機械工業網 - 機械工業雜誌 - 機械產業的入口網站

作者:魏加恩、楊士進、謝伯璜應用於氫燃料電池超高速空壓機驅動器設計

氫能為潔淨能源，具發展潛力。氫燃料電池系統中，空氣壓縮機為超高速永磁同步電機，其控制目標是將空氣中的氧進行壓縮，穩定提供燃料電池電堆反應所需氧氣。超高速空壓機控制器性能會決定電堆電壓穩定性、壽命，故應用於燃料電池的電機驅動系統是重要研究方向。本文介紹超高速永磁同步電機驅動系統，並提及硬體架構與關鍵元件，接著介紹無位置感測器磁場導向控制。最後透過實驗確認空壓機加速性能、驗證此系統應用於氫燃料電池之可行性。

作者:Uma Sankar Rout、邱俊凱邁向100 kWL之 800V SiC電動車馬達驅控器高功率密度設計演進

隨著電動車（EV）動力系統朝向小型化與高效率發展，電動車馬達驅控器逐步轉向高電壓 800 V 碳化矽（SiC）架構。本文說明工研院所開發之 800 V SiC 馬達驅控器的設計演進歷程，由採用薄膜直流鏈電容、已完成驗證之 60 kW/L 設計，進一步發展至透過陶瓷直流鏈電容整合以邁向 100 kW/L 之次世代架構。

透過雙脈衝測試、紅外線熱影像與動力計實驗結果顯示，在高速切換之SiC 馬達驅控器中，直流鏈寄生電感相較於電容容量大小，更主導切換應力與電壓過衝行為。研究結果證實，結合適當切換頻率與布局設計之陶瓷直流鏈電容，為實現超高功率密度電動車馬達驅控器提供一條可行的工程路徑。

作者:彭俊穎、王郁仁以控制器伺服馬達電流監測切削力變化及刀具磨耗技術研究

隨著工業 4.0 發展，製造業導入人工智慧與大數據技術，以提升生產效率與競爭力。傳統刀具磨耗監測需拆卸刀具，導致機器停機並增加成本。為克服此限制，本研究探討透過控制器伺服馬達電流監測切削力與刀具磨耗。實驗使用亞崴五軸工具機（FV560），變換切削參數以收集西門子控制器（840D）的主軸馬達電流訊號並建立切削力模型。透過快速傅立葉轉換（Fast Fourier Transform, FFT）與希爾伯特-黃轉換（Hilbert-Huang Transform, HHT）提取刀具磨耗相關特徵。結果顯示，切削力與主軸電流呈線性關係，且電流訊號會隨刀具磨耗變化而改變，FFT 與 HHT 分析結果高度吻合，驗證了電流監測方法的可行性。

作者:蕭鈞毓、陳志豪、李侃峰、翁英哲應用弱磁控制提高SPM馬達轉速極限

馬達為產業界廣泛使用的動力來源，例如汽車、自動化、機器手臂、紡織機等，其中又以永磁同步馬達(PMSM)的表面貼磁類型(SPM)有效率高、壽命長、體積小、速度可隨命令變動、控制單純的特性，是產業界在選擇旋轉電機時的最佳首選。本文使用市售的SPM馬達，搭配德州儀器DSP與Code Composer Studio進行馬達反電動勢確認，加入直軸(Id)電流進行弱磁控制，突破原本馬達的轉速極限，觀察運轉特性。此技術可使業界擁有自行確認馬達參數的能力，並且當應用需要有更高轉速或更廣運轉範圍的條件下，以此方式達成轉速目標，無須再另外選用其它規格的馬達，具有降低成本目的。

作者:陳以恩、黃靖倫、葉信典、楊士進無人機直流無刷馬達無感測器驅動開發及測試

本文為開發大功率無人機馬達(42極4kw外轉子BLDC)應用之驅動系統，搭配以六步方波PWM無感測器驅動之演算法，使得馬達順利在空載及滿載的情形下，由Duty 0加速至100 %而不出現失步的情形，並試圖將其運用在工研院機械所開發之商用無人機上。本文主要分為四個階段：(1)建置實驗平台(2)無感測器演算法撰寫(3)空載Duty 0-100 %加速測試 (4)滿載(40吋扇葉) Duty 0-100 %加速測試。本測試改善文獻[1]所提出演算法之系統動態響應，並在實際的無人機上進行測試。針對Duty0~100 %不失步之目標，實際測試所開發之無感測器演算法，並針對無人機馬達運轉結果優化其演算法。

作者:吳至強、張欣宏碳化矽高功率密度電動汽車驅動器開發功率密度電動汽車驅動器開發

本研究目的為開發一高功率密度及高效率馬達驅控器，特別針對電壓與元件做升級優化，導入碳化矽功率元件，以達成98 %驅控器效率及單位體積功率密度40 kW/L之目標，後續將整合驅控系統做整體性能優化，以進一步改善系統體積及精進功率密度。本研究探討高壓高功率馬達驅控器的設計流程，包含：SiC高壓功率開關，直流鏈結電容規格的設計選用，雙脈衝測試，溫度估測技術，及驅控器機構布局。我們已成功開發出國內首例碳化矽馬達驅控器，具備98.4%高效率及42.8 kW/L高功率密度，可應用於高壓大功率之電動貨車或巴士，提供動力驅控器國產自主開發方案。

