馬達材料：漆包鋁線 ( II )

分享一些漆包鋁線的使用經驗。

上篇講到鋁材的機械強度不如銅，因此在生產上往往造成工時增加，線圈不夠緊實，以及線圈容易受力損壞的問題。而在馬達繞線製程上的線架張力控制，就需要更為精細了；當初最早是日本松下總經理親自來訪，提出希望能協助設計漆包鋁線專用的繞線機。主要是擔心未來銅的產量不足時，要能提早研發出對應的技巧，因此花了近一年的時間，開發出漆包鋁線的繞線機。當然，其實過往因為有處理過手機振動馬達，其使用漆包細線徑僅為0.05mm，可以說是一受力就斷掉的情況，因此對於這種低強度的漆包線，已經有處理的經驗，對於漆包鋁線的繞線機台設計技巧，可以轉移使用。不同線徑的受力計算方程如下，有興趣可以自行計算。其中Fw代表漆包線的抗拉力，也就是繞線機的最大張力上限值，筆者習慣會以公斤(Kg)作為表示單位，Wd為線材導體直徑，單位是mm，σb為材料的抗拉強度，一般表示單位為MPa，也就是N/mm^2，因此若要以公斤表示，需注意N牛頓與Kg公斤間的轉換。

因有過往的經驗，對於漆包鋁線的繞線，反而不是筆者在意的，後續的生產製程問題才是重點。早期台灣也流行過漆包鋁線一段時間，但後來因不良率太高，導致廠商不敢再持續使用。然而奇異公司(General Electric Company)跟松下公司(Panasonic)其實一直都有漆使用漆包鋁線的馬達，因此對於後續相關製程，筆者反而藉由此次的繞線機開發，向松下學習。

繞完線後的下一關問題，就是接線。過往習慣採用的錫焊模式，要直接用於鋁材上，往往要加入助焊劑，而且容易假焊。過往廠商甚至會用爆炸來形容鋁線焊接不良的後果；因焊接不良，又碰到大電流時，會有局部放電的效果。無論是助焊劑、假焊、爆炸等情況，其實都源自於鋁材的氧化。

鋁材本身的活性太好，非常容易與氧結合，導致形成氧化鋁的狀態，這導致它的導電能力大幅下降，也不容易與錫相容。因此使用助焊劑，就是讓漆包鋁線的表層從氧化狀態還原成純鋁模式。不過，當初廠商提供助焊劑給筆者時，有特別告知，有毒要小心，這就代表這製程恐怕難以導入馬達廠中。因此漆包鋁線，正式的接線模式，就捨棄了傳統漆包銅線的錫焊工藝，僅是採用機械式的卡接模式。也就是將漆包絕緣層刮除後，單純的使用其它金屬材料夾持線材，達到電源傳導的效果。就如同電樞轉子的作法，將線圈掛在其他導電材料上，夾緊就好。下圖為筆者確認接線製程後，所試作的樣品，左測是為漆包鋁線，右側則為傳統漆包銅線；漆包鋁線的顏色是漆包線在製作時，其實可以跟廠商要求上色，則漆包線廠商會在上絕緣漆時，加入顏料；此為馬達廠方便線材管理的小技巧。

筆者試作這樣品，其實也是為了要測試氧化的影響。上述將接線改為機械式的卡街後，雖然解決了假焊的問題，但漆包鋁線的絕緣漆層仍需要刮除，這會導致鋁材與氧氣的接觸面積擴大，加速氧化。因此採用漆包鋁線的馬達，還有一個逐年老化的現象；主要是氧化的程度會逐漸變嚴重，使馬達的電阻值逐漸增加，最後導致轉矩下降，產品無法運轉的情況。因此在接線處，應該還有一道後續的處理措施，才能避免氧化的現象；這點松下有做，但一般的馬達廠並未注意。

有趣的是，電樞轉子過往有一個被淘汰的工序，環頸膠，其本來的目的是要確保電樞轉子在高速旋轉子，接線處不要被甩斷，所增加的膠合工序；後來則是因為電焊的設備進化了，在電焊的過程中，加入了預熱及回火的程序，使線材上的熱應力被消除後，線材可保有強度及彈性，就不用再額外使用黏膠強化而被淘汰。而上環頸膠這項工藝技術，剛好可以用來執行接線後的絕氧處理。

因此筆者分為有絕氧及沒絕氧的漆包鋁線馬達做壽命測試；沒作絕氧處理的，連續運轉三個月後，就掛掉了。而有作絕氧處理的已經跑了三年多，還可以正常作業:；重新量測TN曲線，仍然正常，沒有特性衰減的現象。

重點整理：
解決了技術問題，其實還有生產管理的問題。