小型電動堆高機馬達：類型、選型和計算方法

小型電動堆高機使用什麼馬達，以及各自如何選型

簡短答案：關鍵在兩個馬達，而非一個

堆高機馬達的詢價，經常漏掉這個馬達負責哪一項功能。一台車至少有三個馬達功能，各自的定額基準都不同。先確認角色，才能避免用錯誤的工作條件去指定替代品。

堆高機馬達的報價必須註明其角色。行駛馬達與泵浦馬達可能共用同一機座尺寸，但繞組與熱定額可能不同，因為一個是為行駛工作而設計，另一個可能只在短暫的升降時段運轉。

直流、交流與 PMSM 各有哪些型式的完整分類，另見電動堆高機馬達的常見型式；本文只聚焦小型機的數字。

車型會改變答案

堆高機的設計在馬達數量與配置上各不相同。在比較功率之前，先確認車型，因為它決定了是否使用差速器、轉向是否電動，以及泵浦要供應幾項液壓功能。

• 電動拖板車，1.0 至 1.5 t。通常是一具 24 V 行駛馬達搭配整合式減速機，升降泵浦則內建於同一殼體。沒有差速器、沒有動力轉向，是同級中最便宜的 24 V 直流平台。
• 三輪配重式，1.0 至 1.5 t。一具行駛馬達經差速器驅動，另配電動輔助轉向，因為是後輪轉向。轉向馬達雖小，卻幾乎持續運轉，因此其工作性質與升降馬達正好相反。
• 四輪配重式，1.5 至 2.5 t。48 V 為標準。可為單一行駛馬達搭配差速器，或兩具輪轂馬達搭配電子差速控制；後者是讓窄巷作業成為可能的配置。
• 前移式（reach），1.0 至 2.0 t。除行駛外還有前移、升降與傾斜功能，因此是三具泵浦馬達，或一具泵浦搭配閥塊。工作負載高於配重式，馬達要依該負載而非依載重能力來選。

因此，兩台額定載重相同的車，可能需要不同的馬達。1.5 t 拖板車與 1.5 t 前移式都舉升 1,500 kg，但泵浦的工作時數可能相差很大。文中提到每班泵浦運轉時數相差五倍，這點應以具代表性的工作循環數據核對；它同時影響熱定額與功率選型。

行駛馬達：為何交流感應取代直流

數十年來，串激式直流馬達在堆高機行駛驅動中相當普遍。其轉矩隨電流上升，適合載重起步，且可用簡單的截波控制器。隨著變頻器成本與維護需求改變，許多較新的設計改用交流感應馬達。

從直流改為交流後有何改變

關鍵變化是具磁場導向控制的三相變頻器價格下降。當它低於碳刷、整流子車削與停機時間的整體壽命成本時，直流機除了最小車款的初期成本之外，已沒有其他理由。

回生煞車也從選配變成免費，而在每 30 至 60 秒就停一次的倉儲作業中，這份回收約相當於行駛能量的 10 至 20%。在兩班制運轉下，這就是「每班換一次電池」與「不必換」之間的差別。

液壓泵浦馬達以短時工作定額決定

這是買方最常弄錯的地方。泵浦馬達把負載舉升幾秒，然後在車輛行駛時閒置，接著再舉升。它的銘牌功率描述的是短時定額，而非連續定額，拿它與相同數字但連續定額的馬達相比毫無意義。

讀懂升降馬達的銘牌

標示「6 kW、S3 15%」的泵浦馬達，其定額對應所述循環工作，在循環的 15% 時間內運轉。以本文採用的簡化熱等效假設，其連續等效值約為 6 x sqrt(0.15) = 2.3 kW。若是 6 kW 連續定額馬達，就必須依該連續輸出重新選型並做熱定額設計。

這個平方根關係反映的是假設的工作條件與熱模型。只依 kW 數字挑選的替代品，若其定額與車輛實際循環不符，就可能過熱；若車輛實際負載已經改變，原本的馬達也可能不再合適。

電壓平台：24、48 或 80 V

電池電壓部分取決於功率需求與電纜長度。相同功率下提高電壓可降低電流；在相同電纜電阻下，也降低 I²R 電纜損失。

電纜與連接器的影響

相同功率下，24 V 系統的電流大於 48 V 系統，這會影響電纜截面以及連接器、接觸器與熔斷器的額定。這也說明了為何 1.5 t 級距的許多車款採用 48 V 平台；但合適的電壓仍取決於整車設計。

電池側的選型邏輯見AGV 馬達的電池電壓選型，其中採用同樣的電流、電纜重量與充電器可得性之間的取捨。

由爬坡能力決定行駛馬達

行駛馬達的選型，應納入滿載時所需的爬坡能力。坡道速度與坡度決定該工作點的牽引力與功率；所需最高速度也影響馬達的轉速範圍與基準轉速的選擇。

坡道上所需的牽引力，是滾動阻力與沿斜面方向重力分量之和：

F = m x g x (f + sin theta)

其中 m 為載重質量，f 為滾動阻力係數，theta 為坡道角度。接著 P = F x v / eta，v 為坡道上的速度，eta 為傳動效率。

計算範例：1.5 t 配重式、8% 坡度

在上述範例假設下，行駛馬達軸功率約為 5.3 kW，落在 5 至 6 kW 級距，這也正是 1.5 t 車款型錄數值聚集之處。同一坡道若為 6 km/h，計算需求上升到 8.0 kW。因此爬坡能力必須連同其對應速度一起標示。

