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转动全球电动车市场的关键:马达动力系统
专访富田电机与唼昌机电

【作者: 王景新、籃貫銘】2018年05月29日 星期二

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如果没有台湾的机电供应链,全球的电动车市场就不会发展得这麽顺利,它可能会晚个好几年,而且量产的能力还会大打折扣。幸运的是,特斯拉(Tesla)找上了台湾,它与马达供应商富田电机展开合作,双方花费了数年的时间,终於开发出专用的马达动力系统,让其产品可以顺利推出,更重要的是,性能卓越。也由於富田的大力投入,直接带动了全球电动车的发展,更让台湾的电动车供应链有了最关键的一块。


另一家马达制造商唼昌机电,在多年钻研工具机市场并取得优异的成果後,也决心发展电动车的动力系统,为的就是要让台湾站在全球电动车供应链中最具主宰性的地位。而透过不断在人才与技术的提升,唼昌机电已在今年4月取得了IATF16949认证,同时也是台湾电动大巴的动力马达最大的供应商,目前也正积极拓展产能已布局中国的电动车市场。


从供应链的角度来看,富田电机与唼昌机电的一举一动都将对电动车市场的发展,有着举足轻重的影响,而本刊特别专访了这两家领先业者,一探其最新的技术进展与策略布局,以洞悉电动车马达动力系统技术的最新趋势与市场发展。


富田整合零部件有成 推出三机一体设备带动趋势

2005年七月,特斯拉创办人之一、技术总监JB Straubel先後吃了德国、日本、韩国马达大厂的闭门羹,来到位於台中神冈区的富田电机,与总经理张金锋商谈电动车大梦。富田在变频马达、伺服马达有多年经验,电动车只是伺服马达的一种应用而已,而且富田也有产业设备自动化的系统整合能力,张金锋有自信的说:「利用马达及电力系统让车子动起来应该不难!」



图1 : 富田三机一体设备投产带动趋势。(摄影/篮贯铭)
图1 : 富田三机一体设备投产带动趋势。(摄影/篮贯铭)

今年七月,富田与特斯拉携手合作满13年。目前特斯拉Model S及Model X车款所有电动车动力马达订单,已经让富田在去年底就预告今年提前满单。


当年,特斯拉第一辆电动车利用跑车品牌莲花的底盘,因此将全部心力都放在动力系统,於是向富田提出马达容量密度必须达一般工业用马达三倍以上,也就是在一样的体积及重量里,一般马达约75匹马力,现在则要挑战225匹马力。但传统马达要做到225匹马力,至少会重达400多公斤,既要想办法减轻重量,又要增加马力、提高效率、有效散热,让一开始以为问题不大的张金锋,整整花了三年才搞定,最後为特斯拉Roadster量身打造的马达,只有五十公斤。


40%的铜铸转子取代铝铸 突破技术转捩点


图2 : 富田研发导电率能高出40%的铜铸转子取代铝铸。(摄影/篮贯铭)
图2 : 富田研发导电率能高出40%的铜铸转子取代铝铸。(摄影/篮贯铭)

当时,马达转子多为制程省时且适合大量生产的铝铸,但铝的热传导性差,富田全力研发导电率能高出40%的铜铸转子取代铝铸,且铜铸转子因为温度较低,也可以缩小及减少散热系统,更能提高马达的输出效率,成为技术突破转捩点。


「那颗马达现在已经退休了,180kW,一颗成本新台币20万元。」张金锋说,电动车除了要马达小、效率高,更至关重要的是,不良率必须达到五个ppm(Parts Per Million,百万分之一)以下。他分析,一般产品可以容许千分之一的不良率,但电动车是用来载人的,制程良率不可儿戏。


张金峰表示,台湾在零部件动力系统极具竞争力,包括:原材料端矽钢片、齿轮、钢棒材、铜导线的漆包线等,原始材料具备,加上我国精密加工、动力系统的供应链完整,「只要整合,我们就有机会。」


富田耗时四年研发,成功将电动车动力系统的马达、驱动器及差速器三合一,规格化打造全球首创电动车的标准引擎,促使现有电动车更轻、更快、续航力更好,还能加速车厂推出新款的速度,颠覆现有电动车生态。



