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高值高效率馬達整合技術研發聯盟

一、產業分析

馬達是各項機器或產品產生動力之來源,用途非常廣泛,為民生及工業用途上不

可或缺之零組件,舉凡系統中所需的作動部份,不論是電能轉為動、位能,還是動能 轉為電能(發電機),都是能驅策系統完成所要目的的主要元件。馬達主要產品類型有直 流馬達、感應馬達、步進馬達、伺服馬達、線性馬達等多樣產品,廣泛應用在工業生 產線及許多產業設備中,包含娛樂業、辦公設備、醫療器材、太空通訊、3C週邊設備、

家用電氣、空調設備和汽車工業等,產業關連性相當大。

台灣馬達產業肇基於拆船工業,從廢船馬達之維修再生而逐步發展,其後於民國 45 年專業馬達廠東元公司成立,終而形成完整的馬達產業。民國 70 年代開始,由於日 本企業為降低生產成本,大量地將生產基地外移至台灣及東南亞,造就了台灣馬達產 業的蓬勃發展,並經多年努力耕耘後,已逐步建立本土的馬達設計與製造能力。然而 在產業鏈上仍存在下列幾項問題:

1. 原料問題:

(1).過去馬達之關鍵零組件如電磁鋼片、漆包線與稀土類磁石等,幾乎均仰賴進 口,其中日本是供應大國,但在中鋼公司電磁鋼片製造技術漸臻成熟後,已有 足夠能力提供下游業者使用,因此目前馬達產業原料方面最重要的課題,已不 再是取代電磁鋼片的進口,而在於如何結合材料供應商提升產品等級,朝向高 品級、高單價應用市場發展,否則若持續競逐低價產品,將逐漸缺乏國際競爭 力。

(2).電磁鋼片與漆包線是馬達主要的原材料,約各佔成品成本的二成。近兩年銅金 屬價格已上漲 3~4 倍,但電磁鋼片之成本維持不變。因此,如能從設計面使 用更高品級的電磁鋼片而減少銅線的用量,對成本的降低將有直接助益。

2. 研發設計:

(1).馬達電機屬於傳統產業,公司規模普遍較小,工作環境不佳,研發人力招募困 難,研發能力不足。

(2).目前馬達設計大多僅從結構與電磁方向切入,未考慮材料之特性與替代性,設 計之產品仍有最佳化修改之空間。

3. 製程問題:

產品種類繁多製程無法完全自動化,人工成本較大陸及東南亞新興國家高,生產 基地外移嚴重。外移大陸的馬達產業,以設計製作簡單而勞力密集、低附加價值 的產品居多,由於大陸廠商快速堀起,馬達產業除需面臨更加嚴苛的挑戰,利潤 也將急劇壓縮。

4. 節能環保政策:

無論是工業用電、家庭用電或商業用電,馬達的消耗都佔有很高的比例,馬達效 率的提升更是先進國家節能環保政策的重點。高效率馬達的售價較一般馬達高出 約20 ~ 30%,如何開發更高效率之節能馬達,為馬達產業邁向高值化必須突破之 技術門檻。

馬達的加工製程如圖4-7 所示,可分成二類產業型態,第一類為大型馬達專業廠,

由電磁鋼捲入料至馬達產出,有完整的加工設備,其規模非常大,以生產工業用馬達 為主。第二類為沖片廠與馬達廠分開,沖片廠負責定子/轉子等鐵心製造;馬達廠做馬 達成品,再交給應用產業組裝。整體而言,電磁鋼片的相關產業可分為鋼廠、沖片廠、

馬達廠及應用產業等四區塊,上下游工廠分工非常明確,產銷體系相當完整,市場通 路相當單純。

鋼捲 分條 沖片 繞線 組裝 測試 應用 圖 4-7 馬達生產及其應用的製程

二、 競爭力分析

1.中鋼產製電磁鋼片產業競爭力分析

JFE,兩個鋼廠都已量產 JIS 規範中最高級的 50A230 和 35A210 等級產品。在其他亞 洲鋼廠中,韓國POSCO 亦宣稱已開發出 50A230 產品,日本住友金屬最高品級的產 品為 50A250,大陸武鋼(經由日本川鐵技術移轉)的水準也是 50A250,太鋼為 50A400,寶鋼和新加入生產行列的鞍鋼則均為 50A470。至於國內目前僅有中鋼具有 生產非方向性電磁鋼片之能力,已商業化的最高品級產品為50CS400。

2.電磁鋼片沖裁業產業競爭力分析

NT$21.4 億元。

提高效率是世界能源之趨勢,工業馬達亦不例外。工業馬達用電約佔整個工業用 電的 70%,約佔國家整體用電的三分之一強(日本、美國)。因此,工業馬達效率提昇 是各國節能政策的重點。美國於1992 年由 EPAct (Energy Policy Act)授權 DOE (USA Department of Energy)推動電磁馬達的最低效率標準,即 NEMA MG1。符合此規格之 馬達稱之為EPAct motors。事實上,許多馬達的效率規格已經超越 NEMA MG1 的標 準,主要原因在於美國國內商業上的成本考量及舊有廠商的保守態度。因此在2001 七 月,新的標準NEMA Premium 制定出來。歐盟各國高效率馬達的標準稱之為 eff,分 為eff1、eff2、eff3 三個等級,eff1 代表最高效率等級,eff3 代表最差效率的規格。中 國大陸的高效率馬達使用歐盟eff1 及 eff2 為參考值,制定上下限,主要考量是避免扼 殺其國內馬達製造業者。

