馬達設計:槽滿率 ( II )

閱讀時間約 2 分鐘
本文來探討馬達產品的真實槽滿率,但要注意,還有一個受到生產限制的槽滿率,主要是採用針嘴式繞線機的馬達,會需要保留針嘴作業空間。
由於槽滿率的高低,會對馬達效率有直接的影響,因此在設計馬達時,往往希望槽滿率越高越好。但馬達還需要做絕緣處理,以確保馬達特性及安全,但絕緣處理也會佔掉馬達槽空間。依絕緣方式的不同,槽絕緣厚度的尺寸變化量可從0.18 ~ 1.2mm不等,絕緣越厚就導致實際可繞線空間下降。
此外由於漆包線本身在表面也有一層的絕緣漆,這導致漆包線的完成外徑與導體有效線徑產生落差。以有效導體直徑為1mm的銅線來說,再加上絕緣漆膜後,完成線徑可能是1.1mm,這就會產生將近10%的落差。在規劃生產繞線時,需以漆包線完成外徑計算,而非有效導體直徑。
真實槽滿率表現
此外,線圈與線圈之間,需保留一個間距,筆者稱之為走道。若走道空間未保留,則後繞的線圈,就會與先繞的線圈打架。運氣好的話,就只是線型不好看,但最慘情況,是會造成線圈破損,導致馬達線圈短路燒毀。而這走道的寬度,最理想的情況是漆包線的完成線徑1.6倍,最小的預度則為一條完成線徑尺寸。
線圈打架
由上述可以,真實可容納線圈的槽空間,需減去絕緣厚度,再扣除走道保留空間。如下列所示,槽空間扣除掉絕緣處理後,會少了28.5%,走道空間又佔了7.6%,等於槽空間總共少了31.6%。
而真實槽滿率,還要扣除漆包線的絕緣膜厚所佔之空間。由本文例圖中,採用完成外徑1mm的漆包線,其實際導體直徑為0.95mm,一槽內可繞50圈,則可計算出完成外徑與有效導體面積總合的空間,落差為9.7%。
將完整槽空間除以漆包線的有效導體空間,僅得到42.68%的真實槽滿率。由這種計算方式可觀察到,實際槽滿率往往低於設計規劃,可能都落在30~50%之間。
真實槽滿率
因此要有效提高槽滿率,會有以下的基本條件:
1.矽鋼片的絕緣尺寸,越薄越好
2.漆包線的絕緣漆膜越薄越好
3.線徑細,則走道空間可所小
4.圈數少,則漆包線有效導體比例會拉高
由於1、2點與安全法規有關,不能輕易更動。第4點則跟工作條件有關係,包括輸入電壓、額定轉速、磁鐵規格等等;往往也是先確認圈數後,再盡可能的加粗漆包線徑,以拉高馬達槽滿率及效率。因此最適合優化的,就是第3點,取消走道的需求,也就產生了Poki-Poki馬達,這種拆裝的概念,以達到最高槽滿率的可能性。
重點整理:
馬達絕緣處理很重要,完整的絕緣規劃後,才是真正的馬達產品。
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