馬達節能勢在必行 載具模塊化整合腳步加速

馬達用電約占了七成總電力使用比重，因此提升馬達效率，并依據負載狀況來(lái)適當調整馬達轉速，將有助于大量節省耗電。馬達系統的節能，將對發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟有著(zhù)推動(dòng)和促進(jìn)的重要作用。

依據經(jīng)濟部能源局的統計，臺灣整體工業(yè)用電大約1千多億度，其中馬達的用電就大約8百多億度，約占了七成電力使用比重。因此透過(guò)變頻機制來(lái)提升馬達效率，并依據負載狀況來(lái)適當調整馬達轉速，將有助于大量節省耗電。在全球暖化日趨嚴重的今日，氣溫屢創(chuàng )新高，資源也日益短缺，油價(jià)更因為國際戰爭、需求及環(huán)境等因素而面臨上漲，電費也隨之攀升。為了追求更舒適的生活，如何節電將成為企業(yè)的重要課題。

提升馬達效益

 
圖1 : 馬達應用占全球用電量很高的比重（約53％），因此各國正致力于提高馬達的節能效益，并實(shí)施能源效率管制。

在地球暖化及氣候變遷等問(wèn)題的發(fā)展之下，碳中和現在已經(jīng)成為全球共同面對的挑戰，企業(yè)也開(kāi)始推動(dòng)相關(guān)措施。由于馬達的相關(guān)應用占了全球用電量很高的比重（約53％），因此目前各國正致力于提高馬達的節能效益，并實(shí)施能源效率管制。從2021年起，歐盟和中國都各自開(kāi)始實(shí)施新的管制規定，和過(guò)去的管制相比起來(lái)，其所涵蓋的對象產(chǎn)品范圍都大幅改變，而馬達更是其中不可或缺的重要環(huán)節。

馬達系統的節能，是建立節能環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的一項艱巨而浩大的技術(shù)革命和系統工程，探討馬達系統節能的思路與措施，將對發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)革命有著(zhù)推動(dòng)和促進(jìn)的重要作用。根據國際能源署（IEA）指出，馬達系統的能源消耗，相當于是其發(fā)動(dòng)機的電力消耗，加上小部分額外用于電力系統控制的電力總消耗。

研究顯示，電機驅動(dòng)系統（EMDS）的電力消耗，大約占全球電力消耗的43％～46％，導致的二氧化碳排放量大約為6040Mt（兆噸）。這是至今為止電力消耗的最大來(lái)源，遠超過(guò)照明應用（約占全球電力消耗的19％）。這也使得全球循環(huán)經(jīng)濟下，對于研究馬達系統的節能和再制造已經(jīng)迫在眉睫。更換高效率馬達有助于降低損失，目前馬達常見(jiàn)的耗損如下：

●電磁損失：轉子和定子產(chǎn)生渦電流和磁阻的損失。
●摩擦與風(fēng)阻：軸承與油封的機械摩擦，冷卻風(fēng)扇的動(dòng)力損失。
●導線(xiàn)電阻損失：定子繞線(xiàn)阻抗,轉子導線(xiàn)阻抗。
●雜散損失：電磁波輻射及其他損失。

以經(jīng)濟發(fā)展正加速起飛的中國市場(chǎng)為例，其馬達系統運行效率總體偏低、能耗較高，與國際先進(jìn)水平相比之下，要低20～30％。而機組本身的效率也比已開(kāi)發(fā)國家平均低3～5個(gè)百分點(diǎn)。因此，中國市場(chǎng)的馬達再制造潛力非常龐大，作為馬達生產(chǎn)大國，馬達的再制造是中國工業(yè)發(fā)展上的一個(gè)重要環(huán)節，而馬達再制造對于節能減排的意義更為重大，未來(lái)將成為中國工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域。

外轉子馬達具廣泛應用前景
近年來(lái)，歐、美地區流行外徑較小，從2極、4極到6極的外轉子馬達，并且廣泛應用于家用換氣扇、儀表、抽油煙機、通風(fēng)扇等應用領(lǐng)域，使得其市場(chǎng)前景非?？春?。外轉子馬達被公認是小型風(fēng)機的理想驅動(dòng)馬達，廣泛的應用于通風(fēng)、空調、取暖、制冷，以及農業(yè)等領(lǐng)域上。

