綠色產品高階電磁鋼片發展與現況 - HEMhem.org.tw/images/files/1030924-3.pdf · 中鋼電磁鋼片發展現況高階電磁鋼片發揮節能功效中鋼推動產業升級與策略

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中鋼電磁鋼片發展現況

高階電磁鋼片發揮節能功效

中鋼推動產業升級與策略

馬達產業高值化與展望

結論

綠色產品-高階電磁鋼片發展與現況

1

5

2

3

4

中鋼公司鋼鐵研發處林省揚研究員


中鋼電磁鋼片發展現況 1


電磁鋼片分類

非方向性電磁鋼片方向性電磁鋼片

軋延方向晶界

<100>結晶方向 <100>結晶方向

軋延方向晶界

結晶方位與鋼片幾何方向無特定關係

材料性質各方向較均勻

最易磁化的<100>結晶方向均順著軋延方向排列

軋延方向具特別優異磁性

NGO (NOES) GO (GOES)


電磁鋼片為電機鐵芯主要材料

電動機械 (馬達) 變壓器

電磁鋼片是良好的導磁性材料，主要應用在馬達與變壓器的鐵芯部份，主要扮演其電磁能量轉換的媒介。電磁鋼片是製作馬達的關鍵材料之一。


中鋼NGO年產量統計

中鋼高階NGO近年來產量達12-14萬噸，約佔全球產量10%，全球排名前5大。最新第三條NGO專業產線更將主攻高規格、薄尺寸產品，可滿足高值化應用的任何需求。

全球前5大


標準NGO產品組合齊全

開發出符合JIS規範最頂級產品35CS210，甚至超規格35CS190。亦開發高磁通H系列，磁通密度可提高0.02-0.04 T。


極薄尺寸NGO產品

隨著第三條專業NGO產線的投產，已具備0.15-0.3 mm極薄產品量產能力。極薄NGO可有效抑制渦流損，減少高頻損耗。


高階電磁鋼片發揮節能功效 2


地球資源日漸枯竭和生活環境日愈惡化，環境保護、節能和資源再生利用已成為未來產業發展的重點趨勢。

節能環保議題日受重視


馬達是耗電主要產品之一

馬達鐵芯電能機械能

馬達55% 照明21%

其他20%

電腦4%

馬達將電能轉為機械能的過程中，無法避免地會產生損耗。

馬達耗能占發電量一半左右，每提高馬達效率1%，可省電10億度，並減少63萬噸溫室氣體(GHG)排放。


金屬中心

大同公司

與大同、工研院及金屬中心於2010年推動馬達碳足跡生命週期評估計畫。

大同3 hp 4P馬達之碳足跡分析

Ref：高效率馬達碳足跡及減碳效益，大同公司，2010年。


電磁鋼片生產碳足跡

電磁鋼品級 50CS1300 50CS400 50CS290

排碳量(kg CO2e/kg) 2.775 3.619 3.801


各階段碳足跡貢獻分析


■ 馬達使用階段 ■ 馬達原料/零件供應商階段 ■ 馬達報廢後的最終處置 ■ 馬達各部份組裝階段

■ 馬達運輸至客戶 ■ 馬達總組裝階段 ■ 馬達非生產線部份

0.597%

0.770%

99.230%

0.087%

0.067%

0.012%

0.007%

0.000%


使用階段碳足跡貢獻分析


■ 美國電力使用 ■ 製造6206zz深溝滾珠軸承

■ 製造6207zz深構滾珠軸承 ■ 海運

■ 陸運

0.003%

0.000%

0.000%

0.004%

0.007%

99.993%


零組件製造階段碳足跡貢獻分析


■ 50CS290電磁鋼片製造階段 ■ 馬達定部其餘總組零件製造階段 ■ 馬達轉部其餘總組零件製造階段

■ 馬達拖架總組合零件製造階段 ■ 馬達接線盒總組合零件製造階段 ■ 馬達附屬零件與油漆製造階段

■ 馬達包裝物製造階段 ■ 馬達零件與包裝送到馬達廠

51.91%

0.96% 0.60% 0.76%

0.70%

9.20%

6.76%

29.12%


高階NGO減碳效果

使用高階NGO，不僅馬達效率提升，亦可產生明顯減碳效果。馬達生命週期20年的減碳量為製造階段排碳量的31倍。生產1噸50CS290高品級電磁鋼片，20年可少300噸CO2排放。

