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作者:陳柏志、楊竣翔、鄭詠仁量子機械於能源領域最新研發技術現況

在能源領域中，古典的熱機(如引擎)因受熱力學循環(如卡諾循環、奧圖循環)的限制，其工作效率面臨熱力學極限，因此須尋求突破此一困境的解決方法。隨著量子力學的發展，使得量子與古典熱力學結合，成為全新的量子熱力學。因此，量子熱力學的發展與應用將是解決古典熱力學中熱力學極限的重要途徑。本文將針對量子機械於能源領域最新研發技術現況，包括量子熱引擎、冷凍機與熱泵等進行介紹，使讀者瞭解目前量子熱機的發展趨勢。未來可以透過量子技術研發更高效率的熱機，突破傳統熱機的瓶頸，建立量子熱機工程，開發全新的量子熱機產品。

作者:陳柏志、鄭泗東、鄭詠仁、陳俊漢、顏鴻程、翁英哲氮化鎵功率元件之散熱封裝技術

在本文中，為提升氮化鎵功率元件的效能，我們開發一種具有新式封裝的矽基氮化鎵高電子遷移率電晶體（GaN HEMT）元件。為增進此元件的散熱性能，特別設計了一個具有V型凹槽的銅基板，使元件貼附在V型凹槽中，並且承載在TO-3P的導線架上。封裝結構設計在元件的周邊表面上以提升矽基板的散熱效果，並研究結構設計與製造程序對元件效能與熱阻的影響。使用紅外線熱影像儀與微拉曼光譜儀來實際量測元件之溫度分布及傳熱情形，並比較兩種量測方法的實驗結果。由實驗結果得知，此單晶片在100 V的汲極偏壓下具有22 W的功率散逸。在提升氮化鎵電晶體的散熱性能之後，將進一步使採用氮化鎵功率元件的變頻器的效率更高、體積更小，達成節能減碳的目標。

作者:翁英哲、鄭詠仁、顏鴻程、陳俊漢、陳柏志泵浦系統節能技術

據調查目前泵浦設備的用量是僅次於馬達的用量，可見泵浦設備所帶來之能源消耗亦不容忽視，因此有效提高泵浦設備的能源使用效率對節能工作上也是具有重要意義。一個良好的泵浦系統架設，除了對系統的實際需求進行設計規劃外，泵浦設備的選用亦是影響整個系統的能源使用。除了泵浦設備的選取應配合系統需求搭配適當的類型與規格外，設備本體所具有的效率以及管路的搭配上，也是一個重要的因素。泵浦系統之效率評估因素，主要包含有泵浦本體的效率、帶動馬達的效率，以及泵浦本體與馬達連結之傳動效率，而管路之串並聯也是依系統需求作變更設計，這些因素的好壞是會直接影響到泵浦系統的能源使用。

作者:陳柏志、鄭詠仁、陳俊漢、翁英哲、顏鴻程直流無刷薄型馬達之電磁熱固耦合分析技術

本研究針對具有雙氣隙楔型定子的直流無刷薄型馬達進行其電磁與熱耦合分析，以獲得其運轉時的溫度分布，並進一步分析定轉子的熱變形對氣隙長度的影響，以做為定轉子結構設計與材料選擇的參考。為精確地計算薄型馬達的熱損失，係採用有限元素法，並以ANSYS軟體進行電磁熱固耦合分析，建立馬達熱分析的模擬平台。本模擬平台包含建立幾何模型，網格劃分，計算條件設定（例如初始條件或邊界條件等），求解與後處理。由電磁的模擬結果可知所開發的薄型馬達在輸入三相電流值約為5A時，其銅損與鐵損的最大值分別約為52W與23W，另外再由熱模擬分析可知當輸入電流為5A與空氣的自然對流係數為10 W/（m2℃）時，定子的最高溫為67.7℃，而馬達的外殼溫度66.8℃，此時分析其熱變形，得知在此條件下與原氣隙長度相較其氣隙長度的變化量非常小。

