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作者：Bin Huo，产品应用工程师

摘要

电机故障或异常导致的电机效率下降可能会持续很长时间，并会造成重大经济损失，因此已愈发受到关注。本文介绍了常见的电机故障如何影响电机运行效率，同时探讨了预测性诊断维护解决方案OtoSense™智能电机传感器(SMS)如何确保电机高效运行。文中提供了两个案例研究，展示了OtoSense™ SMS应用如何降低二氧化碳排放和能源成本。

引言

工业4.0被视为制造业的新时代，融合了技术、机器人、人工智能和自动化，以打造出高效且富有成效的制造工艺。工业用例占全球能源使用量的30%，其中70%是由电机消耗的。如果电机以最高效率运行，全球电力消耗有望减少10%。¹ 但要怎样才能做到？事实证明，借助状态监控和预测性维护(CbM/PdM)来提升运营效率，能够在生产力、质量、物流管理等层面优化绩效，助力达成可持续发展指标。ADI公司OtoSense™智能电机传感器(SMS)技术是当今市场上先进的CbM/PdM技术。本文概述了OtoSense SMS技术如何使电动机运行更加节能。

电机效率和电机健康状况

近年来，鉴于电机耗电量颇高，厂商投入了巨大努力来设计更高效率的感应电机。但有一个对电机效率影响显著的因素却常常遭到忽视。通常，工业电机的运行效率处于50%至85%区间。² 电机健康状况不佳会导致其能效显著降低。制造商提供的额定效率值仅在电机处于理想状态时才有效，即电机运行过程中没有明显异常、缺陷或故障的情况下。如果机器出现故障，即使处于故障早期，电机效率也会随之降低。

众所周知，电机效率指的是电机的有用功率输出与总功率输入的比值。图1展示了电能输入转化为机械能输出的过程及相关的能量损耗，其中包括固有功率损耗和异常功率损耗。公式1计算了电机效率：

图1.电机能量转换效率。

电机的功率损耗主要分为两种：

►固有功率损耗

包括铜损耗（电阻、趋肤效应）、铁损耗（涡流、磁滞）和机械损耗（摩擦、风阻）。固有功率损耗可在电机设计阶段得以降低。

►异常功率损耗

包括电机状况不佳导致的额外功率损耗，例如表1中列出的任意一种或多种电机故障。通过使电机保持在最佳运行状态，可以将异常功率损耗降至最低，而这在很大程度上与电机的维护方案相关。

有关电机效率的研究表明，如果电机在不健康的状态下运行，其实际效率会低于额定效率。处于不健康状态的电机可能会长时间以低效率运行，直至发展成电机损坏并导致机器停机的严重情况，而且可能会产生大量的能量损耗。一项研究针对不同类型的轴承故障对感应电机效率的影响展开了调查。³ 在研究过程中，对四种类型的轴承故障进行了测试：故障1，外圈出现裂纹；故障2，外圈出现孔洞；故障3，防护挡圈变形；故障4，轴承发生腐蚀。

轴承故障类型1的示例照片如图2所示。实验装置由一台2.2 kW的三相感应电机组成，该电机由主电源控制单元供电，并与一台制动器相连。通过测量电机输入电流、电压和相位来计算电机输入功率。通过测量电机负载扭矩和转速来计算电机的输出功率。电机效率的计算方式为电机输出的机械功率与输入的电功率之比。图2展示了电机效率在不同负载条件下的变化。如图所示，轴承故障会导致在满载条件下电机效率降低1.5%，在轻载条件下电机效率降低4%。

图2.轴承故障对电机效率的影响。

研究表明，诸如转子导条故障、定子绕组故障、电机轴未对准故障、底脚松动故障、冷却风扇电机故障等电机故障，都会导致电机效率下降。^4,5 图3展示了不同电机故障对电机效率的影响。

图3.不同类型的电机故障对电机效率的影响。

ADI OtoSense SMS解析

OtoSense SMS是一套基于AI的硬件和软件完整解决方案，用于工业电机的状态监控(CbM)和预测性维护(PdM)。它将先进的检测技术与数据分析相结合来监测电机的状况。

