展望马达控制与传动系统虽然已是发展多年的基础技术，但到了如今追求节能减碳时代，为了要制造出体积小、功率更大的高效率马达时，便考验各国制造业从设计、分析，乃至于制程上细节能力，是否都具备成熟技术和工艺水平，以及全方位客制化应用服务能力。

考虑近年来无论采用什么技术或技术IEC标准，IE5马达能耗会比IE3机种少40%，永磁同步电机（PMSM）它还具有能量密度高、运行效率高、体积小等优点。在运行过程中，舒适度和动态响应会大大提高，但不会有振动噪声。近年来，它也开始与直接驱动系统相结合IE5等级能效，广泛应用于各种对能效要求较高的电动车辆、工业工艺和自动化设备。

如德商西门子公司（Siemens）目前不仅与各地合作「最低能效控制政策（MEPS）」，推广其超高效节能电机必须符合要求IE3效率水平；甚至欧盟要求75kW~200kW2023年马达必须达到IE只有准备充分，可与工业客户和机械制造商合作，提高电机效率，降低企业能源成本和年排碳。在台北的台北国际自动化展上，也积极推广其节能高效SIMOTICS IE4（IE5)同步磁阻电机将大大提高变频驱动系统的效率和性能。

然后全面整合无线监控装置，提高系统运行透明度。对于电机，甚至高级变频器和机械传动机构，必须能够通过有/无线工业网络或蓝牙连接西门子PLC控制器可以完整、实时、连续地监控电机的运行状态；并配合西门子MINDSPERE云服务和德国专业技术团队，预诊电机的使用寿命，并积极安排维护和维护时间表，帮助操作人员实现零意外停机的目标。

瑞士商ABB公司也在今年的会议上展示了它的旗帜IE5级同步磁阻电机（SynRM）集成高效电机（EC Titanium），结合同步磁阻和永磁控制技术，提供电机与驱动/变频器的集成解决方案，降低约40%的能耗，达到优异的节能效果。



图1 : ABB也在今年展示旗下IE5级同步磁阻电机（SynRM）集成高效电机（EC Titanium），并提供一体化解决方案，降低能耗约40%。(摄影:陈念舜)

永磁电机搭配东元 促进冷却水塔的能效IE5等级
近年来，台湾电机厂东源电机受益于机电系统、智能能源、智能家庭三大商业集团的成功组织改革，发挥了最大的效益，在可再生能源、储能、节能、运输电气化等领域有相应的解决方案，直接连接商机。2022年东元最新公布Q2收入年增长13.5%，上半年增长16.8%。主要原因是收入占50%以上的机电系统业务群体，以及北美、欧洲和台湾市场年增长13.9%的贡献。

例如美国O&G过去，输送站压缩机主要由柴油发电机驱动，但未来美国将立法通过清洁竞争法案（Clean Competition）之后，将推动O&G工业电气化的长期趋势已经实现 E-Skid订单超过2000万美元，谈判的商机超过100个。

因为东元也有能力自制电动汽车T Power除2021年外，动力系统还将加入MIH除联盟外，还提供华德动能开发电动巴士，累计出货100多套。当新客户工厂成立时，预计订单将显著增加；智能电动巴士将用于台湾许多汽车工厂的合作开发DMIT该计划预计将在年底前完成路测，2023年以后，我们将贡献收入；同时，我们将与指标卡车厂合作，结合东源集团的住宅配送，开发台湾省第一辆3.49吨以下的电动物流车。现在我们正在进行整车测试。计划明年批量生产后，我们还可以在未来引进货卡和自动引导车（AGV）等货/客运领域的智能电动车辆。

自今年7月以来，台电平均电价上涨8.4%，用电量达到15%，企业能源和用电成本大幅增加。自去年以来，东源推出了低碳智能工厂解决方案，帮助企业大幅降低用电成本，逐步实现减碳目标。预计东元今年以来推出的节能产品和服务将比去年同期增长约30%，相关年度收入贡献有望挑战新台币40亿元。

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表1 不同的工厂设备和产品节能节能

工厂设备

产品

节能省电

高效电机驱动系统

高效感应电机（IE3/IE4）

2~8%

高效永磁电机（IE4）

较IE44感应马达效率提高4~5%以上

中低压变频器

最高50%

冷却水塔

IE超高效冷却水塔永磁直驱系统

最高15%

东源电机公司机电系统和自动化业务集团主任孙建荣也表示，特别是在当今台湾钢铁、石化、电子、水泥、造纸或纺织化纤厂等碳排放更感兴趣，东源还可以针对现有设备的能耗和能源效率，提供低到高的不同解决方案。

