馬達設計：漆包線 ( II )

本文來探討單條粗線及細線併繞對馬達的影響。

對馬達設計者而言，其實只需確認導體有效面積即可；但到生產時，過粗的漆包線徑，會無法生產作業，因此會將單條粗線改為多條細線進行。若以手工繞線為例，能使用的漆包線徑，大多在0.5mm以下；若使用傳統繞線機，能捲繞的線徑會落在1.0mm以下；筆者目前最粗是使用繞線機，繞至2.5mm的線徑。

因此在生產的作法及設備上，有會漆包線徑的上限值，一但超過了，就要縮小線徑，採用多條細線，才能順利生產。其計算方式很簡單，如下所示，僅要注意，因為圓線，截面積在計算時會有平方倍的關係；且要無條件進位至整數。其中WD1為原本單條粗線的線徑，WD2為可實際作業的線徑，N即為需採用幾條繞線之結果。
然而，由單條粗線改為多條細線，在實務上還有很大的為難之處。假設原設計為1mm之線徑，可改為0.45mm的線徑5條併繞。但查閱漆包線絕緣皮模比例來看，1mm的1種線，最小膜厚為0.025mm，代表佔比為2.5%；但改為0.45mm的線徑時，最小膜厚為0.016mm，代表佔比為3.56%。代表漆包線徑越細時，絕緣皮膜厚度的佔比會拉高，導致真實槽滿率的下降。


另外，在多條併繞的方式有兩種，分別為一口氣全部併聯繞，及一條條分次繞。若以上述0.45mm的線徑要併5條為例，將五條線絞在一起，同時繞線，或是一次只拿一條0.45mm的漆包線，繞完一次後，再接著繞下一次，總共花5倍的生產時間；各有其優缺點，但目前考慮工時的原因，大多採用多條絞在一起，同時間繞完。筆者過往的經驗，是併到13條，而近年知道電動機車內已經併到33條，十分驚人。

然而最困擾的不是幾條線併繞的問題，而是併繞因為無法執行整齊排線，線圈是反覆交疊的，會導致槽滿率下降。多線併繞的有效槽滿率大多若在30%左右，會遠不如預期，當生產單位無法繞線時，會降低圈數或是降低線徑，就導致馬達特性及效率變化及下降。

此外，產品的不良率也會增加，假設單條漆包線的生產良率為99%，兩併的條件則為99%*99%的次方關系，生產良率會降為98%；每多併一條線就是多乘一次99%，生產良率會持續的降低。

而讓筆者覺的最痛苦的，就是接線的部份，以Y接的三相馬達來說，會有六個線頭線尾，需要剝皮、焊錫、絕緣處理；每併一條就是要乘上6，這會導致工時大幅度的增加，而且失誤率也會上升。筆者曾經詢問過33併的產線人員，難到不擔心33條中，有一條接觸不良嗎? 所幸馬達一般可接受的電阻值誤差量，可以達到10%左右，因此33條漆包線圈中，可以允許有3條線沒接好。但這讓筆者糾結的是，花了心力繞好了線，結果沒接好，而且重量跟空間又仍然卡在那，就算馬達可以正常運轉，但還是一種浪費的感覺。

由上述的討論可知，若能單條粗線，其實是比較好的選擇，可以確保槽滿率、降低不良率及生產工時；但這是生產技術能力的差異。

重點整理：
馬達設計，最好還要先確認生產能力。