金属铜在高效节能的电机制造业中发挥什么作用？

当谈到开发新的汽车技术时，铜对提高电机效率是不可或缺的，标准感应电动机在效率显著的提高需要通过绕组中更多的铜，更高等级的钢芯，改进轴承和绝缘，冷却风扇设计改进。随着对电机效率不断提高的追求，新的电机技术和设计超越了感应电机，铜成为这些新技术的关注点。

永磁电机

永磁同步电动机在工业电动机驱动中的应用越来越多，永磁电机技术取代铝棒用稀土制造的带有强大永磁体的转子元件，永磁体方式分为表面安装和内部安装。永磁电机的定子与传统的铜绕线电机非常相似，电机中的转子是独特的，永磁体嵌入转子叠片中或棒表面。永磁电机与类似额定的交流感感应电机相比，铜的使用量比较少，但是，它仍然依靠铜来提高效率。在大多数情况下，永磁电机需要匹配变速驱动器才能实现增益，永磁体电机比优质高效的交流感应电动机提供高达1.5–2%效率增益。 永磁电机遵守功率密度原则，也就是说，电机的尺寸已经决定了电机的马力，扭矩及效率，电机的框架结构一般要补偿电机轴的长度的变化。当今，常用的永磁电动机驾驶混合动力和全电动汽车，压缩机制造商开始纳入永久性电磁电动机，可以在极高的速度而无需增加齿轮传动。

永磁电动机的优点：出色的转矩-速度曲线，出色的动态响应，高效率和可靠性，低维护，使用寿命更长，低噪音，高速能力，高扭矩/体积比或高功率密度。缺点：成本高，需要变速驱动器，稀土材料的可持续性。

开关磁阻电动机

开关磁阻技术自1800年代就出现了，将这项技术带入当今先进电机的最前沿是电力电子技术和计算能力的出现。开关磁阻电机是无刷直流电机，通过与电子驱动器配对，提供连续的扭矩，在速度可变应用领域， 开关磁阻电机可以替代与优化感应电机。开关磁阻电机与常规电动机相比具有一些明显的优势，它可以在缺相或短路的一个相中运行-永磁或感应电动机系统会瞬时停止。

铜线的数量和类型在开关磁阻电机的设计中非常重要，线圈的每一匝嵌套在一起，以帮助填充开关磁阻电机设计所允许的大定子槽。铜是线圈的重要组成部分，通常使用100％的铜来缠绕电机，它的电阻比铝等替代材料低得多。低绕组电阻直接转化为更少的废热，从而提高了能源效率，并有利地降低了电动机的工作温度。必要时，开关磁阻电机使用由绳状铜线或Litz线制成的线圈，线圈是由许多较小的铜线绞合而成，这些铜线扭成绳状，形成矩形。使用这种类型的导线可以对导体进行换位，从而减小集肤效应，这种现象导致电流迁移到该导体的外部，从而有效地增加了导体的电阻。

开关磁阻电机优点 ：高效率，特别是在宽负载范围内，高扭矩和高速度，出色的恒定功率速度范围功能，高可靠性和长寿命，结构简单坚固，高功率密度。缺点 ：纹波转矩 ，高振动等级，需要变速驱动器 ，噪音，峰值效率比永磁电动机略低。

铜转子电动机

铜转子电动机技术的创新源于满足低压电动机市场对更高能效的需求，传统压铸铝转子设计无法满足的需求。使用新的铜转子技术提高效率，但保留与传统铝转子设计相同的占地面积，这是不仅对于新应用，而且对于翻新应用都非常重要。为了开发这项新技术，电机制造业对转子进行重新设计，特别是设计和开发复杂的转子铸造工艺。 与常规铝转子设计相比，效率的提高证明了设计和开发方面的大量投资是合理的。使用压铸铝技术，与传统的节能电机相比，实心铜转子的压铸在相同尺寸的电机上产生了更高的效率。

铜转子电机的初始购买价格略高于铝转子电动机，这使得投资回收期成为一个重要因素，投资回收期相对较短，考虑到20年设计寿命，这通常不是问题。铜是一种了不起的材料，不仅达到了效率要求，而且在许多情况下，还可以缩短电机，使其更紧凑，在相同的占地面积上实现更高的马力。铜转子电动机的独特之处在于，使我们能够制造出非常高效的电动机，效率更高的电动机运行温度更低，能够更快地旋转转子。

铜转子电机的优点：效率高，逆变器负载能力，高可靠性，恒定扭矩能力，运行温度低，降低维护成本，更低电力成本，转子精确且平衡更好，振动更低。缺点：较高的初始购买价格，铸造转子，铸造机械供应有限，铜的成本比其他材料高，更复杂的制造工艺。

结论

永磁，开关磁阻和铜转子感应电动机这些电动机技术中的每一种都以其独特的方式依靠铜设计来生产效率更高，更可靠的电机。转子中带有强力永磁体的永磁电机，带有功率电子开关的开关磁阻电动机及其密集的铜定子和转子，以及具有降低电流电阻的冷运行转子的铜转子电动机，都提供了实现节能目标和提高性能的选择。通过创新地使用铜，开关技术和永磁体，当今的电机设计可以选择更多的方式来满足其效率和特定应用的要求。