鑄銅轉子電動機及其在小風電領域應用淺析

　　3．鑄銅轉子電動機
　　以下就詳細介紹銅在提高電動機能效方面應用的實例－鑄銅轉子電動機。
　　使用鑄銅轉子的電動機可以有效降低電動機的轉子損耗，從而幫助提高電動機的效率，在電動機損耗降低的同時，由于轉化為熱能的能量減少，從而使得轉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扇甚至不使用風扇，這將會減少附加零件的摩擦損失以及空氣阻力的損失，從而進一步提高電動機的效率。同時，由于電動機的工作溫度的降低，將大大延長電動機的壽命和降低維修費用。按照一般規律，電動機的溫度每降低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，鑄銅轉子的電動機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，相同感應電壓下轉子中的電流要大于鑄鋁轉子，因此可以使用較少的材料來制造相同功率和效率的電動機。正是由于所用材料的減少，使得鑄銅轉子電動機在功率和效率相同的情況下，比傳統電動機具有更低的材料成本，較小的重量以及更小的體積。同時，由于鑄銅轉子電動機所具有的以上優點，為電動機的設計以及制造廠商提供了更大、更靈活的設計空間——既可以追求高效率，也可以追求低成本、小體積、低重量，或者在幾者之間進行平衡。
　　雖然鑄銅轉子具有很多優點，但由于鑄銅轉子生產的困難性，使得目前電動機廣泛使用的仍然是鑄鋁轉子。鑄銅轉子生產的難點是：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于模具以及壓鑄機的壓室都是很大的考驗。這也成為了目前影響鑄銅轉子廣泛應用的主要障礙。近年來國際銅業協會在美國能源部的支持下，進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的壓鑄工藝問題，從而使得經濟的大批量生產鑄銅轉子成為了可能。
　　國際銅業協會所進行的相關研究工作證明了鑄銅轉子電動機所具有的一系列的優點。表1所示為1.1kW，5.5kW，11kW，37kW 鑄銅轉子電動機和傳統類型電動機性能以及各項損耗的對比。表中各項數據的測試方法采用IEEE 112-B。
從表中可以清楚的看出鑄銅轉子電動機所具有的高效率、低溫升的特性。表中的四種型號電動機的效率都達到或超過了EFF1 標準。同5.5kW，11kW，37kW 電動機相比， 1.1kW 鑄銅轉子電動機相比傳統電動機的性能有非常大的提升。這是因為與另外三種型號的電動機不同，1.1kW 的鑄銅轉子電動機除了用銅替代鋁以外，還使用了比傳統電動機導磁性能更好的硅鋼片。與此相對應，5.5kW，11kW，37kW 的電動機只是使用銅替代了鋁，并針對銅的特性對轉子以及定子進行了優化設計，就達到了如此好的性能提升。
　　從表中還可以看出，除了1.1kW 的電動機，其它三種型號的電動機效率的提升主要得益于轉子損耗的降低。鑄銅轉子的損耗比傳統的鑄鋁轉子要低50％到60％。對于雜散損耗而言，其對電動機效率的影響隨著電動機額定功率的增大而增大。37kW 電動機的雜散損耗占電動機額定損耗的2％。通過大量實驗，可以發現鑄銅轉子的一個顯著的優點就是可以大大降低雜散損耗。這可以解釋為轉速差的降低。從表1 中可以清楚地看出鑄銅轉子的這一特性。