例如，工商界各行各业的高效冷却水塔是一种相当耗能的设备。有必要提高效率。操作人员可以从最简单的方式维护现有系统，但用高效产品替换电机；或将现有传动系统简化为永磁直驱系统，提高效率，大大降低减速器等机械传动部件的定期维护和周期性（Life cycle）汰换成本。

这完全颠覆了传统的驱动冷却塔风扇。为了形成一个完整的低速、高扭矩驱动系统，必须通过电机连接联轴器和减速器。孙建荣指出，现在通过直接驱动系统，不仅减少了相关的机械损失，而且至少提高了传动系统的效率约为5~15%；与传统感应电机相比，如果在低速下搭配永磁电机，效率更高。

根据环境温度据环境温度的变化，配备变频器控制水塔风扇的节能效果更好。孙建荣还推荐，东源开发的一套高效冷却水塔专用变频节能控制系统，通过内部建设AI算法变频器精确控制温度，节能效果比普通变频器高40%以上，负载变化明显！

「虽然现有设备的改造似乎很复杂，但降低电费和设备维护的整体运行成本也很明显！」孙建荣表示，由于能源效率的提高和这些机械可移动部件的缺失，电机的定期维护和定期更换将能够完全节省；东元将冷却水塔引入IE5.高效的永磁直驱系统有助于企业降低设备在整个生命周期中的整体运行成本，使许多企业感到兴趣并积极下订单。

结合东讯传感器实时监控 确保电机长期稳定
同时，考虑制造业建设智能工厂，引进工业物联网（IIoT）但由于电机在正常运行时不会需要，「讲话」，因此，业界通常认定的电机效率是在健康状态下测量的，这是在购买时决定的。然而，它忽略了电机在不健康运行时的能效会变得非常不同。传统只能通过人工检查、抄表或事后分析来比较数据。

东元也与相关企业东讯合作，为电机、鼓风机、空压机、泵浦、冰水主机制冷剂压缩机等旋转设备建立数字分离（Digital twin）监测系统，然后使用外部传感器获取振动和温度信息Wi-Fi上传Gateway。建立或比较内部机器学习算法的关键上下限指针，实时显示当前电机是否处于健康运行状态；或根据客户需求，将从Edge中央控制系统的数据长期积累，用于未来的记录分析。

孙健荣说：「一旦建立了这些指标，就等于提醒业者密切关注，尽快发现电机可能在异常情况下继续运行，导致能效和能耗性能差，甚至主动安排维护。据统计，该设备安装后，能效可提高约3%~7%。」未来设备可以预诊分析后，下一阶段会根据客户需求逐步导入5G、AR/VR实现无人巡检、远程维修作业等工具，节约人员质量。

目前，东元还可以整合集团的能源管理系统，首先帮助客户检查现有设备的能效是否较差？然后进行效率分析，评估更换高效电机或设备所能带来的好处；客户还应该知道消耗的能源和主要能耗设备在哪里？然后，我们可以建立基本的能效数据，了解能耗状况和产品比较。倘若发现产值不高，却仍有较高能耗时，就代表可能出现浪费或不明使用状况，必须加以改善。

孙建荣表示，其能源管理系统不仅可以连接设备来提高能源效率，还可以连接可再生能源等节能减碳解决方案，最终还可以添加一些智能和数字管理工具，使操作更有效率。在获得可视化数据后，还可以形成具体的碳排放控制策略，然后结合东源集团的相关产品，为企业提供完整的解决方案。

包括东元现有的帮助企业回收废热的方式，除了最感兴趣的发电外，还将评估客户的实际工厂需求，包括温度、流量和加热时间。如果热源条件合适，工厂也有蒸汽需求，废气可转化为蒸汽，节省燃料或天然气产生蒸汽的成本，或用于满足工厂冷冻机或冰水机的制冷需求。

在今年的台北国际自动化展上，东元很方便ESG以低碳智能未来工厂为主轴，共同关系企业东捷信息和东讯，重点提供以电机为核心的低碳产业解决方案。亮点产品包括：首次亮相「二代小型变频器E710」、永磁同步直驱电机，突出节能效益；AC/DC伺服电机可用于天车、AGV或配合机器人关节，减少智能工厂的门槛。

同时，还提供高效冷却水塔AI变频控制驱动器、厂内废热回收等客制化服务解决方案，经分析选择后导入，以最低成本获得最佳效益。然后与东捷信息和东讯合作管理碳资产IoT可视化监控系统，以实时追踪保养马达健康与维修，协助客户提升设备能效、降低能耗；透过软件计算出口设备、产品的碳足迹，最终实现数字化、可视化碳盘查管理。



