鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)及其在小風(fēng)電領(lǐng)域應(yīng)用淺析

　　3．鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)
　　以下就詳細(xì)介紹銅在提高電動(dòng)機(jī)能效方面應(yīng)用的實(shí)例－鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)。
　　使用鑄銅轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)可以有效降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子損耗，從而幫助提高電動(dòng)機(jī)的效率，在電動(dòng)機(jī)損耗降低的同時(shí)，由于轉(zhuǎn)化為熱能的能量減少，從而使得轉(zhuǎn)子以及定子線圈溫度降低。較低的溫度就意味著可以使用較小的風(fēng)扇甚至不使用風(fēng)扇，這將會(huì)減少附加零件的摩擦損失以及空氣阻力的損失，從而進(jìn)一步提高電動(dòng)機(jī)的效率。同時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的工作溫度的降低，將大大延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的壽命和降低維修費(fèi)用。按照一般規(guī)律，電動(dòng)機(jī)的溫度每降低10 攝氏度，絕緣材料的壽命就增加一倍。在正常維修的情況下，鑄銅轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)具有更久的使用壽命以及更高的使用可靠性。
由于銅的低電阻率，相同感應(yīng)電壓下轉(zhuǎn)子中的電流要大于鑄鋁轉(zhuǎn)子，因此可以使用較少的材料來(lái)制造相同功率和效率的電動(dòng)機(jī)。正是由于所用材料的減少，使得鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)在功率和效率相同的情況下，比傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)具有更低的材料成本，較小的重量以及更小的體積。同時(shí)，由于鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)所具有的以上優(yōu)點(diǎn)，為電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)以及制造廠商提供了更大、更靈活的設(shè)計(jì)空間——既可以追求高效率，也可以追求低成本、小體積、低重量，或者在幾者之間進(jìn)行平衡。
　　雖然鑄銅轉(zhuǎn)子具有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于鑄銅轉(zhuǎn)子生產(chǎn)的困難性，使得目前電動(dòng)機(jī)廣泛使用的仍然是鑄鋁轉(zhuǎn)子。鑄銅轉(zhuǎn)子生產(chǎn)的難點(diǎn)是：銅的純度以及很高的壓鑄溫度。銅壓鑄的澆注溫度在1100 攝氏度左右，而鋁壓鑄的澆注溫度僅為700攝氏度左右。這樣高的澆注溫度對(duì)于模具以及壓鑄機(jī)的壓室都是很大的考驗(yàn)。這也成為了目前影響鑄銅轉(zhuǎn)子廣泛應(yīng)用的主要障礙。近年來(lái)國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)在美國(guó)能源部的支持下，進(jìn)行了銅壓鑄工藝的研究。目前已解決高溫模具的材料以及相關(guān)的壓鑄工藝問(wèn)題，從而使得經(jīng)濟(jì)的大批量生產(chǎn)鑄銅轉(zhuǎn)子成為了可能。
　　國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)所進(jìn)行的相關(guān)研究工作證明了鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)所具有的一系列的優(yōu)點(diǎn)。表1所示為1.1kW，5.5kW，11kW，37kW 鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)類型電動(dòng)機(jī)性能以及各項(xiàng)損耗的對(duì)比。表中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)試方法采用IEEE 112-B。
從表中可以清楚的看出鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)所具有的高效率、低溫升的特性。表中的四種型號(hào)電動(dòng)機(jī)的效率都達(dá)到或超過(guò)了EFF1 標(biāo)準(zhǔn)。同5.5kW，11kW，37kW 電動(dòng)機(jī)相比， 1.1kW 鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)相比傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的性能有非常大的提升。這是因?yàn)榕c另外三種型號(hào)的電動(dòng)機(jī)不同，1.1kW 的鑄銅轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)除了用銅替代鋁以外，還使用了比傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)導(dǎo)磁性能更好的硅鋼片。與此相對(duì)應(yīng)，5.5kW，11kW，37kW 的電動(dòng)機(jī)只是使用銅替代了鋁，并針對(duì)銅的特性對(duì)轉(zhuǎn)子以及定子進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，就達(dá)到了如此好的性能提升。
　　從表中還可以看出，除了1.1kW 的電動(dòng)機(jī)，其它三種型號(hào)的電動(dòng)機(jī)效率的提升主要得益于轉(zhuǎn)子損耗的降低。鑄銅轉(zhuǎn)子的損耗比傳統(tǒng)的鑄鋁轉(zhuǎn)子要低50％到60％。對(duì)于雜散損耗而言，其對(duì)電動(dòng)機(jī)效率的影響隨著電動(dòng)機(jī)額定功率的增大而增大。37kW 電動(dòng)機(jī)的雜散損耗占電動(dòng)機(jī)額定損耗的2％。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)鑄銅轉(zhuǎn)子的一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)就是可以大大降低雜散損耗。這可以解釋為轉(zhuǎn)速差的降低。從表1 中可以清楚地看出鑄銅轉(zhuǎn)子的這一特性。