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抓住電動車馬達的三大發展趨勢

2018-06-14 16:41智動化

【作者: 王景新、籃貫銘】

2018年6月(第37期)
2018年6月(第37期)
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電動車已是全球車業的共同發展趨勢,不僅業者全力投入,全球政府也陸續訂定法規要在一定的年限內將燃油車的比例大幅調降。

由於政府與業者的帶動,電動車的發展也隨之加速前進。國際市場研究機構 IHS Markit近期就預測,至2025 年全球EV(電動車)的年度銷售量預估將達到 458 萬輛,佔新車銷售量比重約 4.2%。另外一家市調機構Frost&Sullivan則指出,全球EV銷售量將從2017年的120萬輛,增加到2018年的160萬輛,並在2019年進一步上升至200萬輛左右。

所以從年成長率來看,在未來的十年內,電動車市場將維持在20%以上的高檔,並接下來的二十年之後,成為購車的首選,躍居市場主流位置。而其相關的供應鏈與零組件自然也就炙手可熱。

圖1 : 電動車馬達的關鍵主戰場已經拉高到最上游的設計端。圖為富田所研發的電動巴...
圖1 : 電動車馬達的關鍵主戰場已經拉高到最上游的設計端。圖為富田所研發的電動巴士馬達(攝影/籃貫銘)
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而在電動車的關鍵零組件之中,以電池、馬達與電控模組最為主要。目前成本最高的是電池的部分,至於馬達則是台灣的擅場。而相較於其他應用,電動車的馬達有非常不同的需求,不僅在轉速上需要高性能和高穩定性,同時在節能方面也有更高水準的要求,因此其製程技術就有其獨到之處。

電動車馬達三大發展趨勢

財團法人金屬工業研究發展中心精微成形研發處副處長花瑞銘接受《智動化》專訪,暢談國內電動車產業的趨勢、機會和挑戰,其中,提及台灣上中下游供應鏈完整,只要適切整合,便可在快速開發領域取得領先地位,令國外廠商趨之若鶩。

隨著電池成本快速下降、加上低維修與燃料成本,三重優勢之下,國內外研究報告均指出,2022年到2025年後電動車就會成為民眾購車首選。就維修層面來看,傳統燃油車常更換機油保養,電動車免換機油、馬達也不易壞。此外,電動車煞車主要靠馬達,很少用到煞車皮。就社會面來看,電動車維修需求少,馬達是最關鍵零組件。花瑞銘分析,效率佳、重量和體積小,但輸入功率(扭力)維持,以及成本降低是電動車馬達發展三大趨勢。

圖2 : 金屬中心精微成形研發處處長花瑞銘說,台灣電動車供應鏈具少量多樣化的競爭...
圖2 : 金屬中心精微成形研發處處長花瑞銘說,台灣電動車供應鏈具少量多樣化的競爭優勢。(攝影/王景新)
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馬達90%由金屬組成,金屬中心具備審視金屬材料是否能加工出來的能力,避免設計端至製造端產生落差。包括:鋼片沖切,繞漆包線,磁石成形,馬達組裝等金屬加工、製造技術。

但現在的趨勢是,安於基礎金屬加工、製造技術,恐怕有被淘汰的風險。「國外下訂單(OEM),台廠按照規格做就好。如果沒有自主研發模擬的能力,根本不敢變動。」因此,關鍵主戰場已經拉高到最上游的設計端,「想要具備自主設計能力,就必須模擬設計馬達,如何讓體積、重量、成本最佳化。」

花瑞銘表示,好比電動跑車著重瞬間動力;電動房車講究平順安靜;海灘型電動車則要考量防震、防塵等功能,「馬達結構設計就會不一樣。」上游設計部分,金屬中心攜手國內首屈一指的成大馬達科技研究中心,透國模擬軟體,設計出與實際運用無落差的馬達。

如何降低馬達成本?花瑞銘說,矽鋼片沖切材料如何更省,「小尺寸節省矽鋼片使用,馬達結構小型化,不用永久磁石改以同步磁阻馬達,新設計取代BLDC,都是方法。」還有針對馬達磁場路徑,省略無用的材料、結構;磁力線、散熱材料選擇等。

