觀點｜高效電機企業為何經營那麼困難？原來原因在此！
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根據資料統計，電機市場面向三類客戶：終端使用者、代理商和設備生產商。其產品用量所占比分別為：終端使用者占5%，代理商約占15%，下游產業的機械設備生產商占80%。由此可見，高效電機能否被市場接受，關鍵在於下游產業的設備生產商的態度。
那麼，這些應用領域的製造商在設計時為什麼不考慮高效電機呢?
圖為西門子：Simotics HV C高效高壓電機
何為高效電機？
高效電機（High Efficiency Motor）是指效率較高的電機，其效率應該滿足相關的能效等級要求。
簡介
高效電機從設計、材料和工藝上採取措施，例如採用合理的定、轉子槽數、風扇參數和正弦繞組等措施，
從節約能源、保護環境出發，高效率電動機是現今國際發展趨勢，美國、加拿大、歐洲相繼頒佈了有關法規。歐洲根據電動機的執行時間，制定的CEMEP標準將效率分為eff1（最高）、eff2、eff3（最低）三個等級，
特點
(1)效率高，IE2 比IE1 平均高3%，IE3 比IE1 平均高近5%左右。
(2)需使用更多高品質的材料。IE2 比IE1 電機成本高25%～30%，IE3 比IE1 電機成本高40%～60%左右。
(3)由於運行溫度較低，電機壽命更長，可降低維護成本。
(4)典型設計情況下起動電流較大些。
(5)轉子慣量較大。
(6)額定負載下轉速較高，轉差率較小。
節能措施
電動機提高效率的措施。
節能電動機的設計是指運用優化設計技術、新材料技術、控制技術、集成技術、試驗檢測技術等現代設計手段，減小電動機的功率損耗，
電動機在將電能轉換為機械能的同時,本身也損耗一部分能量,典型交流電動機損耗一般可分為固定損耗、可變損耗和雜散損耗三部分。可變損耗是隨負荷變化的，包括定子電阻損耗（銅損）、轉子電阻損耗和電刷電阻損耗；固定損耗與負荷無關，包括鐵芯損耗和機械損耗。鐵損又由磁滯損耗和渦流損耗所組成，與電壓的平方成正比，其中磁滯損耗還與頻率成反比；其他雜散損耗是機械損耗和其他損耗，包括軸承的摩擦損耗和風扇、轉子等由於旋轉引起的風阻損耗；
五大損耗
定子損耗
降低電動機定子I^2R損耗的主要手段實踐中採用較多的方法是：
（1）增加定子槽截面積，在同樣定子外徑的情況下，增加定子槽截面積會減少磁路面積，增加齒部磁密；
（2）增加定子槽滿槽率，這對低壓小電動機效果較好，應用最佳繞線和絕緣尺寸、大導線截面積可增加定子的滿槽率；
（3）儘量縮短定子繞組端部長度，定子繞組端部損耗占繞組總損耗的1/4～1/2,減少繞組端部長度,可提高電動機效率。實驗表明,端部長度減 少20%,損耗下降10%。
轉子損耗
電動機轉子I^2R損耗主要與轉子電流和轉子電阻有關，相應的節能方法主要有：
（1）減小轉子電流，這可從提高電壓和電機功率因素兩方面考慮；
（2）增加轉子槽截面積；
（3）減小轉子繞組的電阻，如採用粗的導線和電阻低的材料，這對小電 動機較有意義，因為小電動機一般為鑄鋁轉子，若採用鑄銅轉子， 電動機總損失可減少10%～15%，但現今的鑄銅轉子所需製造溫度 高且技術尚未普及，其成本高於鑄鋁轉子15%～20%.
