臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在設計應用於小型直驅式風力發電系統之發電機。首先，透過所建構之設計流程，選擇適當的槽極數組合與繞組形式，進行發電機的雛型設計，滿足所需的輸出功率。其次，為了降低頓轉轉矩與提升效率，先針對發電機齒槽間的結構，利用田口法與有限元素法進行優化，再針對發電機效率部分進行改善，優化結果達到所需求之輸出功率，頓轉轉矩與效率符合所預定之目標。

The purpose of this thesis is to design a direct-drive wind permanent magnet synchronous generator for use in small-scale wind energy applications. First, based on the proposed design procedure, a suitable slot and pole number combination and winding layout are selected. Then a prototype generator that meets the required output power is designed. In order to reduce the cogging torque and increase the efficiency, the shapes of slot in the stator and the size of the magnets in the rotor are optimized using the Taguchi method coupled with the finite element analysis firstly. A technique is used to improve the generator efficiency. The optimized result achieves the demand of output power. The cogging torque and efficiency match the goal.

誌謝 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 viii
表目錄 xi
縮寫及符號對照表 xiii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目標 2
1.3 文獻研讀 3
1.4 研究步驟 5
1.5 論文貢獻 5
1.6 論文架構 6
第二章 直驅式永磁風力發電機應用 8
2.1 風力發電介紹 8
2.1.1 風力發電原理 8
2.1.2 風力機種類與特色 9
2.1.3 風力發電機種類 12
2.2 直驅式電機應用優點 13
2.3 直驅式永磁發電機種類 15
2.3.1 徑向永磁同步發電機 15
2.3.2 軸向永磁同步發電機 17
2.3.3 橫向永磁同步發電機 18
2.4 直驅式永磁電機特色 19
第三章 永磁同步發電機設計與分析 21
3.1 發電機材料簡介 22
3.1.1 永磁材料 22
3.1.2 鐵磁材料 24
3.2 永磁發電機設計原理 24
3.2.1 發電機尺寸之決定 25
3.2.2 定子尺寸 26
3.2.3 氣隙長度 28
3.2.4 轉子尺寸 28
3.2.5 定子導線 29
3.3 槽極數組合與集中繞設計 29
3.3.1 槽極數組合與繞組因數之關係 30
3.3.2 單雙層繞組之比較 33
3.3.3 槽極數組合之磁應力影響 37
3.3.4 槽極數組合對頓轉轉矩之影響 39
3.4 發電機效率計算與設計流程 40
3.4.1 銅損 40
3.4.2 鐵損 40
3.4.3 額外損失 41
3.4.4 效率 41
3.4.5 發電機設計流程 42
3.5 永磁同步發電機雛型設計 43
3.5.1 不同槽數之發電機比較 43
3.5.2 永磁同步發電機雛型 46
3.5.3 發電機雛型特性分析 49
第四章 發電機結構優化 54
4.1 田口法優化 54
4.1.1 田口法簡介 54
4.1.2 直交分析的觀念 54
4.1.3 直交表簡介 57
4.1.4 直交表實驗之解析度 60
4.1.5 參數選擇與交互作用之實驗設計 62
4.2 永磁發電機參數之交互作用 65
4.2.1 永磁發電機優化目標 65
4.2.2 參數選擇與交互作用之判斷 65
4.2.3 因子間交互作用實驗 66
4.3 永磁同步發電機優化實例 71
4.3.1 選擇參數與直交表 71
4.3.2 實驗分析與結果 75
4.3.3平均值分析與變異性分析 75
4.3.4因子效應與交互作用 76
4.3.5 發電機效率之提升 86
第五章 結論 91
參考文獻 93
作者簡介 98

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