高效率感應馬達複合轉子材料設計

摘要：本研究旨在針對感應馬達轉子複合導體材料之製程與效率，轉子導體採用鋁與銅二種複合材料組成，研究過程中利用有限元素分析，探討鑄鋁以及銅鋁複合轉子對感應馬達電流密度與效率的影響，分別以鑄鋁及銅鋁複合製作馬達實體進行測試，最後對馬達的效率進行討論。

Abstract: The purpose of this research is to study the relationship between the manufacturing process of rotor and the efficiency of the induction motor. The composite rotor was made by two kinds of material, aluminum and copper. The general rotor was made by aluminum. We studied how rotor materials, cast aluminum and copper-aluminum composite rotor, affect the current density and efficiency by finite element analysis. The motors, made of two different rotor materials (cast aluminum and copper- aluminum), were tested. Finally, the efficiencies of the motors are discussed.

關鍵詞：銅鋁轉子、感應馬達、有限元素分析

Keywords：Copper-Aluminum Composite Rotor, Induction Motor, Finite Element Analysis

前言
一直以來，提高馬達效率，減少電能消耗，為國際電工委員會（International Electro Technical Commission, IEC）及全球主要國家在追求節能減碳的重要課題。而近年來在超高效電機的研製中，採用鑄銅轉子是一種提高電機效率的有效方法，因為銅的電導率比鋁高出58%，故使用銅轉子可得到更高的效率，但純銅的熔點（1083℃）比純鋁（660℃）高很多，因此壓鑄的困難度也高很多，不僅使得模具壽命縮短，也相對的提高了成本。因此本研究會結合銅與鋁的特性，設計製作鋁與銅鋁複合轉子進行測試，並進行效率比較與討論。

感應馬達損耗
1. 感應馬達損耗分佈
傳統感應馬達，又可稱為中小型鼠籠式異步電機，近年來世界各國對於感應馬達效率的要求逐年增高，為了增加馬達的效率，就必須要先知道馬達的損耗是由哪些部位所產生的，馬達損耗分布主要分為以下幾個：

（1）鐵損
鐵損指的是馬達的矽鋼片材料，在磁場的交變轉換之中所損失的能量，其中主要包含了磁滯損及渦流損，鐵損與馬達上的磁通密度以及頻率，有著極大的關係，基本上材料的磁通密度越高，頻率越高，其鐵損勢必越高。如依電機設計與計算書中所述，鐵損主要來自渦流損與磁滯損。磁滯損係導磁材料原子結構受到外部磁場變化時，重新排列為磁性方向所需耗損能量。