匯川技術(shù)發(fā)布全球首款Vplus-Pin扁線低壓工業(yè)電機(jī)

今天，匯川技術(shù)發(fā)布全球首款Vplus-Pin扁線低壓工業(yè)電機(jī)。本文根據(jù)匯川技術(shù)驅(qū)動電機(jī)SPDT主任鄒德明發(fā)布會內(nèi)容進(jìn)行整理，以饗讀者。

在開場的視頻里，展示了電機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程，同時也提出了一個問題，就是200年后的今天我們需要什么樣的電機(jī)？今天我們嘗試給出匯川的答案。

01高效電機(jī)的普及一定是未來趨勢

從2016年《巴黎協(xié)定》的簽署到2020年習(xí)主席提出“3060”雙碳戰(zhàn)略，降碳減排已經(jīng)成為大家共同的目標(biāo)。

降碳減排其中有一個重要的手段就是節(jié)能，我們可以看一組數(shù)據(jù)，2023年，我國工業(yè)用電占社會總用電量的65.8%，這其中又有75%來自于工業(yè)電機(jī)，也就是說電機(jī)是耗電量最大的單種類傳動配套設(shè)備。

我們做過簡單的測算，如果把這些電機(jī)節(jié)能提升3%，那么每年將節(jié)省1821億度電，這個節(jié)電量相當(dāng)于三峽大壩一年的發(fā)電量。因此，高效電機(jī)的普及一定是未來工業(yè)的趨勢。

談到高效電機(jī)，不得不提到另一個話題，那就是電機(jī)體積。如果利用現(xiàn)有的技術(shù)來提升電機(jī)能效，電機(jī)的體積或多或少都會有所增加，如此一來，許多用到電機(jī)的場景就會有問題，比如設(shè)備廠的整體結(jié)構(gòu)需要調(diào)整，電機(jī)安裝的承重需要重新設(shè)計，終端用戶的改造受原設(shè)備結(jié)構(gòu)改動的影響，最終直接影響投資回報周期等。

傳動鏈的創(chuàng)新還有很大挖掘空間

另外，我們還發(fā)現(xiàn)一個問題，那就是電機(jī)和傳動結(jié)構(gòu)的合理選擇問題。電機(jī)技術(shù)發(fā)展了近200年，也演變出了許多技術(shù)路線，但與電機(jī)配合的傳動結(jié)構(gòu)的發(fā)展實(shí)際上是比較粗獷的，這也意味著，隨著電機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，整個傳動鏈的創(chuàng)新有比較大的挖掘空間。

舉一個前幾年我們匯川電機(jī)在紡織行業(yè)的例子，客戶原方案是異步機(jī)皮帶連接，我們采用無框永磁電機(jī)實(shí)現(xiàn)了直驅(qū)化，直接去掉了皮帶的效率損失，能效提升25%，實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)，安裝工時由兩小時縮短到10分鐘，目前該方案已經(jīng)在織造行業(yè)全面推廣，高效電機(jī)在該行業(yè)的占比也逐年提升。

02創(chuàng)造極致系統(tǒng)收益

跨界技術(shù)革新傳動

上面聊的內(nèi)容，主要是兩個結(jié)論，一是高效電機(jī)的普及定是未來工業(yè)發(fā)展的趨勢，二是隨著電機(jī)技術(shù)的發(fā)展傳動鏈上創(chuàng)新還有很大挖掘空間。

基于以上結(jié)論引出了我們今天的主角，MV33系列Vplus-Pin扁線工業(yè)電機(jī)。這是一款跨界使用扁線技術(shù)的電機(jī)，同時是匯川率先將扁線發(fā)卡技術(shù)應(yīng)用于低壓工業(yè)的永磁同步電機(jī)。

我們此次發(fā)布的范圍主要是四個轉(zhuǎn)速：750rpm1000rpm1500rpm3000rpm。

其中750rpm功率18.5~90kW，1000rpm功率范圍30~132kW，1500rpm功率范圍37~200kW，3000rpm功率范圍55~315kW，180~250四個機(jī)座。全系IE5能效。

這款產(chǎn)品有什么特點(diǎn)呢？

體積最小的IE5能效工業(yè)低壓風(fēng)冷電機(jī)

