稀土現在是國際高度管制的戰略物質，「零稀土馬達」就成了全球極欲突破技術解方。工研院以平價磁鐵材料替代稀土，讓馬達一舉達到頂級的IE5能效標準，更攜手傳恆綠能、聯昌電子等廠商，建立臺灣馬達自主產業鏈，擺脫地緣政治下的稀土斷鏈風險，獲工研菁英產業化貢獻獎金牌。
談起「高效零稀土馬達」的研發過程，工研院綠能與環境研究所經理王建昌感覺猶如一場漫長的「英雄旅程」，進入研發期程第四年，與廠商合作第八個月時，業者一句「這東西看起來，真的像可以賣的產品了！」讓他在看似無盡的研發暗夜裡，像是看到了一線曙光。
現代工業的世界裡，靠磁力帶動的馬達是許多動力設備的心臟，用電量占全球總電量5成以上。為了榨出馬達最大出力，業界投向體積小、重量輕、高效率的「永磁馬達」，王建昌比喻，「稀土磁鐵就像馬達裡的高性能肌肉，能在有限空間內提供很強的磁力。」但永磁馬達的核心材料「稀土」，卻逐漸被供應國嚴格管制，成為全球供應鏈最脆弱的斷鏈痛點。
以應用最廣泛的稀土永磁鐵「釹鐵硼磁鐵」（釹為稀土元素）來說，磁力是傳統黑磁鐵的5到12倍，因此馬達可以做得更小、更輕，同時效率更高。這對高階風扇、壓縮機、伺服系統、電動車等需要高效率與高功率密度的產品來說，非常具有吸引力。
稀土斷鏈危機增 全球急需零稀土解
但稀土卻有一個致命問題，中國掌握全球高達7成的稀土產量，以及9成的精煉產能。近年在地緣政治紛爭下，稀土被各國列為高度管制的戰略物質，也成為中美貿易與科技競爭底下的關鍵談判籌碼。當這條高度集中的供應鏈面臨斷鏈危機時，隨之而來的便是瘋狂的價格暴漲、材料取得不易，甚至連後續維修零件都可能面臨斷貨。因此，近年全球科技巨頭紛紛將目光轉向「去稀土化」，「過去稀土代表高效率，未來這個高效率還必須加上低風險、可供應、可持續。」
雖然國際上早有感應馬達（IM）、同步磁阻（SynRM）或開關磁阻（SRM）等完全不用磁鐵的零稀土技術，但這些方式各有硬傷。王建昌解釋，像是應用在高階電動車或工業大功率設備的同步磁阻馬達，在運轉時會產生驚人的內部高熱，必須額外配置複雜的油冷系統冷卻，加上需獨立開發專門控制器，難以直接對應市場普及的控制器。
而工研院團隊扎根冷凍空調和風扇氣流循環領域已久，一開始就鎖定具有更高性價比、能無縫對接既有工業生態的技術，大膽選擇最普遍也最具經濟效益的「鐵氧永磁」方案。
三管齊下突破磁力弱硬傷 達IE5能效標準
王建昌表示，鐵氧體是一種完全不含稀土、價格更只有稀土十分之一的平民材料，天生在設備投資報酬率上占有優勢，但卻有一個先天弱勢，鐵氧體的磁力微弱，僅有稀土的五分之一，如何提升鐵氧體的磁力，讓馬達同樣具備高能效表現，成了團隊首要克服目標。
為此團隊從磁路結構與底層控制演算法下手，從無到有投入研發，接連完成三大突破。首先是弦波磁路設計，「馬達最重要的就是磁路設計，團隊透過精密的設計手法，讓馬達內部的磁場呈現平順、高效率的旋轉磁場，讓低磁力的鐵氧磁體，也能發揮出近乎稀土永磁的出力效果。」
第二關鍵則是負責操控馬達運轉的驅控器。王建昌表示，為了有更高的性價比，團隊採用創新的「無雙」減法設計，資料中心最怕停機，團隊捨棄容易老化故障的「電解電容」與「霍爾IC」兩大元件，大幅提升系統可靠度。
「但硬體減法的代價是馬達電流會劇烈震盪，造成效率下降或運轉不穩，」王建昌說明，團隊是採用比例諧振控制演算法，精準追蹤馬達電流，匹配弦波磁路，成功在低磁力條件下，仍能穩定控制馬達高效運轉。三管齊下，讓磁力微弱的鐵氧永磁馬達，也能推升至頂級的IE5能效。
為了靈活適用不同場域，團隊更採取模組化策略，將馬達、驅控器和風扇扇葉，整合成單一5kW的核心單元，方便客戶根據不同需求，靈活組裝出15kW到50kW等主流大功率規格，「就像堆積木一樣。」
