maxon Story
什麼時候該使用 4 極 DC 馬達
從航太到井下鑽探調查，在各式各樣的應用領域中，在選擇微型 DC 馬達時，4 極馬達可提供不少優勢。相較於同等級的 2 極馬達，4 極馬達不僅較強勁，並且也適合相同的空間大小和重量包絡。來自 maxon 英國的 Greg Dutfield 在此詳盡說明。
對於同時要求重量輕、精實空間包絡和高轉矩的 DC 馬達應用，4 極馬達可以是最理想的選擇。一顆 4 極馬達需要的安裝面積與 2 極馬達相同，同時又能產生更高的轉矩。重要的是，4 極馬達的體積雖與 2 極馬達相同，但卻更堅固，因此在必須承受負載的情況下，4 極馬達更能緊貼地維持轉速。
極數大哉問——轉速
極數指的是一顆馬達裡的永磁極對的數量。2 極馬達有一對位置相對的南極和北極磁鐵。當電流通過時，磁極對之間會形成一個磁場，促使轉子轉動。也有 4 極馬達配置，其中則含有兩個磁極對，多極設計最多可達 12 極。
極數對於馬達設計而言非常重要，因為該數量會影響到馬達的轉速和轉矩特性。極數愈低，馬達轉速愈高。這是因為轉子的每一次機械旋轉都取決於每對極對所完成的磁場週期。馬達的永磁極對愈多，就需要愈多磁場週期，亦即馬達需要更多時間來完成一次 360° 旋轉。轉速需除以固定頻率下的極數，因此以 2 極馬達的 10,000 rpm 為基礎，4 極馬達會產生 5,000 rpm，6 極馬達則會以 3,300 rpm 運行，以此類推。
極數大哉問——轉矩
先撇開極數不談，較大的馬達可以產生更高的轉矩。然而，相較於體積相等的馬達，極數愈多，可以產生愈高的轉矩。以 4 極馬達為例，其轉矩會大幅提高，因為設計精實而有較薄的磁迴路，使得永久磁鐵的兩對極位有更多的空間，而以 maxon 馬達來說，便是能夠配備更厚且擁有專利的編織繞組。
由於 4 極馬達需要的安裝面積與 2 極馬達相同，因此應注意，若進一步增加極數，也就是 6～12 極，則必須相應地加大機座尺寸和質量，以便容納額外需要的銅線、鐵心以及磁鐵。
maxon EC 4 極馬達在高負載之下維持轉速。
4 極馬達更強勁
馬達的強度通常以其轉速-轉矩梯度來定義，也就是在必須承受負載的情況下，愈強勁的馬達愈能緊貼著維持轉速。轉速-轉矩梯度是以每 1mNm 負載的減速來測量。數值愈低和坡度愈平坦，表示馬達愈能在負載之下維持轉速。
相同設計屬性也可以打造出更強勁的馬達以產生更高的轉矩，例如增加繞組和使用理想材料來製造馬達。因此，4 極馬達的設計比機座尺寸相同的 2 極馬達更為強勁。
例如，一顆 22mm maxon 4 極馬達的轉速-轉矩梯度為 19.4rpm/mNm，也就是每施加 1mNm，只會損失 19.4rpm，而同樣機座尺寸的 2 極 maxon 馬達的轉速-轉矩梯度為 110rpm/mNm。並非所有馬達製造商的設計和材料規格都和 maxon 相符，因此替代品牌的 2 極馬達的轉速-轉矩梯度可能更高，也就表示馬達較弱。
什麼時候該使用 4 極馬達？
整個航太工業中的應用都受益於 4 極馬達的高強度和低重量。這些屬性對於手持電動工具也很重要，因為它們通常需要超出 2 極馬達所能提供的高轉矩，同時還必須保有低重量和小尺寸設計。
4 極馬達的特性對於行走機器人的製造商也很重要。無論是檢測原油和天然氣管線或搜尋受困的地震受害者，滾輪式或履帶機器人都需要克服難以通行的地面、障礙物和陡坡。4 極馬達提供能夠克服這些負載的轉矩和強度，並協助行走機器人製造商實現精實體積且重量輕的目標。
小尺寸結合低轉速-轉矩梯度對於原油和天然氣領域中的井下鑽探調查應用也很重要。在這個應用中，小型 2 極馬達的強度將不足以應付，而多極馬達又會太大，無法裝入鑽頭的檢測空間包絡，因此 maxon 專門設計了一款 32mm 4 極馬達。
最佳化調整 4 極馬達
許多適合使用 4 極馬達的應用都發生在極端環境或條件之下，需要有在高溫、壓力和震動下運行的能力。例如，用於井下鑽探調查的馬達將必須在超過 200°C 的環境下工作，而安裝在自主水下載具（AUV）上的馬達則會被安裝在充滿油的機殼裡，以便能夠承受深達海底 6,000m 時所面臨的壓力。若再特別加上額外的設計特性，例如套筒和用於加強散熱的裝置，精實的 4 極馬達更能夠長時間應付極端的工作條件。
馬達規格是基礎，但為了獲得最佳應用，應該考量到整套驅動系統的設計，包括減速機、編碼器、驅動模組和控制器。除了對馬達規格提出建議之外，maxon 的工程師也可以和一個 OEM 設計團隊合作，針對具體應用需求開發出全套驅動系統。
EC 4pole 22 + GP24
如需與我們討論您的應用需求，請聯絡 maxon 英國工業與電動車銷售工程師 Greg Dutfield；電話：01189 733337 或電子郵件 greg.dutfield@maxongroup.com