馬達材料:漆包鋁線 ( I )

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分享一些漆包鋁線的使用經驗。

之前於電阻篇當中,有導電材料的導電率(Electrical Conductivity)排列,最佳的材料為銀(Ag),其次為銅(Cu),繼銅材之後則是金(Au),而後則為鋁(Al)。

從應用的層面分析,銀跟金這兩種材料屬於貴金屬,在單價偏高的情況下,無法大量的使用,少量講求高能量密度的馬達當中,有使用漆包銀線的記錄。銅材則為價格適中而效能良好的最佳性價比選擇,是目前馬達產業的主力。鋁材雖然為當中最便宜的材料,但其導電性能偏差的關係,在以效率為前提的運用場合中,是不被選擇的導體材質。

鋁材的導電性雖低於銀、銅及金等純金屬材料,但其導電性仍然屬於優良的範圍內,是適合作為傳遞電能的導體材料,且鋁材在地球中的含量比起前三種的材料銀、銅及金來得多,是純金屬材料中比例最高的,約為地殼總質量的7.45 %,因此鋁材的價格較為前三種材料來得便宜。因此將銅與鋁的特性比較整理,如下表所示。

比較表

比較表

將銅跟鋁做比較可得知,鋁的密度為2.7 g/cm^3不到銅8.9 g/cm^3的1/3,因此重量會大幅度的減輕,但鋁的導電能力只有銅的62 %左右,在傳導等量的電流設計下,鋁的所需截面積大約是銅的1.6倍大。如此一來一往的計算後,可知若原採用漆包銅線的馬達,改為漆包鋁線後,重量仍可下降約48.5%。

且近年來物價持續的上漲,在銅價始終高於3倍鋁價以上的誘因下,漆包鋁線開始嶄露頭角,其重量僅為銅的40%,購買成本僅需銅的30%,使用鋁線可以比傳統銅線節省了近50%成本以上,這種驚人的優勢,使得很多原本不適用鋁線的領域也開始研究如何使用。

但是漆包鋁線的馬達還有諸多問題,包括導電率較弱、抗張強度低、伸長率低、氧化等不易使用的材料特性,在生產上會有許多問題要克服。

首先是導電率的部份,這會導致非全部的馬達可以無痛置換,因鋁的導電能力仍然較弱,需使用較粗的線徑來彌補,槽內的空間必需要加大,在既有空間內可能無法補足,需加大1.6倍的槽空間,或是原本使用的槽滿率就很低的情況。

置換空間

置換空間

漆包鋁線的機械強度,總體評估起來,大約是比漆包銅線弱7倍,因此在繞線時的張力控制,就無法如漆包銅線一般的緊實,這也會導致線圈較為鬆散,需要較大的空間。也因機械強度不足,甚至在搬運時,讓漆包線圈直接受力,也會造成變形的不良影響。如下圖中的擺放方式,在漆包銅線是正常的生產狀態,但在漆包鋁線的製程當中,這顆就報廢了。

漆包鋁線受力強度弱

漆包鋁線受力強度弱

鋁材的機械強度弱,不僅是影響馬達生產,其實連漆包線製造商也會受到影響。筆者有詢問過大亞電線電纜,漆包鋁線的製作,其所耗費的工時,為銅線的3倍,這明顯也是受到機械強度的限制。

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