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抓住电动车马达的三大发展趋势
具备自主研发能力是关键
[作者 王景新、籃貫銘]   2018年06月06日 星期三 浏览人次: [19670]


电动车已是全球车业的共同发展趋势,不仅业者全力投入,全球政府也陆续订定法规要在一定的年限内将燃油车的比例大幅调降。


由于政府与业者的带动,电动车的发展也随之加速前进。国际市场研究机构 IHS Markit近期就预测,至2025 年全球EV(电动车)的年度销售量预估将达到 458 万辆,占新车销售量比重约 4.2%。另外一家市调机构Frost&Sullivan则指出,全球EV销售量将从2017年的120万辆,增加到2018年的160万辆,并在2019年进一步上升至200万辆左右。


所以从年成长率来看,在未来的十年内,电动车市场将维持在20%以上的高档,并接下来的二十年之后,成为购车的首选,跃居市场主流位置。而其相关的供应链与零组件自然也就炙手可热。



图1 : 电动车马达的关键主战场已经拉高到最上游的设计端。图为富田所研发的电动巴士马达(摄影/篮贯铭)
图1 : 电动车马达的关键主战场已经拉高到最上游的设计端。图为富田所研发的电动巴士马达(摄影/篮贯铭)

而在电动车的关键零组件之中,以电池、马达与电控模组最为主要。目前成本最高的是电池的部分,至于马达则是台湾的擅场。而相较于其他应用,电动车的马达有非常不同的需求,不仅在转速上需要高性能和高稳定性,同时在节能方面也有更高水准的要求,因此其制程技术就有其独到之处。


电动车马达三大发展趋势

财团法人金属工业研究发展中心精微成形研发处副处长花瑞铭接受《智动化》专访,畅谈国内电动车产业的趋势、机会和挑战,其中,提及台湾上中下游供应链完整,只要适切整合,便可在快速开发领域取得领先地位,令国外厂商趋之若鹜。


随着电池成本快速下降、加上低维修与燃料成本,三重优势之下,国内外研究报告均指出,2022年到2025年后电动车就会成为民众购车首选。就维修层面来看,传统燃油车常更换机油保养,电动车免换机油、马达也不易坏。此外,电动车煞车主要靠马达,很少用到煞车皮。就社会面来看,电动车维修需求少,马达是最关键零组件。花瑞铭分析,效率佳、重量和体积小,但输入功率(扭力)维持,以及成本降低是电动车马达发展三大趋势。



图2 : 金属中心精微成形研发处处长花瑞铭说,台湾电动车供应链具少量多样化的竞争优势。(摄影/王景新)
图2 : 金属中心精微成形研发处处长花瑞铭说,台湾电动车供应链具少量多样化的竞争优势。(摄影/王景新)

马达90%由金属组成,金属中心具备审视金属材料是否能加工出来的能力,避免设计端至制造端产生落差。包括:钢片冲切,绕漆包线,磁石成形,马达组装等金属加工、制造技术。


但现在的趋势是,安于基础金属加工、制造技术,恐怕有被淘汰的风险。 「国外下订单(OEM),台厂按照规格做就好。如果没有自主研发模拟的能力,根本不敢变动。」因此,关键主战场已经拉高到最上游的设计端,「想要具备自主设计能力,就必须模拟设计马达,如何让体积、重量、成本最佳化。」


花瑞铭表示,好比电动跑车着重瞬间动力;电动房车讲究平顺安静;海滩型电动车则要考量防震、防尘等功能,「马达结构设计就会不一样。」上游设计部分,金属中心携手国内首屈一指的成大马达科技研究中心,透国模拟软体,设计出与实际运用无落差的马达。


如何降低马达成本?花瑞铭说,矽钢片冲切材料如何更省,「小尺寸节省矽钢片使用,马达结构小型化,不用永久磁石改以同步磁阻马达,新设计取代BLDC,都是方法。」还有针对马达磁场路径,省略无用的材料、结构;磁力线、散热材料选择等。


台湾马达产业具快速开发优势 人才和资金是挑战

事实上,针对应用需求来设计马达,也是趋势之一,攸关竞争优势。花瑞铭直言:「做些规格化的马达没有竞争力。」换言之,少量多样的客制化马达将会成为市场新宠,例如:欧洲各国家地形、气候不同,北欧纬度高湿气重,马达设计就跟荷兰不同。 「先替客户依据应用情境设想就会有很好的发展,摆开中国大陆的竞争。」


花瑞铭不讳言,依照目前台厂的产能,无法应付需求,未来应该会移往东南亚量产。 「利基型应用附加价值最高。」快速开发量少样多是台湾的主要竞争力,「最多两天,可把上中下游串连。国外没有这个机会。」


经济部技术处支持之下,金属中心跟成大马达中心合作,投入最上游马达设计,着重应用附载,不再单纯模拟马达特性表现,「接上齿轮箱或接上轮子看动力系统表现。」由于使用的软体工具多,成本相对提高。至于新的制程技术,设备、刀具、金属制造工艺都不同,金属中心有ㄧ符合国际水准的标准马达测试实验室,可规划测试应用动力系统特性。至此,确立在模拟设计,元件制造,动力系统检测验证三大领域的功能。


谈到台湾发展电动车的挑战,花瑞铭直指人才和资金不足,特别是电机、机械背景做属于传统产业、被视为「黑手」的马达开发案少,「连金属中心开缺都找不到人。」看好本土大同、东元、士林电机、台达,最有潜力,尽管这四大发展系统各有缺口,却是最有机会的电动车领导品牌。


近来,金属中心与财团法人自行车暨健康科技工业研究发展中心,合作开发电助自行车,抢攻绿色商机。花瑞铭判断,自制马达这核心零组件,也将是各大电动车厂的研发策略。


成立研发联盟 马达元件为首发项目


图3 : (制图:CTIMES;资料来源:台湾车辆研发联盟)
图3 : (制图:CTIMES;资料来源:台湾车辆研发联盟)

而为了建立台湾的电动车供应链,2009年5月经济部技术处号召台湾的产研机构,成立了台湾车辆研发联盟 (TARC)。该联盟由金属工业研究发展中心(MIRDC)、工业技术研究院(ITRI)、车辆研究测试中心(ARTC)、中山科学研究院(CSIST)与华创车电技术中心公司(HAITEC)等5个车辆研发单位组成。


台湾车辆研发联盟成立时,技术处便指出,期望藉由产、官、学、研资源整合,促成电动车关键零组件发展,同时建立台湾系统整合技术,促使台湾电动车辆产业,加速进入国际供应链,进而打造绿能环保产业的新纪元。


台湾车辆研发联盟表示,国际电动车市场正在起步阶段,台湾发展电动车辆除可大幅提升国家能源效率,更可利用我国在自行车、机车、代步车以及商用车等产业自主品牌优势。由于,电动动力关键模组已打入国际电动车供应链体系,透过积极发展电动关键模组产业及电动车辆产业如电动机车、多功能休闲电动车(E-UTV)、轻型电动车(LEV/NEV)、城市电动车(City EV)、电动汽车(Standard EV)、电动巴士(E-Bus)等,将可促成我国车辆产业创新转型的契机,并估计2020年台湾有机会创造3,000亿元产值。


未来发展策略上,台湾车辆研发联盟也设定了5大产业聚落,以建立台湾在地的电动车产业链与自有的关键技术,其中,驱动马达与控制模组被列为第一项,便是著眼台湾已具有在马达和驱动器元件的技术优势,另外也把相关的电力元件与Power IC纳入其中,符合目前电动车动力系统的整合设计趋势。


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