该解决方案由硬件子系统和软件子系统构成，软件子系统包含一个云平台、一个网页应用程序以及一个移动应用程序。云平台搭载了基于机器学习的电机故障诊断AI算法。图4展示了OtoSense SMS系统是示意图。

图4.OtoSense SMS系统是示意图。

OtoSense SMS集成了ADI开发的多种高性能传感器，包括：

►两个低噪声、高频率MEMS加速度计ADXL1002，用于检测x轴振动和z轴振动。

►两个高准确度、16位数字温度传感器ADT7420，用于检测电机机壳温度和环境温度。

还包括：

►一个磁场传感器，用于电机转速检测和电机电气故障诊断。

►一个Wi-Fi处理器，借助2.4GHz Wi-Fi进行数据传输，负责数据收集与打包。

OtoSense SMS传感器是市面上用于检测和解读机器数据的出色解决方案。表1展示了OtoSense SMS传感器能够诊断和预测的常见电机故障：

表1.OtoSense SMS能够诊断和预测的电机故障

利用OtoSense SMS提高电机运行效率

妥善维护有助于实现最大的经济效益，因为这可以减少电机故障的发生，避免计划外的停机时间。此外，电机效率对于节约每次运行的成本起着至关重要的作用，因为高效电机相比标准效率电机，消耗的电能更少。研究表明，不同类型的故障会对机器效率产生程度各异的影响，具体故障类型包括转子故障、定子绕组不对称、绝缘系统故障、不平衡/未对准、通风系统故障等。

图5.OtoSense SMS使电机运行效率达到最优。

图5展示了使用OtoSense SMS对电机运行效率进行优化。云平台能让用户深入了解电机的运行状况和维护需求。

凭借专有的OtoSense SMS预测性维护分析，用户能够在早期阶段识别出九种最为常见的电机故障，并在故障对电机运行造成影响前完成修复。对于每种电机故障，都会计算出一个故障评分指数(FSI)，用以表示电机故障的严重程度。FSI是一个介于0到10之间的数值。当FSI数值高于7时，表明电机正处于良好的运行状态；而当FSI数值介于5和7之间时，则意味着已在早期阶段察觉到电机故障，此时系统会向用户发送低严重程度的预警通知邮件。

处于预警状态的电机，虽在一定时间内仍可维持正常运转，但鉴于电机已非健康状态，运行效率会出现下滑。图6展示的示例中，电机地脚松动问题在早期便被检测出来，系统随即发出了预警通知。用户收到通知后，建议迅速采取相应的修复举措，使电机运行状态恢复至理想水平，从而让电机能够持续保持高效运转。

图6.示例展示了OtoSense SMS如何保持电机高效运行。

客户案例研究1：OtoSense SMS用于压缩机监控

压缩机是工厂中最重要的设备之一。在这个用例中，OtoSense SMS器件被安装于工厂的压缩机上，用以执行全天候的持续监测。图7显示了这个用例，其中OtoSense SMS器件安装到了一台压缩机上。

图7.OtoSense SMS传感器安装在客户工厂的压缩机上。

这台压缩机功率为400kW，每天24小时持续运转。通常，每4.5年进行一次大修。在大修之前，出现的电机故障主要是轴承故障，会使电机运行效率降低1.5%。经过试用评估，客户在所有关键压缩机上全面采用了OtoSense SMS解决方案。OtoSense SMS检测到了早期的轴承故障，并向客户发出了预警通知。客户随即采取了有效措施，成功避免了轴承受到永久性损坏，并预防了生产线意外停机。同时，由于迅速采取了修复措施，电机仅在预警状态下运行了极短时间，便恢复至正常运行状态。

此前，在未安装OtoSense SMS的情况下，已观察到能耗和二氧化碳排放均有降低，幅度约为2%，等同于节省了约2%的生产成本。随着投入使用的压缩机数量增加，二氧化碳减排效果将愈发显著。例如，如果对100万台相同规格、功率为400 kW的压缩机进行监测，将使二氧化碳减排量达到约147×10⁹ kgr。图8展示了使用OtoSense SMS解决方案所取得的成果。