鐵耗
電動機鐵耗可以由以下措施減小：
（1）減小磁密度，增加鐵芯的長度以降低磁通密度，但電動機用鐵量隨之增加；
（2）減少鐵晶片的厚度來減少感應電流的損失，如用冷軋矽鋼片代替熱 軋矽鋼片可減小矽鋼片的厚度，但薄鐵晶片會增加鐵晶片數目和電機製造成本；
（3）採用導磁性能良好的冷軋矽鋼片降低磁滯損耗；
（4）採用高性能鐵晶片絕緣塗層；
（5）熱處理及製造技術，鐵晶片加工後的剩餘應力會嚴重影響電動機的 損耗，矽鋼片加工時，裁剪方向、沖剪應力對鐵芯損耗的影響較 大。順著矽鋼片的碾軋方向裁剪、並對矽鋼沖片進行熱處理，可降低10%～20%的損耗 等方法來實現。
雜散損耗
如今對電動機雜散損耗的認識仍然處於研究階段，現今一些降低雜散損失的主要方法有：
（1）採用熱處理及精加工降低轉子表面短路；
（2）轉子槽內表面絕緣處理；
（3）通過改進定子繞組設計減少諧波；
（4）改進轉子槽配合設計和配合減少諧波，增加定、轉子齒槽、把轉子槽形設計成斜槽、採用串接的正弦繞組、散佈繞組和短距繞組可大大降低高次諧波;採用磁性槽泥或磁性槽楔替代傳統的絕緣槽楔、用磁性槽泥填平電動機定子鐵芯槽口，是減少附加雜散損耗的有效方法。
風摩耗
到人們應有的重視，它占電機總損失的25%左右。摩擦損失主要有軸承和密封引起，可由以下措施減小：
（1）儘量減小軸的尺寸，但需滿足輸出扭矩和轉子動力學的要求；
（2）使用高效軸承；
（3）使用高效潤滑系統及潤滑劑；
（5）採用先進的密封技術，如有無彈簧的新密封使用情況的報導，稱通過有效減少與軸的接觸壓力，可使以6000 rpm轉動的45mm直徑的軸降低損耗近50 W；流動損失是由冷卻風扇和轉子通風槽引起的，用於產生空氣流動來冷卻電動機。流動損失一般占電動機總損失的20%左右。整個電動機的流體力學及傳熱學分析較複雜，其複雜程度甚至超過太空梭部件分析，好的流體力學和傳熱學設計會極大提高電動機的冷卻效率並降低流動損失。
高效電機推廣為何這麼難？
工業領域因財政政策落實不到位
歷年來，大量的資料可以看出工業領域電機能效提升對於節能環保的意義。工業電機能效每提高一個百分點，每年就可節約用電260億千瓦時;而通過推廣高效電機及對電機系統進行節能改造，就能夠從整體上把電機系統效率提升5至8個百分點。
對於設備生產商而言，要提升電機能效，財政支援和市場作用是其資金的重要保障。但是根據目前的情況來看，由於國家在採用高效電機問題上所提出的強制性標準和財政扶持政策落實不到位，下游的採購商又因高效電機成本高而影響了選購熱情。
因此工業領域商家給出的答案很簡單，既然財政扶持政策沒有落實，用戶又沒有提出高效要求，那就還是用回低效電機了。
家電領域因消費者以價格優惠為首選
目前我國電機產品的效率普遍不高，這嚴重影響了家電產品的節能效果。若說工業領域還能在一定程度上依靠財政政策的扶持，那麼家用電器無疑就是市場競爭的天下。有分析研究指出，與普通電機相比，高效電機的能耗平均可下降20%左右，而超高效電機能耗下降可達30%以上。
但是，家電製造商出於市場競爭的考慮，在最初的設計過程中自然也不會選擇高效電機。因為高效電機的高成本也決定了其高價格，在當前市場競爭尤為激烈的中國市場，高價格意味著在銷售的過程中面臨更大的壓力。而且，中國消費者在一定程度上對國產家電還是抱著“貪便宜”的心態，甚至有人直言：“要是國產家電跟國外產品一樣的價錢，那我肯定選外國的牌子。”
