馬達可靠度理論應用簡介

前言 
在綠能世代裏，馬達的重要性與應用層面已大幅升高。一旦馬達失效，極有可能會造成巨大經濟損失和人員的危害。因此，如何防制和預測馬達的失效也變成一個重要的課題。經由可靠度分析可以精準地量化一個馬達失效的機率。可靠度分析具有嚴謹的理論基礎，本文就可靠度的理論應用做概念性的討論和簡介。
馬達可靠度理論與發展
工研院機械所為能精準地預測一個馬達的失效機率，對於馬達架構做系統性的研究:
馬達的失效可以追溯至內部某些元件無法正常運作，因此須將馬達視為一個系統，其中各元件的相互關係可以用失效模式的鏈結來表示。由表1可以看出，馬達失效最易發生在馬達軸承，而馬達繞組次之。

進一步解析元件的失效原因也有助於接下來的元件失效的機率估算。以軸承為例:軸承主要功能為支持轉子的旋轉運動，而軸承失效可能來自負載、老化、腐蝕、汅染、潤滑失效及對心不良。另一個常見的失效為線圈失效:線圈負責提供電流路徑，但可能會發生絕緣性失效和斷路失效。絕緣性失效時，可能造成線與線、相線圈與相線圈、以及線圈與定子芯間有導通電流。斷路失效則形成電路的開路。絕緣失效主要由於絕緣層老化和破壞。
要估算馬達失效機率必須由馬達的關鍵元件開始，例如軸承和線圈等。失效樹(Failure Tree)可有系統性的描述馬達和其元件的關係。圖1提供馬達失效樹及樹葉定義，其中越基礎的元件位於樹的越下端(B-組件)，再往上形成較大的元件組成(M-組件)，最後形成馬達(T-組件)。由於元件間的關係是由最基本的串聯或並聯關係來描述，而這些串聯或並聯在統計上有明確公式來推導每一階和其上、下階的機率關係。當具備所有最底層的失效機率資訊後就可以推導出系統(馬達)的失效機率。

圖1 車用馬達失效樹