo à adoção de motores sem escovas.
Conclusão
No geral, os motores BLDC permanecem na sua infância, mas as suas aplicações já estão florescendo. Além dos exemplos mencionados aqui, eles são encontrados em robôs de serviço, AGVs, aspiradores robóticos, liquidificadores, aparelhos de cozinha, máquinas de lavar louça e muito mais. Na verdade, os motores permeiam inúmeros aspectos da nossa vida quotidiana, com inúmeras aplicações futuras ainda à espera de serem exploradas. Isso conclui nossa análise dos motores BLDC. Espero que seja útil.