馬達介紹:Poki-Poki 馬達 ( I )

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三菱電機(Mitsubishi Electric)所研發出來的一種馬達,稱之為Poki-Poki。因其高效率的表現,很多廠商都採用相同的生產技術,但僅有三菱有使用此名稱,因此仍然鮮為人知。

其技術的主要核心,就是將原本一整體的馬達定子,切割為多組的T型矽鋼片,各別繞線完成後,再組裝回一顆定子的形態。而目前採用Poki-Poki技術,都是為了提高馬達效率,因此都是追求高效率的永磁馬達在使用。永磁馬達的名稱更廣為人知,再加上廠商又不願意將功勞歸功於三菱電機,因此寧願只稱其為永磁馬達,而不會使用Poki-Poki這一名詞。

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由於Poki-Poki技術是將永磁馬達的定子拆為一齒一齒的形狀,因此在漆包線圈繞線上,一定是採用集中繞的繞線模式,減少了無效端部繞阻的損失,因此效率表現較其它繞線方式更為優秀。而單齒的繞線,使得生產時的不良因素及干涉情況降低,可以有效提高漆包線圈的槽滿率,以達到更高的馬達效能。其優異的性能表現,使得Poki-Poki馬達已普遍的使用在電動機車及伺服馬達當中;如電動機車品牌商Gogoro的馬達介紹中,還重點提到此種將定子分割的技術。

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除了性能優秀的表現外,由於矽鋼片分割成小塊後,也造成矽鋼片的模具、生產及運送成本大幅度下降,這是屬於意料之外的好處。因此在大型馬達上,也有採用Poki-Poki的情況,但它們主要的目標是降低矽鋼片相關的費用,所以切割的比例就不會那麼多。

但有一好沒兩好,Poki-Poki有兩個明確的缺點,這也是Poki-Poki沒有被全面採用的原因。組裝耗時且有良率風險;畢竟是從原本一整體的定子,切割為多塊的T型齒部矽鋼片,總是要再花時間拼湊恢復圓型定子。另外常見的良率問題,就是組回去後的定子真圓度不足,一顆不圓的馬達,會造成額外的鐵損、異常振動以及轉矩力量不順暢等問題,最慘的情況,是直接干涉,造成馬達無法轉動。

另外就是在組裝處會有較大的磁通損失,可視為組裝無法完全密實,導致中間有空隙的產生,使磁能傳導不順暢;因矽鋼片可傳導的磁通密度為1.8T,而空氣僅有0.6T,有三倍的差異。如下圖中所示,Poki-Poki的定子分割處往往是位於軛部的磁場行進路徑上,會直接造成額外的磁能傳遞損耗,依實驗及模擬可知,大約會增加30%的磁通損失。

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但這磁通損失蠻有意思的,若馬達在低轉速、大轉矩使用情況下,這是明顯的缺點,會直接造成馬達轉矩下降,因此需要加寬定子軛部尺寸,來彌補Poki-Poki所造成的額外損耗,補回應該有磁通能力,恢復馬達應有的轉矩值。

但若馬達是高轉速、低轉矩的應用時,這切割面會使得磁場誘發的渦流路徑縮短,反而可以降低渦流損的值,提高了馬達的能量轉換效率。

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