本文首先說明BLDC(Brushless DC)外轉子無刷馬達的結構與應用特性,並針對國內風扇節能標章現有基準值、產品及國際產品的效能進行基本比較,此外經產業調查和訪廠後發現國內風扇產品在BLDC化的時程相對於壓縮機是緩慢的,可能的產業瓶頸包括:(1)稀土磁石與製程受控中國及日本、(2)關鍵IC受控於國際大廠,國內缺乏自主能量、(3)國內缺乏整合跨領域(馬達/風扇/電力電子/控制)的供應鏈模型。針對上述瓶頸,本文提出了幾項可能的發展對策: (1)鏈結國內馬達廠開發非稀土(鐵氧系)、高效率高性價比之外轉子 BLDC馬達驅控模組、(2)鏈結國內IC廠開發DC變頻風扇專用之低成本之無感測MCU及高/低壓功率元件、(3)鏈結國內模組廠開發住商用吊扇、通風扇、吸頂扇等模組與零組件標準化技術。期能藉由上述的發展對策,提供國內馬達製造、電力電子與IC產業、終端模組廠與國內品牌商等作為技術開發、產業結盟或競合策略推動的參考思維。
研究背景簡介
根據國際能源署(IEA)模擬的二氧化碳減半情景預估,被視為「Wedge/Gap Technologies」之關鍵技術與二氧化碳減量與貢獻比例如下:(1)能源使用端效率47%;(2)供應端發電效率7%;(3)再生能源21%;(4)核能發電6%;(5)碳捕獲與封存19%。因此針對能源使用端效率管理部分,世界各國皆以(1)推動耗能器具高效率化與(2)嚴格訂定能效管制標準及能效分級制度,為主要推動方案[1]。
加速能源科技研發並輔以提升產業競爭力,加速淘汰不適用於台灣現有能源限制的高耗能產業,創造新的能源經濟以引領台灣能源供需體系逐步邁向低碳化及高值化為首要目標。盤點各項能源科技的經濟與節能效益後發現,最易落實推動的首推節約能源科技。為達成我國政策所訂定相關節能目標,勢必須推行各產業之高效率節能技術研發與推廣應用。我國在推動節能系統與設備技術之推廣主軸包含:(1)以政府委託法人研究機構進行技術開發,民間企業以先期參與等方式進行合作研究,降低產業界在面對創新技術挑戰時的研發投資風險。(2) 研發之技術成果技轉廠商或業界。(3) 運用國家政策法規、獎勵補助、能效管制等提升巿場產品效率,加速高效率產品普及,落實節能目標[1]。
根據 [2]指出,永磁無刷馬達具有高效率、低噪音、體積小及重量輕等優勢,可大幅取代感應馬達、直流有刷及步進馬達。永磁無刷馬達即為馬達的轉子使用永久磁石且無碳刷(機械換相)機構而採用驅動器進行電子換相,調控轉速的功能如同直流(DC)馬達,因此國際巿場皆簡稱其為BLDC(Brushless DC)馬達。
BLDC馬達之市場暨應用領域分析
近年來為滿足器具(產品)節電、體積小及安靜等要求下,不少家電產品已由感應馬達轉採用BLDC馬達,如壓縮機、空調機之室內外機風扇等,帶動新一波產品高值化發展。工研院產經中心(IEK)研究報告[2],整理出BLDC馬達主要應用市場(圖1)顯示,除家用空調器具大量導入BLDC馬達外,許多小馬力之工商業流體機械產品,亦逐漸開始評估導入BLDC馬達。
觀察全球BLDC馬達的前10大製造商,可發現除了硬碟(HDD)及光碟設備(ODD)外,家電產品與辦公事務機器(影印機、印表機等)已成為BLDC馬達製造廠布局的新重點[2]。全球BLDC馬達的前10大製造廠商布局如表1所示。
BLDC外轉子無刷馬達之結構說明與應用特性
BLDC馬達的型態與應用分類如圖2所示。在冷凍空調領域大量使用壓縮機的產品如空調機、熱泵、冷凍機、除濕機等,多屬於內轉子型的BLDC馬達;過去10餘年來在經濟部能源局輔導推動下,已協助國內逐步建立完整供應鏈,並已由國內領導廠商建構了國際級的量產線而行銷至國內外。...更多內容,請見《機械新刊》雜誌