台灣馬達不該淪為傳統產業,應向 IC 業學習強化設計、製程往高質應用發展

作者 | 發布日期 2015 年 11 月 05 日 19:40 | 分類 自動化 follow us in feedly

現代社會可說是由馬達運轉而趨動著,馬達的用量有多大,用幾個數字帶你來看看,粗估一個現代家庭裡,至少有 200 顆馬達在運轉著,自動化高的家庭甚至到 300 顆,而這還僅只是家庭應用;根據工研院整理,2014 年全球整數馬達市場規模為 297 億美元,分數馬達市場規模為 535 億美元,且需求年年攀增。馬達需求之大應用之廣,為提升馬達系統高效率智慧技術層次,工程模擬軟體龍頭美商 ANSYS 聯合財團法人金屬工業研究發展中心、拓墣產業研究所共同於 10 月 29 日舉辦「2015 高效智能電機技術研討會」。




「高效智能電機技術研討會」邀請全球馬達產業分析、馬達設計及馬達驅動領域的專家,發表馬達領域最新的設計理念與技術,主軸大致上可分為電動交通工具、高效率馬達、智能馬達、分析軟體四面向,吸引近 300 位電機研發設計人員參與。

誠如上面提過的,馬達用量大、應用廣,也因此馬達系統成為世界上主要的用電大宗。在IEK產業經濟與趨勢研究中心的報告中提到,馬達系統佔全世界終端能耗量約 48%,比起電子(9.1%)、供暖系統(16.9)、照明系統(17.2%)的能耗量大上許多。國際電工委員會(International Electro Technical Commission,IEC)於是設定馬達能效標準,強制馬達達到能效標準,依據能效分為 IE 1~IE4,越高能效越好,全球已邁入 IE3,預計在 3~5年內盡快速成長期。

金屬工業研究發展中心花瑞銘博士解釋,馬達發展趨勢不外乎提升效率、降低成本。高效率就在於電能轉換為動能時,能降低多少轉換過程中的能量消耗,可以從馬達結構、馬達系統設計著手,此外,磁阻馬達的效率也有可能優於感應馬達,也是研究重點。降低成本則可以試著把馬達裡的銅換成鉛,稀土磁石換成氧化鐵等方式。

台灣馬達產業應向高質應用邁進

台灣過去在馬達生產製造上有一定成績,但花瑞銘認為,台灣馬達產業不該淪為傳統產業,馬達帶動現代社會運轉,重要程度不輸 IC 產業,台灣應該要像日本、德國、瑞士一樣積極研發新技術,發展高質應用馬達,如應用在電動交通工具、醫療、休閒產業,而這類馬達的特性在於高反差速度、運準速度精度穩定、低震度低噪音,以及壽命長。

但要發展高質應用馬達,所需的條件有設計、中階材料、製造、應用整合、自動化。

但在設計領域,台灣馬達產業多為垂直整合,於是中小型企業苦無沒設計軟體、沒人才的發展窘境,此外,除了向成達馬達中心這類研究中心,少有如 IC 產業般的 Design House 專門做設計,也不利馬達產業發展;在製造領域,也需要有更精微的加工技術,畢竟高質馬達需要精度更高的金屬和部件零組件;在應用整合領域,馬達跟應用產品之間要整合,具系統性的整合設計甚至是客製化,才能有好的運轉表現。

台大機械系楊士進助理教授則提出以「物聯網(IOT)」的概念監測馬達運轉時狀況,才能及時診斷故障與容錯控制,尤其在馬達應用於汽車、醫療時,若馬達故障可能會造成危險。

 

分析軟體在馬達產業扮演要角

分析模擬軟體則是能加快馬達進入市場的速度,以及降低研發、試錯成本,也成了馬達產業發展上重要的角色。一顆馬達該怎麼設計,是先有需求,然後回推特性,傳統靠老師傅傳授設計方法、調整結構的方式並不理想,也難以有突破創新。有了模擬軟體,就能在模擬軟體中把結構、模型先建立起來,再靠分析軟推算運轉時可能有的轉速、扭力,甚至是發出來的熱能,在磁阻馬達的分析也能分析電磁走向。

而若當分析軟體走上雲端,建構出一個虛擬化的馬達研發實驗室,花瑞銘認為在減少軟硬體建構成本之下,更有助於中小型馬達企業的研發。

 

(首圖來源:擷取自 ANSYS 官方部落格:The State of the Art for Electric Motor Design) 

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