馬達材料：漆包鋁線 ( I )

心得 · 2022-9-2 09:35

分享一些漆包鋁線的使用經驗。

之前於電阻篇當中，有導電材料的導電率(Electrical Conductivity)排列，最佳的材料為銀(Ag)，其次為銅(Cu)，繼銅材之後則是金(Au)，而後則為鋁(Al)。

從應用的層面分析，銀跟金這兩種材料屬於貴金屬，在單價偏高的情況下，無法大量的使用，少量講求高能量密度的馬達當中，有使用漆包銀線的記錄。銅材則為價格適中而效能良好的最佳性價比選擇，是目前馬達產業的主力。鋁材雖然為當中最便宜的材料，但其導電性能偏差的關係，在以效率為前提的運用場合中，是不被選擇的導體材質。

鋁材的導電性雖低於銀、銅及金等純金屬材料，但其導電性仍然屬於優良的範圍內，是適合作為傳遞電能的導體材料，且鋁材在地球中的含量比起前三種的材料銀、銅及金來得多，是純金屬材料中比例最高的，約為地殼總質量的7.45 %，因此鋁材的價格較為前三種材料來得便宜。因此將銅與鋁的特性比較整理，如下表所示。

比較表

將銅跟鋁做比較可得知，鋁的密度為2.7 g/cm^3不到銅8.9 g/cm^3的1/3，因此重量會大幅度的減輕，但鋁的導電能力只有銅的62 %左右，在傳導等量的電流設計下，鋁的所需截面積大約是銅的1.6倍大。如此一來一往的計算後，可知若原採用漆包銅線的馬達，改為漆包鋁線後，重量仍可下降約48.5%。

且近年來物價持續的上漲，在銅價始終高於3倍鋁價以上的誘因下，漆包鋁線開始嶄露頭角，其重量僅為銅的40%，購買成本僅需銅的30%，使用鋁線可以比傳統銅線節省了近50%成本以上，這種驚人的優勢，使得很多原本不適用鋁線的領域也開始研究如何使用。

但是漆包鋁線的馬達還有諸多問題，包括導電率較弱、抗張強度低、伸長率低、氧化等不易使用的材料特性，在生產上會有許多問題要克服。

首先是導電率的部份，這會導致非全部的馬達可以無痛置換，因鋁的導電能力仍然較弱，需使用較粗的線徑來彌補，槽內的空間必需要加大，在既有空間內可能無法補足，需加大1.6倍的槽空間，或是原本使用的槽滿率就很低的情況。

置換空間

漆包鋁線的機械強度，總體評估起來，大約是比漆包銅線弱7倍，因此在繞線時的張力控制，就無法如漆包銅線一般的緊實，這也會導致線圈較為鬆散，需要較大的空間。也因機械強度不足，甚至在搬運時，讓漆包線圈直接受力，也會造成變形的不良影響。如下圖中的擺放方式，在漆包銅線是正常的生產狀態，但在漆包鋁線的製程當中，這顆就報廢了。