展望馬達控制與傳動系統雖然已是發展多年的基礎技術，但到了如今追求節能減碳時代，為了要製造出體積小、功率更大的高效率馬達時，便考驗各國製造業從設計、分析，乃至於製程上細節能力，是否都具備成熟技術和工藝水準，以及全方位客製化應用服務能力。

考量近年來無論採用何種技術或IEC標準，IE5馬達能耗都會比IE3機種少40%，永磁同步馬達（PMSM）還具有高能量密度與高運轉效率、體積小等優點，在運作過程中的舒適度與動態響應也會大幅提升，卻不會有振動噪音隨之而來，近年來也開始結合直驅系統達到IE5等級能效，廣泛用於各種對於能效要求較高的電動載具、工業製程及自動化設備。

如德商西門子公司（Siemens）目前不僅配合各地「最低能效管制政策（MEPS）」，推廣旗下超高效率節能馬達，均須符合IE3效率等級；甚至對於歐盟要求75kW~200kW馬達在2023年，必須達到IE4等級已做足準備，才可配合產業客戶與機械廠商提升馬達效率，降低企業能源成本及每年排碳量。在最近台北國際自動化展中，也積極推廣旗下節能高效的SIMOTICS IE4（IE5）同步磁阻馬達，將大幅提升效率與變頻驅動系統性能。

進而全面整合無線監測裝置，增加系統運轉透明度，要求對於馬達，甚至是上位的變頻器與機械傳動機構等，都必須能通過有/無線工業網路或藍牙，連結西門子PLC控制器，得以完整、即時且連續不間斷地監測馬達運行狀態；且配合西門子MINDSPERE雲端服務與德國專業技術專業團隊，預診馬達使用壽命，並主動安排保養與維護時程，以協助業者實現零意外停機的目標。

瑞士商ABB公司也在今年會中，展示旗下IE5等級同步磁阻馬達（SynRM）與整合式高效率馬達（EC Titanium），結合同步磁阻與永磁控制技術，提供馬達與驅動器/變頻器的一體式解決方案，減少約40%能耗，實現出色的節能效果。

圖1 : ABB也在今年展示旗下IE5等級同步磁阻馬達（SynRM）與整合式高效率馬達（EC Titanium），並提供一體式解決方案，減少約40%能耗。（攝影：陳念舜）

東元搭配永磁馬達　促冷卻水塔能效達IE5等級

近年來台灣馬達大廠東元電機則受惠於機電系統、智慧能源、智慧家庭3大事業群的組織變革有成，已發揮最大效益，分別於再生能源、儲能、節能與運具電動化等領域皆有對應解決方案，直接鏈結商機。根據東元最新公布2022年Q2營收年成長13.5%、上半年營收年成長16.8%，主因即可歸功於營收占比達五成以上的機電系統事業群，在北美、歐洲與台灣市場年成長13.9%的貢獻。

例如美國O&G輸送站壓縮機過去多採用柴油發電機驅動，但在未來美國若立法通過《清潔競爭法案》（Clean Competition）之後，將推動O&G產業電氣化成長期趨勢，東元現則已取得 E-Skid超過2,000萬美元訂單，並有超過百台商機正在洽談。

因為東元也有能力自製電動車用T Power動力系統，除了2021年便加入MIH聯盟之外，還供應華德動能開發電動巴士，現已累積出貨逾百餘套，等到客戶新廠成立，訂單即可望明顯增加；後續還將用於台灣多家巴士車廠合作開發的智慧電動巴士DMIT計畫，預計年底前完成路測，2023年之後貢獻營收；同時與指標性貨卡車廠合作，並結合東元集團旗下宅配通，開發台灣首輛3.49噸以下電動物流車，現正進行整車測試，計畫明年量產後，未來還可望導入貨卡、自動導引車（AGV）等貨/客運交通領域的智慧電動載具。

自從今年七月起台電平均調漲電價8.4%，用電大戶更達到15%之後，促使企業能源及用電成本劇增。東元從去年便針對工廠節能需求，推出低碳智能工廠解決方案，將可協助企業大幅降低用電成本，並且逐步達成減碳的目標。預估今年以來東元推出在節能方面的產品及服務，將比去年同期成長約三成，全年相關營收貢獻可望挑戰新台幣40億元。

東元電機公司機電系統暨自動化事業群處長孫健榮也表示，尤其是在現今台灣的鋼鐵、石化、電子、水泥、造紙或紡織化纖大廠等排碳大戶更感興趣，東元還可針對客戶既有設備的能耗與能效狀況，提供汰換成本由低到高等不同解決方案。

例如在工商界各行各業都會有的高效率冷卻水塔，就是一個相當耗能的設備，很有必要提升效能，業者可從最簡單的維持既有系統，但將馬達換成高效率產品；或是將既有的傳動系統簡化改造為永磁直驅系統而提升效率，還可以大幅減少如減速機等機械傳動元件定期保養和週期性（Life cycle）汰換成本。

