臺灣博碩士論文加值系統

本研究目的為開發一嵌入式永磁無刷電動機，由於本設計可產生額外的磁阻扭矩，進一步減少永久磁鐵使用量，本論文並製作使用軟磁複合材料及矽鋼片二種不同導磁材料之電動機，因軟磁複合材料搭配粉末燒結成形技術，相較矽鋼片可降低製作及組裝之難度，特別適合應用於複雜結構之小型電動機。
本嵌入式永磁無刷電動機採用定子六槽、轉子四極，三相開路驅動之設計，定子外徑為15mm、轉子外徑為7.5mm、氣隙為0.35mm，使用N48H銣鐵硼永久磁鐵。本研究利用電磁分析軟體JMAG進行分析，評估不同轉子結構及永久磁鐵設計對電磁特性之影響，根據扭矩漣波及扭矩與永久磁鐵體積比二項特性，最後採用1.6mm為永久磁鐵極距設計尺寸。
本研究比較二種不同導磁材料製作之電動機，矽鋼片35CS300及軟磁複合材料Somaloy 700，並進行理論分析及實驗測試。電磁分析發現軟磁複合材料特性略遜於矽鋼片，實際測試得知矽鋼片製作之電動機扭矩常數KT為2.44mNm/A，軟磁複合材料KT為2.26mNm/A，結果與理論分析趨勢相符。
本研究成功完成嵌入式永磁無刷電動機設計、分析、製作與測試，根據分析與測試結果，矽鋼片電動機性能較佳，但軟磁複合材料於製造上較容易，本電動機未來可使用於車用小型電動機，如空調導流板、方向盤振動、鏡面調整、暖通空調及車前燈光軸調整等應用。

The purpose of this thesis is to develop an inset permanent magnet brushless motor using soft magnetic composite (SMC) material. The inset permanent magnet motor design can generate additional reluctance torque and further reduce the use of permanent magnets. This study develops motors made of two different magnetic materials, SMC materials and silicon steel. Because the SMC material with powder sintering technology, comparing to silicon steel, can reduce the manufacturing processes, it is especially suitable for small motors with complex structures.
The inset permanent magnet brushless motor has a stator outer diameter of 15mm, rotor outer diameter of 7.5mm, air gap of 0.35mm. This study applies JMAG software to evaluate motor performance with different rotor structure and permanent magnet designs. Based on two properties, torque ripple and torque per permanent magnet volume ratio, a design with permanent magnet pole pitch of 1.6mm is selected.
This study compares motors made of two different magnetic materials. Theoretical analysis and experimental test find the motor using silicon steel 35CS300 has slightly better performance than SMC material Somaloy 700. The motor torque constant KT is tested with 2.44mNm/A for silicon steel and 2.26mNm/A for SMC. The inset permanent magnet brushless motor can easily replaces small motors in vehicle applications such as air conditioning spoiler, steering wheel vibration, mirror adjustment, HVAC and vehicle headlight axis adjustment.

摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 國內外相關研究 2
1.2.1 車用電動機市場調查 2
1.2.2 嵌入式永磁電動機 4
1.2.3 軟磁複合材料永磁電動機 13
1.2.4 國內專家學者研究 20
1.3 研究方法 23
1.4 論文架構 24
第二章 電動機設計與數值分析 26
2.1 電動機常用材料 26
2.1.1 軟磁材料 26
2.1.2 硬磁材料 28
2.1.3 軟磁複合材料 [24] 29
2.1.4 漆包線 31
2.2 電動機等效磁路模型[32] 32
2.3 嵌入式永磁無刷電動機設計 37
2.3.1 嵌入式永磁無刷電動機設計規劃 37
2.3.2 電動機機械規格設計 39
2.3.3 電動機定子尺寸參數設計 40
2.3.4 電動機轉子尺寸參數設計 41
2.4 電動機數值分析及繞線設計 42
2.4.1 電動機尺寸設計 42
2.4.2 電動機繞線設計 45
第三章 電動機設計與電磁分析 47
3.1 JMAG電磁分析軟體介紹 47
3.1.1 JMAG電磁分析設定流程 48
3.1.2 網格收斂分析 53
3.2 電動機轉子之永久磁鐵極距設計 55
3.3電動機結構設計 65
3.3.1永久磁鐵設計 66
3.3.2 矽鋼片設計 68
3.3.3 軟磁複合材料 71
3.4 嵌入式永磁無刷電動機電磁分析 73
3.4.1 35CS300矽鋼片電動機模型分析 73
3.4.2 Somaloy 700軟磁複合材料電動機模型分析 77
3.4.3 電磁結果分析比較 81
第四章 嵌入式永磁無刷電動機組裝與測試 83
4.1電動機零組件製作 83
4.1.1 電動機定轉子製作 83
4.1.2 永久磁鐵製作 87
4.1.3 軸心與軸承製作 87
4.2 電動機組裝 88
4.3 電動機測試 92
4.3.1電動機電性量測 92
4.3.2 電動機轉速-反電動勢曲線量測 98
4.3.3 電動機電流-扭矩曲線量測 103
4.3.4 電動機偏擺量測 108
4.3.5 結果與討論 111
第五章 結論 112
5.1 完成事項 112
5.2 現有改善及未來展望 113

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