團隊還為這個風扇模組配置了一個聰明的「智慧大腦」，能在低負載時自動調降風量、降低功耗，在高負載時飆高馬達扭力。若將國內工廠普遍採用的IE3舊型馬達，汰換為可隨負載動態調節的IE5風扇馬達系統後，平均能帶來4成、最高甚至達到6成的驚人節電效益。
優化風道、葉輪與模組 讓每一度電發揮極致
風扇要省電，光憑聰明有力的馬達是不夠的。團隊以系統整合角度同步優化風道、葉輪與模組架構，讓馬達輸出的每一分能量，都能更有效轉換為穩定送風能力，打造兼具高效率、高可靠度與易維護的電子換向風扇模組。
結構上，團隊採用低阻抗風道與高效熱管理設計，降低氣流通過模組時的壓力損失與渦流干擾，同時兼顧低振動與低噪音的需求，讓系統可長時間穩定運轉於商用空調箱、資料中心或工業通風等24小時不停歇的嚴苛環境。
葉輪設計上，團隊透過精準的氣流模擬分析，反覆優化葉片形狀、角度與輪轂配置，讓風扇在不同負載操作條件下，仍維持穩定且高效率的送風表現。此外，團隊將馬達、驅控器、葉輪與框架系統整合為標準化模組，助益量產之餘，也提升安裝、維護、更換與場域驗證效率。
團隊初步盤點，若將這套技術普及導入國內現行的資料中心、半導體無塵室、商用空調箱以及生物醫藥廠辦，預估每年能為臺灣省下超過1.5億度的龐大用電量，相當於少蓋一座電廠，「風扇每天都在轉，所以每一分效率提升，都會變成長期減碳。」
牽起臺灣產業鏈 9成以上在地供應
跨越研發關卡後，緊接而來的是產業化挑戰。王建昌坦言，產業化最困難的地方，不只是技術要做得出來，還要做得穩、做得便宜、做得大量、做得讓客戶願意買單。為了讓技術真正落地，團隊從四個面向各個突破。
首先是把技術模組化，將馬達、驅控器、扇葉與系統整合，拆解成可技轉、可量產、可驗證的模組。第二是把製程工程化，團隊直接走出實驗室，進駐廠商產線，協助業者建立製程參數、測試標準、模具與品管流程。
第三是實際協助終端設備廠實際導入商用空調、空調箱、風扇模組與高端環控系統。第四是串接供應鏈，團隊發揮工研院最重要的核心任務，鏈結臺灣相關產業，包含馬達廠、驅控器、模組廠和設備廠，讓大家能共同協作，而不是各自單打獨鬥。
王建昌回憶，產業化過程中時常陪著廠商在廠區內進行實機測試與參數校正。他回憶，當陪廠商持續奮戰到第八個月時，某天廠商突然說，「這個東西看起來，像是可以賣的產品了！」這一句話來自業界最真實的認可，對團隊是非常大的鼓舞！
如今，這項在產線中磨出來的零稀土馬達技術，已在臺灣建立起一條90%國產化「MIT馬達戰隊」，在這條幾乎可由臺灣自主掌控的產業鏈中，馬達本體由臺灣空調界感應馬達的領導廠商「傳恆綠能」負責生產，目前已完成年產1萬台的產線建置，產線稼動率穩定維持在8成以上。
中高功率馬達驅控器則由東元集團旗下、具備國際通路優勢的「聯昌電子」負責，也已穩定出貨；再加上歐陸通風、瑞安、弘旭等終端設備夥伴，形成「零件＋模組＋設備」的MIT產業鏈，突破高效馬達需仰賴進口的瓶頸，也成功擺脫了地緣政治的稀土勒索與紅色供應鏈的潛在風險。
強化供應鏈韌性 MIT高品質打入國際
這項擁有MIT標籤、高效節能、高可靠度的完整解決方案，很快吸引了國際客戶的目光。王建昌指出，國際高階設備業者在挑選產品時，特別注重「排紅條款」與供應鏈的可持續性，這款高效零稀土馬達成了臺廠出海利器。目前已在菲律賓、越南、馬來西亞等東南亞國家，應用在AI資料中心、高科技廠房的風扇機組或商用空調箱上，成功完成了進軍國際的前哨戰演練，未來也計畫打入歐美高階市場。
回首這條歷時近4年的研發之路，王建昌歸功於研發夥伴與產業盟友，「這是臺灣產業鏈共同努力的成果！」面對未來日益白熱化的地緣政治與淨零減碳賽局，王建昌對臺灣風扇馬達產業充滿期待：「零稀土技術擁有國安層級的戰略地位，臺灣不能只做零件，而是應該要建立一套高效節能系統的自主產業能力。」
（本文是由工業技術與資訊授權轉載）
