｜先進材料於馬達動力系統之應用

摘要：馬達已廣泛應用於各產業與日常生活中，造成我們對能源仰賴程度日益嚴重。我國每年約五成的用電量是應用於馬達動力系統上，因此，未來主要關鍵工作將是減少系統的能源消耗及提高系統能源利用效率，不但可減少二氧化碳之排放量，亦可節省電費。本文介紹奈米碳材（鑽石）潤滑油、奈米自主裝塗料與奈米防突波材料，說明減少能量損失之效益，亦簡介高能量轉換效率的無稀土磁性材料。

Abstract: Motor systems are widely applied in various industries and our daily life, leading to an energy demand that consumes about 50% of domestic electric power. Two critical efforts on the reduction of energy loss and the improvement of energy transfer efficiency in motor systems will not only provide energy savings efficiency but also reduce carbon dioxide emission significantly. In this paper, nano-carbon lubricant additive, nano-carbon coating material and anti-surge nano material are presented to demonstrate their merits in energy saving. High efficiency energy transfer materials, such as non-rare earth metal, are also briefly introduced.

關鍵詞：奈米碳材潤滑油添加劑、奈米碳材塗料、奈米防突波材料、非稀土元素金屬

Keywords：Nano Carbon Lubricant Additive, Nano Carbon Coating Material, Nano Anti-Surge Material, Non-Rare Earth Metal

前言
馬達已大量應用於各產業與日常生活中（如圖1），根據台電統計，七成電力係用於製造業中，而其中七成用電又耗於馬達動力系統（電動機動力系統），以致每年約有五成國內用電量用於馬達動力系統上，顯見當今馬達耗損電力的程度何其嚴重。因此，減少馬達能源損失及提高能源利用率兩項重要課題，不僅有助於減少二氧化碳排放，亦可節省電費。

工研院IEK曾分析馬達之發展趨勢（表1），歸納減少能源消耗及提高能源利用效率是各國極力發展之目標，美國、加拿大、墨西哥、澳大利亞、紐西蘭、台灣、泰國、中國、越南、以色列、哥斯大黎加、巴西和智利等國也已建立相關標準，而歐盟和日本則訂了標準但採自願性遵守。另外，與台灣CNS14400標準等效的尚有美國的EPAct-1997、加拿大的CSA-380-98、澳大利亞和紐西蘭的AS/NZS-1359.5（2006）、歐盟的CEMEP-eff1（1999）、日本的JIS C4212。

當能量輸入馬達動力系統時，依照系統之不同輸出功率及能量損失（包含電能、磁能、機械、轉換與系統等）皆有不同，如圖2所示，這些損失則可藉提升能量轉換效率與減少損耗來降低：
（1）減少能量損失：
　　．奈米鑽石潤滑添加劑，減少磨擦磨耗與磨耗
　　．奈米碳材散熱塗料，提昇熱管理效率
　　．奈米防突波材料，減少突波消耗提升
（2）提高能量轉換效率：
　　．高轉換效率磁性材料

奈米鑽石潤滑添加劑
潤滑可藉以減少摩擦與磨耗。在英國曾做過一個統計，因潤滑不良所引起之成本損耗，潤滑劑與磨耗之成本各占1 %與6 %，其他衍生成本如維修（49 %）、停機（25 %）與壽命（10 %）等合計高達84 %。因此，如何因應系統需求的不同來採用潤滑方式和介質是關鍵手段。

摩擦的影響因素主要如下：金屬表面狀態（如：潔淨度、變質、氧化、吸附或汙染）、表面粗度、表面或滑動面接觸比以及接觸面的接著特性等。一般而言，隨負荷加重，真實接觸點數亦隨之增加，相對引起較大接觸面之接著，在切線方向欲拉開細微凝著、黏著或拉出粗度時所產生之剪切力（摩擦力）亦隨之增加。其中的潤滑油溫度亦隨摩擦力相對提高，此時促使原先附著於金屬表面之油脂吸附膜分子運動頻率增加，排列逐漸混亂以致於脫離，進而失去潤滑效果而使摩擦係數大幅提升。