台灣新世代綠能馬達發展

 

第一章:前言

台灣在民國80至90年代,大量接收日本馬達製造技術,並加以改良成為更具競爭優勢之馬達生產技術,進而大量生產販售,亦造成馬達上下游相關產業蓬勃發展,使得台灣一度享有「馬達製造王國」美名;後來受到大陸改革開放及國內製造成本上漲,導致台灣馬達產業大量外移至大陸、泰國、印尼等東南亞國度,使得台灣馬達王國榮景不再。所幸仍有不少馬達相關業者持續深耕台灣,能在技術、設計、品質與服務上不斷的精益求精,藉著滿足市場客戶的需求,創造產品差異化來佔有一定的市場比例。 

無論是工業、家庭及商業用電,馬達的使用比例皆為最高。據統計台灣於西元2007年整體工業用電1172億度,其中馬達用電約計820億度,占了70%以上的使用量;若能有效改善馬達損耗,則將可提升用電效率50~75 %,可降低總用電量超過420億度以上,將為節能減碳帶來最大的成效。發展高效率馬達,促使馬達效率提升是所有先進國家節能環保政策的首要指標;目前高效率節能馬達的售價較傳統馬達高出20~30 %,因此開發高效率且低成本具競爭力之新世代綠能馬達,為台灣馬達產業邁向未來必須突破之技術門檻。 

傳統吊扇皆採用感應馬達,但近年來受到環保節能法規的要求,逐漸替換為高效率永磁馬達。採用永磁馬達取代傳統的感應馬達作為吊扇的使用,除了具有減少耗能50%以上的好處外,亦能減少材料的消耗約30%,除了達到節能之目標,亦降低製造材料成本,即為高效率低成本之綠能馬達發展趨勢之一。   

隨著馬達科技持續進步,使得馬達單位體積之能量密度持續向上提升,要設計體積小而效率高之節能馬達已非難事;因此更進一步導入新世代之綠能材料,生產更上一階之綠能馬達為馬達業界挑戰之目標。目前馬達科技中屬新世代之綠能材料共有三種,每一種皆能有效提升馬達效益,分別為低耗能矽鋼片、強磁釹鐵硼及綠能漆包鋁線,然其皆有新的技術障礙有待克服,包括生產製造、材料應用及系統搭配等方面都有別於傳統使用習慣,故非單一廠商可解決,需藉由上下游相關產業一同努力,方有突破機會。 

馬達產業一向被認定為傳統產業,然各產業發展皆需依賴馬達科技,民生系統如冷氣、冰箱、電風扇、果汁機等,3 C產業中的冷卻系統、硬碟機、手機振動系統等等,自動工具機內的移位、工作主軸、移載系統等,移動載具內的電動車窗、引擎、起動機等等,馬達無所不在,因此世界各國無不努力重振國內馬達產業,如大陸、日本及美國等等。由於馬達發展受到世界級工業大國之重視,因此各國技術發展皆持續不斷的前進,採用新世代綠能材料的馬達事實上已進入民生市場當中,日本及美國皆克服了部份使用障礙,達到可生產的門檻,因此台灣應盡速急起直追,並加以改善,提升馬達產業競爭力,方可帶動各類型的下游產業持續茁壯發展。

 

第二章:台灣馬達產業現況與未來趨勢

無論是國內外馬達相關產業發展,都開始逐步導入新世代之馬達綠能材料運用,然而皆遇使用障礙。大陸最早進行實驗,然結果不如預期,僅強磁釹鐵硼運用最為順利;而於低耗能矽鋼片,則受限於大陸鋼廠技術能力不足而無法發展;綠能漆包鋁線則因對材料特性及製程能力不足而告吹,但亦研發出另一種替代性的銅包鋁漆包線,仍具有一定競爭力,但成效不如綠能漆包鋁線的表現。日本松下與美國奇異公司則順利導入綠能漆包鋁線之製程,但強磁釹鐵硼受限於原物料產地的關係而無持續性的投入,且僅適用於部份規格之馬達產業,還未全面性導入,仍有很大的發展空間。 

新世代綠能馬達之導入,需從上游原物料製造產業開始攜手努力,如磁性材料商中鋼、磁鐵製造商及導體漆包線商大亞、太平洋、榮星等負責原物料等級及製程能力的提升;矽鋼片加工廠商則需針對新世代綠能材料重新設計矽鋼片型式,重新開設生產模具,使新世代之綠能馬達發揮最大效益;馬達生產設備製造商則需研發新製程技術,設計新型生產機台,以應付材料的變化,提升產能效率及產品良率。 

下游相關產業如吊扇產業馬達為例,導入新世代綠能馬達具有較傳統感應馬達效率高50%以上,扭力強,使用材料少30%之優勢,原物料單價降20%,且搭配驅動器的功率因素做有效控制,可改善電廠負擔,達到最經濟節能之作法,並能有效將新世代綠能馬達的好處發揮出來。實際優勢說明如下:

