馬達生產：馬達繞法 ( I )

本文針對不同繞法進行基本介紹，包括集中繞、分佈繞、疊繞、同心繞、波繞來進行說明。

首先是集中繞，是由於永磁無刷馬達發展後，才誕生的專有名詞；其定義為線圈僅繞在一齒上，沒有跨齒的行為，線圈之間為獨立不會交錯。主要優勢為無效端部繞阻最短，可避免馬達額外的銅損，因此在追求最高效率的馬達，會採用集中繞的設計。但實際上最早採用集中繞的生產製程，是通用馬達，其定子繞線的型態完全符合集中繞的定義，但當初並沒有衍生出集中繞這一名詞。

扣除掉集中繞後，其它的馬達繞法專有名詞，如波繞、疊繞、同心繞，其實都是屬於分佈繞的一種。分佈繞的基本定義，就是漆包線圈會跨越齒部，因此會有漆包線圈交疊或交錯的情況。分佈繞為最大宗的繞線法，然而除了有無效端部繞阻較長的缺點，還有槽滿率低的問題；因先繞的漆包線圈，會擋住可繞線空間，致使後繞的線圈無法使用。依筆者過往的經驗，槽內實際導體面積比例，大多落在30~40%而已，低於集中繞的效果；若要提高槽滿率，需要增加整形的工序，使先繞完成的線圈，讓出可繞線範圍，好讓後續的線圈可以擺放。以下圖中的實例馬達來說，原始狀態，會分三台繞線機，每次繞完一層後，整形處理完成後，才能繞下一層，因此共堆疊了五道製程，三次繞線及兩次整形。後來委託筆者開發邊繞線邊整形的機台，才解決如此多的工序及工時困擾。

由上述可知，疊繞屬於分佈繞的一種，因此也會有跨槽的現象。比較特別的是，它的概念有點類似腳不夠長，無法一次性的跨越足夠的齒部，因此分多次橫跨的感覺。以下圖為例，原本應是從1直接跨到4，做一次性的大跨越；但疊繞是先跨1到3後，再跨2到4，用兩組疊在一起的線圈，在1到4齒間產生相同的磁場。使用疊繞的方式，可使跨距縮短，減少無效端部繞阻。但也許當初有這種繞法，可能就如下圖中的實例，當兩極的馬達，這端部繞阻堆疊到接近中心位置，也許產生機構上的干涉，因此利用疊繞的方式，來避開干涉現象。

同心繞為感應馬達入線生產最常採用的繞線方法，減少線圈的交疊程度，方便入線時的排列。但同心繞雖然解決了生產的困擾，但在馬達特性上，則會有大小線圈的電阻值差異，這會產生額外的損耗。當然，用心一點還可以採用不同漆包線徑的方式解決，但這只在國外的同心繞馬達上有見過，因這種作法會大幅增加生產的複雜度；除了線徑不同，需更換機台及漆包線圈外，還要再接線使其連接在一起，之後接線部份還要再進行絕緣處理，實在非常費工。因此目前的同心繞，其實大小線圈都採用同一線徑，一次性的捲繞完成，所以馬達效率會較差。

波繞原先也都是使用在分佈繞的馬達當中，但這種繞線概念，其實集中繞也可以使用，並不衝突。它繞完後的線圈，陳列起來會像海浪一般，上上下下的造型，因此取名為波繞。基本上波繞還蠻困擾馬達設計者，因其並沒有完整的繞成一圈，都只完成了3/4圈。然而安培定律已有告知，單一導體有電流通過時，就會產生磁場，因此雖然沒有完整的迴圈，但仍可正確運作。實際上沒有採用波繞的原因，並非是設計困難，而且生產效率太低。因波繞每繞3/4圈後，就要換角度繞線，這會大幅降低馬達生產的時效性；傳統是在單一角度，原地繞線，因此繞線機上僅需要單軸運動就可以，但波繞則需要兩軸頻繁的交互作動才能完成。這使得波繞這種少了一半的端部繞組，可提高馬達效率，又可減少用漆包線用量的繞法，在生產的限制因素下，並不受到歡迎。

重點整理：
馬達繞法的演進，比較基於生產，而非設計。