由升降速度決定泵浦馬達

升降計算是負載、重力與升降速度的乘積。馬達軸功率還須計入油缸與泵浦效率，而熱定額則由工作循環決定。

P = (m x g x v) / (eta_cyl x eta_pump)

計算範例：1.5 t、0.30 m/s

通電率與等效連續值，是比較這些選項的核心。6 kW S3 15% 的定額，與 6 kW 連續定額並不能互換。功率與工作定額都要指定；只依 kW 數字下單的馬達，可能熱容量或機座尺寸不符。

從車輪轉矩到馬達轉矩

先從輪胎上所需的作用力出發，再換算成車輪轉矩與馬達轉矩。車輪轉矩為牽引力乘輪胎半徑；馬達轉矩為車輪轉矩除以減速比與傳動效率。

T_wheel = F x r 以及 T_motor = T_wheel / (i x eta)

以上例而言，輪胎半徑 0.25 m、減速比 16:1，車輪轉矩為 4,205 x 0.25 = 1,051 N·m，馬達轉矩為 1,051 / (16 x 0.88) = 74.6 N·m。在 4 km/h 時車輪轉速為 42.4 rpm，因此馬達運轉於 679 rpm。

在計算出的坡道工作點，馬達約以其 2,000 rpm 基準轉速的三分之一運轉，且必須在該處無熱降額地輸出 74.6 N·m。要確認變頻器在該轉速能提供所需電流；若電流上限低於計算需求，可用牽引力就會下降。因此除了銘牌功率，還需要轉矩－轉速曲線。

同樣的計算鏈，套用在倉儲機器人而非堆高機上，見AGV 馬達轉矩計算與AGV 需要多少轉矩。

小型堆高機中的 BLDC 與 PMSM

包括 BLDC 與 PMSM 在內的永磁機，用於部分鋰電池車款與小型拖板車。它們在部分負載下效率可能更高，但結果取決於馬達與控制器設計，以及車輛的工作循環。

取捨在控制器。PMSM 需要轉子位置，來自霍爾感測器或無感測器估測器，而在貨叉載重下進行無感測器起動正是弱點。對於必須在貨叉載著 1.5 t 於坡道起步的車輛，霍爾回授是較安全的選擇；比較見霍爾感測器與無感測器 BLDC 馬達。

當機座空間受限時，整合式輪轂馬達可完全省去差速器與傳動軸。該架構見AGV 輪轂馬達設計，而它與傳統齒輪傳動之間的取捨見齒輪馬達與直驅馬達比較。

24 V 拖板車方面，倉儲 AGV 與機器人用 24 V BLDC 馬達是參考平台；更完整的系列見AGV 最佳馬達型式與倉儲 AGV 用馬達。

工作循環，以及為何加大容量反而更糟

馬達過熱時，換大一級機座未必能解決原因。較大的馬達可在較低負載率下運轉，但是否因此增加損失，取決於其效率曲線、控制設定與冷卻。改變定額之前，先診斷運轉條件。

感應馬達的效率隨負載與機型而變；文中引用的「峰值 75 至 100%、約 40% 以下開始下降」是一般性估計，並非適用所有馬達的法則。7.5 kW 馬達承擔平均 3 kW 負載時，約在額定的 40% 運轉。在判斷哪一顆會更涼之前，應比較其實際效率與損失，再與所提的 4 kW 馬達對照。額外質量也會影響車輛的載重計算。

面對過熱馬達，正確做法是先檢查工作條件：循環時間、環境溫度、冷卻路徑，以及變頻器是否比設計假設更長時間維持電流上限。該診斷的熱側見AGV 馬達過熱。

轉速選擇也與此相關。遠低於基準轉速運轉的馬達，內部風量較少、冷卻係數較低，因此相同轉矩會產生更高的繞組溫度。實務範圍見AGV 馬達轉速與 rpm 選型。

六種故障模式及其指向

此表列出堆高機馬達常見症狀、可能原因，以及有助於區分它們的量測。實際故障頻率取決於車輛設計與使用條件。

症狀指向什麼

有兩種模式有助於縮小診斷範圍。只在夏季發生的熱跳脫，可能指向環境溫度或散熱受限；只換馬達未必能解決。若起步轉矩偏低但之後行駛正常，應先量測加速期間的電池與控制器電壓，再判定馬達有問題。

值得維持的三個保養週期

例行檢查可在造成馬達故障前發現問題。於冷機時進行 500 V 絕緣電阻測試，並記錄成趨勢，有助於及早發現絕緣劣化。清潔冷卻路徑可降低熱跳脫的風險。

檢查煞車氣隙可發現駐車煞車調整偏移，否則會表現為車輛在坡道上無法保持、卻被歸咎於馬達。週期數值應依車輛製造商的保養計畫；這裡的重點是三者都以記錄判斷，而非憑感覺。

規格表上該寫什麼

馬達規格應包含供應商選型所需的運轉細節。以下項目有助於把需求說清楚。

多數配重式採用彈簧施力、電磁釋放式煞車，使車輛在操控放開或失去電力時仍能保持。應就特定車輛與適用安全標準確認煞車型式與保持需求，然後把該介面同時寫入馬達圖與車輛圖。

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