機械工業網 - 機械工業雜誌 - 機械產業的入口網站

作者:石亞文高效能電動動力系統軟切換技術發展

本文主要為工研院與維吉尼亞理工學院共同針對電動化車輛之電動動力系統性能的提昇而進行Soft-Switching與相關控制策略應用之技術發展合作。本研究中將進行Soft-Switching驅動控制器之硬體電路分析及設計；其中包含功率元件之規格效能驗證，再來即導入Adaptive Timing控制技術以達Soft-Switching幾乎零功率損失切換之功效。最後，再利用Advanced Control技術配合電感性負載及電動動力馬達進行驗證，以達成電動動力驅動控制器最高性能99 %及全域高效能之目標。如此，全域超高效能之馬達驅動控制器將可有效的提昇電動動力系統之整體效能，以達電動車輛能耗的降低及續航里程的延長，並可對應到將來電動化車輛（EV or xEV）系統的應用。

作者:關暘、吳敏全電動車用內置式永磁馬達之V型轉子磁鐵配置設計

本研究由工研院機械所與英國雪菲爾大學共同合作，針對機械所發展之50 kW車用內置式永磁馬達進行不同轉子磁鐵之配置分析，研究二種雙層磁鐵配置，包括雙V和三角配置，以及其幾何尺寸調整下對性能提升的影響。本研究針對轉子軛鐵肋寬進行最佳化提升扭矩輸出，並比較分析在相同之定轉子體積尺寸與磁鐵用量下，雙層（雙V）磁鐵配置可提升整體馬達性能。

作者:余守龍、謝旻甫應用於無人飛行載具之整合式起動馬達-發電機研發

本文旨在敍述研製應用於無人飛行載具之整合式起動馬達-發電機，可直接驅動並起動載具引擎，當引擎起動後便發電提供航電儀器使用。此一體式及直驅設計可減少空間與重量、降低齒輪損耗，達到提升效率之目的。文內所舉之起動發電機係使用高性能稀土磁鐵，具有高功率密度、高轉矩密度、高效率與少維修等優勢。然而考量稀土磁鐵之組裝與充磁問題，在文內提到以「組裝後充磁」製程技術來設計製作起動發電機。文內並評估負載需求與後充磁限制，制訂起動發電機規格，並以等效磁路設計其尺寸，再透過有限元素分析模擬其特性與性能。在組裝後充磁方面，文章內有分析各種充磁接線方式所造成之不同線圈阻抗，以及其如何影響充磁電流與充磁磁場，並選定一種接線方式進行充磁實作。最後，以實驗方式比較驗證「組裝後充磁」與「充磁後再組裝」之起動發電機性能。

作者:詹瑞麟、沈宗福、吳江龍、盧江溪2013全球馬達節能推動現況與趨勢展望概述

馬達為主要用電設備，佔全球總用電的46 %，在工業用電中則高達64 %以上，為因應全球能源環境需求，各國於二十多年前已陸續推動馬達動力設備節能相關工作，本文針對2012年為止之全球推動現況與2013年以後之發展趨勢展望進行概要介紹，以協助各界了解並據以推動馬達動力設備節能與技術發展。

作者:蔡明發、李迪章、曾仲熙、陳譽元、林正軒、彭文陽軸向磁通永磁馬達之模型建構與向量控制設計

近幾年來，軸向磁通永磁馬達（Axial-Flux Permanent Magnet Motor, AFPM）因具有高效率、緊密結構與高轉矩密度等特性，吸引著工業界的注目，並已廣泛應用在電動車與飛輪儲能等系統上。在這些應用中，需要馬達平穩的運轉，以避免震動與噪音干擾，因此，精確的馬達模型與其控制器設計，使其性能優化是非常重要的。本文建立一個軸向磁通永磁馬達之模型並設計其向量控制器，首先推導此軸向磁通永磁馬達在三相靜止座標之數學模型，其中電磁轉矩方程式具有頓轉矩漣波，再利用PSIM模擬軟體所具備的電路元件、數學運算與轉移函數等功能來建構與驗證此模型，此模型具有三相電壓輸入端與負載轉矩輸入端，可以很方便直接地將此模型方塊連接到整體馬達驅動器的PWM變頻器；並做負載轉矩與馬達參數不準度和變化等整體馬達驅動器性能的評估與模擬，轉矩響應模擬結果並與利用ANSYS Maxwell有限元素分析法之結果做比較，以驗證其正確性。之後，進一步推導在同步旋轉座標之d-q軸模型，依此軸模型設計以轉子磁場為導向的向量控制器，包含PI解耦電流控制器與二自由度轉速控制器，模擬結果顯示所設計的控制器對轉速命令與負載轉矩的瞬間加入皆有理想的轉速響應，並且馬達轉動慣量參數在 60 %的不準度時，仍有穩定的轉速響應，但在低轉速時可看出轉速響應上有明顯的漣波，是頓轉矩所造成，有待進一步設計更高階的控制器來消除此頓轉矩漣波效應。

