馬達設計:槽滿率 ( III )

閱讀時間約 3 分鐘
本文要來探討採用針嘴式繞線機的馬達,會需要保留針嘴作業空間,其對應的生產槽滿率。
針嘴繞線機除了讓筆者不滿意的生產速度外,對馬達設計者來說,還有最頭痛的槽滿率問題。由於針嘴式的生產工藝,是採用一繞線針嘴深入馬達槽內,來協助繞線,如下圖所示。這就導致馬達槽內,需要保留針嘴的作業空間,無法繞線;這將會再次降低馬達實際槽滿率,且需要加大槽開口尺寸,影響靴部吸收磁通的能力。
針嘴繞線機
下圖為針嘴時體圖,其會進入馬達槽內的,分別有略大的頭部Ne,已即需穿過槽開口的頸部Nn,同時具備讓線穿過的中空孔Nh部份。這些尺寸都依需要繞線的漆包線徑Wd而有所變化,將其尺寸變化轉為數學式表示。
繞線針嘴
針嘴尺寸
最一開始要決定的,是針嘴孔Nh的大小,其跟漆包線徑Wd是最直接的關係。為漆包線的的1.6倍大小;主要是一般人皆以導電體直徑來描述漆包線,但實際上漆包線的表層有絕緣漆,其完成外徑會大於導電體直徑。此外,若針嘴孔與漆包線完成外徑太過緊貼,則在繞線時,絕緣漆層會與針嘴孔內壁摩擦,導致漆包線的絕緣強度下降。且漆包線圈出場時,是捲繞成圓型,因此在實際繞線時,漆包線有機會為弧線,而非直線。綜合以上考量,導致針嘴孔Nh需大於漆包線徑Wd,為1.6倍的關係。若基於想要增加槽滿率,而降低比例關係,則會導致生產速度需要下降,降低馬達的經濟競爭力。
針嘴孔Nh
決定了針嘴孔Nh尺寸後,頸部則是較為簡單,主要是就增加壁厚,來包圍針嘴孔而已。因此只要增加1mm的厚度,來做為針嘴孔的外壁就可以,等於單邊的牆壁厚僅0.5mm而已。但其實若針嘴整隻是圓型的話,這壁厚的機械強度會不足;因此當漆包線徑較粗時,針嘴頸部會作成橢圓形,在最窄處仍維持0.5mm的壁厚,但上下兩端則會加大,以確保針嘴強度足夠,不會斷裂。
針嘴頸部Nn
但需要注意,針嘴頸部因其會小於或等於針嘴頭部,不會直接影響到槽滿率。但針嘴頸部需經過槽開口位置,因此導致槽開口尺寸需要略大於針嘴頸部,進而導致馬達靴部尺寸可能要重新調整。
針嘴頭部Ne則是最直接影響槽滿率的部位,其數學關係示如下。除了原本針嘴孔Nh的尺寸外,主要是此處為漆包線圈穿出的位置,需要作導角設計,避免漆包線的絕緣層被此處刮傷。導角尺寸越大,則生產速度可以越快,但影響槽滿率的比例就越高;反之,導角尺寸越小,則需調慢繞線速度,避免漆包線圈受損。
針嘴頭部Ne
若依照在上一篇中的槽滿率計算,其槽滿率還維持在42.681%;若扣除了針嘴所需的作業空間,則針嘴作業的槽滿率變化如下。
針嘴作業槽滿率
由上述的介紹,將可發現針嘴式繞線的生產工藝,有很明顯的缺點。若真的要使用,最好是針對細線設計的馬達,也就是高壓細線多圈數的馬達。但這種針嘴式繞線機,其繞線速度也相對慢,日制針嘴式繞線機,空跑的最快速度也僅開到1200RPM,也就是一分鍾可繞1200圈。但真實繞線速度會降到100-600RPM之間,與外繞式繞線機可開到3000RPM的差異太大。因此在一開始做馬達設計時,需要多考慮,包括槽滿率及生產考量。
重點整理:
槽滿率受到絕緣及生產工藝影響,要儘早考慮。
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