图3 : 富田电机总经理张金锋对铜锣新厂区产能深具信心。(摄影/王景新)
图3 : 富田电机总经理张金锋对铜锣新厂区产能深具信心。(摄影/王景新)

「我不敢贸进,开这个案子要花60万元美金,可是我们不整合浪费掉的不只60万元美金,这钱一定要花。还好一次就整合成功。」张金峰说。


张金锋解释,过去电动车动力系统包括:马达、驱动器及差速器三项关键零组件,体积大而笨重,影响行驶效率。将其三合一,空间、重量、成本都同步减少三分之一。


张金锋极言,台湾有很好的单一零件供应商,除了做零件、也应该要做系统,例如:奥迪与福斯的汽车共用底盘,富田就是以这种相同概念,要做模组化、标准化,把原欧、美车的内燃机引擎取出,把电动车供电系统、驱动器放进去。可视车辆本身是2000c.c.,还是3000c.c.,再变动规格。


富田这套三机一体设备,零组件加系统几??全是自家产制,只有齿轮是由和大工业提供。张金锋表示,和大是很好的加工厂商,希??以类似结盟方式,??联手,打造最好的产品推销到国际市场。目前该设备350KW的驱动器(相当450匹马力)定价约在4000美元,现在同样规格光是独立的驱动器就要12万台币,所以价格上也有优势。


张金锋预估,目前全球电动车总量已经超过200万台,估计到2040年全球将有4500万台电动车。富田也将於6月23日在铜锣厂区举办30周年暨第一期厂区落成启用典礼,稳健迈向下一个新里程碑。


唼昌机电强攻电动车 不排除推自有品牌

唼昌机电是台湾世界级工具机主轴马达领导品牌的最隹代表,产品遍销美国、欧洲、亚洲等地,2016年初取得ISO9001:2015证书;因应新能源电动车马达的需求,2017年初导入IATF16949:2016教育训练与辅导,去年底通过IATF16949认证,成立电动车驱动器研发团队,积极研发制作电动车用驱动器。唼昌机电总经理彭昭群表示,唼昌机电强攻电动车三大区块,不排除推自有品牌。



图4 : 唼昌目前在电动车公共运输领域相当亮眼,供应高雄市港都客运百台电动巴士。(摄影/篮贯铭)
图4 : 唼昌目前在电动车公共运输领域相当亮眼,供应高雄市港都客运百台电动巴士。(摄影/篮贯铭)

唼昌近年来不断开发新产品配合市场需求,为求更高品质产品验证,除CE安规认证外,SVM及SPMA系列伺服马达已取得CUL(美加区域安规认证)。另外,为求更高标准制程,同时斥巨资架设SP01主动式电能回生型动力计,媲美欧、美、法等原装大负载动力计。


彭昭群说,唼昌在马达领域耕耘20多年,近八年发展趋动器(变频器)正是瞄准电动车的大未来。他说,台湾有大约1200万台汽油机车,是空污的主要来源之一;而且,以电动车公车来说,每公里较传统公车可省下五元,累积下来相当可观。这些都是电动车发展的利基。


电动车可分为电动机车、乘用车、公共运输三大区块;其中,公共运输又再细分为大巴、中巴、小巴、物流、微型面包车等。唼昌强攻三区块应用,「不过乘用车我们台湾的机会比较小,只能靠关键零组件。」彭昭群在公司会议室白板对《智动化》分析其战略。「电池、驱动器、电机(减速机)这是电动车发展的三电,除了电池我们都可以做得很好。」他认为,过去汽柴油车时代,中国大陆受限於引擎、变速箱技术不足,只能与欧美国家车厂合作,「现在他们想靠电动车来『弯道超车』。」


专利制程技术 解放铜转子产能极限


图5 : 唼昌制程技术结合压住、烧结两者优势,铜转子的良率提高,产能增加。(摄影/篮贯铭)
图5 : 唼昌制程技术结合压住、烧结两者优势,铜转子的良率提高,产能增加。(摄影/篮贯铭)

2020年电动车的电池技术预估将有重大突破,将是电动车放量普及的关键一年。彭昭群自认,现阶段唼昌一个月可以产出2000颗电动车的关键零组件铜转子,但这产能不足以应付届时大量的铜转子需求,粗估至少要将铜转子产能提升至一个月20万颗。「制程技术结合压住、烧结两者优势(唼昌专利),铜转子的良率提高,产能增加。」


