电机设计：电机效率（一）

本篇文章将深入探讨如何提升电机的效率。由前篇关于电机特性曲线的讨论中，我们得知电机效率的数学定义为输出功率除以输入功率。因此，为了提高电机效率，我们将逐一检视电机从输入到输出的各个阶段。

电机是一种将电能转换为动能的装置，其中还涉及到磁能的转换，所以完整的能量形态转换过程包括电能、磁能以及动能三个阶段。在能量的传输与转换过程中，无可避免地会有能量损耗。只有当我们能够分析出哪一个阶段的损耗最大，我们才能针对该阶段进行设计调整，进而提高电机效率。

提高电压

电机能量转换形态中，电能的损耗表现为铜损，其影响因素包括电流与电阻。如果设计师发现铜损过大，最简单的解决方案就是提高工作电压。例如，对于一颗输入功率为500W的电机，若其工作电压为10V，则代表电流必须为50A，因为输入功率是电压和电流的乘积。然而，如果我们将电压提高到100V，则电流仅需5A。由于铜损与电流的关系是二次方的，因此，升压后，铜损将会降低100倍。这也解释了为何近期电动车的工作电压趋于发展到800V。

提高槽满率

对于无法升压的情况，我们常常需要寻找降低电阻值的方式。最直接的策略是增大导电体的截面积。在电机领域，这引发了如何提升槽填充率的讨论，并引出了平角线等新型的漆包线技术，以达到提高电机效率的目标。

增大电机尺寸

然而，当我们无法透过生产技术增加槽填充率时，我们可能会选择放大电机的尺寸作为一种策略。这不仅可以获得更大的槽空间来放置漆包线圈，同时从电机的转矩公式我们知道，转子直径和转矩之间是平方关系。例如，若转子直径从50增加到60，虽然直径只增加了1.2倍，但转矩会增加1.44倍。若我们维持相同的转矩，这意味着我们可以降低1.44倍的电流，从而降低铜损。因此，放大电机的尺寸对效率提升具有相当大的帮助。然而，这也意味着会增加材料成本和储运成本，这在商品化过程中可能不是最佳选择。

优化散热

我们还有另一种降低电阻的方式，那就是透过改善电机的散热能力。实际上，电阻会受到温度的影响，温度越低，电阻值就越低。因此，对于电机来说，良好的散热能力意味着更高的效率。此一思维引出了两种发展方向：一是利用外部低温环境来创造超高效率的超导电机；二是强化电机散热能力，将电机内部产生的热快速排出，这就是导热漆包线的发展背景。

理论上，我们也可以选择换用更优质的导电材料来降低电阻，但这往往由于成本过高而不太实际。

重点整理

电机四大提高效率方法：一降损耗，二降电流，三降电阻，四降温度。