日本方面並未針對馬達效率規格制定特別的標準,而是採用分期逐步提高效率的 方式,所謂的Top Runner Standard,馬達相關的測試規範為 JEC-37。

台灣在高效率馬達產業方面起步稍晚,亦未形成市場氣候,大同有生產少量ODM 高效率感應馬達,為GE 之 ODM 廠。國內工業用馬達廠商因應世界各國的高效率規範 的競爭力分析彙整列於表4-8。

表 4-8 工業用馬達產業競爭力分析

拉丁美洲

6% 東歐

7%

非洲及中東 7%

北美地區 西歐 23%

22%

亞太地區 35%

圖4-8 民生用馬達消費市場比例

至於全球民生用馬達需求的成長,主要動力是來自開發中國家的經濟發展、國民 所得增加,帶動民眾對家電產品的需求提高。西歐及北美地區因市場較為成熟,主要 需求來自替換。這兩個地區的家電產業亦不斷朝高科技、省能源的方向發展,藉新產 品之創新與開發來刺激市場購買力。

縱觀產業發展趨勢,推測民生用馬達今後的主要方向如下:

(1) 總體發展目標是功能智慧化、系統化,技術發展因循社會生活的發展趨勢,

朝著安全、彈性、經濟、省能效率等方向邁進。

(2) 馬達設計與產品功能的融合,隨著應用端的多變與小型化,系統整合與嵌入 式設計益形重要。

(3) 順應環保之潮流,不使用有害有毒之材料。目前以歐、美、日等國的廠商較 有環保概念,而中國大陸等國在此方面之意識較為薄弱,偏重企業效益而忽 視社會責任。

(4) 消費者之需求日趨個性化及多樣化,市場細分日趨深化,大規模生產和消費 者個性化需求的矛盾日漸突出。面對日益激烈競爭的市場,企業正全面落實 以顧客為導向的經營理念,通過內外經營,實施差異化的產品及品牌策略,

提供高品質服務來提高企業利潤。

(5) 各國政府家電節能標準日益提高,未達標準將被淘汰。

國內民生用馬達產業競爭力分析彙整列於表4-9。

表4-9 民生用馬達產業競爭力分析

四、 研發聯盟籌組

早期台灣馬達產業技術來源多仰賴日本,只能在生產技術上發揮專長,加上馬達 電機屬於傳統產業,公司規模普遍較小,工作環境不佳,研發人力招募困難,研發能 力不足,對新型馬達的設計與快速雛形產品開發能力,明顯不足,唯有結合學研單位 之設計研發能力,再加上產業上、中、下游共同開發,才能強化台灣馬達產業之競爭 力。

國內的馬達產業仍以中小型企業居多,各企業的規模不足以支持成立單獨的研發 單位,另由於各廠商之間彼此競爭的關係,難以進行整合,使得產業的研發投入一直 無法大幅提升,以致產業的產值及技術無法有效升級。

中鋼與金屬中心偕同成大、工研院等單位,於九十四年度進行馬達電機產業的產 業調查,以了解台灣目前馬達及其應用產業的市場、技術、人力狀況,作為產業升級 研發規劃的參考。在訪廠過程中,瑞智公司劉總經理曾說,他們早想發展直流變頻壓 縮機,但關鍵之高品級電磁鋼片無法掌握,即使發展,成本也無競爭力。因此需從材 料、馬達設計/製作、產品應用等方面彼此串聯,才能創造價值。

聯盟由上游材料端之中鋼公司,結合沖裁廠春源、億新,馬達廠大同、東元、富 田,應用廠漢鐘、正峰、瑞智等公司組成,並以「以高品級電磁鋼為基礎的高值高效 率馬達整合技術」獲得經濟部技術處之研發經費補助。

(一) 聯盟成員及運作機制

1. 中國鋼鐵股份有限公司

創立日期:民國 60 年 12 月 資本額:1,058 億元

主要營業項目:鋼板、條鋼線材、熱軋、冷軋、鍍面鋼板等

1. 大同股份有限公司

創立日期:民國 39 年 04 月

主要營業項目:資訊、家電電子、重電產品、電線電纜等產品

本計畫著重於國內馬達產業之發展,藉由計畫之執行,串聯馬達產業上(材 料)、中(沖裁)、下游(馬達產品廠商)之整合,進行新材料、馬達設計技術之開發 與導入。將以上游材料端(中鋼)配合產製之高品級電磁鋼為基礎,以 design in 方 式,結合中、下游應用廠商開發高效率節能馬達,發展垂直完整之研發與設計整 合機制,以提昇國內馬達產業,如圖4-9 之運作架構圖‧

中鋼

(高品級電磁鋼片開發)

整合設計平台 (馬達資料庫)

工業用馬達開發 民生用馬達開發 金屬中心 工研院

瑞智

正峰

春源

億新

富田

漢鐘

東元精電

大同

國內客戶 新技術新產品 國際訂單

圖 4-9 高值高效率馬達整合技術研發聯盟運作架構圖

聯盟關係以高品級電磁鋼片為主軸貫穿整個組織,配合整合設計平台的核心基底

,形成緊密的連結,示意圖如圖4-10:

執行公司

市場競爭力。

於聯盟科專案中由中鋼負責高品級電磁鋼片開發,其餘包含兩型高效率感應馬達 開發,分別為2.3 MW 工業用馬達、省銅高磁裝載馬達;兩型直驅式無刷馬達開發,

於聯盟科專案中由中鋼負責高品級電磁鋼片開發,其餘包含兩型高效率感應馬達 開發,分別為2.3 MW 工業用馬達、省銅高磁裝載馬達;兩型直驅式無刷馬達開發,