‧工業技術與資訊 2009/11/18
工研院能環所與機械所共同研發的「永磁無刷馬達與驅動器實用化」技術，應用領域廣泛，例如近來熱門的DC變頻冷氣，即是採用該技術。歷經10年的研發歷程，該技術獲得日本及中國家電大廠的讚許，其堅持的毅力，不得不令人欽佩！
【撰文／王秀芳】
張鈺炯與他的研發團隊，以「永磁無刷馬達與驅動器實用化」計畫，協助促成台灣馬達產業上中下游提高整體產業競爭力。(攝影／鄒福生)
馬達是生活中常見的動力來源，例如電風扇、冰箱、冷氣機等，都是依靠馬達才能運轉，而於其他工商業設備上的應用，更是不勝枚舉，所以電力消耗約佔總銷售電量的一半以上。工研院能源與環境所住商節能技術組經理張鈺炯指出，以台灣而言，若一組馬達的效率提升10％，總合下來，一年約可節省100億度的電量，相當於一座中大型核能發電廠的發電量！
張鈺炯說，其實許多電器用品的馬達時常是在低負載運轉，但是傳統感應馬達則採用分段式的定轉速來對應，然而低速運轉時，除了效率相當差外，所提供的環境要求的舒適度也不易達成，大部分需求只要微弱風，但是機器卻無法達成。為了解決這些問題，可無段變速且具高效率低速運轉的永磁無刷馬達應用技術，就應運而生。
運轉效率提升，節能一把罩
能環所完成的無感測完整驅動控制模組化，8及32位元磚用晶片，馬達驅動完整功能，價位具國際競爭力。(工研院能環所／提供)
永磁無刷馬達應用可以提升設備運轉效率，進而達成節能的顯著效果。「我們曾以同一座電扇運轉一定時間來做實驗，比較傳統定速感應馬達與永磁無刷馬達的節能能力。採用永磁無刷馬達的電扇，於強速運轉時可省電50％，而在弱速運轉時可省電達70％！」張鈺炯以實驗數據說明永磁無刷馬達的效能。
「永磁無刷」是電機產業的專有名詞，指的是：在馬達轉子上裝置磁鐵，以具有馬達電流換向控制功能的IC晶片驅動電力開關模組（俗稱功率模組），用以控制馬達的運轉，不需使用如傳統直流馬達要使用的碳刷，來進行電流換向而控制馬達運轉。
驅動控制器是永磁無刷馬達的重要零組件之一，除了負責輸入電力的開啟與轉換，並驅動馬達轉動之外，還要接受設備系統對功能需求的感測資訊，以進行解析與決策，而使系統設備達成高效能的運轉；而其中的關鍵元件之一，便是要具有功能強且成本具競爭力的控制晶片。張鈺炯驕傲地說，「我們與IC設計公司合作，發展出具驅動永磁無刷馬達進行無位置感測的驅動控制專用晶片，是亞太地區除了日本以外，第二個擁有此技術的國家，而且已完成商用模組化的量產製作。」
若驅動控制器的功能加以延伸，將可成為智慧家電的基礎建設。張鈺炯解釋，因為它本身具有高速運算、類比轉數位及數位轉類比等多輸出入的功能，如果能結合台灣產業基盤堅實的消費性電子與網通IC技術，如此一來，人雖不在屋內，也可以控制所有的家電。
形成聯盟，突破日本障礙
經濟部能源局、工研院能環所扮演關鍵推手，良峰、瑞智、新唐等企業緊密配合，推出第一部由國人100％自製的變頻冷氣。(工研院能環所／提供)
永磁無刷馬達的應用範圍很廣，可用在壓縮機、風機、閥、泵、傳動機構、發電系統，橫跨了冷凍冷藏、車輛、空調、能源、工業、國防、航太等產業，而且早與我們的日常生活息息相關，譬如目前大家耳熟能詳的DC變頻冷氣，就是採用永磁無刷馬達的技術。
工研院的「永磁無刷馬達與驅動器實用化」計畫，是由能環所與機械所共同合作研發，於2009年獲得院內的成果貢獻金牌獎。獲獎的原因，除了技術的前瞻性外，更值得一提的是，此技術協助促成台灣馬達產業的上中下游形成聯盟，提高整體產業競爭力，所鏈結形成的聯盟技術能力，足以媲美日本，是該計畫獨特之處。該聯盟成員包括：上游的電磁鋼料提供者、中游的鋼片沖裁廠與馬達製造廠，以及下游的壓縮機製造廠與馬達應用設備製造廠。
過去永磁無刷馬達的上游材料－－高品級電磁鋼片，都只能仰賴日本進口，不但價格高，而且容易受人箝制。張鈺炯說，「我們協助中鋼公司，讓他們了解壓縮機產業對於電磁鋼片的驚人需求，以及性能規格的要求方向，因而促使該公司願意積極投入。」現在中鋼與下游廠商緊密合作，共同設計輸入(Design in)，打破以往鋼料只賣給中游沖裁廠的商業模式。在中游的沖裁廠方面，則以協助共同開發優質化公模為方向，協助國內傳統少量多樣的馬達應用端，提高效益與節省成本。
除了技術援助、聯盟的形成，對於下游的廠商，更協助其突破專利的瓶頸。由於永磁無刷馬達的應用，在日本已經發展了20年，因此日本廠商建構了相當不易突破的專利障礙。「我們聯合了交通大學機械所，於壓縮廠產品設計的初期，即協助合作業者進行完整的專利蒐詢、解析與規避，進而提出具製作與性能競爭力的國際專利申請；同時，委請交大科技法律研究所協助進行專利無侵權判定的確認，而使業者的壓縮機產品無後顧之憂，可以外銷日本。」具體成果是協助瑞智公司成為日本家電大廠第一次向外採購非日系變頻壓縮機的廠商，特別是在產品的性能與價格上，皆最具競爭力。
【完整內容請見《工業技術與資訊》2009年11月號第217期】