電機制造業(yè)中金屬銅有什么作用

當(dāng)談到開發(fā)新的汽車技術(shù)時，銅對提高電機效率是不可或缺的，標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)電動機在效率顯著的提高需要通過繞組中更多的銅，更高等級的鋼芯，改進(jìn)軸承和絕緣，冷卻風(fēng)扇設(shè)計改進(jìn)。隨著對電機效率不斷提高的追求，新的電機技術(shù)和設(shè)計超越了感應(yīng)電機，銅成為這些新技術(shù)的關(guān)注點。

永磁電機

永磁同步電動機在工業(yè)電動機驅(qū)動中的應(yīng)用越來越多，永磁電機技術(shù)取代鋁棒用稀土制造的帶有強大永磁體的轉(zhuǎn)子元件，永磁體方式分為表面安裝和內(nèi)部安裝。永磁電機的定子與傳統(tǒng)的銅繞線電機非常相似，電機中的轉(zhuǎn)子是獨特的，永磁體嵌入轉(zhuǎn)子疊片中或棒表面。永磁電機與類似額定的交流感感應(yīng)電機相比，銅的使用量比較少，但是，它仍然依靠銅來提高效率。

在大多數(shù)情況下，永磁電機需要匹配變速驅(qū)動器才能實現(xiàn)增益，永磁體電機比優(yōu)質(zhì)高效的交流感應(yīng)電動機提供高達(dá)1.5–2%效率增益。永磁電機遵守功率密度原則，也就是說，電機的尺寸已經(jīng)決定了電機的馬力，扭矩及效率，電機的框架結(jié)構(gòu)一般要補償電機軸的長度的變化。當(dāng)今，常用的永磁電動機駕駛混合動力和全電動汽車，壓縮機制造商開始納入永久性電磁電動機，可以在極高的速度而無需增加齒輪傳動。

永磁電動機的優(yōu)點：出色的轉(zhuǎn)矩-速度曲線，出色的動態(tài)響應(yīng)，高效率和可靠性，低維護(hù)，使用壽命更長，低噪音，高速能力，高扭矩/體積比或高功率密度。缺點：成本高，需要變速驅(qū)動器，稀土材料的可持續(xù)性。

開關(guān)磁阻電動機

開關(guān)磁阻技術(shù)自1800年代就出現(xiàn)了，將這項技術(shù)帶入當(dāng)今先進(jìn)電機的最前沿是電力電子技術(shù)和計算能力的出現(xiàn)。開關(guān)磁阻電機是無刷直流電機，通過與電子驅(qū)動器配對，提供連續(xù)的扭矩，在速度可變應(yīng)用領(lǐng)域， 開關(guān)磁阻電機可以替代與優(yōu)化感應(yīng)電機。開關(guān)磁阻電機與常規(guī)電動機相比具有一些明顯的優(yōu)勢，它可以在缺相或短路的一個相中運行-永磁或感應(yīng)電動機系統(tǒng)會瞬時停止。

銅線的數(shù)量和類型在開關(guān)磁阻電機的設(shè)計中非常重要，線圈的每一匝嵌套在一起，以幫助填充開關(guān)磁阻電機設(shè)計所允許的大定子槽。銅是線圈的重要組成部分，通常使用100％的銅來纏繞電機，它的電阻比鋁等替代材料低得多。低繞組電阻直接轉(zhuǎn)化為更少的廢熱，從而提高了能源效率，并有利地降低了電動機的工作溫度。

必要時，開關(guān)磁阻電機使用由繩狀銅線或Litz線制成的線圈，線圈是由許多較小的銅線絞合而成，這些銅線扭成繩狀，形成矩形。使用這種類型的導(dǎo)線可以對導(dǎo)體進(jìn)行換位，從而減小集膚效應(yīng)，這種現(xiàn)象導(dǎo)致電流遷移到該導(dǎo)體的外部，從而有效地增加了導(dǎo)體的電阻。

開關(guān)磁阻電機優(yōu)點 ：高效率，特別是在寬負(fù)載范圍內(nèi)，高扭矩和高速度，出色的恒定功率速度范圍功能，高可靠性和長壽命，結(jié)構(gòu)簡單堅固，高功率密度。

缺點 ：紋波轉(zhuǎn)矩 ，高振動等級，需要變速驅(qū)動器 ，噪音，峰值效率比永磁電動機略低。

銅轉(zhuǎn)子電動機

銅轉(zhuǎn)子電動機技術(shù)的創(chuàng)新源于滿足低壓電動機市場對更高能效的需求，傳統(tǒng)壓鑄鋁轉(zhuǎn)子設(shè)計無法滿足的需求。使用新的銅轉(zhuǎn)子技術(shù)提高效率，但保留與傳統(tǒng)鋁轉(zhuǎn)子設(shè)計相同的占地面積，這是不僅對于新應(yīng)用，而且對于翻新應(yīng)用都非常重要。

為了開發(fā)這項新技術(shù)，電機制造業(yè)對轉(zhuǎn)子進(jìn)行重新設(shè)計，特別是設(shè)計和開發(fā)復(fù)雜的轉(zhuǎn)子鑄造工藝。與常規(guī)鋁轉(zhuǎn)子設(shè)計相比，效率的提高證明了設(shè)計和開發(fā)方面的大量投資是合理的。使用壓鑄鋁技術(shù)，與傳統(tǒng)的節(jié)能電機相比，實心銅轉(zhuǎn)子的壓鑄在相同尺寸的電機上產(chǎn)生了更高的效率。

銅轉(zhuǎn)子電機的初始購買價格略高于鋁轉(zhuǎn)子電動機，這使得投資回收期成為一個重要因素，投資回收期相對較短，考慮到20年設(shè)計壽命，這通常不是問題。銅是一種了不起的材料，不僅達(dá)到了效率要求，而且在許多情況下，還可以縮短電機，使其更緊湊，在相同的占地面積上實現(xiàn)更高的馬力。銅轉(zhuǎn)子電動機的獨特之處在于，使我們能夠制造出非常高效的電動機，效率更高的電動機運行溫度更低，能夠更快地旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。

銅轉(zhuǎn)子電機的優(yōu)點：效率高，逆變器負(fù)載能力，高可靠性，恒定扭矩能力，運行溫度低，降低維護(hù)成本，更低電力成本，轉(zhuǎn)子精確且平衡更好，振動更低。缺點：較高的初始購買價格，鑄造轉(zhuǎn)子，鑄造機械供應(yīng)有限，銅的成本比其他材料高，更復(fù)雜的制造工藝。

結(jié)論

永磁，開關(guān)磁阻和銅轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機這些電動機技術(shù)中的每一種都以其獨特的方式依靠銅設(shè)計來生產(chǎn)效率更高，更可靠的電機。轉(zhuǎn)子中帶有強力永磁體的永磁電機，帶有功率電子開關(guān)的開關(guān)磁阻電動機及其密集的銅定子和轉(zhuǎn)子，以及具有降低電流電阻的冷運行轉(zhuǎn)子的銅轉(zhuǎn)子電動機，都提供了實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)和提高性能的選擇。通過創(chuàng)新地使用銅，開關(guān)技術(shù)和永磁體，當(dāng)今的電機設(shè)計可以選擇更多的方式來滿足其效率和特定應(yīng)用的要求。

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