再者，節能家電產品對家電的智慧化程度提出了更高的要求，為實現節能環保，家電產品必須通過智慧化的手段進行更為精密的控制以實現對能源的高效使用。不止需要價格更高的電機產品，還要額外採購電機控制晶片和方案，同時還得面臨更加激烈的市場競爭，這必然會影響家電生產商對高效電機的選擇。
汽車領域因國產新能源汽車尚未普及
工業領域財政扶持不到位而放棄使用高效電機，家電市場競爭激烈而影響高效電機的應用。那麼對於汽車產業來說，新能源汽車已經全面使用高效電機是毫無疑問的，包括各部件和其驅動所用的輪轂電機全都是高效電機。
其實新能源汽車(含混合動力和雙燃料汽車)早在2013年就已經納入“節能產品惠民工程”，在全國範圍內推廣，並按每輛3000元標準給予一次性補貼。當時規劃到2020年，新能源汽車的累計產銷量超過500萬輛，而這一現象將帶動驅動電機市場規模迅速增長。
來源 | 高效電機領跑者
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與電壓的平方成正比，其中磁滯損耗還與頻率成反比；其他雜散損耗是機械損耗和其他損耗，包括軸承的摩擦損耗和風扇、轉子等由於旋轉引起的風阻損耗；五大損耗
定子損耗
降低電動機定子I^2R損耗的主要手段實踐中採用較多的方法是：
（1）增加定子槽截面積，在同樣定子外徑的情況下，增加定子槽截面積會減少磁路面積，增加齒部磁密；
（2）增加定子槽滿槽率，這對低壓小電動機效果較好，應用最佳繞線和絕緣尺寸、大導線截面積可增加定子的滿槽率；
（3）儘量縮短定子繞組端部長度，定子繞組端部損耗占繞組總損耗的1/4～1/2,減少繞組端部長度,可提高電動機效率。實驗表明,端部長度減 少20%,損耗下降10%。
轉子損耗
電動機轉子I^2R損耗主要與轉子電流和轉子電阻有關，相應的節能方法主要有：
（1）減小轉子電流，這可從提高電壓和電機功率因素兩方面考慮；
（2）增加轉子槽截面積；
（3）減小轉子繞組的電阻，如採用粗的導線和電阻低的材料，這對小電 動機較有意義，因為小電動機一般為鑄鋁轉子，若採用鑄銅轉子， 電動機總損失可減少10%～15%，但現今的鑄銅轉子所需製造溫度 高且技術尚未普及，其成本高於鑄鋁轉子15%～20%.
鐵耗
電動機鐵耗可以由以下措施減小：
（1）減小磁密度，增加鐵芯的長度以降低磁通密度，但電動機用鐵量隨之增加；
（2）減少鐵晶片的厚度來減少感應電流的損失，如用冷軋矽鋼片代替熱 軋矽鋼片可減小矽鋼片的厚度，但薄鐵晶片會增加鐵晶片數目和電機製造成本；
（3）採用導磁性能良好的冷軋矽鋼片降低磁滯損耗；
（4）採用高性能鐵晶片絕緣塗層；
（5）熱處理及製造技術，鐵晶片加工後的剩餘應力會嚴重影響電動機的 損耗，矽鋼片加工時，裁剪方向、沖剪應力對鐵芯損耗的影響較 大。順著矽鋼片的碾軋方向裁剪、並對矽鋼沖片進行熱處理，可降低10%～20%的損耗 等方法來實現。
雜散損耗
如今對電動機雜散損耗的認識仍然處於研究階段，現今一些降低雜散損失的主要方法有：
（1）採用熱處理及精加工降低轉子表面短路；
（2）轉子槽內表面絕緣處理；
（3）通過改進定子繞組設計減少諧波；