 

 

市售吊扇使用之感應馬達

市售吊扇使用之

節能馬達

新世代綠能馬達吊扇

 

功率因素

~1

~0.5

>0.8

隔離

馬達電壓

高壓/依國家不同而不同

高壓/依國家不同而不同

低壓/定電壓

馬達庫存

依電壓及頻率不同、扇葉負載不同有多種繞線規格,庫存多

依電壓不同、扇葉負載不同有多種繞線規格,庫存稍多

馬達只需一種電壓規格,大範圍負載的扇葉可共用一顆馬達,馬達繞線規格少,庫存精簡

驅動

控制器

採用單相感應馬達,改變電容來改變滑差調速,效率低,噪音大

普遍使用六步方波驅動,振動噪音較大,即使使用弦波驅動亦不具磁場導向功能

使用磁場導向(FOC)弦波控制,並具扭力控制迴路,振動噪音小,馬達特性隨負載變化能自行調整

馬達耗能

~80W

<30W

<30W

照明

省電燈泡或LED燈泡

省電燈泡或LED燈泡

可PWM調光之LED燈板

調光方式

無/TRIAC調光

無/TRIAC調光

PWM調光

 

第三章:台灣的新世代綠能馬達發展Green_Motor_in_Taiwan

組織:

於台灣馬達產業方面,將有計畫性的籌組「Green_Motor_in_Taiwan」馬達聯盟廠商,其聯合成員包括上下游相關產業,將傳統馬達產業,結合環保綠能新元素,透過共同成立「Green_Motor_in_Taiwan」綠色馬達聯盟品牌,預計開發新世代綠能馬達暨控制系統,建立國際行銷通路開拓,使得不僅達到極大節能減碳成效,且達到價格平實易推廣之特性,同時更透過上下游聯盟廠商共同努力,利用各技術領域統合來促使新世代綠能馬達達到高品質、高穩定、高競爭力及快速普及化之目標,造成企業、個人及地球多方皆贏的結果,讓新世代綠能馬達產業呈現全新風貌。 

研發能力:

相關馬達產業上下游之整合形成「Green_Motor_in_Taiwan」綠能馬達群聚成立,研發主軸以開發新世代綠能馬達及控制系統為主要技術產品,提升馬達產業競爭力,進而影響馬達相關產業發展,以全贏為目標的研發團隊,此團隊過往已申請將多項應用於馬達的專利技術,亦具備各領域之實務經驗與能力,可大幅增加新世代綠能馬達量產時的穩定度與競爭力,造就所有使用馬達之產業龐大的經濟效益,同時達到節能減碳的訴求,共同攜手保護地球之責任。 

 

優勢特點:

 

「Green_Motor_in_Taiwan」聯盟,以共同研發、共同升級、共同行銷為核心,以跨領域技術應用新世代綠能馬達、創新綠能材料使用、綠色節能設計及結合國際品牌通路,協助新世代綠能馬達產業創造更具有附加價值的相關產品,可直接提升產品性能、耐用壽命並達節能低成本具競爭力效果,再現台灣成為新世代綠能馬達王國。

 

 

第四章:產業需求與新機會

於市場需求方面,就如同直流變頻冷氣在台灣市場占有率逐年增高一樣,在節能減碳的需求之下,使用新世代綠能馬達的需求也會年年增長,目前市面上已有一些採用節能馬達的產品,但由於品質穩定度不佳,使得市場對採用節能馬達的產品又愛又怕,若能儘早推出穩定、安全、環保又符合人性的新世代綠能馬達產品,在建立好市場口碑之後,消除市場對節能馬達產品可靠度的疑慮後,相信對於現在採用傳統馬達的市場的取代性是很高的,建立起市場對採用新世代綠能馬達信心,在能源危機的現在,市場將會有飛躍性的成長,帶動產業鏈快速擴展。 

預估新世代綠能馬達可以節省約60%耗能、減少約40%材料的使用、另外減少運輸成本及產品智慧化使得功能提升等的附加價值。若以單一吊扇產業來評估經濟效益,則預計潛在目標客戶將把現有每年二萬台的吊扇改採新世代綠能馬達,其經濟價值即超過十二億;若以電風扇產業來評估經濟效益,則預計潛在目標客戶將把現有每年二千萬台的電風扇改採新世代綠能馬達,其經濟價值即超過六十億。由此可觀察到新世代綠能馬達所帶動單一產業的經濟價值就如此龐大,而馬達產業類別事實上十分多種,其後續所帶來之經濟規模難以評估,係一開創新時代之藍海產品。

 

第五章:執行與推動

新世代綠能馬達聯盟推動策略:

  1. A. 由中上游產業開始進行研發突破
  2. B. 針對單一產品推導試範性推導
  3. C. 擴大聯盟組織成員,由中上游業協助快速導入生產
  4. D. 共同組織行銷,團結進入國際市場

 

新世代綠能馬達各項技術指標:

