節能減碳 從提升馬達效率開始
- 劉中興／台北
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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%。
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。