作者:翁英哲、顏鴻程、陳俊漢、鄭詠仁、陳柏志離心風機性能設計技術與案例分析

本研究利用自行開發之風機設計軟體CFDC（Centrifugal Fan Design Code），並藉由商用流體力學計算軟體STAR-CD驗證設計流場現象，協助離心風機業者開發新產品，提高產品價值與競爭力。主要設計參數為葉輪直徑、葉片出入口角度、葉片厚度、葉片數與機殼寬度，並以比速度（Ns）作為設計參數依據。文中並以高壓風機為案例，經過設計與模擬驗證後，本高壓風機產品之效率為77.8%、風壓為864 mmAq、風量為80 CMM（m3/min）、軸動力14.9kW，超過國外大廠SHOWA相同規格之產品效率達到15.2%。

作者:陳柏志、顏鴻程、楊竣翔、鄭詠仁智慧化泵浦系統嵌入式感測技術現況

隨著物聯網、工業4.0、大數據迅速發展，工業產品皆不斷地朝智慧化的腳步前進。馬達動力系統中的泵浦的耗能佔22%，因此如何使其智慧化以產生節能的效益是一個重要的議題。本文將針對智慧化泵浦系統與嵌入式感測進行介紹，包括智慧化泵浦的市場、國際主要大廠的智慧化泵浦系統發展現況，以及嵌入式感測技術的內容與發展現況。期望本文的內容可做為未來國內發展智慧化泵浦嵌入式感測技術之參考，使研發人員瞭解目前該技術之發展現況，以縮短其技術發展規劃與完成目標之時間。

作者:陳柏志、鄭詠仁、翁英哲、陳俊漢、顏鴻程直流無刷薄型馬達之熱流場分析技術

針對具有雙氣隙楔型定子的直流無刷薄型馬達，本文進行熱流場分析以獲得其運轉時的定轉子與外殼的溫度分布，並做為薄型馬達散熱設計的參考。本文採用有限元素法，以精確地計算薄型馬達的熱損失，並使用ANSYS軟體進行電磁、流場與熱場耦合分析。電磁模擬方面主要是在輸入三相電流值約為10 A時計算薄型馬達的銅損（最大值約136W）與鐵損（最大值約30W），並將流場模擬軟體所得到的表面對流係數值同時輸入穩態熱模組中進行計算。由模擬結果可知在徑向散熱中，在同樣的出口流速下（如5m/s），四孔散熱的導流罩比兩孔散熱的導流罩之散熱效果較佳，且散熱較平均。在軸向散熱中，在同樣的入口尺寸下，若入口流速愈大則定轉子與外殼的溫度愈低。在兩孔散熱之出口流速為5 m/s時，有散熱鰭片之定子溫度（72°C）比無散熱鰭片（233.9°C）大幅下降161.9°C，此外，徑向散熱與軸向散熱分析中，在馬達外殼加裝散熱鰭片皆比未加裝時散熱效果佳。

作者:蔡明發、陳柏志、鄭詠仁、顏鴻程、陳俊漢同步磁阻馬達之建模與向量控制器設計

同步磁阻馬達是一種同步機，但其轉子不像一般同步機那樣，需要在轉子繞線以激磁或裝置永久磁鐵，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，它也不會像永磁同步馬達那樣，其轉子磁鐵經年累月運轉後會產生磁性減弱的問題。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。故精確的馬達模型，以分析其特性與效率，以及其控制器設計，使其性能優化是非常重要的。

本文描述一個同步磁阻馬達之相變數模型之建構，以電磁、機電與機械三部份來推導感應馬達的數學方程式，並利用PSIM模擬軟體工具建立該同步磁阻馬達的相變數模型，仿如一實際的馬達操作，在其三相輸入端以電阻、電感與相依電壓源電路元件來建構其模型。所建模型的特色有二：一是三相定子輸入端是採用電路元件建立的，可以和馬達變頻驅動電路連接，以便做馬達驅動控制的整合模擬；二是負載轉矩輸入端是以數學函數元件建立的，可用數學函數的形式加入負載轉矩。給予三相輸入電壓的頻率並加入負載轉矩來模擬分析，驗證了該模型轉速穩態響應的正確性。