電磁鋼品級 50CS1300 50CS400 50CS290

馬達效率 (%) 87.77 89.60

（提升1.83） 90.66

（提升2.89）

排碳量(kg CO2e/台) 44,599 39,627

（減少4,972） 36,888

（減少7,710）



中鋼推動產業升級與策略 3


馬達產業的競爭生態

技術研發協同創新策略投資通路建構自創品牌

提升台灣鋼鐵產業

整體競爭力

鋼鐵產業處境嚴峻

工資上漲

規模不足

過去產業情況產業升級策略願景

個別企業的競爭生態體系與產業環境的競爭。

依據不同階段的產業環境，積極推動不同策略之用鋼產業升級工作，以突破困境，提升台灣鋼鐵產業整體競爭力。


整合法研單位研發能力

與金屬中心成立工程研究中心與成大成立馬達科技研究中心

分別與成功大學、金屬中心簽約成立馬達科技研究中心(EMTR)與工程研究中心(ERC)，除挹注研究經費外，更配合爭取學界科專與產學大聯盟之資源，一同發展馬達產業共同關鍵技術，發展更健全的產業環境，期望以迅速的技術支援，引導新產品研發，帶動產業群聚效應。


ODUS客戶技術升級服務

ODUS (On-demand Upgrading Service)

年度研究主題應用領域

98年跑步機用之永磁同步馬達設計研究跑步機用永磁同步馬達

98年射出成形機用之永磁同步馬達設計研究射出機用永磁同步馬達

98年車用散熱風扇馬達之研究高級車用散熱BLDC風扇

99年大型永磁同步馬達設計研究捲取機用永磁同步馬達

99年電器用切換式磁阻馬達設計研究果汁機用磁阻馬達

99年自起動式永磁同步馬達設計開發自起動式永磁同步馬達

100年具容錯功能之電子變速驅動器設計開發電子變速驅動器

101年 30 kW非稀土IPM動力馬達之設計開發大功率非稀土動力馬達

針對下游潛力馬達客戶及應用，整合成大馬達中心研究能量，進行相關產品研發，進行客戶技術升級服務。


聯合實驗室暨EVI合作

高品級鋼材開發供應特性分析與應用

EVI Early Vendor Involvement

(供應商先期參與研究)

高競爭力高附加價值新產品

馬達磁路/散熱/ 結構分析設計


第一期馬達研發聯盟

2,2

50

kW

重工業感應馬

達開發 (

大同)

技術研發項目

中鋼 (主導廠商) 高品級電磁鋼片開發聯盟計畫整合與管理整合設計平台建立

高效率直驅式永磁無刷

馬達開發 (

東元精電)

永磁無刷迴轉式冷媒壓

縮機開發 (

瑞智)

電動工具永磁無刷馬達

開發 (

正峰)

馬達公模標準化&

高效

率化開發 (

億新 &

春源)

50

hp

直結螺旋式變頻空

壓機馬達開發 (

漢鐘)

高磁裝載高效率三相感

應馬達開發 (

富田)

學研合作：工研院/金屬中心/ 台北科技大學

「以高品級電磁鋼為基礎的高值高效率馬達整合技術」研發聯盟 (95 - 97)


第二期馬達研發聯盟

高效率馬達共同鐵芯創

新開發

(

春源、奇龍、南盟)

技術研發項目

中鋼 (主導廠商) 低鐵損高磁通電磁鋼片開發

聯盟計畫整合與管理

整合設計平台

弦波驅動集中捲D

C變頻

冷媒壓縮機開發

(

瑞智)

天吊車傳動機組創新開

發 (

誠岱)

高效率1

0/2

0 kW

永磁同

步風力發電機系統技術

建構 (

東元)

水冷密封永磁無刷真空

泵開發 (

漢鐘)

32

位元馬達驅動專用微

控制器晶片開發 (

新唐)

學研合作：工研院/金屬中心/

成大馬達中心/台北科技大學

「馬達產業鏈價值提升環構技術研發聯盟計畫」 (99 - 101)


聯盟技術交流與成果分享

聯盟廠商彼此參訪與技術交流

學研界專家進行專題演講

定期輪流至各聯盟公司召開進度檢討會議，並邀請各學研界專家專題演講，促進技術交流與成果分享。


聯盟研發成果參展

誠岱永磁無刷吊車

共同參與展覽，建立形象與拓展商機 !


馬達研發聯盟成果 – 誠岱

驅動控制電路板

1.1 kW鏈條吊車馬達

3.0 kW鋼索吊車馬達

1.1 kW鏈條吊車雛型 3.0 kW鋼索吊車雛型

1.1 kW鏈條吊車於負載6.14 N-m下，效率達88%。

3.0 kW鋼索吊車於負載23.9 N-m下，效率達90%。


馬達研發聯盟成果 – 漢鐘

60 / 75 / 125 hp 380 V 直結式螺旋空壓機及驅動器

減重 20%、減體積 20% 90 ~ 94% @ 1,800-3,600 rpm

漢鐘精機股份有限公司

95 年起參與馬達第一期與第二期科專之執行，期可建立直結式永磁無刷空壓機技術與水冷密封永磁無刷真空泵技術。因應產能需求投資10億元以上於台中精密園區設廠並進行第二期擴建，擴廠完成後可年產空壓機200台、真空泵3,600台以上。 102年增加產值13.8億元以上，新增就業機會200名以上，取代國際知名品牌在台市場，進而搶佔大陸市場。