作者:張鈞傑、沈文哲、林俊安、丁家敏、張正敏、彭昌明高功率馬達設計與驅動技術

永磁馬達具有高功率密度、高響應、體積小等優點，近年來廣泛應用於電動載具與工業自動化製程設備。在馬達設計方面，依照需求的扭力轉速曲線進行電磁分析開發，馬達驅動器採用弱磁控制與最大轉矩電流比方法執行馬達控制功能。本文將分別說明高功率馬達電磁設計流程與高速馬達驅動控制方法，並使用軟體進行模擬驗證。

作者:龔應時、楊迪、林易德無感測器永磁同步馬達速度控制器之設計與模擬

本文主要設計無感測器永磁同步馬達速度控制器之數位硬體智財（IP），並以模擬驗證之。首先，在無感測技術方面，乃利用擴展式卡爾曼濾波器（extended Kalman filter）直接估測馬達之磁極角度與轉子速度以回授給電流迴路之向量控制與速度迴路之速度控制使用。為了提高速度控制之性能，在速度迴路方面，採用模糊控制器。接著，上述所提無位置感測器永磁同步馬達之磁極角度與速度估測器，模糊控制器等，將以VHDL （very high speed IC hardware description language）語言來描述其電路行為，並以有現狀態機器來設計以減少數位硬體資源。最後，將結合ModelSim及SimuLink之環境來共同模擬本文所提之數位硬體IP，以證實其正確性與有效性。

作者:徐偉晉車用永磁同步馬達之主動短路保護策略設計

本文提出一套適用於電動車用永磁同步馬達之主動短路保護策略，透過控制功率模組之開關狀態，主動約束系統能量之流動路徑。當系統發生異常時，該策略可使故障電流侷限於馬達驅控器與馬達之間，避免能量逆灌至直流母線，進而降低高壓電池及其他關鍵元件的損壞風險，提升整體車輛系統之安全性與可靠度。文章內容涵蓋主動短路保護策略之控制原理與設計考量，最後以一顆電動車用永磁同步馬達作為實例進行模擬驗證，結果顯示所提出之策略能有效達成故障保護目的，具備應用於電動車及其他馬達驅動系統之實務可行性。

作者:史偉群、葉賜旭、謝鎮洲基於生成式人工智慧之永磁直線同步馬達驅動控制參數智慧優化策略

為解決高階運動控制系統參數調整的挑戰，本研究聚焦於永磁直線同步馬達，提出一套結合生成式人工智慧的智慧優化策略。本方法以延伸型比例-比例積分控制模型為基礎，透過大規模模擬建立數據資料庫，並且設計結構化提問機制，引導生成式人工智慧建構邏輯推理鏈，以辨識參數敏感度且推導最佳調整順序與區間。經模擬與實機雙重驗證，證實此智慧調參方法能顯著提升效率、縮短試驗時間，並且具備跨資料整合與推論能力。本研究不僅突破傳統限制，更為智慧製造領域提供一具實務性與創新性的參考架構，驗證生成式人工智慧在高階驅動控制的應用潛力。

作者:彭俊穎、王郁仁以控制器伺服馬達電流監測切削力變化及刀具磨耗技術研究

隨著工業 4.0 發展，製造業導入人工智慧與大數據技術，以提升生產效率與競爭力。傳統刀具磨耗監測需拆卸刀具，導致機器停機並增加成本。為克服此限制，本研究探討透過控制器伺服馬達電流監測切削力與刀具磨耗。實驗使用亞崴五軸工具機 (FV560)，變換切削參數以收集西門子控制器 (840D) 的主軸馬達電流訊號並建立切削力模型。透過快速傅立葉轉換 (Fast Fourier Transform, FFT) 與希爾伯特-黃轉換 (Hilbert-Huang Transform, HHT) 提取刀具磨耗相關特徵。結果顯示，切削力與主軸電流呈線性關係，且電流訊號會隨刀具磨耗變化而改變，FFT 與 HHT 分析結果高度吻合，驗證了電流監測方法的可行性。

作者:吳至強車載動力暨電力轉換器技術趨勢與挑戰

本文回顧並探討電動車動力與電力系統中馬達驅控器與車載充電器(On-Board Charger, OBC) 之趨勢，包含 US Drive、EU 2ZERO 技術目標，並對國際車電充電規範、電壓、功率、功率密度與效率、及現況作分析。針對馬達驅控器與車載充電器之趨勢，工研院機械所智慧車輛組積極佈局開發高效率高功率密度之馬達驅控器與雙向充電車載充電器，以解決現階段電動汽車續航低及車輛空間受限的問題。透過導入國際標竿產品做分析參考，期能超越美國 US Drive 2025 年之功率密度目標，進而佈局 2025 年後之動力與電力系統發展。

歷史雜誌