｜高熱傳導率馬達殼體材料研究

摘要：由於高油價時代來臨與環保潮流，電動車已是全球的趨勢。而電動車馬達的功率密度愈來愈高，散熱成為一個重要的問題。雖然純度99.5 %的鋁的熱傳導率可以達到234 W/m·K，但常用來壓鑄馬達殼的鋁合金A380（約相當於ADC10）或383（約相當於ADC12）的熱傳導率卻只有96.2 W/m·K，為了提高壓鑄鋁合金熱傳導率，本文探討合金元素的成分對壓鑄鋁合金傳導率的影響，以及如何調配新合金，以改善馬達殼體的熱傳導率。

Abstract: Vehicle electrification has been a promising solution to the mitigation of risks from oil price fluctuations and air pollution. As traction motors on electric vehicles are becoming more compact with high power density, heat dissipation becomes more difficult and motor efficiency is reduced. Compared with the 234 W/m·K thermal conductivity of 99.5 % aluminum, the value for die casting aluminum A380 or 383 used for motor housings is only 96.2 W/m·K. This paper aims to improve the thermal conductivity of die casing aluminum by investigating various alloy prescriptions. Test results show that the proposed alloy has better thermal conductivity than the traditional die casting aluminum A380.

關鍵詞：壓鑄、鋁合金、熱傳導率

Keywords：Die casting, Aluminum alloy, Thermal conductivity

前言
因應高油價時代來臨與環保潮流，電動車已是全球的趨勢。而電動車馬達的功率密度愈來愈高，散熱成為一個重要的問題。雖然99.5 %純鋁的熱傳導率可以達234 W/m·K，但機械強度低，不適合作為馬達殼體。而常用來壓鑄馬達殼的鋁合金A380（約相當於ADC10）或383（約相當於ADC12）的熱傳導率卻只有96.2 W/m·K [1]，不到99.5 %鋁的一半。為了提高壓鑄鋁合金熱傳導率，本文探討常用的合金元素對鋁合金傳導率的影響，並找出其中對鋁合金熱傳導率影響較小，卻可以有效提升機械性質的合金元素，以便調配出有良好熱傳導率，又有適當機械性質的壓鑄鋁合金，並以試片模具測試了壓鑄的結果。

添加合金元素對鋁的熱傳導率的影響
基本上越純的鋁熱傳導率越高，例如純度99.99 %的鋁的熱傳導率是243 W/m·K，但99.5 %鋁的熱傳導率就只剩234 W/m·K。即使添加進去的合金元素熱傳導率比鋁還要高，也被視為雜質，最終鋁合金的熱傳導率還是下降。例如，雖然純銅的熱傳導率達400 W/m•K，遠高於鋁。但在本研究中，在99.8 %的純鋁中加入1~5 %的99.9 %純度的銅，鋁合金的熱傳導率是隨著銅含量的增加而降低。添加銅對鋁銅合金熱傳導率的影響如圖1所示。