工業(yè)可能會對銅轉(zhuǎn)子電機(jī)產(chǎn)生好感

1、<p>　　工業(yè)可能會對銅轉(zhuǎn)子電機(jī)產(chǎn)生好感</p><p>　　更好的制造技術(shù)可以讓銅轉(zhuǎn)子鑄造成為主流的超高效電機(jī)技術(shù)。 </p><p>　　現(xiàn)在NEMA Premium表格清楚地說明了嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)已對可以提供高效率的電機(jī)架構(gòu)產(chǎn)生了興趣。其中一個架構(gòu)使用的是銅鑄鼠籠形轉(zhuǎn)子，而不是傳統(tǒng)的鋁鑄轉(zhuǎn)子。雖然銅增加了一點兒轉(zhuǎn)子的重量，但卻減少高達(dá)40%即I2R的損耗，以及20%的整體電

2、機(jī)損耗。銅轉(zhuǎn)子的設(shè)計動機(jī)不僅來自效率的考慮，也來自對最小化電機(jī)大小的需求。 </p><p>　　但是，由于銅的熔點較高（1，083°C，而鋁的熔點只有660°C）且易于氧化，因此直到最近銅轉(zhuǎn)子都很難鑄造?，F(xiàn)在，銅壓鑄的突破性進(jìn)展讓銅轉(zhuǎn)子的大規(guī)模生產(chǎn)更經(jīng)濟(jì)。此外，在混合動力汽車和電動汽車中使用銅轉(zhuǎn)子是非常經(jīng)濟(jì)實惠的。 </p><p>　　紐約市國際銅業(yè)協(xié)會（ICA）領(lǐng)

3、導(dǎo)一批公司于1994年啟動了銅轉(zhuǎn)子電機(jī)項目，目的在于發(fā)明大規(guī)模生產(chǎn)鑄銅轉(zhuǎn)子的方法，材料和工藝。到2006年，云南銅業(yè)股份有限公司和中國南陽防爆集團(tuán)有限公司聯(lián)合成立了一家合資企業(yè)，即云南銅業(yè)壓鑄科技有限公司（YCD），其目的在于讓我國的銅轉(zhuǎn)子電機(jī)商業(yè)化。該合作已經(jīng)取得成效，并且最近取得的進(jìn)步可能會實現(xiàn)壓鑄銅轉(zhuǎn)子電機(jī)的高效工業(yè)生產(chǎn)。 </p><p>　　銅壓鑄加工在許多方面類似于鋁。然而，與鋁不同的是，銅一旦熔化，

4、就會與空氣中的氧氣反應(yīng)，形成氧化亞銅，從而降低其導(dǎo)電性，以及電機(jī)效率。為了保持氧含量在300至600 ppm的范圍內(nèi)，ICA和YCD開發(fā)了一種氣層保護(hù)方法，在銅熔化時使用。 </p><p>　　由于熔化了的銅必須迅速引入模腔，從而引發(fā)了另一個問題。熔化了的銅中夾帶的氣體，以及固化過程中的收縮，都會導(dǎo)致鑄件有氣孔。雖然制造商已經(jīng)開發(fā)了鑄造程序來應(yīng)對，但是多孔自古以來是鋁壓鑄件的一個問題。針對銅壓鑄，YCD/ IC

5、A團(tuán)隊開發(fā)了一款軟件模型，模擬鑄造，填充和凝固過程中熱量和流體流動。該模型預(yù)測氣孔缺陷可能出現(xiàn)的位置并提出方案將其減少到最少。這些模擬和大量的實驗測試的結(jié)果提供了一個可靠的鑄造過程和一種設(shè)計模具和模具流道系統(tǒng)的方式。 </p><p>　　銅的高熔點也要求銅轉(zhuǎn)子在1200°C或更高的溫度下鑄造。使用傳統(tǒng)材料和模具設(shè)計導(dǎo)致銅轉(zhuǎn)子模具的使用壽命只有600次周期，比不上使用壽命達(dá)50，000次周期的鋁模具。為

