现代社会可说是由马达运转而趋动着,马达的用量有多大,用几个数字带你来看看,粗估一个现代家庭里,至少有 200 颗马达在运转着,自动化高的家庭甚至到 300 颗,而这还仅只是家庭应用;根据工研院整理,2014 年全球整数马达市场规模为 297 亿美元,分数马达市场规模为 535 亿美元,且需求年年攀增。马达需求之大应用之广,为提升马达系统高效率智慧技术层次,工程模拟软件龙头美商 ANSYS 联合财团法人金属工业研究发展中心、拓墣产业研究所共同于 10 月 29 日举办“2015 高效智能电机技术研讨会”。
“高效智能电机技术研讨会”邀请全球马达产业分析、马达设计及马达驱动领域的专家,发表马达领域最新的设计理念与技术,主轴大致上可分为电动交通工具、高效率马达、智能马达、分析软件四面向,吸引近 300 位电机研发设计人员参与。
诚如上面提过的,马达用量大、应用广,也因此马达系统成为世界上主要的用电大宗。在IEK产业经济与趋势研究中心的报告中提到,马达系统占全世界终端能耗量约 48%,比起电子(9.1%)、供暖系统(16.9)、照明系统(17.2%)的能耗量大上许多。国际电工委员会(International Electro Technical Commission,IEC)于是设定马达能效标准,强制马达达到能效标准,依据能效分为 IE 1~IE4,越高能效越好,全球已迈入 IE3,预计在 3~5年内尽快速成长期。
金属工业研究发展中心花瑞铭博士解释,马达发展趋势不外乎提升效率、降低成本。高效率就在于电能转换为动能时,能降低多少转换过程中的能量消耗,可以从马达结构、马达系统设计着手,此外,磁阻马达的效率也有可能优于感应马达,也是研究重点。降低成本则可以试着把马达里的铜换成铅,稀土磁石换成氧化铁等方式。
台湾马达产业应向高质应用迈进
台湾过去在马达生产制造上有一定成绩,但花瑞铭认为,台湾马达产业不该沦为传统产业,马达带动现代社会运转,重要程度不输 IC 产业,台湾应该要像日本、德国、瑞士一样积极研发新技术,发展高质应用马达,如应用在电动交通工具、医疗、休闲产业,而这类马达的特性在于高反差速度、运准速度精度稳定、低震度低噪音,以及寿命长。
但要发展高质应用马达,所需的条件有设计、中阶材料、制造、应用整合、自动化。
但在设计领域,台湾马达产业多为垂直整合,于是中小型企业苦无没设计软件、没人才的发展窘境,此外,除了向成达马达中心这类研究中心,少有如 IC 产业般的 Design House 专门做设计,也不利马达产业发展;在制造领域,也需要有更精微的加工技术,毕竟高质马达需要精度更高的金属和部件零组件;在应用整合领域,马达跟应用产品之间要整合,具系统性的整合设计甚至是客制化,才能有好的运转表现。
台大机械系杨士进助理教授则提出以“物联网(IOT)”的概念监测马达运转时状况,才能及时诊断故障与容错控制,尤其在马达应用于汽车、医疗时,若马达故障可能会造成危险。
分析软件在马达产业扮演要角
分析模拟软件则是能加快马达进入市场的速度,以及降低研发、试错成本,也成了马达产业发展上重要的角色。一颗马达该怎么设计,是先有需求,然后回推特性,传统靠老师傅传授设计方法、调整结构的方式并不理想,也难以有突破创新。有了模拟软件,就能在模拟软件中把结构、模型先建立起来,再靠分析软推算运转时可能有的转速、扭力,甚至是发出来的热能,在磁阻马达的分析也能分析电磁走向。
而若当分析软件走上云端,建构出一个虚拟化的马达研发实验室,花瑞铭认为在减少软硬件建构成本之下,更有助于中小型马达企业的研发。
(首图来源:撷取自 ANSYS 官方部落格:The State of the Art for Electric Motor Design)