【產學合作】從擁有到享有，邁向產學新高度

前瞻技術產學合作計畫
計畫名稱：新世代車用動力驅動關鍵模組整合設計之智能化平台建置
計畫主持人：國立成功大學機械工程學系 蔡明祺教授
合作企業：中國鋼鐵股份有限公司、晟昌機電股份有限公司、新代科技股份有限公司
成果介紹：

本計畫以電動載具之「動力總成」(powertrain)系統為標的，以「新世代車用動力驅動關鍵模組整合設計之智能化平台建置」為題，從規劃到執行一以貫之的中心思想不僅是技術的組合，亦是強化突顯整合的成效。結合國內鋼鐵龍頭中鋼公司，動力馬達廠晟昌公司與控制器廠新代公司，鑑別出現今電動載具之需求，「以終為始」歸納出5大關鍵技術主軸，解析出20項研究子題，跨校跨領域邀集7所學校20餘位專長相關的教授及中鋼研發團隊共同參與。
技術領域涵蓋矽鋼片材料、電池材料、電池系統、智能傳動系統、主動力馬達最佳化設計、高效能散熱技術。從材料面透過自黏塗膜鐵芯與膠材之開發降低鐵芯損失，並結合散熱設計及多物理量設計分析，開發高性能電動載具動力馬達與驅動器模組，再由碳矽極材料開發、鋰電池與超電容模組來改善電池能量密度，並提升電動載具瞬時充放電性能與加速性。從結構面提出兼具差速器、齒輪箱與無段變速功能之磁力耦合裝置，結合智慧動力控制模組成為一輕量化之智慧傳動次系統。從系統面成立一泛用式系統設計雲端服務平台，有效地將各分項計畫水平與垂直整合，並透過巨量資料分析、虛實整合系統及雲端運算等技術，使動力系統達最佳安全性、可靠度，並降低生產成本。

三年的計畫執行，總參與人數超過上百人，每周的分項計畫會議、每月的主軸會議與每季的全體會議，整個執行過程不斷動態的調整與修正。有別於一般型專題計畫，大聯盟計畫以「業界出題、學界與業界共同解題、始於企業、終於產業」為目標，以活絡高級鋼與電動車相關產業鏈為使命，透過研發創新，僅保留20 %開發的技術為中鋼自用，80 %的技術則用於活化國內下游用鋼產業。五個主軸的整合過程中已創造許多第一，初期的研究成果獲得超過800萬以上的技術移轉金，申請中及獲證專利共47件以上，SCI論文達70篇，且不定期獲邀於電動車相關產業論壇發表專題演講。

產業擴散效益

本期計畫從材料-元件-驅動系統-整車系統的系列研發，突破單點研發的限制，達到真正的「整合型」計畫的使命。不僅證明前瞻技術的可行性，更在驅動系統及整車系統上進行POC驗證，經過3年的淬鍊，成功從概念性研究TRL3拉到接近具市場應用價值TRL7-8的成果。
我們共培育了172位碩博生，以深根國內(中鋼)自黏磁鋼片，聚集國內(新代、晟昌、東元、奇鋐科技、能元、大亞等)馬達系統產業，以日系大廠暢銷車為標竿原型，將整合成果置換國產車動力系統，不管馬達體積、最高轉速、功率密度及效率，皆成效顯著，展現產學攜手合作豐厚的MIT研發底蘊。

本計畫攜手廠商回歸最基礎科學的扎根研究，創造技術的領先指標，從基礎材料到物理性質的發現與解構，包含透過學界創新的正負極預鋰化技術，正負極皆應用中鋼子集團公司中鋼碳素的產品(活性碳及石墨)，率先在材料上游卡位，為本國下游產業鋪路，由學界改良的高純度矽與中鋼碳素的高純度石墨進行混合開發，產學攜手強強合作的結果已經超過業界技術門檻，將15%的矽加入負極材料中也不會產生業界最困擾之破裂問題，超越目前主要國際競爭廠商，此外因為與中碳合作矽材粉體的研究，進一步協助更多半導體材料廠商在碳化矽未來開發上的突破，從鋰電池的研究成功外溢到碳化矽的應用，鞏固我國第三代半導體的基石。

而本計畫電磁鋼片團隊結合中鋼團隊所開發之電磁鋼片與自黏技術，於第三年已開始有國內大型馬達廠採用試製，樣品已通過相關國際車廠之認證並獲得美日車廠之訂單。而上述技術亦整合至團隊研發之動力系統，搭配創新高功率馬達設計技術，除實際鏈結本計畫配合廠商-晟昌機電與新代科技，共同開發可應用於電動載具與工具機之具高速不退磁特性之永磁同步馬達；亦整合入國內線材大廠大亞電纜最新開發之高導熱線特性及自製前瞻散熱水套設計，應用於80 kW之電動車用馬達，更已與國內電動車動力總成開發商合作，已經過工研院測試與ARTC性能測試，並實際駕駛路測，相關技術已開始與國內大廠討論合作開發事宜。

除動力系統與電池材料，本團隊整合磁性傳動與電機設計技術，將馬達、驅控單元與齒輪箱整合為一體，使單一電機本體即可具備馬達與減速機功能，此外亦透過磁性傳動之非接觸轉矩傳遞特性，使系統本身具備過載自保之機制，並結合自有之智能控制策略，使電機本體可做到即時轉矩回授，與智能可變速比調變等功能，大幅提升各種電機載具之性能。相關技術成果獲國際雜誌IMPACT專訪並與金屬中心共同入圍「2021全球百大科技發明獎(R&D100 Awards)」

本計畫成果協助鋼鐵與電動車產業的技術能量提升，最終展示雖以純電動車為載體，實際上從二輪至四輪的電動載具都可以應用計畫團隊成果，透過動力總成公版(CSC inside )的設計有效擴散到各行各業，如電動手工具、電動滑板車、電助自行車，甚至包含鑽油平台的磕頭機、AGV無人搬運車及風機等。

圖片: 智動磁力齒輪電機傳動模組(Smart Motoring-Gear Module)成果，入圍「2021全球百大科技發明獎