馬達設計：槽滿率 ( III )

本文要來探討採用針嘴式繞線機的馬達，會需要保留針嘴作業空間，其對應的生產槽滿率。

針嘴繞線機除了讓筆者不滿意的生產速度外，對馬達設計者來說，還有最頭痛的槽滿率問題。由於針嘴式的生產工藝，是採用一繞線針嘴深入馬達槽內，來協助繞線，如下圖所示。這就導致馬達槽內，需要保留針嘴的作業空間，無法繞線；這將會再次降低馬達實際槽滿率，且需要加大槽開口尺寸，影響靴部吸收磁通的能力。


針嘴繞線機
下圖為針嘴時體圖，其會進入馬達槽內的，分別有略大的頭部Ne，已即需穿過槽開口的頸部Nn，同時具備讓線穿過的中空孔Nh部份。這些尺寸都依需要繞線的漆包線徑Wd而有所變化，將其尺寸變化轉為數學式表示。


繞線針嘴
針嘴尺寸 最一開始要決定的，是針嘴孔Nh的大小，其跟漆包線徑Wd是最直接的關係。為漆包線的的1.6倍大小；主要是一般人皆以導電體直徑來描述漆包線，但實際上漆包線的表層有絕緣漆，其完成外徑會大於導電體直徑。此外，若針嘴孔與漆包線完成外徑太過緊貼，則在繞線時，絕緣漆層會與針嘴孔內壁摩擦，導致漆包線的絕緣強度下降。且漆包線圈出場時，是捲繞成圓型，因此在實際繞線時，漆包線有機會為弧線，而非直線。綜合以上考量，導致針嘴孔Nh需大於漆包線徑Wd，為1.6倍的關係。若基於想要增加槽滿率，而降低比例關係，則會導致生產速度需要下降，降低馬達的經濟競爭力。



針嘴孔Nh
決定了針嘴孔Nh尺寸後，頸部則是較為簡單，主要是就增加壁厚，來包圍針嘴孔而已。因此只要增加1mm的厚度，來做為針嘴孔的外壁就可以，等於單邊的牆壁厚僅0.5mm而已。但其實若針嘴整隻是圓型的話，這壁厚的機械強度會不足；因此當漆包線徑較粗時，針嘴頸部會作成橢圓形，在最窄處仍維持0.5mm的壁厚，但上下兩端則會加大，以確保針嘴強度足夠，不會斷裂。




針嘴頸部Nn
但需要注意，針嘴頸部因其會小於或等於針嘴頭部，不會直接影響到槽滿率。但針嘴頸部需經過槽開口位置，因此導致槽開口尺寸需要略大於針嘴頸部，進而導致馬達靴部尺寸可能要重新調整。

針嘴頭部Ne則是最直接影響槽滿率的部位，其數學關係示如下。除了原本針嘴孔Nh的尺寸外，主要是此處為漆包線圈穿出的位置，需要作導角設計，避免漆包線的絕緣層被此處刮傷。導角尺寸越大，則生產速度可以越快，但影響槽滿率的比例就越高；反之，導角尺寸越小，則需調慢繞線速度，避免漆包線圈受損。



針嘴頭部Ne
若依照在上一篇中的槽滿率計算，其槽滿率還維持在42.681%；若扣除了針嘴所需的作業空間，則針嘴作業的槽滿率變化如下。



針嘴作業槽滿率
由上述的介紹，將可發現針嘴式繞線的生產工藝，有很明顯的缺點。若真的要使用，最好是針對細線設計的馬達，也就是高壓細線多圈數的馬達。但這種針嘴式繞線機，其繞線速度也相對慢，日制針嘴式繞線機，空跑的最快速度也僅開到1200RPM，也就是一分鍾可繞1200圈。但真實繞線速度會降到100-600RPM之間，與外繞式繞線機可開到3000RPM的差異太大。因此在一開始做馬達設計時，需要多考慮，包括槽滿率及生產考量。

重點整理：
槽滿率受到絕緣及生產工藝影響，要儘早考慮。


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