作者:蔡孟勳、羅任添、粘濠偉、李建毅工業用串列通訊介紹-以EtherCAT協定為例

本文首先介紹常用之工業通訊協定並比較各種協定之性能，然後針對EtherCAT通訊進行詳細的介紹，其中包括整體架構、協定及各個功能模組的說明。透過整合DSP 28335與EtherCAT ET1100網路晶片，我們成功開發了具EtherCAT網路通訊之馬達驅動系統，並透過實驗驗證此驅動器系統能達到多軸馬達同步控制之目的。最後，為了驗證所開發的主站程式能夠應用於商用驅動器，我們介紹CANopen over EtherCAT（CoE）的概念，並以此概念撰寫主站通訊程式以成功地與具有EtherCAT模組的Yaskawa Σ-Ⅴ驅動器進行連線控制。

作者:徐銘懋、陳譽元、張朝信、彭文陽、林正軒馬達試驗項目概述

馬達為日常或工業最大應用的動力載具系統，尤其是感應馬達的應用更為廣大。現今因為提倡IE3馬達等高效率電機的使用，都會進行電機的特性驗證，以符合國際電工委員會IEC 60034-30-1標準，達到省能的目的。本文主要提出電機常用的多樣測試項目，包含高壓絕緣、層間短路、直流測試等主要電機特性量測。驗證結果為電機使用者或製造者所需知悉的項目，以挑選符合所需的電機或修正馬達製造的參數。

作者:蔡明發、曾仲熙、陳俊漢、楊竣翔同步磁阻馬達之單位電流最大轉矩控制器設計

同步磁阻馬達是一種同步機，比感應馬達有較高的能源轉換效率，它的轉子不像一般的永磁同步馬達安裝磁鐵，故不會有馬達因經年累月運轉造成轉子磁鐵磁性減弱的問題，它的轉子材料是如矽鋼片的導磁材料，藉由轉子凸極現象造成磁阻的不均勻，來產生力矩而轉動，故其構造簡單，具有堅固的特性，近年來吸引著工業界的注目。精確的馬達模型及控制器設計，使其性能優化是非常重要的。

本文設計同步磁阻馬達的單位電流最大轉矩（maximum torque per ampere, MTPA）控制器，是向量控制器設計的延伸，得出d軸電流參考命令與q軸電流參考命令的關係，MTPA控制的q軸電流命令是由轉速控制器產生；d軸電流命令是q軸電流命令的負值，如此可得到最佳化的設計，提高效率。模擬結果顯示在相同的轉速命令與負載轉矩之下，在MTPA控制情況下，可得最小定子電流大小的值，因此是最佳化的設計，在加載情況下，對給予的轉速命令有理想的轉速與電流響應。

作者:吳昱勳、邱國麟、張正敏、彭昌明高效率感應馬達複合轉子材料設計

本研究旨在針對感應馬達轉子複合導體材料之製程與效率，轉子導體採用鋁與銅二種複合材料組成，研究過程中利用有限元素分析，探討鑄鋁以及銅鋁複合轉子對感應馬達電流密度與效率的影響，分別以鑄鋁及銅鋁複合製作馬達實體進行測試，最後對馬達的效率進行討論。

作者:黃雅琪永磁與磁阻馬達市場發展機會與挑戰

感應馬達具有低成本、環境耐受度高等優點，長期獨霸工業用馬達市場。然而，近年隨各國政府陸續提高馬達最低能效標準，以及國際電工會（International Electronics Committee, IEC）公布IE5標準，感應馬達逐漸面臨技術極限。近期國際大廠所發表效率滿足IE4、IE5的馬達產品，大多為永磁或磁阻馬達，顯見在高效率趨勢下，同步馬達市場商機已開始浮現。本文首先說明全球馬達MEPS政策趨勢，其次分析永磁與磁阻馬達優勢與挑戰、市場規模，以及廠商技術佈局動態，藉此一窺永磁與磁阻馬達市場與產業發展趨勢。

作者:詹瑞麟、沈宗福、吳江龍、盧江溪2017全球馬達節能推動現況與趨勢

作者:藍亦維、林國楨、張伯華、楊涵評電動車用馬達多重物理耦合分析與驗證

金屬雙極板具有低成本與高機械強度的特性，但是質子交換膜燃料電池的金屬雙極板因為操作在溫度較高的硫酸環境中，所以金屬板會遇到腐蝕的問題。透過雷射披覆碳膜於金屬雙極板上可提供抗腐蝕之保護。

歷史雜誌