首先，它是目前體積最小的IE5能效低壓工業(yè)電機(jī)。我們做個對比，以目前市場上流通最多的IE3能效的異步電機(jī)為例，如果用異步機(jī)實(shí)現(xiàn)IE5的話體積將增大10%~15%。如果采用永磁電機(jī)設(shè)計，體積可以持平或降低10%，但采用扁線設(shè)計的MV33較IE3能效的異步機(jī)體積降低25%~40%！

體積減小有什么好處？舉幾個例子。

首先第一個場景。工業(yè)電機(jī)的一個典型應(yīng)用場景是通過聯(lián)軸器連接減速箱，電機(jī)安裝位置通常在設(shè)備尾部，若把傳統(tǒng)的IE3的異步電機(jī)更換為MV33，以常用的160kW、1500轉(zhuǎn)電機(jī)為例，整個設(shè)備的長度將減少385mm，明顯變短了。在此基礎(chǔ)上可否更短？可以的。由于扁線電機(jī)除了軸向尺寸變小外徑向尺寸也變小了，可以把電機(jī)調(diào)轉(zhuǎn)方向從反面安裝，如此整個設(shè)備的長度較原有的結(jié)構(gòu)縮短了1700mm，原有電機(jī)安裝部分的全部省去，安裝靈活便捷，同時終端用戶的空間利用率也大大提升，這些節(jié)省對客戶都是真金白銀的價值。

再看一個場景。電機(jī)通常通過皮帶輪連接負(fù)載，從圖中可以看出來，由于電機(jī)體積過大，沒有辦法實(shí)現(xiàn)直連。但如果使用MV33電機(jī)，就可以把電機(jī)放在上面，通過聯(lián)軸器與負(fù)載直接連接，省去皮帶傳動。通過測算，高效電機(jī)本身就可以帶來1.7%~3.1%的能效提升，取消皮帶傳動能效也將提升3%~8%，綜合下來，MV33電機(jī)整體提效達(dá)4.7%~11.1%。不止于此，如果負(fù)載端結(jié)構(gòu)允許，可以采用無框結(jié)構(gòu)進(jìn)一步省去聯(lián)軸器，將電機(jī)定轉(zhuǎn)子直接安裝在負(fù)載端，省去電機(jī)的軸承，整體傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)一步得到優(yōu)化。

是不是所有的皮帶連接都是可以用這種方案？并不是。要根據(jù)實(shí)際設(shè)備的傳動結(jié)構(gòu)，結(jié)合電機(jī)本身的性能通過專業(yè)分析來選擇最適用的傳動結(jié)構(gòu)。匯川的專業(yè)電機(jī)工程師團(tuán)隊每天都在研究對傳動結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，我們扁線電機(jī)小體積等特點(diǎn)為我們工程師團(tuán)隊在傳動創(chuàng)新上提供了更多的可能。

全系列IE5，可拓展IE6

高效區(qū)雙“90”

我們再看MV33系列電機(jī)的另外一個特點(diǎn)，高能效。

MV33全系高能效設(shè)計，滿足IE5和永磁電機(jī)國標(biāo)一級能效，由于IE5和永磁國標(biāo)一級能效在有些功率電機(jī)上效率值有所不同，MV33電機(jī)在設(shè)計時取兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)同規(guī)格下的最高能效數(shù)值。另外，MV33支持IE6能效的拓展，相較IE5電機(jī)，IE6電機(jī)損耗降低20%。

值得一提的是，電機(jī)的能效等級是按電機(jī)額定點(diǎn)運(yùn)行的效率值標(biāo)稱的，一般電機(jī)的高效區(qū)在額定點(diǎn)附近。但客戶在實(shí)際使用的時，大部分電機(jī)工況并不是長期在額定點(diǎn)運(yùn)行，這意味著許多電機(jī)在使用時，實(shí)際效率要比標(biāo)稱數(shù)值低。針對此種場景我們提出了雙“90”的概念，MV33電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)在90%的工作區(qū)內(nèi)效率都高于90%。舉一個實(shí)際案例，在某變速恒轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用場景下，MV33與普通圓線設(shè)計的IE5永磁電機(jī)對比，整體節(jié)能在2%左右，換算后每年可節(jié)省3~6千元。同場景與IE3的異步機(jī)相比MV33的能效收益會更大。

最小體積與超高能效

源于扁線發(fā)卡技術(shù)

