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松下使用新磁性材料制作马达,推动空调和冰箱节能
http://cn.newmaker.com 3/4/2016 2:06:00 PM  日经BP社
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三相异步电动机, 单相电机, 马达, 伺服电机, 直流电机, ...
松下使用新型磁性材料试制家电用压缩机的马达,这种马达可以提高家电的能源效率。采用的磁性材料为日本东北大学开发的低损耗软磁性材料“NANOMET”。通过使用这种材料,配备压缩机的空调和冰箱等冷热设备的能源效率,即COP(效能系数)提高了2.9%。松下将争取在2018年前,投产采用新材料的家电产品。

松下与东北大学在2014年12月之前,已经成功开发出了使用新材料的马达。但当时的马达直径为70mm,只能供试制使用,无法应用于家电产品。这一次,二者为家电产品广泛使用的125mm直径马达采用了新材料。通过使马达的主要损失——磁性材料铁损大约降低60%等,马达的能源效率比使用现有材料提高了3.1%。

将这次的马达嵌入压缩机,通过COP实际检测1kW的冷冻能力,发现与现有材料相比,COP提高了2.9%。

松下希望将这次的技术打造成为提高空调和冰箱“节能性能”的撒手锏。有统计显示,冰箱和空调约占一般家庭用电量的1/4(日本资源能源厅2009年发布)。而从2000年代开始,马达的效率改善一直进展缓慢。2000年~2015年之间仅提高了2%。该公司认为,提高3%的效率对于节能性能的差异化具有巨大的影响力。

铁芯厚度缩小到1/10

新材料“为不使用稀土的铁合金,因此可以降低材料成本”(主导开发该材料的东北大学金属材料研究所教授牧野彰宏)。将Fe(铁)-Si-B-P-Cu系材料的部分Fe置换为Ni(镍),铁含量为94~95%。作为马达线圈的磁性材料使用,不仅可以大幅降低铁损,而且决定线圈小型化难易度的饱和磁通密度也比较大。在各种类型的铁损中,涡流损失可以通过减薄线圈铁芯的方式降低,如果铁芯的厚度极薄,新材料降低损耗的效果要优于现有材料。

松下目前使用能够发挥新材料能力的生产技术制造线圈的铁芯。一般来说,磁性材料中一旦产生应力,特性就会发生劣化,为此,该公司新采用了不易造成应力的加工方法。铁芯由新材料制成的金属板叠加而成。这一次,金属板的切割、层叠、热处理等各道工序均未产生应力,或是没有应力残留。特别对热处理进行了精心改良。

但新材料加工困难,可能导致工序变得复杂。这是因为新材料的质地硬,为了减少铁芯的涡流损失,金属板的厚度减薄到35μm,仅为现在的1/10,数量则增加到了10倍。为了防止材料成本低廉的优势被抵消,在实用化之前,该公司还将继续对生产技术实施改进。

另外,新材料的磁性材料特性与现有材料不同,所以包含线圈在内,电路的最佳设计方式会发生改变。虽然在试制阶段也采用了合理的电路设计,但依然有进一步优化的空间。使用新材料的马达还有可能继续提高效率。(记者:三宅常之)

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