唼昌目前在电动车公共运输领域相当亮眼,供应高雄市港都客运百台电动巴士,「已经上路跑八个多月,很稳定。」每次充电只需15分钟,比一般同型车需四小时快很多。


电池技术将攸关电动车是否能如期大众化,彭昭群举例,现在一台中型巴士造价800万,电池价格就要400万,「所以谁能够制造续航力高、安全性高的电池,谁就是世界首富。」唼昌在不排除与电池业者合作,产制自有品牌电动车。


「做了不一定有机会,但不做就没机会。所以一定要做。」彭昭群说。


电动车上路相关的法令配套措施他也有心得,「无人驾驶适合固定路径,像是公车。」因为人的反应一定不如AI,所以要开放电动车无人驾驶上路,就一定要全面无人化。他认为,不可能无人驾驶和有人驾驶在同一条路上行进。


麾下节能马达如林,彭昭群说,唼昌SP01最大测试连续扭力达3000Nm,伴随主动式电能回生,有效省电80%。透过SP01,马达性能与叁数,包含:功率因素、效率、电压、电流、额定功率、温升、过负载能力、扭力常数、反电动势常数等皆能全盘解析。而且,唼昌SP01还能依不同客户的实际使用环境下,评估出性价比最高的马达;目前此套设备在CUL安规认证的目击测试中被UL认证机构使用;验证设备也认证美国最大油泵全系列伺服马达并成功取得UL认证,数据与美国UL认证实验室数据相符,是迈入工业4.0最隹夥伴。



图6 : 唼昌机电总经理彭昭群不排除推出电动车自有品牌。(图片来源:唼昌)
图6 : 唼昌机电总经理彭昭群不排除推出电动车自有品牌。(图片来源:唼昌)

唼昌整合国内优质控制器与驱动器,所开发的工具机专用主轴马达,品质媲美欧、美、日大厂,深受客户赞赏。彭昭群说,因应全球环保节能趋势,唼昌领先市场投入研发,包括节能伺服马达、水冷伺服马达、大扭力DD马达等节能产品,成功外销包括德、日在内等30馀国。另外,唼昌也开发一系列零组件如C轴马达、DD马达、线性马达等,同样也获得国内外知名企业采用。


唼昌这几年跨足汽车产业也打下很好的基础。彭昭群说,唼昌在节能马达领域居领导地位,为拓展电动车市场,投入相当多资源进行创新研发,目前国内电动大巴的动力马达,唼昌市占第一,通过IATF16949认证,可说如虎添翼。


唼昌机电股份有限公司成立於1995年,成立之初监於台湾工具机出囗值在世界排名第四、第五,却没有自己的主轴马达控制器。关键性零件需仰赖进囗,整体而言相当可惜,当初即整合国内优质的控制器与驱动器,研发工具机专用主轴马达,由於产品特性与品质媲美,欧、美、日本主轴马达,深受客户赞赏,在国内广为工具机厂及控制器所使用,且遍销美国、欧洲大陆等地,备受肯定。


特斯拉带动全球市场 电动车马达需求水涨船高

尽管量产的速度不如预期,但特斯拉的热销已让全球传统车厂意识到人们对於电动车的接受度远高於他们的预期,此时唯有加速旗下自有电动车产品的上市时程,才可以避免在此一市场转换潮里,陷入被边缘化的危机。根据的ACEA (欧洲汽车制造商协会)的统计,2018年第一季在欧盟市场就销售了69,898辆的电动车,相较於去年同期成长47%。


因此,包含福特、福斯、奥迪和丰田等一线车厂,都正在加大纯电动车的投资,不仅增加更多的车款,同时在产量能力上也在积极布局中。而随着众车厂的力道加大,电动车马达的需求也将跟着水涨船高。Technavio的分析师预测,从2018年到在2022年之间,全球电动车用马达市场将以20.79%的年复合成长率成长。


而这波趋势也将会是台湾马达业者的庞大商机,尤其台湾的马达业者不仅具备优异的制造与整合技术,更将凭藉着先期投入的经验,在全球竞争里占有一席之地,富田和唼昌就是最好的例子。


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