图8.使用OtoSense SMS实现能源/成本节约及二氧化碳减排：(a) 节约/减排效果（百分比）；(b) 400kW压缩机数量增加时的二氧化碳减排效果示例。

客户案例研究2：OtoSense SMS用于物料搬运系统

机场的行李传送带是一种高密度电机驱动应用。如图9所示，一套机场行李传送带系统可能由数千台电机驱动。

一般而言，这些电机的功率大多为5 HP，使用寿命通常是五年。这五年期间的电机使用成本，即总拥有成本(TCO)，主要由电机采购费用、维护费用和用电费用构成（参见图9）。就具体金额而言，电机采购成本为2000美元，占总拥有成本(TCO)的5%；维护成本为8000美元，占TCO的20%；电费成本则为28,000美元，占TCO的70%。

图9.传送带驱动系统电机的TCO。

在电机使用过程中，最大的成本是电机的能耗。在上例中，如果采用OtoSense SMS使电机使用效率提高2%，并且假设机场行李传送带使用3000台电机，那么在5年时间里节省的电费总额（以美元计）为：

5年节省的电费 = 3000 × 28000 × 2% = 1,680,000美元

换算为每年的节省金额，即1680000/5 = 336,000美元，大致相当于购买168台新电机的成本。

结论

OtoSense SMS带来的显著经济效益体现为电机运行效率提升后令成本得到降低。随着众多企业将重点放在提高运营效率、减少计划外停机和实现可持续性发展上，采用状态监控和预测性维护技术已成为一种必然需求。

OtoSense SMS技术为客户提供电机状态实时监控、电机早期故障检测，并针对早期故障排查给出建议措施。及早发现并排除电机故障，不仅能避免电机意外故障和停机，还能确保电机高效运转，从而实现节能。企业要想在未来十年内提升运营效率并实现可持续发展目标，就必须落实上述所有建议。

参考文献

1 “All Motor Drives Systems Running at Maximum Efficiency”，IEA。

2 “The qGaNDrive Module”，QPT。

3 Jonathan Herrera-Guachamin和Jose Antonino-Daviu，“Laboratory Experiments for the Evaluation of the Efficiency of Induction Motors Operating Under Different Electrical and Mechanical Faults”，ECON，IEEE工业电子学会第45届学术年会，2019年。

4 Lucia Frosini、Ezio Bassi和Christian Gazzaniga，“Effect of the Bearings Faults on the Efficiency of the Induction Motors”，IEEE工业电子学会第34届年会，2008年。

5 Maeva Garcia、Panagiotis A. Panagiotou、Jose Alfonso Antonino-Daviu和Konstantinos N. Gyftakis，“Efficiency Assessment of Induction Motors Operating Under Different Fault Conditions”，《IEEE工业电子会刊》，第66卷第10期，2019年10月。

关于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2024财年收入超过90亿美元，全球员工约2.4万人。ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息，请访问www.analog.com/cn。

作者简介

Bin Huo于2000年加入ADI公司，曾参与电机控制器DSP、Blackfin DSP、高速ADC转换器和OtoSense智能电机传感器等方面的工作，涉及芯片系统架构设计、应用参考设计和算法开发。他在电机控制器逆变器系统设计、电机闭环控制算法、飞行时间(ToF)相机模块设计及算法开发等方面拥有丰富经验。Bin Huo拥有东京大学电气工程博士学位，在相关研发领域拥有10多项发明专利。

日前，国际独立第三方检测、检验和认证机构德国莱茵TÜV大中华区（以下简称"TÜV莱茵"）向南京埃斯顿酷卓科技有限公司（以下简称"埃斯顿酷卓"）协作机器人颁发TÜV莱茵符合性证书，表明其在安全性、合规性方面已满足相关标准要求和技术规范，为拓展国际市场奠定了坚实基础。

TÜV莱茵为埃斯顿酷卓协作机器人颁发符合性证书

埃斯顿酷卓首席执行官李远平、首席技术官臧家炜，TÜV莱茵大中华区产品服务事业群华东区销售总经理徐澍、太阳能与商业产品服务工业机器高级项目经理吕俊炜等双方代表出席了颁证仪式。

本次获得认证的协作机器人由埃斯顿酷卓自主研发，集成先进感知技术与智能控制系统，具备高精度、高柔性及优异的安全性能，适用于多个工业场景，能够与人类安全高效协同作业，全面满足现代制造对柔性自动化的高标准需求。

