本技术方案介绍了一种新型的高导电性电机绕组材料及其制造工艺,属于电机绕组材料制造技术领域。该技术旨在优化石墨烯与铜复合材料的导电性能,通过一系列创新步骤实现性能提升。
背景技术
电力能源是当代社会生产生活中最重要的能源,而随着技术发展目前已经很难通过电气电子设备的结构优化提升用电效率,因此设计高导电材料成为节能的主要研究方向。铜作为一种优秀的导电材料,由于其具有丰富的储量和低廉的价格,已经成为了电机、电缆等电子设备中不可或缺的材料,尤其在轨道交通、电力电子和军工领域发挥着重要作用。
电流流过电机绕组时,因为存在绕组电阻会发热而导致损耗,而绕组大多数是铜材料制成的,故称“铜耗”,是一种有功损耗。高效率电机是当今电机发展的方向,而提高电机效率的最佳途径是提高槽满率,也就是减小绕组的电阻,以降低电机的绕组发热损耗(即铜耗)。
使用扁导线绕组替换圆导线绕组时提高电机绕组槽满率的方向之一,所述方法通过使用矩形导线,提高空间利用率,增大铜的截面积,从而降低了绕组的电阻;但是,铁芯线槽的空间有限,其全部填满铜之后(相当于槽满率100%,就是铁芯线槽内全部填充铜线),便不能再降低电阻,尽管已有许多技术通过不同的方式进一步降低扁导线绕组的铜损,例如,中国专利公开号为CN110492642A的专利,其公开了一种降低铜耗的电机绕组,所述电机绕组通过增大端部导线横截面积,降低了部分绕组铜线在端部的电阻;中国专利公开号为CN218498909U的专利,其公开了一种电机绕组和电机,所述电机绕组通过设计等角距排列的绕组单元提高铁芯的槽满率,但是效果均十分有限,因此亟需研发一种能够显著降低电机绕组铜线电阻的新型电极绕组材料。
石墨烯是一种二维结构碳材料,具有与碳纳米管相似的π键结构和零带隙的类金属性质,电荷载流子迁移率很高。铜和石墨烯具有互补的电性能,石墨烯的电荷载流子迁移率比铜高四个数量级,但电荷载流子密度较低,而铜的电荷载流密度比石墨烯高十四个数量级。所以,在协同效应下,这两个组分的复合界面会有极高的电导率。研究表明,当石墨烯与铜灯金属表面接触时,它仍然保持其零带隙特性,同时诱导费米能量转移,因其电子掺杂效应,增加石墨烯中只有电子浓度,病或得更好的电导率。因此,石墨烯/铜复合材料在高导电铜材料领域具有巨大的发展潜力,能够成为降低电机绕组电阻的可靠材料。
然后虽然石墨烯/铜复合材料作为一种降低电机绕组铜线电阻的新途径,具有巨大的应用前景,但现有合成方法所制备的石墨烯/铜复合材料导电性能不够高,且难以大规模应用于电机绕组铜线上,无法满足电机绕组领域中对绕组铜线材料的高标准要求。
实现思路