馬達介紹：輪轂馬達 ( II )

針對使用齒輪的第二代輪轂馬達與直驅式的第三代輪轂馬達作比較。

上文中有提到，第三代直驅式輪轂馬達採用了減少齒輪造成的損失，以增加整體動力系統效率的策略；但要取消齒輪結構，也需要付出對等的代價。以目前第二代齒輪式輪轂馬達中，最常見的齒輪為1比4.3來計算；第三代直驅式輪轂馬達要取消齒輪，就代表馬達轉速要下降4.3倍，而馬達轉矩要提高4.3倍，才會等同於第二代齒輪式輪轂馬達的規格。要達到這種轉換，最簡單的方式就是馬達內部的槽極配，也增加4.3倍；以第二代齒輪式輪轂馬達常使用的是18槽20極的配比，若乘上四倍就變成54槽60極。

在以同樣的槽面積來計算，要擴加到54槽，就會產生十分誇張的設計結果，如下圖所示，左側為第三代直驅式輪轂馬達，右側為第二代齒輪式輪轂馬達。兩者的體積差異是非常驚人的，常見的第二代齒輪式輪轂馬達定子直徑為95mm，而第三代直驅式輪轂馬達定子直徑則為180mm起跳，有兩倍的直徑差異。

在重量上，當槽內漆包線圈的條件相同時，由於槽數增加了4倍，代表漆包線圈的數量也增加了4倍，因此各類材料用量也就有4倍以上的差異。實務上，第二代齒輪式輪轂馬達中，馬達本體重量約2kg，齒輪及外殼部份約為1kg，加總後的重量約為3kg。而第三代直驅式輪轂馬達，馬達本體重量高達10kg，外殼的部分為2kg，整體重量達到了12kg。在重量的差異上，就真的達到約4倍的差異。

成本的部份，以漆包線1kg要400元來計算的話，第二代齒輪式輪轂馬達漆包線用量為1kg，就代表第三代直驅式輪轂馬達要使用4kg的漆包線，因此當中會3倍的漆包線價差，約為1200元。但目前輪轂馬達當中最貴的材料成本為磁鐵，單片簡化計算為20元。則第二代齒輪輪轂馬達使用20片，第三代直驅式輪轂馬達使用60片，代表這中間的價差高達800元。因此在漆包線及磁鐵這兩項的累積價差就達到了2000元，然而第二代齒輪式輪轂馬達的齒輪費用約為400元。這代表至少要多花上1600元，才能達到減少齒輪的效果。

由上述可知，第三代直驅式輪轂馬達為了減少齒輪的損耗，需要更多的材料，更大的尺寸，更貴的費用，然而在效率上是否真的比較省？由於輪轂馬達都是採用永磁馬達，因此在馬達特性上，應參考永磁馬達的特性表現。由下圖中的永磁馬達特性曲線可以發現，當永磁馬達越高速運轉時，所需要的電流值越小，也就代表者越省電。

若就馬達效率來評估時，第二代齒輪式輪轂馬達最高效率為85%，而行星齒輪的轉換效率為94%，則總計為79.9%；會輸給第三代直驅式輪轂馬達的85%。然而當永磁馬達是高速運轉，透過齒輪轉換，將速度轉成轉矩來使用時，代表使用的電流值是低的，馬達的耗電量是低的，在電動載具的使用上，反而可以提高續航力。以筆者目前的經驗來計算，第三代直驅式輪轂馬達於時速25里的條件騎乘，耗電流約為7A，但第二代齒輪式輪轂馬達的耗電流則降至4~5A，因此續航力可以有效的提升。由此可見，馬達效率並不適合作為動力系統的維一評估標準。

關於高效率馬達的迷思其實全球的政府單位都發現了，一開始在還不清楚時，都針對馬達效率作相關的法令限制；後來發現馬達操作在高轉速的低效率區，反而產品更為省電，之後的法令都更改了制訂方式，從產品來定義。以電風扇為例，是直接量測電能及風能來做為檢測標準，冷氣機就取電能與冷房效果為主；不在單獨針對馬達效率。

重點整理：
產品的好壞，不能只從單一元件進行評估。

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