李远平在致辞中表示："埃斯顿酷卓自成立以来始终致力于推进具身智能技术，提供各类通用智能人机协作机器人产品及应用解决方案，满足工业和服务等广大市场需求。不同于传统工业机器人，协作机器人能与人类在同一空间内协同工作，对其安全性有着更高的要求。此次协作机器人率先获得TÜV莱茵符合性证书，是埃斯顿酷卓在技术创新和产品安全性方面的重要突破。这不仅展现了我们在协作机器人研发领域的实力，也为进军海外市场提供了关键助力。感谢TÜV莱茵提供的专业支持，期待未来双方继续深化合作，推动协作机器人行业的高质量、国际化进程。"

徐澍表示："协作机器人是智能制造的重要组成部分，正日益受到全球市场的关注，其合规性、安全性更是全球市场准入的核心要求。TÜV莱茵依托在机器人检测认证领域深厚的技术积累及全球服务网络，为埃斯顿酷卓提供了全流程、一站式的技术支持，助力其顺利进入欧美等高标准市场。我们期待未来能与埃斯顿酷卓在更多领域展开合作，共同推动行业发展。"

TÜV莱茵为埃斯顿酷卓协作机器人颁发符合性证书

作为全球领先的技术服务机构，TÜV莱茵在机器人领域可提供涵盖研发至市场准入全流程的综合服务，包括安全测试、功能安全评估、电磁兼容（EMC）测试、风险评估及多国准入认证，助力企业确保产品符合国际法规要求，提升市场竞争力，加快国际化进程。

TÜV莱茵为埃斯顿酷卓协作机器人颁发符合性证书

稿源：美通社

Cat.1(LTE UE-Category 1)标准‌定位于蜂窝物联网领域，具有覆盖广、稳定可靠、网络部署成本低等特点。Cat.1模组凭借其优异的性能与成本优势，已成为中速率物联网连接的主流解决方案之一，在金融支付、智能两轮车、共享设备、PoC公网对讲及车载OBD等终端设备领域得到广泛应用。

Cat.1模组商业化进程自2019年起加速发展，芯片、通信模组及智能终端厂商持续推出创新产品。在‌政策支持 (如工信部推动中低速物联网升级)、行业需求爆发(共享经济/车联网规模化应用)以及模组成本进一步下降‌等因素共同推动下，2024年Cat.1模组出货量规模已突破2亿片，创下历史新高，巩固了其在物联网应用市场的核心地位。

新品发布

产品技术解析&性能矩阵

STR51231-11芯片实测性能表现优异(参见Fig. 2)，LB频段Band 5/8在3.4V供电下稳定支持LTE 10MHz QPSK调制，MB频段Band 1/3/34/39实现高效信号传输，HB频段Band 40/41在7.07dB峰均比条件下仍保持可靠性能，实现高可靠Cat.1解决方案。

(a) LB 性能

(b) MB 性能

(c) HB 性能

Fig. 2 STR51231-11产品Tx链路测试实测性能

产品技术亮点

• 全频段覆盖能力‌：集成自有超薄CSP封装1411尺寸Band 1/3/5/8 双工器与Band 34/39/40/41 LC滤波器，完整支持国内4G Cat.1网络要求的频段组合。

• 高效能发射链路‌：通过独创的MMMB PA架构实现频段间动态负载匹配，提升15%能效。

• 小型化系统集成‌：单芯片整合PA、双工器、滤波器及MIPI控制单元，帮助客户节省70%射频前端面积。

• 卓越线性表现‌：QPSK调制下全频段ACLR量产指标稳定优于-36dBc，满足金融POS、车载终端等高可靠性场景需求。

• 快速开发支持‌：标准化MIPI 射频接口兼容主流基带平台，提供预校准频段参数配置文件，缩短模块厂商60%调试周期。

产品价值与生态布局

该产品标志着星曜半导体在物联网/智能穿戴等应用领域的PAMiD模组技术路线上实现关键突破，填补了国产全自研Cat.1 PAMiD模组市场空白，结合公司已量产的DiFEM/滤波器/开关/MMMB-PA等产品矩阵，星曜半导体可为Cat.1至Cat.4等物联网终端客户，提供全分离或全模组化射频前端解决方案。

