馬達設計：機械損 ( I )

本文將針對馬達中的機械損進行說明，其中包括了摩擦損、黏滯損及風損，三種損失。

摩擦損為機械損失的一種，當物體移動時，與其它事物接觸面上會產生一方向相反的力，對移動方向之力進行抵抗，即為摩擦損失。摩擦損又可細分為靜摩擦損及動摩擦損兩種；靜摩擦損係描述物體剛開始移動時，須先施較大的力，克服接觸面之靜摩擦力，方可開始移動；當物體持續行進後，接觸面上依然存在一大小固定的摩擦力，即為動摩擦損。下圖為摩擦損示意圖，剛啟動時有一較大的靜磨擦損，運動速度增加至靜摩擦力存在之最大速度 後，僅剩一較小的動摩擦損。

摩擦損示意圖

雖然上述的文字描述較為不易理解，但轉換到生活經驗當中，則是每個人都有過的體驗。當您要推動任何一物體時，會發現一開始要出比較大的力量才能使物體移動。但特別的是，一但物體開始動起來後，出的力反而變小了，物體就能持續移動。這就是靜摩擦與動摩擦的最直覺感受。

將摩擦力以數學方程式表式如下，其中Ff為摩擦力、Fc為動摩擦、Fs為靜磨擦力、 ν為速度、νs為靜摩擦力存在之最大速度。  

摩擦力損失

由於馬達中是使用轉矩表示，將摩擦力損失轉換為轉矩與角速度表示如下。其中Tf為摩擦轉矩、 Tc為動摩擦轉矩、 Ts為靜摩擦轉矩、ω為角速度、 ωs為靜摩擦轉矩存在之最高角速度。  

旋轉摩擦力損失

理論上，摩擦力會受到速度參數影響，但在實際應用上，因影響速度範圍非常小，僅在開始移動之瞬間內有顯著之差異，故在馬達摩擦損的考量上，往往視為與速度無關之損失；也就是這摩擦損會視為一個固定值。這其實也是小馬達效率比較差的原因之一；當此顆馬達軸承的摩擦損固定為10W時，對小規格的馬達，如20W的馬達來看，就佔了50%的損耗，但若是200W的馬達時，就只佔了5%的損失。

越小規格的馬達，對於軸承的選擇也就越重要；若要有效降低摩擦損耗，最基本的作法就是減少接觸面積。市售最普遍的軸承，其實都是使用圓球滾珠，讓接觸面積降低到一個點，來降低摩擦損耗。  

軸承

而更極致的作法，是採用非接觸式的軸承設計，利用磁浮或空浮的原理，使其完無接觸，來迴避摩擦損，但仍會有黏滯損存在。

重點整理：
其實若非馬達規格真的很小，不然都會直接忽略摩擦損。
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