編者的話｜馬達是驅動機械的核心

自第一次工業革命以降，機械就被稱為工業之母。而驅動這工業之母的機械，主要是來自旋轉機械，包括蒸汽機、渦輪機、引擎以及馬達等等。前三者能量的來源，主要來自物質，透過特定形式將物質既有的能量釋放，轉換成動能。然而馬達，則是將電能直接轉換成動能來驅動機械。所以對於機械而言，此獲得的動能，將轉變成終端產品以及服務，以創造價值。也就是說，機械就是在執行能源的轉換，而旋轉機械就是這轉換的核心。
能源一直以來都是很熱門的議題，而其中電能的節約以及最佳化的使用，更是台灣這一兩年最迫切的工程研發的課題。如果我們以輸入的電量當作成本(Cost)，而輸出的產品或是服務為產出的性能或是價值(Performance)，馬達的機電整合設計、以及控制驅動方式將直接決定馬達性價比(Cost-Performance Ratio) - 也就是俗稱的CP值–的兩項關鍵技術。此兩項關鍵技術是需要跨領域，並且以系統的角度做垂直以及橫向的整合，絕對不是單一領域可以勝任的。比如說馬達效能的提昇，必須整合靜態以及動態磁路的設計，並且需要結合機械轉子動力學。而轉動時的效能，更直接和驅動電路以及控制的設計有關係。而不同磁性材料的選擇與設計，更直接影響到電能透過磁性物質轉換成動能的效益。基本上，上述其中任何一個工程參數，都和其他的參數強烈耦合，而且是時間的函數。
說到馬達，讓我想起在IBM研發高精密度磁碟機的跨領域合作經驗。磁碟機主要是以液動壓軸承(Fluid Dynamic Bearing, FDB)，承載直流無刷(DC Blushless, DCBL)馬達，使磁碟片在高轉速下和磁頭進行資料讀取。而資料的存取，和碟片上磁性編碼有關係。如果沒有透過跨領域的整合，一般都假設此磁性編碼為同心圓。然而磁碟會因DCBL馬達的動態而偏擺，甚至導致碟片的結構振動。為了解決此問題，那時我們結合研發部門最好的機械工程師、電機工程師、材料工程師、甚至軟體/韌體工程師，進行馬達磁路、結構與材料的整合設計、驅動電路和控制電流的優化等最後將馬達的動態響應徹底優化，使磁片上幾十萬個共軸磁性編碼真正趨近同心圓，以提高磁碟機資料存取的速度以及效能。
在大學裡教機械工程，提到馬達，我一定會和學生提到馬達的選用是基於功率(Power, P)，而不是單單以扭矩(Torque, T)或是轉速(Angular Velocity, ω)來決定的。然而馬達的功率等於扭矩乘上轉速，也就是說Power = Tω。為了讓學生容易記，我常假設說如果Tω=Taiwan，以上述的等式來推演，我們可以將台灣和Power間畫上等號，也就是Taiwan = Power! 為了使我們台灣機械工程更加壯大，更加Powerful，緊密的跨領域整合研發與設計將是必然，而這期的機械工業雜誌將介紹近期台灣在馬達以及驅動技術上跨領域研發的成果，讓我們一起為台灣加油!