馬達(dá)節(jié)能勢在必行 載具模塊化整合腳步加速

馬達(dá)用電約占了七成總電力使用比重，因此提升馬達(dá)效率，并依據(jù)負(fù)載狀況來適當(dāng)調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)速，將有助于大量節(jié)省耗電。馬達(dá)系統(tǒng)的節(jié)能，將對發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟有著推動和促進(jìn)的重要作用。

依據(jù)經(jīng)濟部能源局的統(tǒng)計，臺灣整體工業(yè)用電大約1千多億度，其中馬達(dá)的用電就大約8百多億度，約占了七成電力使用比重。因此透過變頻機制來提升馬達(dá)效率，并依據(jù)負(fù)載狀況來適當(dāng)調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)速，將有助于大量節(jié)省耗電。在全球暖化日趨嚴(yán)重的今日，氣溫屢創(chuàng)新高，資源也日益短缺，油價更因為國際戰(zhàn)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(jié)電將成為企業(yè)的重要課題。

提升馬達(dá)效益

 
圖1 : 馬達(dá)應(yīng)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(dá)的節(jié)能效益，并實施能源效率管制。

在地球暖化及氣候變遷等問題的發(fā)展之下，碳中和現(xiàn)在已經(jīng)成為全球共同面對的挑戰(zhàn)，企業(yè)也開始推動相關(guān)措施。由于馬達(dá)的相關(guān)應(yīng)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(dá)的節(jié)能效益，并實施能源效率管制。從2021年起，歐盟和中國都各自開始實施新的管制規(guī)定，和過去的管制相比起來，其所涵蓋的對象產(chǎn)品范圍都大幅改變，而馬達(dá)更是其中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

馬達(dá)系統(tǒng)的節(jié)能，是建立節(jié)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(tǒng)工程，探討馬達(dá)系統(tǒng)節(jié)能的思路與措施，將對發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟技術(shù)革命有著推動和促進(jìn)的重要作用。根據(jù)國際能源署（IEA）指出，馬達(dá)系統(tǒng)的能源消耗，相當(dāng)于是其發(fā)動機的電力消耗，加上小部分額外用于電力系統(tǒng)控制的電力總消耗。

研究顯示，電機驅(qū)動系統(tǒng)（EMDS）的電力消耗，大約占全球電力消耗的43％～46％，導(dǎo)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源，遠(yuǎn)超過照明應(yīng)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(dá)系統(tǒng)的節(jié)能和再制造已經(jīng)迫在眉睫。更換高效率馬達(dá)有助于降低損失，目前馬達(dá)常見的耗損如下：

●電磁損失：轉(zhuǎn)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)扇的動力損失。
●導(dǎo)線電阻損失：定子繞線阻抗,轉(zhuǎn)子導(dǎo)線阻抗。
●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為例，其馬達(dá)系統(tǒng)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發(fā)國家平均低3～5個百分點。因此，中國市場的馬達(dá)再制造潛力非常龐大，作為馬達(dá)生產(chǎn)大國，馬達(dá)的再制造是中國工業(yè)發(fā)展上的一個重要環(huán)節(jié)，而馬達(dá)再制造對于節(jié)能減排的意義更為重大，未來將成為中國工業(yè)發(fā)展的一個重要領(lǐng)域。

外轉(zhuǎn)子馬達(dá)具廣泛應(yīng)用前景
近年來，歐、美地區(qū)流行外徑較小，從2極、4極到6極的外轉(zhuǎn)子馬達(dá)，并且廣泛應(yīng)用于家用換氣扇、儀表、抽油煙機、通風(fēng)扇等應(yīng)用領(lǐng)域，使得其市場前景非?？春?。外轉(zhuǎn)子馬達(dá)被公認(rèn)是小型風(fēng)機的理想驅(qū)動馬達(dá)，廣泛的應(yīng)用于通風(fēng)、空調(diào)、取暖、制冷，以及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域上。

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

 
圖2 : 制造電動車馬達(dá)相當(dāng)復(fù)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(zhuǎn)子馬達(dá)的結(jié)構(gòu)上是一種完全的創(chuàng)新，外轉(zhuǎn)子內(nèi)的定子結(jié)構(gòu)可以提高功率大約30％以上，因此在相同功率下，馬達(dá)體積更小，耗材也可節(jié)省30％以上。由于他的材料節(jié)省、輸出功率高、溫升低、振動小、噪音低，并且適合用于軸流、離心、貫流風(fēng)機動力，因此在歐美等已開發(fā)國家獲得了非常廣泛的市場推廣應(yīng)用，有非常廣泛市場前景。

這種外轉(zhuǎn)子馬達(dá)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(dá)可以做成全封閉的蜂巢式結(jié)構(gòu)，透過?動電容就可以迅速運轉(zhuǎn)工作。因為具備非常多優(yōu)點，因此國際上知名品牌的風(fēng)扇都是采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)者居多，正是因為因為其功耗低、轉(zhuǎn)速高、工作效率也比內(nèi)轉(zhuǎn)子的馬達(dá)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(dá)也可以直接做到防塵和防潮，不易損壞，使得使用壽命更長。

電動化載具的整合腳步
近年來，電動化載具開始盛行。電動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(dá)材料、車體材料等。中游產(chǎn)品包括動力總成、電能總成、車身總成、減速器總成、煞車系統(tǒng)、驅(qū)動與非驅(qū)動軸總成、車架總成、轉(zhuǎn)向器系統(tǒng)、車輛電子與其他零組件。下游則包括電動大客車、電動汽車、電動機車及電動自行車、高爾夫球車等終端應(yīng)用產(chǎn)品。

動力總成正逐步整合動力總成與熱管理系統(tǒng)，包括驅(qū)動系統(tǒng)、電池系統(tǒng)、充電和功率組件，及熱管理系統(tǒng)等，開始融合進(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(qū)動系統(tǒng)（電機、逆變器、減速器三合一驅(qū)動）、電池系統(tǒng)（電池、OBC、DC/DC整合），到熱管理整合（PTC、壓縮機和管路、閥），在未來都會進(jìn)一步成為更高度整合的模塊。

目前臺灣投入動力總成的廠商，包括了臺達(dá)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。目前也有部分廠商投入發(fā)展三合一總成，包括驅(qū)控器、馬達(dá)、齒輪箱，包括臺達(dá)電、富田與致茂等。相信在不久的未來就可以看到相關(guān)的成果。

由于制造電動車馬達(dá)所需的組件與流程，在大量生產(chǎn)方面會相當(dāng)復(fù)雜且艱難。因此降低生產(chǎn)馬達(dá)的整體成本，同時維持最高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，將有助于提升電動車的整體采用率。

結(jié)語
隨著淘汰的廢舊馬達(dá)增多，馬達(dá)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(dá)回收企業(yè)等相關(guān)企業(yè)，一起構(gòu)建成為馬達(dá)高效再制造的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，并加速推動節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。