臺灣博碩士論文加值系統

摘 要
本論文針對永磁無刷馬達撰寫設計程式，並分別設計尺寸規格相同的表面型及內藏型馬達各壹台，再利用有限元素法作電磁場分析。結果顯示：當磁石體積相同時，表面型的氣隙磁通密度、開路電壓、頓轉轉矩以及平均轉矩等均比內藏型大；當氣隙磁通密度相同時，表面型之平均轉矩比內藏型小。
另外，由於製造上的誤差和長期運轉的磨損，使轉子呈現非正圓與轉軸偏離中心等現象，進而產生振動與噪音。本論文利用有限元素分析此現象，結果顯示：轉子非正圓且外凸會造成內藏型頓轉轉矩下降，而表面型則是上升；表面型與內藏型在軸靜態偏心時，其氣隙磁通密度波形、頓轉轉矩及平均轉矩均變大，且以內藏型影響最明顯。
關鍵字：表面型永磁同步馬達、內藏型永磁同步馬達、有限元素法、軸偏心

Abstract
The first part of the thesis is to write a design program for brushless permanent magnet motors. Then the program is applied to design a surface mounted (SPM) and an interior permanent-magnet (IPM) synchronous motors with the same specifications. Finite element electromagnetic field analysis is conducted to predict the performance of the motors. Results show that SPM motors have larger values of air gap flux density, open-circuit voltage, cogging torque and average torque than IPM motors when they have the same magnet volume, and SPM motors have smaller average torque than IPM motors when they have the same values of air gap flux density.
Due to the manufacturing imprecision and long time running, the rotational axis of the rotor is shifted from the center of the motor and results in vibration and noise. Therefore, the second part of the thesis is to use the finite element method to study the effect of rotor eccentricity. Results show that cogging torque increases for IPM motors but decreases for SPM motors when the rotor is not in real circular shape. It is also shown that air-gap flux design, cogging torque and average torque increase for both IPM and SPM motors, especially for IPM motors.
Keyword：Surface-mounted permanent magnet synchronous motor, Interior permanent magnet synchronous motor, Finite element method, Rotor eccentricity

摘要i
Abstractii
誌謝iv
目錄v
圖目錄viii
表目錄xi
縮寫及符號對照表xii
第一章 緒論1
1.1 研究動機1
1.2 文獻研讀2
1.3 研究方法3
1.4 本論文的貢獻4
1.5 論文內容概述4
第二章 永磁無刷馬達簡介6
2.1 永磁無刷馬達之發展6
2.2 永磁式轉子種類7
2.3 驅動方式7
2.3.1方波與弦波驅動之優缺點9
第三章 永磁馬達之設計11
3.1 電動機材料簡介12
3.1.1永久磁石材料12
3.1.2鐵心材料14
3.2設計步驟15
3.2.1定子槽數、相數及永磁極數的選擇15
3.2.2主要尺寸之決定16
3.2.3定子尺寸之決定19
3.2.4氣隙長度之決定20
3.2.5轉子尺寸之決定21
3.2.6定子導線之選用21
3.3設計程式架構22
第四章 結果分析與討論27
4.1 馬達規格27
4.2表面型的數值分析結果28
4.3內藏型的數值分析結果29
4.4結果比較29
第五章 振動來源與偏心分析43
5.1 與轉速頻率有關43
5.1.1 軸彎曲43
5.1.2 質量不平衡44
5.1.3軸偏心與結構共振44
5.2 與電源頻率有關44
5.2.1 諧波磁場45
5.2.2 氣隙不均47
5.2.3 鐵心飽和47
5.2.4 鐵心材料的影響48
5.2.5 電流三相不平衡48
5.3偏心分析結果48
5.3.1 轉子非正圓49
5.3.2軸偏心49
5.4結果比較51
第六章 結論64
參考文獻66
作者簡介69

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