引言

　　近年來，隨著電力電子技術、計算機技術和控制理論的發展，全球的工業電機市場得到很大增長。隨著稀土永磁材料、磁性復合材料的出現，各種新型、高效、特種電機相繼出現。由于國際社會對節約能源、環境保護及可持續發展的重視程度日益提高，生產高效電機已成為全球工業電機的發展方向。在全球降低能耗的背景下，紛紛推出高效節能政策，進一步推動全球工業電機制造行業加速發展。

　　1. 電機行業朝著智能化、節能化轉型

　　目前，普通低壓電機技術已經相對成熟，但是在大功率高壓電機、特種環境應用電機、超高效電機等領域，仍然有較多的技術門檻。綜合全球電動機市場的發展趨勢來看，其主要表現為以下幾點：行業向智能化、集成化發展。傳統電機制造已經實現先進電子技術、智能控制技術的交叉融合。未來針對工業領域使用的中小型電機系統、不斷地開發、優化智能控制技術，實現電機系統控制、傳感、驅動等功能的集成設計制造，是電機行業的發展趨勢。

　　2. 電機制造向差異化、專業化，高效、節能方向發展

　　電動機產品廣泛地應用于能源、交通、石油、化工、冶金、礦山、建筑等各個領域。隨著全球經濟的不斷深化，科技水平的不斷提高，過去同一類電動機同時用于不同性質、不同場合的局面正在被打破，電機產品逐步向專業性、差異化、專業化的方向發展。

　　近年來，全球相關環保政策為提高電機及其控制系統的效能指出了明確的政策導向。因此，電動機行業需加快現有生產裝備的節能改造，推廣高效綠色生產工藝，開發新一代節能電機、電機系統及控制產品、測試設備，完善電動機及系統技術標準體系，著力提升電動機及系統產品的核心競爭力。

　　3. 高效節能電機的優化設計和材質選擇

　　高效節能電機采用優質材料和優化設計，以實現更高的效率。例如，轉子中的鋁含量越高，定子中的槽填充系數越高，電阻損失越小。優化的轉子結構和轉子-定子氣隙減少雜散負載損失。改進冷卻風扇設計，使電機冷卻的風阻損失最小，轉子和定子鐵芯采用更高質量和更薄的鋼疊片，大大降低磁化損耗。

　　3.1 優化定、轉子疊片的尺寸及其所用鋼材的質量

　　磁滯損耗和渦流損耗一起稱為鐵芯損耗，總損耗的20%左右是由渦流和鐵芯飽和引起的。疊片中產生的渦流相對于不斷變化的磁場移動，會導致顯著的功率損失。疊層定子鐵芯可減少渦流損耗，并基于鐵的質量、電阻率、密度、厚度、頻率和磁通密度，渦流損耗可以通過更多的疊片來最小化。

　　磁滯損耗是磁路在磁通量不斷變化時產生的，電機中使用的大多數載荷材料是用于定子和轉子鐵心的鋼，通過減少疊片厚度，使磁通密度和鐵芯損耗最小化。通過退火選用更好等級的疊片用鋼以改變晶粒結構以便于磁化，可以降低磁滯損耗。通過增加含硅鋼的電阻率來減少渦流損耗，但硅含量增加了沖壓過程中的模具磨損，因為它增加了鋼的硬度。沖壓過程中損壞的鋼晶體嚴重降低了受影響體積的磁性質量。退火使疊片變平，并使沖壓過程中受損的晶體再結晶，從而將一個薄板厚度延伸到疊片中。

　　3.2 使用浸浴工藝進行定子層壓

　　浸漬定子可加強定子繞組的電氣絕緣，防止化學品或惡劣環境影響，并增強散熱。熱固性塑料包括環氧樹脂、酚醛樹脂和聚酯用于浸漬定子，沉浸是將定子浸入樹脂中較長時間，以確保最佳滲透和保護。另一種浸漬方法被稱為真空壓力，它使用一個先排空然后加壓的罐，以實現對定子的滲透。實現從電繞組中抽出氣穴，提高了繞組的熱導率。

　　3.3 優化設計定子槽，以最大限度地增加可插入銅的體積

　　槽滿率在一定程度影響定子繞組質量，槽滿率低會導致總損耗的60%，因此為了減少總損耗，定子繞組的質量必須較大，從而降低電阻。與標準效率電機相比，高效電機含有超過20%的額外銅，定子的絕緣繞組被放置在鋼片的槽內。橫截面積必須足夠大，以滿足電機的額定功率。一般情況下，感應電動機采用開放式或半封閉式定子槽。在半封閉槽中，槽的開口比槽的寬度小得多，與開口槽相比，纏繞更困難，制造更耗時。在設計階段必須選擇定子槽的數量，因為該數量會影響重量、成本和運行特性。多槽的優點是減少漏抗，減少齒脈動損耗，提高過載能力，更多定子槽的缺點是成本增加、重量增加、磁化電流增加、鐵損耗增加、冷卻不良、溫升增加和效率降低。

　　3.4 轉子壓鑄采用優質純鋁

　　定制設計的轉子可以最大限度地提高起動轉矩，降低導體電阻，提高效率。大多數感應電動機轉子都采用鼠籠式設計。堅固耐用，結構簡單，價格較低，但它們的啟動扭矩較低。銅轉子提高了效率，但制造起來既困難又昂貴。

　　3.5 轉子和定子之間的氣隙達到最佳

　　氣隙是標準徑向電機中電機轉子和定子之間的徑向距離。為了提高設計效率，需要保持最佳氣隙。氣隙尺寸涉及定子、轉子、電機外殼和軸承的設計。所有這些都會影響定子和轉子軸的精確對準。

　　3.6 采用性能優良的電磁漆包線

　　磁鐵或漆包線是一種電解精煉的銅或鋁線，已完全退火并涂有一層或多層絕緣層。例如，使用總共有12層絕緣層的電線。典型的絕緣膜，隨著溫度范圍的增加，有聚乙烯、聚氨酯、聚酯和聚酰亞胺，最高溫度可達250°C。較厚的矩形或方形磁鐵線用高溫聚酰亞胺或玻璃纖維膠帶包裹，使用更多的銅，更大的導體棒和導體增加了定子和轉子繞組的橫截面積，可降低繞組電阻，減少電流造成的損耗，高效電動機的定子繞組中的銅通常會多出20%。

　　電機由很多的零部件構成，每個零部所提供不同的結構和功能屬性，導致在電機系統的功能不同，每個零部件提供功能優劣最終影響電機輸入性能。通過優化電機各個部件的性能，最終使電機的性能達到最優。

　　4. 結論

　　目前，電機制造業為應對全球化的市場競爭，逐步由“大而全”向“專業化、集約化”轉變，隨著電機智能化控制系統的發展和完善，進一步推動工業電機行業中專業化生產模式的發展。未來，在低碳環保政策帶動下，工業電機將全面朝綠色節能化發展。

　　參考文獻：

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　　[2]陳偉華，電機產業的發展與政策機遇[J]，電機與控制應用，2017(7):1-6+25。

　　[3]孫紅超，劉文輝，王富春，高效電機設計方法的研究[J]，防爆電機，2014(2):1-4。

　　作者簡介：

　　陳金剛，男，1974年10月生，1996年畢業于北京航空航天大學機電工程專業，一直在德州恒力電機有限責任公司從事低壓電器設備的設計，選型，檢測和故障分析工作，2020年晉升為高級工程師。