馬達生產：馬達繞線 ( IV )

常常有人在詢問，馬達繞線時的張力如何調整。實務上其實只要確認電阻值即可作為張力調整的依據，但本文則以較為學術的觀點，來討論繞線張力的理論值。

在討論力量之前，需要先了解銅線受力之後的變化，可參考金屬材料應力應變圖，其中X軸的應變就是代表材料變形狀態，Y軸的應力就是指力量大小的變化。可觀察到一般材料的受力變形會有三個階段，第一階段是紅色區域，屬於降伏強度之前材料是可恢復的，也就是雖然會變形，但力量只要一消失，材料就會恢復原始的尺寸，其中的上限值就是降伏強度；這就代表當我不希望繞完線後，漆包線徑變形的話，那我施加的力量應該要低於降伏強度以下。第二階段的黃色區域，則是代表材料開始進入永久變形的情況，無法恢復原始尺寸狀態；在馬達繞線中就是漆包線徑被拉細了，例如原始線徑為1，繞完後的直徑變成了0.95，非原始的尺寸，就代表繞線時的力量落入了黃色區域範圍內，此區域中最重要的參數就是抗拉強度，可以視為材料可抵抗力量的臨界值。一但超過抗拉強度後，材料會進入藍色區域，在現實中往往也代表著材料的斷裂。

由上述的說明，可以知道，繞線時的張力設定，若是落在降伏強度內，則漆包線徑不會產生永久形變，因此線徑會維持不變；而超過降伏強度而低於抗拉強度的話，則是線徑被拉細，此時會產生電阻增加的副作用。若是遇到漆包線斷掉的情況，就代表力量已經高於抗拉強度了，是無法順利生產的。

一般馬達生產，其實並不會將張力設定在降伏強度以內，也就是繞完線的馬達漆包線徑往往會被拉細；主要是銅具有良好的延展性，這也代表其降伏強度與抗拉強度間有很大的落差，往往超過兩倍以上。當張力僅調控在降伏強度之下時，往往繞線排列的效果很差；但若太偏向抗拉強度，亦代表線徑被大幅的拉細，如下圖所示，這會導致馬達效率下降。因此馬達廠一般會控制拉細的程度落在5%以內。

若想要計算張力的力量值時，不妨看看參考降伏強度或抗拉強度的單位，其為力量單位(N)除以面積單位(mm^2)；也就代表當有了銅材的降伏強度或抗拉強度值時，再搭配線徑所計算出來的截面積時，就可以求出可施的力量值。再次提醒，單位不僅很重要，往往也透露了數值的來源及應用的能性。

則可透過下列的數學公式，簡單求得繞線時的張力值(F)，其中(σb)為抗拉強度，(WD)為漆包線的直徑。假設此漆包線的抗拉強度為200(N/mm^2)，使用線徑為0.5，則可求得張力值為39.25(N)；注意此時的力量單位為牛頓(N)，可再轉換為習知的公斤(kg)，1N = 0.10197 kg。

有趣的是，漆包線的降伏強度或抗拉強度值是多少呢? 這部分其實並非是定值，除了材料配方之外，還有牽扯到生產時的施工、製成、溫度等等要素的總成，才是真實的線材強度數據，這參數其實也是量測出來的，而非計算所得。因此，若漆包線廠商可以直接提供一份漆包線的強度數據，則可利用公式計算出對應的力量值；但若沒有廠商直接提供的數據，而用純銅的參數來計算，是會產生很大的誤差值。這也是筆者雖然知道如何計算，但卻對此數值沒有太大興趣的原因；繞線張力是個理論上可以計算，但為了計算又要另外花一堆功夫去處理，還不如直接量測繞完線的成果就好的參數。

重點整理：
雖然可以算，但有更為直接的做法，不需要特別繞路。

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