藉此完全顛覆了傳統驅動冷卻水塔風扇，必須經由馬達連結聯軸器再搭配減速機，才能組成低轉速、高扭力的完整驅動系統。孫健榮指出，如今透過直驅系統，既降低了相關機械損失，還最少提升傳動系統效率約5~15%；若搭配永磁馬達在低轉速下，高效率的特性，比起傳統感應馬達差異更大。

經過分析依照環境溫度變化，再搭配變頻器對水塔風扇進行變速控制的節能效果更佳。孫健榮也推薦業者，可採用東元針對高效率冷卻水塔開發的整套專用變頻節能控制系統，透過內建AI演算法的變頻器精準控制溫度，在負載明顯變化時，節能效果將比一般通用型變頻器提高40%以上！

「雖然牽扯到既有設備的改造看似複雜，但是對於降低電費及設備維護等總體運轉成本的效果，也顯而易見！」孫健榮表示，由於能源效率提高且少了這些機械可動件之後，將能完全省下馬達定期保養和週期性汰換的成本；在冷卻水塔導入東元IE5高效永磁直驅系統，則有助於企業，降低設備在整個生命週期內的總體營運成本，讓許多業者感到興趣而踴躍下單。

結合東訊感測器即時監控　確保馬達能效長期穩定

同時考量現今製造業打造智慧工廠，導入工業物聯網（IIoT）需求，但因為馬達在正常運轉時不會「講話」，所以通常業界認定的馬達效率都是在健康狀態下測得，於購入時決定。卻忽略了在不健康運轉時，馬達能效會變得差異極大，傳統只能透過人工巡檢、抄表來比較數據，或是在事後分析才會發現。

東元現也與關係企業東訊公司合作，針對馬達、鼓風機、空壓機、泵浦，還有冰水主機的冷媒壓縮機等旋轉設備建立數位分身（Digital twin）監測系統，再利用外接式感測器取得其振動與溫度資訊後，再通過Wi-Fi上傳Gateway。經過內建機器學習的演算法建立或比對關鍵上下限指標，以即時顯示目前馬達是否處於健康運轉狀態；或是依客戶需求，將從Edge端或是收集到中央控制系統的數據長期累積，用於未來紀錄分析。

孫健榮說：「一旦建立這些指標，就等於提醒業者密切關注，以及早發現馬達可能在不正常情況下持續運轉，導致能效和能耗表現不佳，甚至是主動安排維修保養，據統計在安裝了這項設備後，能源效率約可提升3%~7%。」未來等到設備皆可預診分析後，下一階段才會視客戶需求，逐步導入5G、AR/VR等工具，實現無人巡檢、遠距維修作業，精省人員質量。

目前東元還能整合集團內的能源管理系統，首先用於協助客戶，盤查現有設備能效是否較差？接著進行效益分析，評估若更換一顆高效率馬達或設備，能帶來的好處；客戶還應該知道耗用的能源到了何處、有什麼重大耗能設備？接下來才能建立基本能效資料，得知耗能狀況與產品比對。倘若發現產值不高，卻仍有較高能耗時，就代表可能出現浪費或不明使用狀況，必須加以改善。

孫健榮表示，其能源管理系統不僅可以串聯設備提升能效，或是再生能源等節能減碳解決方案，最後還會再加入一些智動化、數位化管理工具，讓操作更有效率。藉此取得可視化數據之後，還能形成碳排放的具體管制策略，進而結合東元集團相關產品，提供企業所需的完整解決方案。

包括東元現有多種方式協助企業回收廢熱再利用，除了可用於業者最有興趣的發電之外，也會替客戶評估實際廠內需求，包括溫度、流量和產熱時間等。若是熱源條件適合，廠內也有蒸汽需求，就能將廢氣轉換為蒸汽，省下燃油或天然氣產生蒸汽的成本，或是用來滿足於廠內冷凍機或冰水機的製冷需求。

在今年台北國際自動化展上，東元便以ESG永續概念，打造低碳智慧未來工廠為主軸，攜手關係企業東捷資訊及東訊，聚焦提供以馬達為核心的低碳工業解決方案。亮點產品包括：首度亮相的「次世代小型化變頻器E710」、永磁同步直驅馬達，以凸顯節能效益；AC/DC伺服馬達，可二次開發應用於天車、AGV或協作機器人關節，降低構成智慧工廠的門檻。

同時提供高效率冷卻水塔專用AI變頻控制驅動器、廠內廢熱回收等客製化服務解決方案，經分析選用後導入，才能以最小代價得到最佳利益。進而搭配與東捷資訊、東訊合作的碳資產管理與IoT可視化監控系統，以即時追蹤保養馬達健康與維修，協助客戶提升設備能效、降低能耗；透過軟體計算出口設備、產品的碳足跡，最終實現數位化、可視化碳盤查管理。