無論是全球最小的IE5能效低壓工業(yè)電機(jī)還是可拓展IE6超高能效，MV33的這兩大特性皆源于扁線技術(shù)。

與傳統(tǒng)圓線電機(jī)相比，扁線技術(shù)的電機(jī)更有利于槽滿率的提升，也就是在定子槽內(nèi)空間不變的情況下可以填充更多的銅線。相比傳統(tǒng)圓線，扁線電機(jī)槽滿率可以提升20%以上，這樣電機(jī)就可以產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場。另外，圓線繞組相比，扁線電機(jī)端部尺寸降低了30%~50%，讓MV33實(shí)現(xiàn)理想化的小體積。

03為全領(lǐng)域、全球化用戶提供全天候產(chǎn)品和服務(wù)

高可靠設(shè)計

適用全天候多工業(yè)場景

可能有人會疑惑，電機(jī)做這么小，可靠性如何？影響電機(jī)可靠性的因素主要有三個方面：軸承、絕緣系統(tǒng)和永磁電機(jī)的退磁問題。

MV33是如何做的？

首先是軸承，雖然MV33電機(jī)較傳統(tǒng)IE3電機(jī)體積縮小了約1/3，但軸承選用仍可滿足與市場同功率工業(yè)電機(jī)相同軸承型號，而且是國際一線品牌，另外，為防止軸電流導(dǎo)致的軸承電蝕問題，110kW及以上型號標(biāo)配防電蝕設(shè)計。

再看絕緣系統(tǒng)，普遍低壓工業(yè)電機(jī)采用B級溫升設(shè)計，整機(jī)溫度不超過130度。MV33在滿足B級溫升的同時，還做了H級絕緣設(shè)計，耐溫可達(dá)180度，使用扁線且選用了高于C級的絕緣系統(tǒng)，耐溫超過200度。

還有退磁問題，針對引發(fā)退磁的兩大“元兇”高溫和大電流，MV33轉(zhuǎn)子采用了低溫升的設(shè)計，永磁體做了特殊的處理，標(biāo)配兩個溫度傳感器與變頻器搭配使用，在溫度異常情況下可接收報警信息，防止長期過載情況導(dǎo)致退磁問題發(fā)生。更重要的是，匯川擁有20年永磁電機(jī)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，永磁電機(jī)出貨量超2000萬臺，防退磁設(shè)計經(jīng)驗(yàn)豐富。在常規(guī)運(yùn)行工況使用下，MV33不會退磁。

模塊化設(shè)計

靈活適配全工業(yè)領(lǐng)域

MV33還有其它重要特點(diǎn)。

首先，MV33做了模塊化設(shè)計，可靈活適配各種工業(yè)場景。如接線盒做了強(qiáng)弱電分離選配，可以避免干擾問題，同時支持加裝強(qiáng)制風(fēng)冷，加裝編碼器，支持軸承類型的選配，支持防潮加熱帶的選配等等，客戶可以結(jié)合需求選擇最優(yōu)配件。

極端場景設(shè)計

適用全天候工業(yè)場景

MV33還針對極端場景做了設(shè)計。如針對高濕和高粉塵的IP66高防護(hù)設(shè)計，針對高腐蝕場景的C5等級防腐設(shè)計，針對高溫和高海拔場景的超低溫的設(shè)計等，可適用于全天候多工業(yè)場景。

目前，MV33電機(jī)已經(jīng)獲得UL、EAC、SA、CE、UKCA、CQC等多個國家和地區(qū)的認(rèn)證，滿足客戶的出海需求。

最后，我們來匯總一下MV33系列Vplus-Pin扁線工業(yè)電機(jī)的特點(diǎn)，一是體積最小的IE5能效工業(yè)低壓風(fēng)冷電機(jī)，為傳動創(chuàng)新帶來更多可能。二是超高能效，全系IE5支持拓展IE6能效，幫助客戶節(jié)能提效。以上兩個特點(diǎn)皆源于跨界扁線技術(shù)的應(yīng)用。三是高可靠性，緊湊設(shè)計軸承不降檔、絕緣系統(tǒng)用料足、轉(zhuǎn)子低溫設(shè)計、嚴(yán)苛測試等，讓客戶無憂使用。四是模塊化設(shè)計，靈活適配各種極端場景。

MV33的生產(chǎn)線搭建在匯川綠色數(shù)字化電機(jī)工廠，也歡迎大家到我們岳陽電機(jī)工廠參觀交流，謝謝大家！