馬達設計小工具：電流密度設計 ( I )

認識的友人詢問，才讓筆者再次想起馬達電流密度這項參數；事實上筆者已經不太使用這一設計指標了，但長久以來的馬達相關經歷，不免會有這樣的小工具在手上，因此分享給大家，檔案連結如下，請自行取用：

電流密度設計

電流密度計算的小工具分為兩種模式，分別為已知馬達功率的情況下，給定設定之電流密度目標，計算出適合的漆包線徑值；另一種則是在已知漆包線徑的情況下，求得馬達電流密度。如下圖所示，excel表內的左側是用於馬達設計初期，希望能計算定義漆包線徑的情況，使用者僅需要填寫紅色區域內的馬達功率、工作電壓以及設計電流密度的值，就會自動演算綠色區域的馬達電流以及漆包線徑；excel表內的右側則適用於現有的馬達，希望獲得電流密度值，作為後續改進的評估，則僅需要於紅色區域內填入已知數值，就會自動計算綠色區域獲得電流密度。

程式先藉由輸入功率及電壓，計算求得輸入電流；主要是對一般民眾而言，馬達比較常接觸的是功率與電壓這兩項參數，電流反而較為陌生，因此小工具內優先採用功率及電壓來計算電流；若使用者可以直接量測得馬達電流，其實是更佳的選擇。主要是馬達所標示的功率，可能是指輸出功率而非輸入功率，兩者之間還會有個效率差異，將造成計算錯誤，因此建議能直接獲取電流值是更穩妥的做法。輸入功率計算的方程式如下列所示，其中P_in代表輸入功率，V是馬達工作電壓，i為馬達工作電流。

求得馬達電流值後，在給定設計的電流密度目標後，就可以計算漆包線徑的尺寸，如下列所示，其中D代表漆包線直徑，J就是電流密度。

若為已知馬達各項參數，僅是需要計算電流密度時，則計算方程式如下列所示。

由上述可知，電流密度本質上僅是在計算漆包線上的單位截面積所流經之電流大小，主要的功能是在擔心過大的電流會導致漆包線圈過熱燒毀的評估。過往筆者在學習階段所教授的電流密度容許值在10以內，低於5則不用擔心馬達過熱的問題，落於5~10的區間內，則須加裝強制散熱裝置，如風扇或水冷等等，協助馬達進行散熱冷卻工作。而在實務上，近年筆者甚至有設計10~15的電流密度馬達，主因是馬達的耐熱及散熱能力都在逐年強化，且在輕薄短小的設計目標下，電流密度的增加已成必要之惡。

同時現今科技對於熱的解法，已然不會再馬達端進行處理，而是藉由產品的機構、材料及流體等要素來解決；因此嘗試在馬達端就處理掉熱的問題，反而顯得事倍功半，也就導致探討馬達熱的電流密度一詞逐漸退出舞台。

近幾年對於散熱的議題，往往也使用熱功率一詞，因此將馬達耗損的功，直接告知，反而更有利於雙方技術的溝通與討論。

馬達電流密度計算的檔案連結如下，請自行取用：

電流密度設計

重點整理：

對於電流密度的熱影響認知更為重要。

#可擔任業界顧問、講師

#個人經營歡迎贊助

馬達製造的專家-路昌工業

電動生活體驗-哿暢機電

電機產業的專業代工生產廠-富竹企業社

馬達技術傳承計畫

想要馬達的技術嗎？想要的話可以全部給你，去找吧！

我把所有的知識都放在那裡了。