馬達小教室:熱影響 ( I )

本文要討論溫度對於馬達的影響。

主要先注意各個材料的部份,一般會注意的檢查順序如下
1. 絕緣材料:耐溫上限。
2. 磁鐵:耐溫上限及溫度影響磁力。
3. 漆包線:耐溫上限及電阻變化。
4. 軸承:潤滑油工作溫度範圍。
5. 出口電源線:耐溫上限。

其中絕緣材料、漆包線及出口電源線會直接影響安全問題,若耐溫等級不足,會造成馬達燒毀引發失火等事故。而磁鐵、漆包線及軸承,則還有個間接的影響,會引發額外的損失,增加馬達的溫昇。由於馬達是個電能轉換為動能的裝置,而能量在傳遞及轉換的過程中,都會有損耗;這些損失都會轉化為熱的形態,造成馬達溫度增加,一但超過材料的溫度上限,就會造成破壞。

因此一個完善的馬達設計案,需針對馬達的損失功率,做好其散熱規劃,使馬達內的溫度可以達到穩定狀態,且低於材料及零件的耐溫上限。常見的馬達內部的溫度上限為150度、120度、80度、60度,但對筆者而言,馬達溫度不高,也代表能量密度不高,有點浪費材料的感覺;但若馬達用於散熱系統中,本身溫度太高,確實也不合理。因此120度以上,大多是用於動力系統應用中,而低於100度的部份,大多是因此顆馬達會直接讓人接觸到,或是用於散熱裝置中。

扣除掉耐溫上限這對安全性的直接影響,漆包線及磁鐵這兩項材料,還有溫度影響特性的問題。由下圖磁鐵的磁化曲線可看出,隨著溫度的增加,其磁力值會持續的下降。由於馬達是透過電跟磁力的交互作用後,才產生轉矩來使用;當磁力的表現變差時,轉矩值會一同下降,或是需要更多的電力來補償,以滿足轉矩使用需求。

馬達小教室:熱影響 ( I )

磁鐵溫度效應

當磁鐵會受到溫度的影響,改變磁力強弱時,這也代表馬達特性也會受到溫度影響而改變了樣貌。如下圖所示,這顆永磁馬達的特性曲線並非如前文中所描述的為一條斜直線,而是類似一條折線;拆解後可以發現,它其實是兩條斜直線的合成,其中藍虛線是溫度還未反應前的的特性,而紅虛線則是溫度作用後的結果。由此可知,馬達升溫前跟升溫後,其實特性表現的差異,可能會很大;下圖中的實例來看,最高轉矩值可以差到快三倍,代表此顆磁鐵的溫度反應差是大的。

馬達小教室:熱影響 ( I )

馬達溫度效應

溫度除了對馬達輸出轉矩的影響外,對於馬達效率也會受到影響。主要是銅材的電阻值會受到溫度的影響,溫度越高時,銅的電阻值就越高,如下列所示,則馬達銅損的值就會隨之變化。

馬達小教室:熱影響 ( I )

銅溫度效應

由下圖的馬達效率的特性曲線圖來看,其中藍色是溫昇前的表現,而紅色則是溫昇後的差異;可以看到銅損的溫度變化,確實會造成效率上的些許差別,但最大的差異量也在5%以內,並沒有如同磁鐵的反應那麼大。主要是銅的雖然會受到溫度影響,但比值沒有像磁鐵那麼誇張,因此所造成的影響幅度也就小很多。

馬達小教室:熱影響 ( I )

馬達效率的溫度效應

重點整理:
溫度對輸出特性的影響更為直接。
磁鐵是關鍵。


馬達技術傳承計畫
想要馬達的技術嗎?想要的話可以全部給你,去找吧!
我把所有的知識都放在那裡了。
2022-10-05 14:55 發佈
御劍梧 wrote:
4. 軸承:潤滑油工作溫度範圍。


感謝分享~
前一陣子遇到筆電風扇故障的問題,最近也收了幾張礦卡來當紀念用途
有對這一塊稍微做了一點初步的了解

潤滑油在油封軸承風扇中佔有舉足輕重的地位
流失後就有容易有異音甚至震動的問題發生
尤其是挖礦用的顯示卡,長時間在80度以上的環境作動
對於市面上常用到的潤滑油都算是強度很高的攻擊
所以有些廠商會使用撥油劑來抑制這種高溫環境下的潤滑油流失
或者選擇滾珠軸承來對應,但必須要有空間足夠的先決條件
chrisabbie wrote:
感謝分享~前一陣子遇(恕刪)


風扇的軸承
使用滾珠軸承是最好的
但是成本會墊高很多
所以現在大部分都是採用含油軸承
為了避免潤滑油的散失
通常軸承會自潤與保油的設計
有的風扇還會設計防塵結構
來減緩灰塵汙染軸承內的潤滑油
用以降低風扇運轉噪音與壽命
人有夢想而偉大 換車嘍~~~
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