技術專題主編前言｜馬達控制與傳動系統技術專輯主編前言

馬達控制與傳動系統技術是現代工業發展中的重要環節，它在各種產業中都扮演著關鍵的角色。從工業生產、國防建設，到民生產業，甚至航太工業，都得依賴馬達控制與傳動系統等關鍵技術。儘管馬達系統是一項已經發展多年的技術，但是在面對近年來的節能減碳和高效製造的政策方向，如何製造出更高效的馬達和傳動系統一直是一個重要的議題，為了推進馬達相關技術，需要將每一個細節都臻於完美，如優化加工程序，或是藉由更加高效、快速的通訊技術來提升整個系統的性能。近年來，精密製造技術持續快速發展，加上新冠疫情導致全球晶片短缺，使得臺灣在半導體全球供應鏈中扮演著關鍵的角色。由於半導體生產製造設備一直以來都需要從國外進口，因此政府近年來持續推動半導體生產製造設備的國產化。其中，應用在半導體量測設備中的關鍵零組件「精密定位平台」，是傳動技術的極致表現，它整合了機械傳動和壓電傳動兩部分，即使是在校正流程時的微小誤差，都會影響其精準度，只有透過極致同步和控制才能達成這個控制目標。
本期我們很榮幸能夠邀請到大同股份有限公司沈柏延董事長在【領袖觀點】中與我們分享大同公司自從美國實施「能源政策法案(EPAct)」後，在工業馬達產業不斷進行馬達效率的提升，從IE2馬達的開發不斷演進至IE4馬達，近期由於新能源時代的來臨，對於高效率馬達的開發需精進其製造工藝與設備，仍面臨業務範圍聚焦和擴展、技術力與製造力提升、繁複法規及標準以及電控人力短缺等挑戰；綜合以上，馬達產業的未來發展必須因應淨零排放目標，在工業自動化、能源效率、再生能源整合、運輸載具電氣化等方面持續技術進步，扮演推動產業永續的價值。在【產業脈動】部分，本期很高興能夠邀請到工研院機械所余威論副理，與我們分享【智慧電動運具產業自主與政策推動現況】，根據國家發展委員會於111年公布「臺灣2050淨零排放路徑及策略總說明」，其中第7項「運具電動化及無碳化」則為運具帶動生活及產業轉型的重要路徑之一。因此短期目標應可進一步透過國內豐富的車用零組件產業持續深耕，加速車輛電子類別產品協作，以提升整體車載應用的終端附加價值。【多軸精密控制系統參數鑑別與同動控制技術】在半導體產業中，精密、快速及穩定的設備對於曝光或晶片封裝等製程至關重要，本文以干擾觀測器來觀測馬達輸入訊號以及響應之誤差，藉此透過推導模型計算系統參數對其之影響，減少傳統掃頻鑑別方法對半導體之精密機台的損耗，並使用雙軸強健式同動控制器進行控制，降低精密定位平台對環境溫度、外部干擾等變因的控制要求。【以傘齒輪切齒機面銑切製非對稱螺旋面齒輪研究】使用面銑式切製法切削與圓柱螺旋齒輪嚙合的螺旋面齒輪，並且使用中正大學團隊自行開發的齒輪加工機進行加工，並且透過實驗結果優化加工程序，最終將設計的加工實驗包括閉迴路齒面拓撲網格點絕對值誤差控制在微米等級(300 μm內)。【基於反應曲面法之齒輪箱剩餘使用壽命預測模型的建構與評估】因應智慧化機械的發展，本文使用反應曲面法進行特定齒輪箱之剩餘使用壽命預測模型的建構與評估齒輪箱之剩餘使用壽命。以對象齒輪箱之齒輪與軸承的壽命損失率模擬數據資料庫為基礎，建構出其所對應的二階與四階反應曲面法擬合模型，並針對擬合模型的運算效率進行評估。【電動機車二速傳動模組設計分析】以穩態與暫態分析法歸納出電動機車在配置單速與二速傳動系統的性能差異，並藉此設計合適的檔位速比與換檔時機來提升車輛動力性能，並且傳動系統的離合器設計將會是重點核心，透過適當的性能設計與調教可有效提升起步加速性能與車輛極速等。【EMP應用於衛星天線地面站的技術發展】發展EtherCAT全數位運動控制平台應用於衛星天線地面站的技術。透過EtherCAT高效、快速的通訊協議，應用於通訊地面接收站，以提高系統的可靠性和效率，並且即時監控數據處理與即時的運動控制命令以執行電控機制等技術，提高衛星天線地面站系統的效率、靈活性和安全性，同時降低成本和營運負擔。【無人機永磁同步電機之無感測器磁場導向控制高速改善及測試】目標為使用無感測器之磁場導向控制演算法驅動無人機用之永磁同步馬達，並應用磁場導向控制取代六步方波驅動演算法，以提升能源效率、降低噪音及提升動態響應，並且改善高極對數特性使得馬達會在高電器轉速下，電壓耦合現象及運算延遲的問題會較顯著的對馬達運轉造成負面影響。【行星齒輪差速器之機構比較】針對4種類型之行星齒輪差速器，包含：行星齒輪負機構、行星齒輪正機構、複合階梯式行星齒輪機構及正齒輪式行星齒輪機構，進行其特性之分析與比較，並且介紹槓桿類比圖進行行星齒輪組的扭矩及效率分析，簡化傳統耗時且冗長的分析方式。【無人機即時追瞄的抗遮蔽系統】說明了一種新的方法，於首次影像環境被建立後，被遮蔽的目標仍可被迅速且可靠的追蹤。此系統能從無人機平台上檢測、追蹤並瞄準靜態目標，即使目標離開相機的影像視線也能有效運作。對應絕緣體清潔無人機案例，該系統設計能在最大每秒10 m的風速下正常運作，並保持±5 cm的精準瞄準容差。【高功率驅動器技術與趨勢】主要探討了高功率驅動器的技術發展與應用趨勢，並且分析多階驅動器技術的優勢，例如降低切換損失、改善電壓波形和提高系統可靠性，這些技術使得控制器能更有效地轉換能源，並提升整體系統的效能和壽命；文章還探討了矩陣變換器、並聯驅動器的結構和功能，可進一步提升驅動器的效率和緊湊性。【高速主軸馬達驅動技術】介紹高速主軸馬達的驅動技術，包含設計與分析高速內藏式永磁主軸馬達之參數規格與特性，在轉子機構設計部分使用徑向拘束環避免磁鐵飛脫，增加高速運轉可靠度，並且使用DC-DC升壓轉換器作為升壓策略，根據其運作原理設計控制器提高驅動器電壓，延伸主軸馬達定功率操作區間。
工研院機械所總體目標與政府施政方針一致，持續紮根基礎技術並且在先進技術的開發上鞏固發展目標。也透過請益國內業者，共同討論、深入了解產業現狀與痛點，並且針對相關問題進行開發，嘗試從最實際面上解決國內產業所面臨的問題，不僅引領業界進行轉型以突破現有狀況，也致力於深化國內產業並掌握國際上的先進技術發展趨勢。希望透過以上的文章分享，能引發讀者的思考，並歡迎讀者提供寶貴的意見與指教。