馬達小教室:電阻 ( II )

2022/06/16閱讀時間約 3 分鐘
本文是以馬達的角度,討論如何降低電阻。
上一篇文章可知,在大部份的情況下,馬達電阻越低越好。因此我們進一步討論馬達電阻值的來源,影響要素及改善辦法。
馬達可量到電阻值,主要來自於馬達線圈、電源線及連接器等等。其中馬達線圈的電阻值應當要佔95%以上才合理,代表其它物件的電阻,應遠小於馬達線圈;假設線圈電阻為100Ω,那電源線上的電阻值,最好低於1Ω。
馬達電阻來源
由於馬達線圈為主要電阻來源,因此就針對馬達線圈來進行說明,如何有效的降低電阻值。
1.材質
馬達線圈一般是漆包銅線,主要就因為銅的導電率(Electrical Conductivity)高,電阻也就相對較低。當然,最好的是銀,但其費用較高,一般不會用在馬達當中。而比銅再次一級的便宜金屬是鋁,因此也有漆包鋁線這類的馬達。
導電率
鋁線馬達
2.長度:
這就更好理解了,線圈總長越長,則電阻值越大。這觀念的對應就是馬達線圈中的集中繞與分佈繞的設計差異,集中繞可以大幅縮短線圈總長度,達到降低線圈電阻,尤其是無效的端部繞阻部份,是永磁無刷馬達的設計主流,但仍有其缺點及適用性需要特別注意。
繞法差異
此外就是生產時,線圈是否緊實;在繞線時,將線圈拉緊繞線,也會有效的縮短線圈總長度,達到電阻下降的效果。但要注意,拉力過緊,會導致線變形拉細,這反而會導致導體截面積縮小,使得電阻上升。一般生產上,要控制線徑的變形量小於5%以內;也就是直徑1mm的線,繞完後至少需維持在0.95mm以上。這常常是同一規格馬達,A廠與B廠的馬達效率有差異的原因之一。
3.導體截面積
直觀的來看,線徑越粗則電阻越小,這與水管的觀念是相同的,越粗的水管能輸送更多的水,代表中間的阻礙越小。筆者確實很愛把漆包線比對為水管,差別在於一個送的是電流,另一個送的是水流。因此想要電阻越低,則線徑越粗越好。然而馬達當中,可繞線的空間是有限的,這衍生了馬達中的重要名詞"槽滿率"。馬達內可繞線的空間,我們稱之為槽。因此槽滿率越高,往往代表銅線的佔比越高。由電阻的概念,就可以看出,銅線佔比越高,代表銅導體截面積越大,也就是電阻會越小,這樣銅損也就越低,最終描述為馬達效率高。因此槽滿率往往成為評估馬達效率的一像重要參數。
槽的位置
也由於槽滿率轉變為評估馬達效能差異的要點,進而衍生了平角線這種拉高銅導體截面積的線種。
槽滿率評估
由圖中可知,圓線的排列其實是有影響的,因此繞線時的排列方式,也會影響電阻變化;而做到最極致,就是平角線。但這中間還有很多的細節,如生產設備、槽絕緣厚度、漆包模厚度等等,都會影響。
生產方式差異
上圖為生產時,為了降低電阻,左方採用多條細線並聯後,等同一條粗線的導體截面積的作法。但由於每一條銅線都有自己的絕緣皮模厚度,且繞線整齊度無法控制,需要較大的槽空間,才能塞入足夠的銅線來降低電組,造成馬達尺寸加大。右方則是使用單條粗線,只有單一層的絕源漆厚度,且可以有效的排列整齊,實際需要的空間就沒那麼大,馬達整體體積就可以縮小。因此,要從導體截面積下手,達到降低電阻,提高馬達效率的成果,往往是跟生產工藝比較有關係。
重點整理:
電阻是個很好判斷馬達特性的指標。
大部份的情況,電阻是越小越好,但在部份馬達中,並不適用,需注意。
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