馬達設計：鐵損 ( II )

本文延續上一篇中的鐵損(Core Loss)進行說明。

渦流損(Eddy Current Loss)亦為作用於導磁材料上所產生之損失，屬於鐵損的一種；係因馬達運轉時，瞬間磁場變動所引起之電磁感應電流，也就是法拉第定律，而生成的損失。其數學方程式如下，其中Pe為渦流損、kec為導磁材料電磁性質參數、Bm為導磁材料磁通密度、d為導磁材料厚度、f為磁場變換頻率、ρ為材料密度。

由於kec及ρ都為材料相關係數，選好材料後，就為一固定值。而磁場的變化頻率f以及導磁材料上的磁通密度Bm，這兩項參數在磁滯損中也同樣存在，但其次方比都增加了，代表影響的程度進一步升級。同樣的在馬達設計時，磁通密度Bm會拉到最高值，則可將其視為一固定值。如此一來馬達轉速的變化就是影響磁場變化頻率f最大的主因。

其中比較特別的是磁通方向的厚度d，是之前沒有出現的的尺寸因素；這也是矽鋼片為何要切薄片的原因。主要是渦流損的強弱，跟渦流的路徑長度有關；可將其想成一個電流環，當電流流經的範圍越大，則電流的導通損就會越大。將矽鋼片切薄，就是使得磁場方向的渦流路徑縮短，達到降低渦流損的效果。

由於多了磁通方向的厚度d，這項參數，使得降低渦流損的手段多了一種。目前標準矽鋼片的厚度為0.5mm，但已經逐漸往0.35、0.25、0.2及0.1mm發展，就是為了能降低渦流損值。

雜散損(Anomalous Loss)這部份，十分有趣，基本上就是產生在導磁材料上，但又不符合磁滯損或渦流損的範疇內，就算在雜散損當中。依筆者的個人經驗來看，其實就是加工後造成的損耗。由下圖可知，針對馬達矽鋼片不同位置進行磁化曲線量測後，發覺其表現並不相同。代表加工成型的過程中，會對材料的組織造成傷害及影響，這是材料力學中，加工應力的表現，可藉由回火的工序讓組織重新排列恢復。這一專有名詞在馬達矽鋼片加工產業中，稱為燒鈍；但真的要注意溫度的掌控，一但加溫過頭，造成矽鋼片表層的絕緣漆損壞，反而會讓渦流損爆增。

重點整理：
高轉速、高磁極數的馬達，鐵損要特別注意。