#電磁學 #電動馬達 #微控制器MCU
【微控制器與軟體演算法，成就高效馬達轉換】
全球有 40%～60% 的工業用電是用於電動馬達。常見的工業用馬達有：直流有刷馬達、感應式馬達、永磁馬達。其中，直流有刷馬達，已瀕臨淘汰；感應式馬達價格便宜、裝置簡單且容易控制，但是能源效率不高；永磁馬達包括：永磁同步馬達 (PMSM)、無刷直流馬達 (BLDC)、磁阻馬達、步進馬達、磁滯馬達等類型，具有較高壽命、較佳能源效率及可控性，在工業應用中，PMSM 和 BLDC 馬達正大規模取代交流和直流有刷電機。
在當今的大多數應用領域，馬達發揮的作用並不是簡單地旋轉功能，人們希望馬達盡可能按照人們的要求去動作，這不僅對節約能源有重大意義，同時還可以在很多場合替代人類做更多事情。比如工業機器人的手臂要運動到什麼位置？需要多大能量提起多重的物體？這些都需要一個控制系統來進行精確控制。但是，馬達的工作原理本質上是一個電磁轉換過程，人們不能直接控制磁訊號，只能透過改變電訊號實現對馬達的一系列控制要求。
馬達的廣泛使用，帶動了馬達控制系統的發展，不同的應用場合需要不同的控制系統，特別是當今的 IoT、工業 4.0 快速發展的大背景下，馬達控制系統也隨之成長，驅動 IC、MCU、MOSFET、IGBT 等馬達控制系統訊號鏈每一個環節都因此受益。從馬達控制角度來看，控制系統可根據控制要求大致分為變頻器、驅動器和伺服系統幾類，控制要求越多、精度要求越高，對控制系統的要求也就越高，相應的系統複雜度也會隨之提升。
延伸閱讀：
《不斷演進的馬達系統》
http://compotechasia.com/a/____/2016/0920/33344.html
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#ARM處理器
圖檔取材：pixabay.com
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永磁同步馬達壽命 在 Re: [電車] 電動車有沒有辦法開20年呢？ - 看板car 的推薦與評價
※ 引述《francej (~~~~)》之銘言：
: ※ 引述《acchang (QoQ)》之銘言：
: : 標題: Re: [電車] 電動車有沒有辦法開20年呢？
: : 時間: Sun Feb 12 08:50:05 2023
: :
: : 2.第一個100萬英里的特斯拉愛好者
: :
: : 換了3次電池跟8次馬達，還是在保固內，如果過保應該炸掉比較快？
: :
: : https://reurl.cc/ml6ap9
: :
: : 只能說要買電車買全新的，快速脫手，不然碰到電池壞掉，加起來比買新車還貴。
: :
: 連結中有提到
: > 那麼大家好奇的來了，要達成160萬公里的代價是什麼？
: > 一共換了三次電池
: > 首次更換：53萬公里時
: > 第二次更換：再開了67萬公里
: > 第三次更換：行駛至今40.5萬公里
: 所以電動車電池的耐用度真的是不需要太擔心啊 除非你車都是會開超過50萬公里
: 以上才要換車的
: 電控、馬達如果設計的好，耐用度撐20年並非不可能. 你開的hybrid，也是一堆電控
: 電力電子元件。 如果電動車的電控馬達技術上不可能撐20年，那hybrid也會是類似
別太看得起電動車的壽命......
