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| 铝漆包线在电机中的应用研究（zxj） |
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摘要：电机中铜漆包线约占材料成本50％的比例。为了降低直接材料成本，分析了铝漆包线在压缩机电机中应用的可能性，并提出了针对铝漆包线电机的设计方法，在基本保持铜漆包线同等性能的情况下降低电机综合成本，并针对铝漆包线同样的特性对加工工艺提出了改善方案。
关键词：铝漆包线；铜漆包线；电机0引 言近年来铜价一直呈上涨趋势，从2003年每吨不到20000元，到2011年每吨超过7200O元。特别是在2006年上半年，铜价上涨了近一倍。之后的几年铜价均维持在每吨50 000～6000O元的水平，仅在2008年底的国际金融危机过程中出现过大幅下跌，但随着经济的复苏，铜价很快回到高位水平。
铜漆包线的成本在电机的材料成本中占有约50％比例，如何应对铜价的上涨成为一个严峻的课题。铝漆包线作为铜线的替代品可以显著地降低电机成本，但铝漆包线会使电机效率显著下降，且铝线机械性能差、熔点低，没有在空调压缩机中大规模使用的经验，其可靠性及相关制造工艺都是值得我们研究的问题。
近期铜价的波动情况如图1所示。
l铜、铝漆包线特性分析l 1铜、锅物理特性的差异铡和铝都具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性，因此常被用于制作各种电线、电缆和载流零件等。但两者在物理性能上有很大的差异，如表1所示，这螳物理性能的差异对铝漆包线的应用产生了很大的影响。
从表1中可以看出，铝的电阻率为铜的1 6倍，电机的铜损和电机电阻成正比，如果直接用相同线径的铝线替代铜线，将造成电机损耗增大、效率下降。铝的抗拉强度较低，会给定子绕线工艺带来困难。铝的熔点远低于铜，较易氧化，铜铝的焊接问题一直是铝线应用中的一大障碍。铝的密度仅为铜的约1／3左右，相同体积铝线的重量是铜线的1／3左右，因此使用铝线材料成本可以明显降低。但由于漆包线的加工费用与漆包线艮度有关，同重量的铝线加工费要高于铜线。
1 2铜、铝漆包线主要性能比较表2对铜漆包线和铝漆包线的特性进行了实测从表2可以看出，由于材料本身的性质，铝线在电阻率及延伸率方面都比铜线要差。
尽管铝线的很多性能比铜线差，但是在铜价高涨的情况下，采用铝线代替铜线电是降低电机成本的有效手段之一。下面将分析铝线电机的设计和加工工艺。
2铝漆包线电机设计方法2.1铝漆包线对电机性能的影响由于铝线的电阻率比铜高1.6倍，直接用相同线径的铝线替换铜线将导致电机绕组的电阻增大。
电机的铜损相同的情况下，电流I变化不大，电阻R增加将会使铜损接近正比例增大一。
电阻增加还会使电机的****力矩T降低，造成电机停转，详细如下 ：
式中：R1为定子电阻。
槽满率较低的电机可以用导线截面积1．6倍的铝漆包线直接替代铜线。但一般电机槽满率都已接近极限，不能使用该方法。为保持电机效率及满足相关标准，需要重新进行设汁。通常方法是增加铁心外径或叠高，并适当增加定子槽面积。考虑到设备的通用性，下面介绍在冲片不变情况下的铝线电机的设计方法。
2．2全铝漆包线电机在电机槽形、铁心长度不变的情况下，直接把铜线换成相同线径的铝线，从图2可以看出，使用铝漆包线后，电机效率下降明显，因此在对电机性能要求较高的情况下，必须通过相关设计变更来弥补电机效率下降的比例。