6、了提高模具的使用壽命，中國的團(tuán)隊開發(fā)了一種特殊的加熱系統(tǒng)，可以將模具預(yù)熱至500～600°C，接近銅的熔化溫度。預(yù)熱有助于緩解導(dǎo)致減少模具使用壽命的熱沖擊和隨后的斷裂。 </p><p>　　一種軟件模型模擬預(yù)熱和鑄造階段的模具溫度場來使得模具溫度更均勻。 該軟件有助于優(yōu)化模具加熱和冷卻系統(tǒng)設(shè)計，從而延長模具的使用壽命?？偟膩碚f，這些新的水平壓鑄技術(shù)和工藝讓中國可以商業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)銅轉(zhuǎn)子并提高收益率至

7、92～98%之間。 </p><p>　　銅轉(zhuǎn)子成就了更高效的電機(jī)，其原因是顯而易見的。銅在所有金屬中具有第二高的導(dǎo)電性，比鋁高70%以上，比銀只低不到6%。因此，用銅取代鋁可以讓轉(zhuǎn)子更有效的傳遞電流和熱量。由此產(chǎn)生的較低溫度讓電機(jī)運行溫度更低，并延長了其使用壽命。一般工作溫度每升高10°C，電機(jī)的使用壽命會減少一半。 </p><p>　　一些銅轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)產(chǎn)生的熱量很少，因此

8、并不需要冷卻風(fēng)扇。冷卻風(fēng)扇通常位于傳統(tǒng)感應(yīng)電機(jī)端部。與鋁轉(zhuǎn)子電機(jī)相比，銅轉(zhuǎn)子電機(jī)使用較少的導(dǎo)電性材料就可以保持相同的功率和效率，所以它要少占達(dá)20%的體積并且結(jié)構(gòu)更加緊湊。 </p><p>　　銅轉(zhuǎn)子電機(jī)在中國市場占據(jù)了一席之地。與世界其它地區(qū)一樣，中國已采用了新型IE3和IE4標(biāo)準(zhǔn)用于驅(qū)動商用設(shè)備的高效電機(jī)。 （IEC60034 – 30詳細(xì)說明了單速、三相、50和60Hz，籠式感應(yīng)電動機(jī)的電效率種類，該電機(jī)

9、有兩極、四極或六極的，額定輸出在0.75 ～375千瓦之間，額定電壓高達(dá)1千伏，并且以連續(xù)或間歇工作為基礎(chǔ)，且額定周期持續(xù)系數(shù)為80%或更高。）IE3在歐洲屬于50 Hz的高效類。除一些例外，它與60 Hz的NEMA Premium完全一致。盡管一些制造商宣稱已經(jīng)達(dá)到了擬議的效率標(biāo)準(zhǔn)，但是IE4 Super Premium Efficiency類產(chǎn)品還沒有被正式地標(biāo)準(zhǔn)化。 </p><p>　　現(xiàn)在，中國汽車制造

10、商正利用可以和三相鋁制電機(jī)高效率匹配的銅轉(zhuǎn)子生產(chǎn)IE3單相電機(jī)。銅轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)運行更安靜（因為它無需風(fēng)扇），提供更高的轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，并能處理更大的過載容量。 2011年，中國制造商利用壓鑄銅轉(zhuǎn)子制造了全國首款I(lǐng)E4電機(jī)，應(yīng)用于重型工業(yè)泵和壓縮機(jī)。功率達(dá)30千瓦并具有六極的IE4電機(jī)擁有94.3%的超高效率，其可靠性和價格性能超過目前使用的永磁電機(jī)。 </p><p>　　銅轉(zhuǎn)子電機(jī)也是汽車行業(yè)中電動汽車永磁電機(jī)的良好代替

11、物。永磁電機(jī)通常使用稀土磁鐵，易受價格波動和政治壓力影響。 2010年至2012年，由于稀土金屬的需求量激增以及供應(yīng)問題，導(dǎo)致其價格上漲了四倍。這些上漲的成本是非常顯著的，混合動力電動汽車的零部件成本增加了520美元左右，并且零售價格有可能翻一翻。 </p><p>　　銅轉(zhuǎn)子電機(jī)的使用壽命可能比永磁電機(jī)的使用壽命更長：長時間在高溫下運行，磁鐵會失去磁力。專家表示，經(jīng)過3～5年的使用，其效率可能會下降。與此相反，