馬達設計：槽滿率 ( I )

本文將說明馬達導電體的規劃，造成槽滿率變化，進而對馬達設計的影響。

馬達是磁場與電場的作用；馬達槽是用來擺放導電體的空間，槽滿率越高，代表電場能力越強，因此馬達也就越好。馬達的槽滿率，也會作為馬達好壞的評估重點。良好的槽滿率表現，其實是馬達設計與馬達生產技藝的結合，缺一不可。本篇會先從馬達設計的觀點說明，未來再逐漸說明如何結合，以達到最高效益。

槽滿率實際上就代表馬達內有效導電體面積的佔比，主要的影響參數為導電體的截面積及導電體的數量；換成口語一點的說法，就是漆包線的線徑及圈數。

由於馬達設計時，改變繞線圈數會影響反電動勢的變化，使得馬達轉速隨之調整；然而產品可能會有速度條件限制，需維持產品規格轉速才行。因此往往是在固定圈數的條件下，盡可能的加粗線徑，來做為提升槽滿率的辦法。而且漆包線圈的電阻，會受到線徑加粗的影響，導致電阻值降低，電流密度也隨之下降，能有效的降低馬達溫昇，提高馬達效率。反效果則是由於漆包線大多採用銅材質，比重較馬達中其它材料都高，會增加馬達整體重量。而馬達設計者就是在效率、溫度、重量、成本等多項因素中，找到協調點。

要有效增加槽滿率，要先確認的是漆包線繞線規劃。嘗試在一個空間內排列漆包線，如下圖所示，用來比較排列方式及線型對槽滿率的影響，由左而右分別為

1.對齊式圓線
2.交錯式圓線
3.平角線

可得到平角線的表現最佳，交錯式圓線次之，對齊式圓線最差，這一結果。

但當進一步以5乘5的限制平面空間去評估時，交錯式圓線因殘留空間並不足以讓最後一排的線圈擺放進去，反而導致槽滿率下降。由此可知，即便是理想的排列方式，也未必能在有限空間內達到最好的效果，馬達設計者應針對空間的配置，重新調整漆包線徑及圈數。

而平角線雖仍在槽滿率上大獲全勝，但可看到其圈數遠低於圓型線圈，代表平角線的馬達工作轉速會大於圓形線圈的4到5倍；因此馬達設計者需調整平角線的尺寸規格，讓圈數有效回復，但可想而知的將會導致槽滿率下降。

更實務的考量，馬達的槽型並非是方形或長方形，為具有圓弧造型的多邊形。

若以真實槽型來規劃馬達繞線及線型，可得到下列四種排列，由左至右分別為

此時可發現交錯式的圓線槽滿率又提高了；依筆者的經驗，在真實的馬達槽型當中，交錯式仍具有較高的槽滿率。且交錯式比較符合真實繞線的排列情況，因圓形的線圈交疊時，上層線圈會主動滑落在下層線圈的凹陷處；但又不會完全貼齊及規律，因此真實槽滿率會落在對齊及交錯之間。因此在馬達設計時，建議先以對齊式進行槽滿率評估，保留生產預度，提高生產良率。

平角線的優勢在真實槽型中似乎也沒如此明顯，主要是真實槽型，有圓弧線段及斜角線段，導致平角線無法完整塞滿整空間，有不少留白的區域，造成槽滿率下降。

重點整理：
1. 良好的馬達設計，其實是協調，找到最佳的排列組合
2. 良好的馬達設計，其實與馬達生產有關
3. 馬達設計大師，可以使用不同的手段，來達到馬達規格目標