星曜半导体简介

浙江星曜半导体有限公司成立于2020年11月，专注于射频滤波器芯片和射频前端模组的研发、生产和销售。总部位于温州，在上海、成都、深圳、西安、苏州、天津均设有研发或销售中心。

公司具备完整的射频前端技术开发能力。基于TF-SAW、normal SAW、BAW、BAW+IPD等技术，目前已开发100多款成熟发射/接收滤波器、双工器、四工器等芯片产品；基于SOI、GaAs、CMOS等工艺，已开发全套射频接收模组产品和部分发射模组产品。公司绝大多数产品性能达到国内领先、国际一流水平，目前多款滤波器和射频模组产品已量产交付国内外客户。公司已建成5G射频滤波器芯片晶圆制造产线和封装产线，在射频滤波器领域实现“研发设计-晶圆制造-封装测试”全产业链闭环。

来源：星曜半导体

ExaGrid连续第六年获“年度公司奖”

业内唯一具备保留时间锁定功能的分层备份存储解决方案供应商，也是唯一一家拥有非面向网络的分层气隙，且具备延迟删除和不可变性以应对勒索软件恢复需求的公司——ExaGrid®今天宣布荣获2025年网络计算奖三项行业奖项，包括年度气隙勒索软件恢复产品、年度公司奖和年度存储产品，颁奖典礼于2025年5月22日在伦敦举行。

照片由网络计算奖提供

网络计算奖由公众投票决定。2025年是ExaGrid连续第七年摘得网络计算奖项，也是连续第六年获年度公司奖。

ExaGrid凭借其分层备份存储技术不断获得认可，至2025年迄今已赢得四项行业奖项，包括：

• 数据突破奖 – 年度数据备份解决方案

• 网络计算奖 – 年度气隙勒索软件恢复产品

• 网络计算奖 – 年度公司奖

• 网络计算奖 – 年度存储产品

ExaGrid总裁兼首席执行官Bill Andrews表示：“祝贺所有的2025年网络计算奖获奖者，感谢每一个投票支持我们的朋友，我们对合作伙伴和客户的支持深表感激。很高兴我们的分层备份存储荣获年度气隙勒索软件恢复产品奖，分层气隙是ExaGrid勒索软件恢复的关键，与延迟删除策略和不可变性协同作用，确保ExaGrid客户在面临恶意攻击时能够恢复数据。我们很荣幸第六次获年度公司奖，并荣获年度存储产品奖，这有赖于ExaGrid团队和ExaGrid产品多年来持续获得投票者的认可。我们自豪于能够提供一款专为帮助企业解决所有备份存储问题而设计的‘即插即用’产品。”

关于ExaGrid

ExaGrid提供分层备份存储产品，具有独特的磁盘缓存着陆区、长期保留存储库、横向扩展架构和全面的安全特性。ExaGrid的着陆区可实现超快的备份和还原速度以及即时虚拟机恢复。存储库层极大降低了长期保留成本。ExaGrid的横向扩展架构包括全套设备，并确保随着数据的增长提供固定备份期限，从而避免成本高昂的叉车式升级和计划中的产品过时淘汰。ExaGrid提供独有的两层备份存储方法，且具有非面向网络的分层（分层气隙）、延迟删除和不可变对象，可帮助从勒索软件攻击中恢复。

ExaGrid 在以下国家和地区设有实体销售和售前系统工程师：阿根廷、澳大利亚、荷比卢、巴西、加拿大、智利、独联体、哥伦比亚、捷克共和国、法国、德国、中国香港、印度、以色列、日本、墨西哥、北欧、波兰、葡萄牙、卡达尔、沙特阿拉伯、新加坡、南非、韩国、西班牙、土耳其、阿拉伯联合酋长国、英国、美国和其他地区。

请访问 exagrid.com 或在 LinkedIn 上与我们活动。如需了解我们客户的亲身ExaGrid体验，并了解为什么他们目前在备份存储上花费的时间大大减少，请阅读 客户成功案例 。ExaGrid为其+81的NPS得分而自豪！

ExaGrid是ExaGrid Systems, Inc的注册商标。所有其他商标均为各自持有人的财产。

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