图2 : 高效冷却水塔结合东元永磁电机直驱系统改造，不仅减少了相关机械损失，而且至少提高了传动系统的效率~15%。（source：东元）

大同携手减速机 跨重电及车用领域
另一家老电机制造商大同公司仍有重电、电缆、电机、智能电表、太阳能、智能能源、系统集成、家电制造、家电品牌、先端电子等10个业务实体。近年来，我们也充分发挥了长期客户制造积累的经验优势，配合市场产业发展趋势，规划电机发展方向。

在节能减碳方面，除2016年推出外IE除了3系列电机，0系列电机也被提前部署推出.75kW~150kW更高阶的IE4鼠笼转子感应电机可直接通过商用电源启动，提高能效，降低能耗。此外，由于电机仍采用特殊设计的电磁钢板、铸铝框架、转子等模块化设计，安装尺寸均采用IEC国际标准高度互换，使电机维修更加方便，无需更换生产线设备。

大同电机开发部副主任蓝宝林表示，目前该公司IE3、IE4永磁同步电机系列的轻型小型化产品不仅与驱动器具有良好的节能效果，而且在速度和定位上变化更加准确；并投入开发一体化产品IE5同步磁阻马达，将广泛用于变速负载空压机、泵浦、风机等机械设备上，现也与日本厂商技术合作，将同步发电机导入水力发电设备应用，符合净零碳排放的趋势。

此外，在客户服务方面，大同还推出了钢铁厂专用轧钢电机，该电机刚刚获得2022年台湾精品奖，并与2020年台湾精品奖相匹配TiMS大同智能马达传感器（Tatung Intelligent Motor Sensor），可采用行业第一Bluetooth及LoRa无论新旧电机，合并的双架构无线传输系统都可以安装监控，可以通过PC、手机App除监控外，还可配备专用无线网关，使其监控范围广达数公里，使客户能够以最经济的方式实现设备的正常监控。

再次通过公共云与微软结合Azure工业物联网平台，建立独家大数据分析系统，提供增值服务，包括电机运行状态、温度、三轴振动、电机频率、运行时间、异常报警、维护提醒等项目，考虑智能监控和故障预测诊断功能，确保电机使用状态，保持高可靠性，延长设备使用寿命，避免异常停机造成生产线不必要的损失，浪费工时、材料和能耗。



图3 : 大同还推出了钢铁厂专用的轧钢电机，并配搭配TiMS为了提供增值服务，保持高可靠性，大同智能电机传感器。(摄影:陈念舜)

同时携手旗下大同住重减速机，顺利掌握台商回流带来的自动化、节能减碳商机，在今年睽违20年重回台湾参展，演示其减速机内部专利曲线板设计，实现简易结构、省空间，以及高强度、长寿命等优势，并结合在地保修服务。尤其是在厂内有多部设备的钢铁、食品产业等碳排大户，搭配高效马达的节能效果更为明显。

此外，由于政府积极推动2030年公交和客运全面电气化，大同除了自主开发生产外EV电机，现与政府和研究单位合作，开发250辆大型电动巴士kW台湾市区12号电机驱动器采用自制高效电机m公交车已获得唐荣大型电动巴士动力系统订单，以满足安全和长寿命的需要；未来也将通过DMIT产创计划，开发台湾省城际客运电动巴士动力系统，规划客制化、设计、生产物流车、中小巴等国内外商用车市场。


图4 : 通过大同居重减速机产品，可以实现结构简单、空间节约、强度高、寿命长的优点，成功掌握台商回流带来的自动化、节能减碳商机。(摄影:陈念顺)

结语
近年来，各国纷纷出台各项措施，实现净零碳排放目标。包括欧盟要求2030年排碳量必须比1990年减少55%，2050年碳中和；并将从2027年元旦开始征收关税的碳边境调整机制（Carbon border adjustment mechanism；CBAM），并纳入计算用电产生的间接排碳，全面扩大税收规模。

与此同时，美国必须比2005年减少50%的排碳，参议院提出了清洁竞争法案（Clean Competition Act；CCA）预计2024年将上路，甚至比欧盟还要快。未来，为了避免自身行业的不公平竞争，包括韩国、大陆、日本在内的地方必然会开始跟进和征收碳税。为了不被全球市场排除在外，台湾省必须赶紧赶上。

虽然电机已经是成熟的工艺品，占工业用电的60%以上，但它面临着成本增加、生产灵活、新旧生产线整合的挑战。虽然台湾制造商在高效电机中缺乏材料优势，但除了原有的海外基础制造商相对更有利的潜力外，他们还依赖于电力和排碳企业「以大带小」战略带动零件，OEM为了减少碳足迹，设备供应链制造商建立了智能工厂和大型电动汽车，以满足节能减碳的要求。

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