電動載具馬達2013至2023年預估分析

 

每部電動載具至少需要一顆主動力源馬達或是更多,如Toyota最新款的電動車設計除了於引擎內掛在一顆大型主動力馬達外,也於後輪內安裝兩顆輔助動力源輪轂馬達。由此可知,每製造一台電動載具最少也需要生產一顆馬達,而且主動力源馬達的特性往往也決定了這台電動載具的動力性能及節能效果。IDtechEX的研究預估,於2013年間共計有4460萬顆馬達使用在電動載具系統內,而到了2023年將會增加到1.477億顆的馬達。


目前在市面販售及運行的電動載具,大多是採用永磁無刷馬達,依驅動系統的方式又可分為直流無刷馬達BLDC與永磁交流馬達PMAC兩種規格,主要是方波驅動與弦波驅動的差異。但無論是那種驅動模式,它都有許多優勢,包括同步運轉特性、線性能量輸出、可四象限操作、可執行弱磁控制延長輸出及煞車動能回充等等。甚至可以藉由馬達數量的增加,來運用到更大型的行動載具運用,可能用到6~8顆輪轂馬達來推動卡車或巴士。這種簡單容易的應用方式使得電動載具的發展更加的多元性,可以產生多種的可能使用模式。

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小型電動載具
目前有超過92%以上的電動載具是運用在較為小型的系統當中,如針對老年人及病患所設計的電動代步車或是電動輪椅,另外在休閒會使用的高爾夫球車、水下推進器、電動滑板車等等。在大陸,2011年賣出了3400萬輛的電動機車,在歐美地區還有很多電動沙灘車、全地型沙灘車及卡丁車等等。同樣的,這些移動載具所需要的馬達規格並不大,大多也僅需要一顆主動力源馬達即可。這也是永磁馬達的主戰場。

大型電動載具
然而一切都在變化當中,大型電動載具技術持續在發展當中,預估到了2023年電動載具的市場中,就會有25%是屬於大型電動載具系統。就將造就大型馬達的需求提升,也同時增加了馬達使用數量。其中包括了電動巴士,預期市場的成長空間為目前的七倍,已有許多國家將電動巴士納入國家交通計劃當中;而一般的私人電動車市場也會有六倍的增長。大型電動載具將會大幅快速的增長,而且還不會壓抑小型電動載具的市場,受到威脅及影響的是傳統燃油系統載具。因此馬達的需求量將隨著此種世代的變化持續成長。


就如同電動載具的多樣化,馬達規格及樣式也同樣多變,不同的馬達有不同的市場。以馬達功率來看,水下電動載具AUV使用的是高達4000KW的馬達做為動力源,大型堆高機及巴士大約採用250~350KW的規格,電動車則是約70KW,電動腳踏車只需要250W的馬達。這當中最大的扭矩輸出高達6000N-m,但只要0.2~0.5Nm的力量就夠電動機車及代步車使用了。然而,目前大型能量輸出需求皆採用感應馬達做為主要動力源馬達,它具有成熟的製造工藝及豐富的操作使用經驗,相關電子控制元件也已經備齊,開發應用成本相對低廉。在重工業的應用中,如電動天車、吊車、堆高機及起重機等等,有89%是採用感應馬達系統。在IDTechEx公司於212款電動載具的調查中,軍事用途的電動載具約63%使用感應馬達;電動巴士系統中則佔了52%的市場。當然,有許多公司正研究以永磁無刷馬達來取代感應馬達,尤其是以亞洲為基地的企業。

但也有人認為,5KW以上的馬達將會是感應馬達的天下,這將會佔到所有馬達產值的70%以上。以5KW應用的高爾夫球車來說,目前有人使用磁阻馬達或永磁馬達來取代感應馬達的市場。然而,磁阻馬達的震動與噪音問題會是拖累磁阻馬達應用的枷鎖;同樣的,磁阻馬達的電子元件仍不如感應馬達的齊全及方便。永磁馬達則卡在價格昂貴的釹鐵硼波動及取得問題,而且磁鐵還會面臨到溫度的障礙。當然,感應馬達也有它的困擾,效率及體積將會是它發展的阻礙。

至於到底是那一種馬達可以脫穎而出成為主流,最重要的還是性價比的競爭;這其中還會面對各個不同的法規與標準問題。

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