2.3铝漆包线电机优化从上述内容可知，在直接更换铝线的情况下，电机效率下降明显，为了提高电机的效率必须对电机进行优化设计。可以增加电机铁心的长度，主线圈仍采用铜线，副线圈采用铝线，同时优化匝数和线径，以提高电机性能。详细计算参数如表4所示。
电机效率曲线比较如图3所示，可以看出，经过优化设计后，副线圈采用铝线的电机的效率基本达到了铜线电机的水平。
2．4电机成本比较副线圈采用铝线的电机在优化中增加了铁心的长度，电工钢的用量有所增加，但是采用铝线后，漆包线的成本大幅度降低，电机成本显著下降。按照目前的铜价，直接材料成本可降低29元，全铝线电机成本可降低103元，但是效率下降太多，在效率要求高的场合不能使用。详细成本分析如图4所示。
图4中铜漆包线价格为77元／kg，铝漆包线价格为46元／kg，钢板价格为9元／kg。
3铝漆包线电机加工工艺3．1铝线电机在加工中的难点由于铝线具有机械性差、熔点低、易氧化等缺点，在电机的加工过程中存在以下难点：
(1)铝线机械性能差，在绕线、嵌线、整形过程容易产生断线、漆膜脱落、漆膜伤、电阻变化等问题。
(2)铝的熔点低，易氧化，电机的电源线联接困难，普通火焰焊接等方式会造成铝线氧化，无法保障可靠的联接。
为了保证铝线电机的质量，需要在绕线工艺、电源线接线工艺等方面进行改善，下面分别介绍。
3 2铝线电机的绕线工艺的改善铝线的机械性能决定了在铝线的生产过程中要在以下方面进行改善：
(1)绕线速度由于铝线相对铜线来说要柔软，因此同等工艺条件下，理论上铝线的延伸率要比铜线大，需要降低绕线速度，以便延伸率控制在适当的范围内。
(2)整形压力在电机线圈端部整形的工艺环节，需要减小整形量和整形速度，减少线圈压痕的产生。
3．3铝线电机电源线联接方式电源线一般采用铜线，常规的火焰焊接方式(如氧一乙炔火焰焊接)对于铝铜焊接来说，铝与铜熔合后，将生成铝与铜的合金，其中一类金属化合物，硬而脆，导电性能差，而且由于铝和铜的熔点不一致，所以焊接温度不能高于铝铜共晶温度(548℃)，火焰温度很难控制，焊接质量很难保证，因此，采用熔焊法来焊接铝铜电源线是不合理的，需要探讨其它的方式。
铝铜连接的常用方法有以下几个：
(1)冷压焊不加热，不用焊料，町以对接或搭接，接头强度不低于基本金属，工艺设备简单。对接φ0．8 mm以上圆线及扁线，可做预制接头，也可搭焊电机、变压器引出线，适用于扁铝一铜线的焊接。
(2)摩擦焊利用两个工件相对旋转运动，产生摩擦热。铝铜采用低温摩擦，转速低，设备简单；铝铜接头在共晶温度下焊成，无中间合金，不需其他填充金属。
适用于铝一铜过渡接头的生产，适于中等截面积铝铜焊接；预制过渡接头，大量用于中型以上电机、变压器及其他配电部门。
(3)闪光焊焊接时熔接会属喷射，能对焊各种断面铝一铜接头，接头内中间合金厚度控制在O 01～0．02 mm以下，可以保证电气和力学性能。同样适用中等截面以上的铝一铜焊接。
(4)电容储能焊可以减小设备容量，焊接速度块，接头质量好，可以对接铝～铜，对接时，低压储能操作较平稳，没有爆声。适用于φ4mm以下铝一铝、铝铜导线焊接，预制小线径的铝一铜过渡接头或直接在绕组上焊接铜引出线。
根据电机电源线的特点，“冷压焊”是比较合适的铝铜联接方式，Tyco公司专门生产了可刺破漆包线皮膜的适用于铝线联接的端子。如图5所示。
4结语
通过本文的设计分析可以看出，压缩机电机中采用铝线替代铜线在技术上是可行的，特别是副线圈采用铝线，通过增加电机铁心长度等手段对电机进行优化设计，可以在保持效率的情况下大幅降低成本。通过对电机的加工工艺进行针对性的完善，可以保证产品的质量。 |
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