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高中Maker遇上科學,球型馬達征服世界!

  • 文/蘿蔔糕

安培定律、電流磁效應、作用力與反作用力……這些在國高中理化課程就認識的定律,讓學子們在試題卷上計算一題又一題的模擬題目。

不甘紙上談兵,學生自己動手

但是,卻有兩位學生決定不紙上談兵,而是在靈活運用之後,做出了讓大人們都驚豔的「Spherical Motor 球型馬達」,並以此專案在今年五月代表台灣,參加美國匹茲堡 Intel ISEF 競賽。這個競賽素有全球青少年科學競賽的「世界盃」之美譽,大獎賽亦被稱為「諾貝爾獎的搖籃」。兩人的作品在全球 1792 位參賽者中脫穎而出,榮獲工程機械組第二名。

顏伯勳與李尚融兩人做出的球形馬達在 Intel ISEF 競賽中獲得了第二名的佳績。

年僅 17 歲的顏伯勳與李尚融這對國中同窗好友,因為擁有相同的興趣、喜愛動手實作,時常一同討論新奇的玩意,並且嘗試將感興趣的東西製作出來,他們在高一時期發現了一支當時火紅的概念影片:

由固特異所提出的球形電動車概念,引燃了這兩位好兄弟的 Maker 魂。伯勳說服了家人讓他跳脫傳統的教育體系,申請了自學計畫,家人投資了兩萬元,並限期一年讓伯勳闖出成績;尚融雖然肩負著升學壓力,但動手製作的成就感,讓他利用課餘時間繼續與伯勳努力把這概念影片化成實際的成品。

分工合作做研究,從馬達根本改善效率

「Spherical Motor 球型馬達」專案的進行,由伯勳負責硬體設計與製造、尚融負責軟體與自動控制,初期他們到處尋找資源,最後在朋友的介紹下,進駐到勞動部勞動力發展署雲嘉南分署的「南方創客基地」。基地提供機台設備,並順利牽線,讓兩人與成功大學馬達科技研究中心的謝旻甫主任認識,主任則熱情地提供資源與技術指導,讓原本因為技術知識不足而進度延宕的球形馬達開始有了突破發展。

伯勳與尚融表示,國外學者所研發的球型馬達效率不高,原因在於他們是從「特殊電機(Special Machine)」的角度切入,以球型馬達的控制層面入手。卻沒有人針對馬達的電磁場結構、幾何設計來做研究。因此,他們認為從馬達的設計本身來著手,或許可以改善低效率的問題。

一代球型馬達製作

一代球型馬達的架構是參考自美國卡內基美隆大學的設計,在經費有限的情況下,運用南方創客基地的雷射切割機、示波器等來打造與測試球型馬達的雛形:

二代球型馬達製作

有了一代馬達的經驗之後,伯勳與尚融開始針對不足的地方加強修正,原本一代球型馬達是在空間中疊合轉矩向量,在二代時,他們改用磁場來疊合出 3D 旋轉的效果,並且提出他們自行設計的架構,與一代相比之下效率明顯提升:

此次伯勳與尚融在國際賽事奪下優異成績後,並不因此自滿,未來除了要為球型馬達的優化繼續努力,也會開始將球型馬達運用在不同領域,希望能與機械手臂、機器人、四旋翼等領域的技術做結合;只有球型馬達能廣泛地運用在我們的生活中,這項研究才能算是成功,而不只是好看的玩具而已。

如果想要更了解關於 Spherical Motor 球型馬達的種種,可以參考下列網站:

如果對這個專案有興趣,也歡迎跟伯勳、尚融切磋討論!

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vMaker編輯部

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