近年來(lái)，外轉子輪轂馬達、外轉子雙凸極永磁馬達在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域也有所發(fā)展。外轉子馬達是單相異步電動(dòng)機（single-phase asynchronous motor）的一種特殊規格，與一般的馬達相反，轉子在外，定子在內。其優(yōu)點(diǎn)在于轉動(dòng)慣量大、散熱佳、節省銅線(xiàn)，風(fēng)葉等負載件可以直接嵌在轉子上，因此可以大幅度滿(mǎn)足一定功率的小體積整機安裝尺寸要求。同時(shí),這種電動(dòng)機的主要材料為鋁、硅鋼片及少量塑料，這些材料全部都是可回收材料，比現在市面上常見(jiàn)的塑封電機有很明顯的優(yōu)勢。

 
圖2 : 制造電動(dòng)車(chē)馬達相當復雜且艱難，邁向模塊化高度整合將是發(fā)展趨勢。（source：lichol.ngontinh24.com）

外轉子馬達的結構上是一種完全的創(chuàng )新，外轉子內的定子結構可以提高功率大約30％以上，因此在相同功率下，馬達體積更小，耗材也可節省30％以上。由于他的材料節省、輸出功率高、溫升低、振動(dòng)小、噪音低，并且適合用于軸流、離心、貫流風(fēng)機動(dòng)力，因此在歐美等已開(kāi)發(fā)國家獲得了非常廣泛的市場(chǎng)推廣應用，有非常廣泛市場(chǎng)前景。

這種外轉子馬達的扇葉，基本上都是有錠子和扇葉（也就是鐵葉或者塑料葉）連接在一起，馬達可以做成全封閉的蜂巢式結構，透過(guò)?動(dòng)電容就可以迅速運轉工作。因為具備非常多優(yōu)點(diǎn)，因此國際上知名品牌的風(fēng)扇都是采用外轉子結構者居多，正是因為因為其功耗低、轉速高、工作效率也比內轉子的馬達高很多。此外，金屬扇葉慣性大、風(fēng)機也耐高低溫環(huán)境，而馬達也可以直接做到防塵和防潮，不易損壞，使得使用壽命更長(cháng)。

電動(dòng)化載具的整合腳步
近年來(lái)，電動(dòng)化載具開(kāi)始盛行。電動(dòng)化載具分為上中下游等不同產(chǎn)業(yè)，上游包括電池材料、馬達材料、車(chē)體材料等。中游產(chǎn)品包括動(dòng)力總成、電能總成、車(chē)身總成、減速器總成、煞車(chē)系統、驅動(dòng)與非驅動(dòng)軸總成、車(chē)架總成、轉向器系統、車(chē)輛電子與其他零組件。下游則包括電動(dòng)大客車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)機車(chē)及電動(dòng)自行車(chē)、高爾夫球車(chē)等終端應用產(chǎn)品。

動(dòng)力總成正逐步整合動(dòng)力總成與熱管理系統，包括驅動(dòng)系統、電池系統、充電和功率組件，及熱管理系統等，開(kāi)始融合進(jìn)入高度整合階段。模塊化整合是發(fā)展的重要方向，例如驅動(dòng)系統（電機、逆變器、減速器三合一驅動(dòng)）、電池系統（電池、OBC、DC/DC整合），到熱管理整合（PTC、壓縮機和管路、閥），在未來(lái)都會(huì )進(jìn)一步成為更高度整合的模塊。

目前臺灣投入動(dòng)力總成的廠(chǎng)商，包括了臺達電、康舒、富田、大同、東元、晟昌、士林電機、致茂、和大、國淵、臺亞、本土等，功率組件則有朋程、強茂、信通等。目前也有部分廠(chǎng)商投入發(fā)展三合一總成，包括驅控器、馬達、齒輪箱，包括臺達電、富田與致茂等。相信在不久的未來(lái)就可以看到相關(guān)的成果。

由于制造電動(dòng)車(chē)馬達所需的組件與流程，在大量生產(chǎn)方面會(huì )相當復雜且艱難。因此降低生產(chǎn)馬達的整體成本，同時(shí)維持最高質(zhì)量標準，將有助于提升電動(dòng)車(chē)的整體采用率。

結語(yǔ)
隨著(zhù)淘汰的廢舊馬達增多，馬達的高效能再制造產(chǎn)業(yè)必將蓬勃發(fā)展，并可望與廢舊馬達回收企業(yè)等相關(guān)企業(yè)，一起構建成為馬達高效再制造的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，并加速推動(dòng)節能減排和循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。