傳統轉子換一換,馬達從弱雞變猛男

一顆過時、傳統、耗能的馬達,除了砍掉重練之外,還有沒有機會讓他頭好壯壯變成更有效率的產品?全世界做不到的,工研院化身現代科技黑傑克,為馬達進行開心手術,讓弱雞變成高效率的肌肉猛男。

 

以馬達為核心驅動的產業機械,是目前工業界中最大的耗電設備,包括工具機、泵浦、空壓機、風機等工業通用設備,用電量約占全球總用電的55%,已經不符當今產業走向節能減碳的設計邏輯。

為了提高馬達運轉效率,最直接的作法就是導入新材料,例如以稀土元素為主關鍵材料的永磁馬達,這也是各國產業主要採用的作法,但此元素為受管制材料,讓稀土成本逐年高升帶動永磁馬達價格居高不下,又成為產業另一個難題。

製造要便宜、運轉要環保、最好還不要增加成本,這就是當今業者的難題,也是全世界研究者難以攻克的門檻,直到「磁通旋變同步感應電機技術(RoftSIM)這設計理念出現後,難題終於不再成為難題了。同時,讓馬兒不吃草,又要馬兒跑得快的新概念成形了。

「就市面可見技術來看,馬達業者若要從IE2跨越到IE3,往往都需付出不小的代價,除了磁性材料、驅動器成本外,業者還必需重開馬達模具,種種支出就拖慢了台灣馬達業者朝節能高效率馬達發展的腳步,」工研院機械與機電系統研究所組長彭文陽表示,「我們希望新的馬達技術不要反而創造了高不可攀的門檻,如此才能刺激廠商採用意願,與現有馬達供應生態鏈無縫接軌。」

工研院「磁通旋變同步感應電機技術(RoftSIM)」與傳統感應電機使用的材料和機構完全相同,與現有馬達供應生態鏈無縫接軌。(圖片來源:工研院)

導入工研院開發的「磁通旋變同步感應電機技術(RoftSIM)」,使新馬達的製造成本與傳統馬達相同,甚至更低。這是如何做到的?工研院機械所先進馬達技術部研究員徐銘懋說:「開發的新馬達技術,透過創新的磁路旋變設計達到極低銅損產生;同時,於外型尺寸上和傳統感應馬達相同,若僅是從外觀來看,完全無法分別,具有高取代的優勢。」

說得更詳細點,磁通旋變同步感應電機與傳統感應電機使用的材料和機構完全相同。在機構上,僅有轉子鋼片的磁通拓樸形狀有所差異,其他包含外殼、繞組、定子、軸承、導體條等皆相同,且在相同功率下,也採用相同的尺寸大小。此外,這個新馬達不需要驅動控制器,可以實現自啟動(Line-Start)運轉,相較於需要驅動器的永磁馬達,工研院的開發成果更能快速取代目前將近七成,不採用驅動器的馬達市場;「如果搭配專屬的驅動控制策略,更可達到全域負載點高效率的特性,助於可以切入高階電動汽車、高階馬達工具機應用等。這是一個兼具同步和異步特性的雙模態馬達。」徐銘懋得意地說。

磁通旋變同步感應電機技術使用簡單、磁通設計巧妙、利用無驅動的方式,提升現有馬達效率,且具有獨立的線性啟動,可直接替代傳統感應馬達。由於效能優異,可直接替代傳統馬達,入圍2017全球百大科技研發獎,目前台灣多家業者已表達興趣,工研院也積極透過技術開發案的方式與相關業者合作。

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