（4）改進轉子槽配合設計和配合減少諧波，增加定、轉子齒槽、把轉子槽形設計成斜槽、採用串接的正弦繞組、散佈繞組和短距繞組可大大降低高次諧波;採用磁性槽泥或磁性槽楔替代傳統的絕緣槽楔、用磁性槽泥填平電動機定子鐵芯槽口，是減少附加雜散損耗的有效方法。
風摩耗
到人們應有的重視，它占電機總損失的25%左右。摩擦損失主要有軸承和密封引起，可由以下措施減小：
（1）儘量減小軸的尺寸，但需滿足輸出扭矩和轉子動力學的要求；
（2）使用高效軸承；
（3）使用高效潤滑系統及潤滑劑；
（5）採用先進的密封技術，如有無彈簧的新密封使用情況的報導，稱通過有效減少與軸的接觸壓力，可使以6000 rpm轉動的45mm直徑的軸降低損耗近50 W；流動損失是由冷卻風扇和轉子通風槽引起的，用於產生空氣流動來冷卻電動機。流動損失一般占電動機總損失的20%左右。整個電動機的流體力學及傳熱學分析較複雜，其複雜程度甚至超過太空梭部件分析，好的流體力學和傳熱學設計會極大提高電動機的冷卻效率並降低流動損失。
高效電機推廣為何這麼難？
工業領域因財政政策落實不到位
歷年來，大量的資料可以看出工業領域電機能效提升對於節能環保的意義。工業電機能效每提高一個百分點，每年就可節約用電260億千瓦時;而通過推廣高效電機及對電機系統進行節能改造，就能夠從整體上把電機系統效率提升5至8個百分點。
對於設備生產商而言，要提升電機能效，財政支援和市場作用是其資金的重要保障。但是根據目前的情況來看，由於國家在採用高效電機問題上所提出的強制性標準和財政扶持政策落實不到位，下游的採購商又因高效電機成本高而影響了選購熱情。
因此工業領域商家給出的答案很簡單，既然財政扶持政策沒有落實，用戶又沒有提出高效要求，那就還是用回低效電機了。
家電領域因消費者以價格優惠為首選
目前我國電機產品的效率普遍不高，這嚴重影響了家電產品的節能效果。若說工業領域還能在一定程度上依靠財政政策的扶持，那麼家用電器無疑就是市場競爭的天下。有分析研究指出，與普通電機相比，高效電機的能耗平均可下降20%左右，而超高效電機能耗下降可達30%以上。
但是，家電製造商出於市場競爭的考慮，在最初的設計過程中自然也不會選擇高效電機。因為高效電機的高成本也決定了其高價格，在當前市場競爭尤為激烈的中國市場，高價格意味著在銷售的過程中面臨更大的壓力。而且，中國消費者在一定程度上對國產家電還是抱著“貪便宜”的心態，甚至有人直言：“要是國產家電跟國外產品一樣的價錢，那我肯定選外國的牌子。”
再者，節能家電產品對家電的智慧化程度提出了更高的要求，為實現節能環保，家電產品必須通過智慧化的手段進行更為精密的控制以實現對能源的高效使用。不止需要價格更高的電機產品，還要額外採購電機控制晶片和方案，同時還得面臨更加激烈的市場競爭，這必然會影響家電生產商對高效電機的選擇。
汽車領域因國產新能源汽車尚未普及
工業領域財政扶持不到位而放棄使用高效電機，家電市場競爭激烈而影響高效電機的應用。那麼對於汽車產業來說，新能源汽車已經全面使用高效電機是毫無疑問的，包括各部件和其驅動所用的輪轂電機全都是高效電機。
其實新能源汽車(含混合動力和雙燃料汽車)早在2013年就已經納入“節能產品惠民工程”，在全國範圍內推廣，並按每輛3000元標準給予一次性補貼。當時規劃到2020年，新能源汽車的累計產銷量超過500萬輛，而這一現象將帶動驅動電機市場規模迅速增長。
來源 | 高效電機領跑者
瞭解更多業內原料行情、市場熱點、生產技術、知識見解。