2024-07-23|閱讀時間 ‧ 約 25 分鐘

定子加工:內繞 ( I )

上期有介紹過,內繞式定子加工的生產設備有分為兩種型態,分別為針嘴式與入線式;主要的差異在於馬達繞線設計上是採用集中繞或分佈繞,可參考下圖說明,集中繞就是線圈僅繞於矽鋼片上的單一齒,而分佈繞則會跨越多齒進行遶線。傳統的感應馬達以及永磁無刷馬達大多使用分佈繞的設計,新式的無刷馬則改為採用為集中繞居多,除了可以減少漆包線使用量之外,還能降低無效端部繞組所產生的損失,提升馬達效率;但集中繞需搭配多極的馬達設計,矽鋼片上的鐵損反而會增加,須採用低鐵損的鋼材。

集中繞與分佈繞

集中繞與分佈繞

集中繞對於永磁無刷馬達而言,是相對新穎的設計手法,也對應衍生了所需的針嘴式內繞機,來進行定子繞線製造工作;然而最早的針嘴式繞線機,並非用於無刷馬達,而是串激馬達的雙齒定子,如下圖所示,係最早正式投產的針嘴式內繞機。但由於串激馬達的定子僅有兩齒,與後來的無刷馬達多齒數的形狀仍有差異,且繞法與順序條件亦不相同,因此機台的內部結構皆重新設計;這導致了串激馬達所使用的定子繞線機,無法用於無刷馬達的定子,但無刷馬達的內繞機由於具備了更多功能可做調整,反而可以用於串機馬達的定子繞線製作上。

串機馬達定子

由此可知,雖然同樣為針嘴內繞式的繞線機,但隨著時代的需求差異,機台的功能及結構也會大相徑庭,無法相提並論。這導致了定子繞線設備,產生了三種主流差異,其中兩齒集中繞是專門用於串激馬達定子;多齒集中繞則為無刷馬達定子使用;多齒分佈繞係用於感應馬達及無刷馬達定子當中。

然而馬達生產廠,大多不會同時具備如此多樣的生產設備,因各別對應的生產治具及工藝細節都會有落差,人員與機台都得另行準備架構,無法一招行遍天下。而且馬達生產後續還有品質、穩定、良率、產能、效能、噪音及溫昇等關注重點,得無時無刻的核實確認,更是大幅降低廠商投入其他類型馬達的製造技術意願。

此外,即便是傳統串機馬達的定子繞線,實際上也是有很高的繞線技術含量,下圖為串激馬達的定子繞線示意圖,雖然繞線的針嘴確實會依照槽型空間走一圓弧路徑,期望漆包線圈能順著圓弧路徑成形,如圖中的紅色虛線段,然而當繞線激施力將線圈拉緊的當下,其實線圈路線會偏向藍色虛線段所示,朝向兩點間的最短距離成形。為了避免漆包線圈影響到轉子位置,則會在繞線模具以及定子絕緣塑膠架上,做線圈的限位設計;倘若繞線處理不當,造成線圈崩塌,則轉子會無法安裝,或是隔離爬電距離過近,導致耐壓不良的風險增加。

串激馬達定子繞線路徑示意圖

其實各類型的馬達,甚至用於不同的應用產品當中,都由各自需要細心處理的關鍵處;倘若僅看馬達名稱,是無法判斷各馬達廠專精的技術種類及品項,使得一般人難以輕鬆地找到滿意的馬達加工廠。


重點整理:

馬達的多樣性,使得小型馬達廠保有一定的生存空間。


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