馬達小教室：電流 ( II )

本文要來說明馬達與電流的愛恨情仇。

基本上從馬達設計者對於電流的態度，大概可以了解是初學者還是老手。如同阿基米德的槓桿原理一般，給我一個對的支點和一根足夠長的桿子，就可以翹起地球；對照馬達的世界就會變成，給我足夠的電流，馬達可以帶動整個地球旋轉。由馬達的機械方程式中，可以簡單的察覺到，馬達轉矩主要來自於電流，且為正比關係，因此初學者很容易依賴電流，對於電流只有滿滿的愛意；然而這當中存在非常多的風險。

  

馬達機械方程式

筆者曾經聽過一個想要用12V電壓設計電動車馬達，這對筆者來說，實在是太瘋狂，而這還是國內最主要的法人研究單位所提的案子，真不太確定是有黑科技還是...，但終究是沒有產出。

目前已知，基本電動車馬達需達到150KW的規格，對應12V的工作電壓，代表輸入電流會達到驚人的12.5KA。這12.5KA的電流在馬達設計中，若有良好的水冷裝置的情況下，需設計線圈的電流密度達到10~15(A/mm^2)，以避免馬達線圈過熱燒毀(銅損)，對應此電流密度代表線徑需到32~40mm。比對一下家中的馬達所使用的線圈直徑，大多是在0.5mm以內；使用過粗的線徑設計，會提高生產難度，降低量產規模。若線材直徑達到3mm以上，需採用銅柱的生產模式；且為方便生產，其體積都會刻意加大。銅的密度比鐵還要高，過度粗的線徑設計也會導致馬達整體重量增加。當馬達設計採用12V的工作電壓，僅依靠電流撐高馬達功率時，會得到一個需要超高放電能力之電池或電源，且體積大、重量重、溫度高、不易生產的馬達。

  

金屬密度

銅損

而一個有經驗的馬達實務設計，可參考TOYOTA的Hybrid系統，就將馬達的工作電源昇壓到650V以上，降低了電流所產生的困擾。當昇壓到650V時，150KW對應的電流降為230A左右。 此外在電力輸送時，低壓大電流通常會導致電纜線需加粗，且傳輸的損失較大，因而在遠距離的電力輸送，都會採用昇壓的方式，台灣目前最高會昇到34.5萬伏特的電壓，來做輸送。

   

台電供電系統簡介

由上述例子來看，想要使用大量的電流，需注意的事項蠻多的，包括生產能力，整體重量，體積空機，電源能力，散熱設計等等。對馬達設計的老手而言，基本上是非到不得以才採用大電流壓榨馬達能力，但在壓榨的同時，還是要把配套措施跟可能性都評估完整，才是一個合格的設計者。馬達設計老手對於電流，只能說是又愛又怕。

重點整理：電流，要先了解後，才能妥善使用。
電流基本上是最後一招。

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