台灣馬達產業具快速開發優勢 人才和資金是挑戰

事實上,針對應用需求來設計馬達,也是趨勢之一,攸關競爭優勢。花瑞銘直言:「做些規格化的馬達沒有競爭力。」換言之,少量多樣的客製化馬達將會成為市場新寵,例如:歐洲各國家地形、氣候不同,北歐緯度高濕氣重,馬達設計就跟荷蘭不同。「先替客戶依據應用情境設想就會有很好的發展,擺開中國大陸的競爭。」

花瑞銘不諱言,依照目前台廠的產能,無法應付需求,未來應該會移往東南亞量產。「利基型應用附加價值最高。」快速開發量少樣多是台灣的主要競爭力,「最多兩天,可把上中下游串連。國外沒有這個機會。」

經濟部技術處支持之下,金屬中心跟成大馬達中心合作,投入最上游馬達設計,著重應用附載,不再單純模擬馬達特性表現,「接上齒輪箱或接上輪子看動力系統表現。」由於使用的軟體工具多,成本相對提高。至於新的製程技術,設備、刀具、金屬製造工藝都不同,金屬中心有ㄧ符合國際水準的標準馬達測試實驗室,可規劃測試應用動力系統特性。至此,確立在模擬設計,元件製造,動力系統檢測驗證三大領域的功能。

談到台灣發展電動車的挑戰,花瑞銘直指人才和資金不足,特別是電機、機械背景做屬於傳統產業、被視為「黑手」的馬達開發案少,「連金屬中心開缺都找不到人。」看好本土大同、東元、士林電機、台達,最有潛力,儘管這四大發展系統各有缺口,卻是最有機會的電動車領導品牌。

近來,金屬中心與財團法人自行車暨健康科技工業研究發展中心,合作開發電助自行車,搶攻綠色商機。花瑞銘判斷,自製馬達這核心零組件,也將是各大電動車廠的研發策略。

成立研發聯盟 馬達元件為首發項目

圖3 : (製圖:CTIMES;資料來源:台灣車輛研發聯盟)
圖3 : (製圖:CTIMES;資料來源:台灣車輛研發聯盟)
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而為了建立台灣的電動車供應鏈,2009年5月經濟部技術處號召台灣的產研機構,成立了台灣車輛研發聯盟 (TARC)。該聯盟由金屬工業研究發展中心(MIRDC)、工業技術研究院(ITRI)、車輛研究測試中心(ARTC)、中山科學研究院(CSIST)與華創車電技術中心公司(HAITEC)等5個車輛研發單位組成。

台灣車輛研發聯盟成立時,技術處便指出,期望藉由產、官、學、研資源整合,促成電動車關鍵零組件發展,同時建立台灣系統整合技術,促使台灣電動車輛產業,加速進入國際供應鏈,進而打造綠能環保產業的新紀元。

台灣車輛研發聯盟表示,國際電動車市場正在起步階段,台灣發展電動車輛除可大幅提升國家能源效率,更可利用我國在自行車、機車、代步車以及商用車等產業自主品牌優勢。由於,電動動力關鍵模組已打入國際電動車供應鏈體系,透過積極發展電動關鍵模組產業及電動車輛產業如電動機車、多功能休閒電動車(E-UTV)、輕型電動車(LEV/NEV)、城市電動車(City EV)、電動汽車(Standard EV)、電動巴士(E-Bus)等,將可促成我國車輛產業創新轉型的契機,並估計2020年台灣有機會創造3,000億元產值。

未來發展策略上,台灣車輛研發聯盟也設定了5大產業聚落,以建立台灣在地的電動車產業鏈與自有的關鍵技術,其中,驅動馬達與控制模組被列為第一項,便是著眼台灣已具有在馬達和驅動器元件的技術優勢,另外也把相關的電力元件與Power IC納入其中,符合目前電動車動力系統的整合設計趨勢。

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