3.0 / 4.5 kW 水冷密封變頻真空泵

減體積 30% 90% @ 5,200 rpm

技術

投資

效益


中鋼推動產業升級策略

產業升級1.0 補足產業鏈與關鍵技術缺口

產業升級2.0 提升產品價值與技術創新力

產業升級3.0 推動三鏈優化與產業聚落

21個用鋼產業分析

9個研發聯盟、6個科專

1個工程研發中心

7個研發聯盟、7個科專

4個工程研發中心

4個聯合實驗室

鋼鐵大聯盟計畫

用鋼產業大同盟

高值化產業聚落

工程研發中心

聯合實驗室

策略投資合作

研發聯盟

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

螺絲螺帽

手工具(

條線)

鋼結構

汽車鈑金

汽車結構

手工具(

板片)

馬達

鋼管

船舶建造修配

汽車懸吊系統

汽車動力系統

3Ｃ產業

鋼線鋼纜

彈簧

銲條

壓力容器

機械設備

自行車零組件

製管

鍊條

五金工具


馬達產業高值化與展望 4


電動載具之應用

輕型電動機車

區域電動汽車 (MiEV) 全電動跑車 (Tesla)

交通運輸所產生之溫室氣體為地球暖化的最大威脅，為減緩對石油能源的過度依賴與消耗，並降低溫室氣體排放，世界各國已開始重視電動車的發展性與急迫性。

減少對石油依賴、降低溫室氣體排放 (零污染)

電動高級房車 (GM)

電動汽車2020年300萬輛/年!


高效率、節能之應用

節能減碳、綠色能源 (法規限制)

風力發電機

節能真空幫浦各款式高效率馬達變頻壓縮機

馬達耗電量佔台灣用電量50%，若能夠提升各種用途馬達之運轉效率，可達到節能省電、減少CO2排放之成效，世界各國皆已逐漸施行法規限制。綠色能源獲取不易，需減少能量傳遞之損失。


高頻、高速之應用

圓型感應加熱爐高速軌道馬達工具機主軸馬達

高電源頻率、高轉速轉矩、高能量傳遞

為高轉速、高轉矩、高功率之工作環境，電磁鋼片中的電源頻率一般高達數百Hz甚至數千Hz，若不採用高規格、薄尺寸NGO，會造成極高的鐵損引起設備過熱的現象。

上萬轉硬碟


長效、輕量化之應用

無線式吸塵器

電動刮鬍刀

延長電池使用壽命、輕量化、減熱

屬於離線性電源，為了增加電池使用壽命而採用高階NGO來提高馬達功率、減少重量、降低電量損耗，同時可避免某些手持設備的燙手感。

小型電動遙控直升機手持電動牙刷


高附加價值之應用

上萬轉刮鬍刀

高性能、市場差異性、高單價

無濾網旋風渦捲吸塵器

PHILIPS

多功能料理機

KENWOOD

高轉速高轉矩手工具組

BOSCH

~NT$ 10,000元

~NT$ 5,000元 ~NT$ 20,000元

NT$ 3,000元以上

使用高階NGO作為馬達鐵芯材料，配合高效率之馬達設計，展現高性能之產品特色，與一般產品形成市場區隔與差異性，成就高單價之精品。


BLDC馬達逐漸獲到重視

馬達55% 照明21%

其他20%

電腦4%

受節能風潮之影響，馬達能耗問題將日受重視，預期馬達產業結構將重新洗牌。BLDC馬達因具有節能省電的特質，未來在民生家電應用上將逐漸展露頭角，是扭轉產業劣勢的發展重點。

用電量比例


家電用BLDC馬達之應用

轉子具備磁石

馬達效率較高

突破成本劣勢

變頻家電應用


推動高值化產業聚落

臺灣馬達產業應放棄單打獨鬥的商業模式，推動高值化馬達產業聚落，整合各廠商專長、適當分工合作，以達到降低生產成本、擴大銷售管道、強化應用加值等功效。

產

學

研


結論 5


結論

2

3

受節能減碳風潮的影響，低鐵損及薄尺寸NGO的需求將會日趨明顯，未來應用領域集中於電動車、高頻高速、長效輕量化、綠色能源、高效節能等方向，尤其是BLDC馬達的應用更應積極發展。

採開放式創新理念，廣泛鏈結產官學研的研發能量與資源，營造產業聚落之共榮生態環境，開發高效率、低成本、高品質之高性能馬達及系統，為建構臺灣馬達產業高值競爭力之重要途徑。

1

電磁鋼片(NGO)是電機鐵芯之重要材料，高階NGO不僅可提高馬達效率，更可在馬達生命週期內帶來明顯的減碳功效。高階NGO可謂綠色產品。


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