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節能減碳 從提升馬達效率開始

BLDC發揮高效率小體積的優勢 將可快速擴展於各機電應用領域。

電力,不只要開源,還得要節流。當全球政府及產業為了持續產出更多電力,在環境保護及能源開發間掙扎不已時,節能或許更是正本清源之道。而在檢視全球終端用電分布後,從馬達的節能效能著手,應該是最聰明的選擇。

凡是會轉動的機器設計就有馬達的存在,從家電到工廠設備皆然,全球馬達用量驚人,由此可知,馬達是否節能茲事體大。根據國際能源總署(International Energy Agency;IEA)的調查,全球終端用電有46%用於馬達設備。我國經濟部能源局歷年資料也顯示,工業部門用電佔國內用電的一半以上,其中馬達用電佔工業用電的70%。

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明緯BLDC馬達驅動設計大賽歡迎業界好手前來爭取最高榮耀。

綜合以上數據,馬達是否節能?已成為馬達創新發展的最重要目標。在這個前提下,加上能源價格逐漸高漲,因此耗電量驚人的傳統感應馬達常受到檢討,也促成直流無刷(BLDC)馬達在近年愈來愈受到重視。

關注BLDC馬達  投入驅動器設計

BLDC馬達磁場是由永久磁鐵構成,與直流馬達以及傳統的感應馬達比較,較省電,也比較安靜,而由於BLDC馬達無法直接通電旋轉,因此需透過驅動電路將單一直流電轉換成三相電流。

就現階段而言,相較於傳統馬達,BLDC馬達雖然成本較高且需搭配驅動器,但節能、高效率、小型化、精準控制、壽命長、安靜等都是無可取代的優點,因此在家電產品及工業用小型機器設備市場皆頗有斬獲。

BLDC馬達必須搭配驅動器才能作用,驅動器包含電力電子硬體與控制技術,這兩個部分正是明緯的專長所在;在此領域已累積深耕40年的研發經驗,明緯早在數年前便開始關注BLDC馬達的發展。

明緯成立於1982年,是全球少數以標準品電源供應器為主業的專業製造商。根據Micro Technology Consultant於2021年3月報告,在全球電源供應器(DC輸出)製造商排名中,明緯名列第4,前3名電源廠大多以ODM/OEM為主要營收來源,而明緯99%營收來自標準電源,是以自有品牌MEAN WELL為主要經營策略的電源廠商。

明緯集團研發中心協理簡鵬輝分享決定投入開發BLDC驅動器的思維,「明緯在照明驅動市場頗有成績,不過全球照明耗電約僅佔總耗電的兩成,於是當我們思考更多的節能可行性時,耗電佔近五成比例的馬達就成為我們的下一個目標。」

搭配優良驅動器  馬達躍升至IE3/IE4等級

相較於傳統馬達,BLDC原本就比較節能,而搭配設計優良的驅動器,節能表現可以提升許多,簡鵬輝表示,「BLDC馬達搭配驅動器,馬達效率可以直接跳到IE3或者IE4等級。」

IE(International Efficiency)是指馬達效率,馬達效率等級是由國際電工委員會(IEC)所定義,能效等級有 IE1、IE2 、IE3、IE4,數字越大,表示效率越好、越省電。我國政府為提升用電效率並與國際接軌,自2016年已經開始實施IE3。根據國際能源署(IEA)世界能源展望(WEO)研究,目前全球工業馬達以IE1及IE2為主,但為因應節能減碳,IE3馬達逐年增加,預估至2040年,IE3以上將佔60%。

「馬達效率提升到IE3,就可以省下更多的電,然而若是從馬達本身著手提升馬達效率,改進空間有限且技術相當複雜,交給而驅動器就簡單多了,」明緯集團大中華地區總監蔡明志笑稱自家的驅動器技術是「傻瓜型」或「簡易型」。

「也就是說,透過我們驅動器來精準控制馬達的運轉速度、正轉反轉及扭力等,可以藉此減少馬達的多餘動作及不必要的耗能,且馬達廠商能根據不同設備應用自行設定參數,我們的的驅動器能將複雜的事簡單化。」蔡明志進一步說明。

舉辦BLDC馬達驅動設計活動  大家一起來

為了號召更多產學界人士共同關注馬達節能議題,透過驅動器設計來優化BLDC馬達的節能表現,明緯在2021年特別投入公司資源,首次舉辦「BLDC馬達驅動設計活動」,無論是大學及研究所在校學生(含應屆畢業生),或是供應商、經銷商、業界夥伴等皆歡迎共襄盛舉,為節能減碳盡一份力量。

在此活動中,明緯提供300瓦BLDC驅動器、MCU控制卡、配套馬達,以及開發套件與相關設計資訊予參賽者,韌體驅動控制部分則由報名團隊自行開發。報名團隊必須透過軟硬體及韌體的搭配設計,開發出最佳的BLDC馬達驅動設計方案,採用無感測(Sensorless)或霍爾感測器(Hall sensor)加磁場導向控制(field-oriented control;FOC)控制技術皆可。

不過,考量許多大學及研究所已有專題作品,因此參賽者自行設計提供作品亦在接受之列。每一參賽團隊最多提供2件參賽作品。明緯誠摯邀請各大專院校學生與業界夥伴共襄盛舉。明緯並提撥設計獎金鼓勵獲選團隊。

明緯非常期待透過此次的活動舉辦,能結合產學的力量與資源,共同探討相關應用與發展,如此不僅能激發創意,提升實作技能,更能促進理論知識與產業技術結合,為節能及永續發展盡一份心力。

活動發布以來,已吸引約60餘隊報名參加,其中以來自學校的學生團隊居多。此次活動能獲得包括北科大、台科大等許多學校老師的支持,與明緯平日持續深耕校園有關,明緯深刻了解人才是產業的未來,因此希望透過與學校老師的密切合作,協助學校培養出電源產業所需的電力電子人才。

令人驚喜的,此次報名隊伍中有多支來自美國及歐洲的隊伍,甚至麻省理工學院(MIT)也有學生組隊參加。本次活動雖報名期限已截止,明緯為鼓勵業界先進共相盛舉,特開放五隊名額給電子時報讀者。

有興趣報名的團隊,請您email給明緯產品行銷專員,收到E-MAIL後將回函通知。愛地球,歡迎大家一起來。2021明緯BLDC馬達驅動設計活動官網


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