第二章 相關技術理論介紹
2.3 電動機定子製程特性分析
電磁鋼片是傳統鼠籠式感應電動機的最主要材料，其中最主要的組件定子、
轉子都是由電磁鋼片堆疊而成。如圖 2.5 所示是電動機定子的標準製程及其在製 程中對定子造成的損耗示意圖。在製造定子/轉子的過程中將從電磁鋼片開始經過 單片切割、疊層鉚合及焊接、退火熱處理、繞線和固定封裝，以上每一道製程如 圖 2.6 所示都會對材料造成破壞而影響原來的電磁特性。可見定子在製造程序發
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生的劣化是造成電動機的實際效率比馬達設計效率要低的原因之一。
以下將以定子為例，從電磁鋼片沖壓製程開始到定子的組裝做製程特性分 析。
圖 2.5 電動機定子製造程序與製程中造成的損耗[29]
圖 2.6 定子在各製造程序的鐵損變化[18]
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2.3.1 電磁鋼片單片切割
導磁材料大部分使用電磁鋼片，使用薄片堆疊是為了減少渦流損。理論上電 磁鋼片愈薄對渦流損的抑制愈有效。n 片電磁鋼片取代整塊電磁鋼時，鐵損可降 低為 1/n2。但對加工面來說，愈薄的電磁鋼片，沖壓模具精度要求越高，因此，
鐵心沖片模具的開發便占有非常重要地位，且需要精密加工技術才能滿足。此外 電磁鋼片在加工時造成的應力及應變的區域鐵損會增加、磁通量密度會降低，這 是加工時需要注意的地方。為應付電磁鋼片加工速度、品質與數量的需求，業界 常用的電磁鋼片的切割方式主要有以下兩種：
（1） 連續沖孔下料
全自動化的連續沖孔下料生產速度快，精密度高，適合大量生產，是業界最 常使用的電磁鋼片切割方法。但是在此製程中，由於電磁鋼片受到沖頭擠壓產生 彈-塑性力，使得電磁鋼片表面不平整、切邊有毛邊、塑性變形以及殘留應力等等 加工缺陷影響其電磁特性，降低馬達效率。
（2） 放電加工切割
最常用於切割電磁鋼片的放電加工是線切割放電加工(EDM)。EDM 乃是利用 間歇性火花放電生成的熱能，熔融或氣化被加工物，以不接觸材料的方式將材料 去除來達到切削的目的。因此利用放電加工切割的定、轉子電磁鋼片品質優良，
塑性變形、殘留應力、毛邊和電磁鋼片表面不平整等問題的影響小。由於放電加 工在加工時不用製作模具，適合用於在量產前配合電腦控制路徑生產樣品。但是 放電加工普遍加工速度慢，若要利用放電加工達到量產仍有困難。
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2.3.2 疊層鉚合及焊接
疊層製程是由一定數量冲剪後的電磁鋼片經整理、疊裝、壓緊和固定成一 體，如定子。疊層有不同的固定方法如扣片、焊接及鉚接。疊層製程對於電磁鋼 片的重量、疊層厚度、壓緊力都有一定要求，在判斷疊層合格與否的同時也再次 確定了單片沖壓時毛邊和平坦度的品質。定子疊層會直接影響到電動機後續製程 的品質效率，若電磁鋼片疊層之間含有空隙或齒槽不平整，繞線後定子將無法有 效的感應磁通，造成耗損；若疊層的壓力不足，會造成繞線端部壽命降低。
2.3.3 退火熱處理
本章 2.2.2 節有提到加工製程會造成電磁鋼片的電磁特性下降。為了消除電 磁鋼片在加工過程中造成的晶粒變形、殘留應力、塑性應變、差排等缺陷，疊層 完後的定子將可視需求進行應力消除退火熱處理。如圖 2.7 所示，在 700°C 含氮 環境下，退火熱處理可以恢復電磁鋼片整體的電磁特性[30]。
圖 2.7 壓延方向與垂直壓延方向退火熱處理前後的電磁密度-真實應變圖[30]
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2.3.4 繞線製程
電動機的繞線製程將視定子槽形和繞線方式選擇不同的繞線機和製程，一般 上都會經過漆包線、入絕緣槽紙、入線、槽楔片塞入、綁線固定、凡立水固型等 步驟。此外繞線需考慮漆包線絕緣層比例、排線能力、表面粗度、繞線張力 [31]。
2.3.5 固定封裝
目前固定封裝已經使用自動化組裝，首先借助機械手臂及液壓裝置把已疊層 繞線好的定子安裝進入已加熱好的電動機座內，裝配好的定子冷却後壓裝軸承并 填充潤滑脂，安裝端蓋、散熱風扇和已壓入中心軸的轉子等製程。