本文並提出以鎖相迴路為基礎的功率因數角量測電路，藉由機械功率與輸入電功率的比值，得出該同步磁阻馬達在不同負載轉矩情況下運轉時的能效曲線，並得出定子電阻大小是影響該馬達的能效的主因。

除此，本文並推導在同步旋轉座標之d-q模型，依此模型設計以轉子轉軸為導向的向量控制器，包含PI解耦電流控制器與包含一前饋補償器的二自由度PI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。

作者:陳仁聖、陳柏志目前世界上有關IE5高效率馬達之設計探討

目前國際上很多國家都把IE3 高效率馬達的效率標準，訂為其國家的法規標準（如歐盟）。未來國際電工委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）將制定IE5的效率水平，以便下一階段的實施。本文主要在探討目前世界上比較有名的馬達設備製造商，他們是如何在IE5效率尚未被規定為國際標準前，先一步的達到IE5效率馬達上的研究分析與創新方式，以為國內未來有志研究開發超高級效率IE5馬達的一些參考。借鏡他們的寶貴經驗，以縮短並節省投入的研發時程與寶貴的資源。

作者:陳柏志全球儲能系統與產業發展趨勢

在能源產業中，儲能系統為能源運用關鍵組成之一。本文將分成國際與國內二部分說明目前全球儲能產業的發展趨勢，包括各國的政策、儲能市場主要公司、儲能技術以及儲能法規發展。透過這樣的探討，將有助於讀者更加全面的瞭解目前國內外在儲能產業的發展現況，以掌握儲能產業的最新脈動與趨勢。為達成2050年淨零碳排的目標，世界主要國家都對能源或儲能的發展設定了目標，並實施了激勵政策與措施。由全球儲能系統的分析可知，目前最大的儲能系統容量是抽蓄水力，成長最快的儲能系統是電化學系統。除了抽蓄水力、電化學系統之外，氫能的發展也成為各國矚目的焦點。為了達成淨零碳排以及與世界先進國家綠色能源發展同步，我國也同樣依照我國的能源需求訂定相關的目標與實施方法，以加速我國儲能發展，提升電力供應的穩定性。

作者:陳柏志、葉治緯、范唯軒再生能源電池與超級電容混合儲能系統之應用與發展

本文將對再生能源的電池與超級電容混合儲能系統發展，以及在離網與併網系統的應用進行探討。首先說明系統架構，其次對各零組件的發展進行闡述，並說明目前的零組件包括鋰電池、超級電容、太陽能電池與系統電路模型，以及混合儲能系統在孤島微電網與併網系統的應用。最後說明在能源管理策略所使用控制策略與成本分析與優化。本文對再生能源結合混合儲能系統的分析與發展趨勢的闡述，將有助於研究人員對於混合儲能的應用與發展有進一步的瞭解，以減少研發時間，加速國內混合儲能產品的上市與擴大部署，以達到淨零碳排的目標。

作者:陳柏志、張存均、林正軒、林建羽高靈敏度磁感測技術研究

本文旨在開發高靈敏度磁感測技術，以突破現有磁感測器的性能限制，並拓展其在各領域的應用。以高靈敏度為開發目標，透過對於現有感測器的理論分析、材料結構與實驗設計，發展創新的技術，以達成高靈敏度磁感測技術。運用基於磁穿隧接合堆疊結構與磁通量導引結構等技術，所研究的感測器在室溫零場下的靈敏度高達4.66×104 %/mT，偵測率估計在1 Hz時約為23 pT/Hz1/2，100 Hz 時為2.3 pT/Hz1/2。整體而言，所研究的磁阻感測器在室溫高靈敏度低場測量方面具有巨大的應用潛力。本研究成果將有助於推動磁感測技術在汽車工業、導航、生物醫學、材料科學等領域的應用。

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