馬達介紹：感應馬達 ( III )

本篇主要針對感應馬達的轉子槽設計作說明。

由於感應馬達的磁場為轉子感應生成的，因此轉子槽的設計，會影響生成的磁場型態，進而影響到馬達整體的輸出轉矩。在之前的介紹當中有提到感應馬達有無窮的可能性，但先概括四大類來進行分類說明。分別為
A：標準型式
B：深槽型式
C：雙槽型式
D：低電阻型式

將四種型態對應的轉矩轉速特性線圖繪製如下，可發現不同槽型設計，其產出的特性曲線有很大的差異。A標準型以藍色線段標示，B深槽型以黃色線段標示，C雙槽型以綠色線段標示，D低電阻型以紅色線段標示。

當初筆者看到這介紹時，可說是滿滿的問號，完全無法理解其變化的原因。依照冷次定律來說，需要導電材料，來協助渦流的生成，才能誘發感應磁場。轉子槽槽內的導電材料，就是為了滿足渦流路徑；因此轉子槽內的面積大小及材質，應該就是影響電阻值，來限制渦流的大小。

由上述冷次定率基本條件來看，D低電阻型的轉矩變化是可以理解的；當導電材料的電阻低時，可生成的渦流變大，代表感應磁場也增強，因此馬達會有較高的轉矩值，以及較弱的轉速表現。而B的深槽及C的雙槽設計，也都會比A的標準型獲得比較大的導電面積，因此應等同於D低電阻的表現。但由轉矩轉速特性線可以看到，B及C的初始趨勢確實拉高了；但在後期就逐漸回歸到標準型式的狀態，而不是D低電阻形式。

造成這現象的主要原因，就是集膚效應(Skin Effect)的影響；簡單的理解就是在高頻的情況下，電流僅在導體表層範圍作用，中間則無任何電流。這也是大型的電纜線，中間的部份可改為鋼絲增加強度，或是改為鋁材減輕重量的原因。維基百科中已有計算出銅導體的集膚深度與交流電品頻率關係，如下表所示。其實大部份的馬達漆包線圈，並不足以達到集膚效應。然而感應馬達的轉子，由於直徑夠大，因此在頻率不高的情況下，仍可滿足集膚效應。

由於感應馬達轉子的轉速、電源頻率及極數等參數，都會改變轉子上面的渦流頻率。則馬達轉速越高時，轉子導體的電流會持續的偏向槽外側；此時B的深槽處及C的內側槽，上面都不會有電流反應，僅集中作用在偏外側槽上，這就是導致Ｂ跟Ｃ在高轉速時，其轉矩特性與Ａ的標準型接近，而非是Ｄ的低電阻形式。

感應馬達的轉子，需要考慮冷次定律之外，還要顧及集膚效益的影響，才讓感應馬達變得如此多彩多姿。而其它類型的馬達，要發生集膚效益，除非是使用到銅柱的超大型馬達，或是轉速超高的主軸馬達，才會需要考慮。

重點整理：
唯一一種任何規格都要考慮集膚效益的馬達。