電池就不講了
這邊講另外兩個現代電動車壽命不如以往的老家電的部分。
第一個是馬達驅動器裡的IGBT衰退，另一個是永磁馬達的退磁衰退
現代的電動車為了得到較高的轉換效率，通常使用IGBT作為變頻器，
但是IGBT作為半導體元件，熱循環與熱負荷的條件下就會衰退。
一般來說包括導線的熱循環金屬疲勞、
功率循環造成內部金屬層產生晶粒重構，使內電阻提高、
還有焊接層退化。
IGBT的效率高，但是壽命不如老式的BJT變頻器，
而且IGBT是到接近千禧年才成熟放入市場裡，
大量應用IGBT也不過20年出頭，壽命預估很多都還只是紙上的計算，
實際上還不知道能不能達到，
所以拿那些能運作30年的老電器來講電動車變頻器的壽命，
真的就是拿黃瓜比雞腿了。
另一個問題就是永磁馬達退磁的問題。
像特斯拉過去的電動車使用感應電機，感應電機基本上不需要磁鐵，
所以沒有什麼退磁的問題。
但是到了Model 3之後，為了提高低速時的效率（或省錢）,
改用永磁同步馬達，而永磁馬達就會遇到磁鐵退磁的問題。
磁性材料會有所謂的居禮溫度，隨著溫度提高越靠近距離溫度，
分子磁極就越鬆動，白話一點講就是溫度越高，磁鐵的磁性越容易受外界磁場同化，
在磁場方向不斷變化的馬達裡，就代表磁鐵的極性容易越來越錯亂，
馬達磁鐵的磁性慢慢消退。
一般的老式家電用的多半是AC感應馬達（19世紀天才特斯拉的發明），
裡面是使用線圈與電流產生的電磁力，取代磁鐵的磁場，
所以一般的老家電不會遇到退磁的問題。
但是使用永磁同步馬達的會，而且馬達負載越重溫度越高，退磁的情況越容易出現，
尤其特斯拉用的是永磁轉子，而轉子是最難冷卻的，也就更容易遇到這個問題，
所以特斯拉也集中了大量的專利在永磁轉子冷卻上。
不過退磁的問題也只能減緩而無法徹底解決，
尤其是電動車馬達先天就比家電馬達更容易出現短時間高負載升溫的情況，
所以使用永磁電機遇到退磁的問題也會更嚴重。
如果買電動車回去就是當個三寶，起步非常平緩，時速不超過80公里，
那電池、IGBT和永磁馬達過熱導致衰減的問題當然會變少，
不過要這樣開電動車，還不如去開摳普拉斯......
: 情況... 照此邏輯，難不成這年頭只能買"純油"車了. 只要有電的(包括hybrid)都不能
: 碰囉
一般來說，冷氣的變頻器保固通常會比馬達少三年，
然後市面上似乎還沒有家電狗敢用上永磁同步馬達。
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亂餵流浪狗的人其實和渣男沒什麼兩樣
一個是讓狗以為自己是有主人的狗，一個是讓人以為感情有了歸宿
但都只是做半套不想完全負責而已
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 42.72.171.223 (臺灣)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/car/M.1676204660.A.91A.html
SiC元件的優點是比矽元件還能承受較高的功率，
現在不做SiC IGBT是因為還做不出來......
但是SiC MOSFET上800V壽命還能剩多少，就還要先叉腰等等看才知道。
永磁同步馬達是轉子是磁鐵，一般DC馬達是定子是磁鐵，
換個地方擺磁鐵，磁鐵受到的熱負荷就不一樣。
不然祖伯克的FB衛星也不會馬斯克炸掉，
炸掉就算了，等練功練完後馬斯克自己射星鏈上去，
祖伯克連再射上去的機會也消失了。
沒這規定，但是同步馬達的磁場是由轉子產生，所以永磁馬達就會把磁鐵放在轉子。
而DC直流馬達把磁鐵放在轉子是在自找麻煩，
低效且設計複雜。
但是退磁是長時間的過程。
如果是居禮溫度低的氧化鐵磁鐵，3到5年就能出現明顯的衰減。
如果溫度高到短時間就看到衰減，那差不多和油車的縮缸一樣，
但是應該沒人幻想油車不過熱馬力就永不衰減一樣。
就不要用永磁同步馬達阿........
一般做永磁同步馬達轉子的廠商，在一般工況下給的保固是20年，
但是電動車的工況通常不是廠商20年保固範圍內的那種工況。
而且記得看清楚，我講的是家電不敢用永磁“同步馬達”......
而且在低功率時，SiC的效率也沒比矽高，哪個效率高還要看是在哪個負載條件下。
Q:為什麼軸承那麼容易掛掉？
A:因為裝在轉子上的兩塊磁鐵磁力和重量有公差時，轉子受的力就不平衡，
高速轉動時對軸承造成很大的負荷。
尺寸和重量公差容易克服，磁力有公差，用銼刀再怎麼磨也修不回來。
這玩意兒不就需要大扭力高負載？？
戴森就是靠著他家的馬達有極高的輸出率，才敢賣那麼貴。
我很遜，即使知道磁化曲線，只能用大家聽的懂的東西來類比，沒辦法像你一樣賣弄知識
※ 編輯: ewings (42.72.171.223 臺灣), 02/13/2023 00:09:29
你以為他們使用與一般DC馬達相反的配置不用付出工程與價格的代價？？
別自己想當然而以為轉速極限高低轉扭力就低。
而且BH曲線是會受溫度影響的，
溫度也是影響材料退磁率的重要因素，
不然你以為車廠拼命在搞馬達冷卻是吃飽太閒阿？
※ 編輯: ewings (42.72.171.223 臺灣), 02/13/2023 00:33:13
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