圖2 : 透過結合東元永磁馬達直驅系統用來改造高效冷卻水塔，既降低了相關機械損失，還最少提升傳動系統效率約5~15%。（source：東元）

大同攜手減速機　跨足重電及車用領域

另一家老牌馬達大廠大同公司，旗下則仍有10大事業體，分為重電、電纜、馬達、智慧電表、太陽能、智慧能源、系統整合、家電製造、家電品牌、先端電子等。近年來也發揮在客製化長期累積的經驗優勢，配合市場產業發展潮流，規劃開發馬達方向。

在節能減碳方面，除了2016年即推出IE3系列馬達外，也超前部署推出0.75kW~150kW更高階的IE4鼠籠式轉子感應馬達，可直接採取商用電源啟動運轉，提高能效及降低能耗。且因為馬達仍採特殊設計的電磁鋼片、鑄鋁框架和轉子等模組化設計，安裝尺寸皆採IEC國際標準，具備高度互換性，使得馬達維修更為便利，毋須重新更換產線設備。

大同公司馬達開發處副處長藍寶琳表示，目前該公司IE3、IE4永磁同步馬達系列的輕量小型化產品，不僅搭配驅動器節能效果佳，在速度及定位變化更為精準；並投入開發一體式IE5同步磁阻馬達，將廣泛用於變速負載空壓機、泵浦、風機等機械設備上，現也與日本廠商技術合作，將同步發電機導入水力發電設備應用，符合淨零碳排趨勢。

進而在客製化服務上，大同也推出甫獲2022台灣精品獎的鋼鐵廠專用的軋鋼馬達，並搭配2020年台灣精品獎TiMS大同智慧馬達感測器（Tatung Intelligent Motor Sensor），可採用業界首創Bluetooth及LoRa合併的雙架構無線傳訊系統，無論新舊馬達皆可安裝監測，可透過PC、手機App監控之外，還能搭配專用無線閘道器，使之監測範圍廣達數公里，讓客戶得以最經濟方式達成設備常態監測。

再經過公有雲結合微軟Azure工業物聯網平台，建置專屬大數據分析系統，以提供加值服務，將涵括馬達運轉狀態、溫度、三軸振動、電機頻率、運轉時數、異常告警、保養提醒等項目，以兼顧確保設備健康的智能化監控及故障預知診斷功能，確保馬達使用狀態及維持高可靠度，以延長設備使用壽命，避免異常停機造成產線不必要的損失，也浪費工時、材料與能耗。

圖3 : 大同也推出鋼鐵廠專用的軋鋼馬達，並搭配TiMS大同智慧馬達感測器，以提供加值服務、維持高可靠度。（攝影：陳念舜）

同時攜手旗下大同住重減速機，順利掌握台商回流帶來的自動化、節能減碳商機，在今年睽違20年重回台灣參展，演示其減速機內部專利曲線板設計，實現簡易結構、省空間，以及高強度、長壽命等優勢，並結合在地保修服務。尤其是在廠內有多部設備的鋼鐵、食品產業等碳排大戶，搭配高效馬達的節能效果更為明顯。

此外，因應政府積極推動2030年公車與客運全面電動化，大同除了自力開發生產EV馬達，，現也與政府及學研單位合作，開發大型電動巴士用250kW馬達驅動器，搭配自製高效率馬達用於台灣市區12m公車，滿足安全、續航遠等需求，現已取得唐榮大型電動巴士動力系統訂單；未來還將透過DMIT產創計畫，開發台灣城際客運用電動巴士動力系統，且為物流車、中小巴士等國內外商用車市場規劃客製化設計生產。

圖4 : 透過大同住重減速機產品，實現簡易結構、省空間，以及高強度、長壽命等優勢，順利掌握台商回流帶來的自動化、節能減碳商機。（攝影：陳念舜）

結語

自從近年來各國紛紛推出各項措施來落實淨零碳排路徑目標。包括歐盟要求2030年排碳量，須比1990年降低55%，於2050年達到碳中和；且將從2027年元旦起，開徵碳邊境調整機制關稅（Carbon border adjustment mechanism；CBAM），並納入計算用電產生的間接排碳，而全面擴大徵稅規模。

美國同時則須比2005年降低50%排碳量，且由參議院提出《清潔競爭法案》（Clean Competition Act；CCA）中設定課徵碳稅的時程，預計2024年就要上路，甚至比歐盟更快。未來包括南韓、大陸、日本等地為免自家產業遭受不公平競爭，也勢必會開始跟進加徵碳稅，台灣也必須急起直追，才能不被全球市場排除在外。

回顧馬達雖然已是成熟工藝產品，佔有工業用電超過60%比例，對了現代工業要求智慧化、節能減碳趨勢，更面臨成本增加、靈活生產、新舊產線整合的挑戰。台灣廠商雖然在高效馬達既少了材料優勢，除了原先已有海外基礎的廠商相對更具優勢潛力，也仰賴用電、排碳大戶企業透過「以大帶小」策略，帶動零組件、OEM設備供應鏈廠商對於節能減碳要求，打造智能工廠及大型電動車，以減少碳足跡。

*刊頭圖（source：assets.new.siemens.com）