A.新世代綠能材料製造技術

 

將以較低的生產能源使用,增加成品產量及良率,降低生產成本,再附加產品節能效益,達到新世代綠能目標;不僅僅是生產出來的產品有綠能效果,在生產製造上亦需導入節能減碳之標的,為全面性之綠能要求。其技術需求列表如下:  

低耗能矽鋼片

強磁釹鐵硼

綠能漆包鋁線

配方

配方

漆包模配方

鋼材均勻延展技術

充磁設計

漆包模塗佈技術

沖壓技術

磁力提升

線材抽拉技術

磁通量增加

磁力方向控制

耐壓保護能力升級

鐵損抑制

保磁力加強

馬達設計

晶相組織控制

耐溫性提升

生產機台設計

絕緣塗佈技術

磁石固定技術

導線連接技術

馬達設計

馬達設計

絕氧製程設計

 

 B.新世代綠能馬達製造技術 

 

提高馬達節能效率,降低材料使用量,提升馬達產品競爭力,擴大後續經濟效益。將其綠能效應妥善延伸至各項類型產品中,全面提升台灣生產之馬達應用產品水準,成為世界級的台灣精品。

 

C.電子控制搭配使用技術 

 

與台灣電子業妥善結合,為新世代綠能馬達注入有力的強心針;運用電子智能控制,使馬達節能效果再升一級,並附加馬達多樣功能性之運用。如吸塵器機器人即為電子控制搭配於馬達,所產生之多樣功能的最佳範例,若再搭配新世代綠能馬達將可達到重量更輕、續航力增加及體積更小之優勢。

 

 針對新世代綠能材料研究以美、日及大陸為主,但皆為單一廠商的個別開發投入,成效有限;且新世代之綠能材料為近幾年才開始導入發展,具有需多不足與不確定性,故相關技術保護設計仍不足,且都有大幅度的改良空間,屬於一新的世代發展技術,若能越早投入研發越有利。

 

第六章:結論 

節能減碳為全球性的追求目標,能快速導入新世代綠能材料已不單僅係企業競爭力問題,更是地球資源的消耗問題,故本計劃主軸為新世代綠能馬達為一不可逆之追求目標。在執行上確實有許多技術障礙有待突破;世界工業大國亦各有其突破點與阻礙點,故全面性的導入仍未成功,所幸台灣屬高水準之工業生產國,歐、美、日皆持續有先進技術流入台灣,使得台灣能先一步掌握生產新世代綠能馬達的部份技術與方向。 

有了國外研究經驗,亦發覺僅靠單一廠商係有所不足的,故本計劃將以上下游聯盟的方式,結合各領域之專精,從不同的角度來共同解決問題,因此改善方向及手段皆有其多變性,不在受限於單一領域極限的困擾;如當產品馬達出力不足,則可選擇增加導體數、磁力加強、轉子增大或電子控制等方法來進行調整;若為轉速不足,則可做弱磁控制、加大氣隙或導體調細等方式。 

除了上下游結合外,同時將有複數聯盟組合針對不同規格之新世代綠能馬達進行開發,其結果亦可進行共享與複製動作,增加技術突破的機率,避免研發失敗的困境。 

台灣馬達相關產業,維持長期的良好技術合作關係,可進行某種程度之技術交流或交換,亦為快速解決研究難題之方法。 

雖然台灣已不在享有馬達王國之美名,但仍在國際間佔有一席之地,如大同、東元與台達等等,皆為國際級馬達大廠,故台灣仍保有完整的馬達上下游產業,而技術能力亦持續深耕,雖然勢微但根骨仍在,若能藉由此一新世代的技術發展機會重新振作,配合大陸逐漸退出世界工廠的情勢,台灣十分有機會成為國際級的馬達生產王國。最大的風險在於時機的掌握,此類新世代綠能馬達早已成為大陸、日本及美國等國家的重點產業,就如同軍備競賽一般,誰搶先一步,誰就擁有絕對競爭優勢,目前台灣處於稍稍落後的位置,若不能急起直追,待對手發展完成,則傳統類型的馬達完全不具競爭力,僅能將馬達產業拱手讓人。 

而人才不足係台灣馬達產業的通病,台灣馬達產業屬於較為沉默的一群,不易受到注目,導致學校相關教育不力,學生畢業後也不會投入馬達相關領域發展,產生不良的惡性循環,如何鼓勵後續人才投入馬達業服務為馬達產業永續發展不可忽視的重點。 

若能藉由新世代綠能馬達重新發展,使馬達相關產業蓬勃發展,並領導下游應用產業升級,提升經濟效益,增加產業注目程度,吸引人才投入。成立GMIT(Green_Motor_in_Taiwan)協會,推廣新世代綠能馬達,建立馬達產業形象,除了具有高經濟價值,也有助於資源保護,亦導入電子智慧等多方面的創新結合,擺脫傳統刻板印象。

 

路昌工業網站:http://lutron-ind.weebly.com/

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