臺灣博碩士論文加值系統

　　內藏式永磁同步馬達由於永久磁鐵埋藏在轉子中，結構上不但具有強健性且適合高速運轉，此外由於d-q軸電感比值高，因此可藉由弱磁控制達到較高的轉速。在輸出轉矩方面，除了電磁轉矩外，還加上磁阻轉矩之貢獻，可得到較高的轉矩輸出，故此型馬達可視為永磁馬達與磁阻馬達之結合，適用於電動機車等電動載具方面之應用。在本研究中，將以相同永久磁鐵體積、定子外型與繞線限制條件下，利用有限元素法分析四種不同轉子結構之內藏式永磁同步馬達，針對不同型式之轉子結構作相關的特性分析，如頓轉扭矩、反電動勢常數與d-q軸電感等，並用圓線圖法（Circle diagram）表示電壓及電流限制之下，各型馬達所能操作之最大範圍，最後說明如何藉由圓線圖法畫出四種轉子之輸出特性曲線，以提供馬達設計者作為設計時參考的依據，並了解各型馬達所適用的特殊場合。

　　Because the permanent magnets are embedded in the rotor of an IPM synchronous motor, the structure is robust enough to operate at high speed region. In addition, the ratio of d-q-axes inductances is high so that this type of motors can be applicably driven by flux weakening for higher speed operation. On the other hand, there are two components of output torque: electromagnetic torque and reluctance torque. An IPM synchronous motor becomes a hybrid between PM motor and synchronous reluctance motor and is particularly suitable for electric scooters. Under the condition that the stator topology, winding and the amount of rotor permanent magnets are kept identical, the characteristics analysis of four kinds of IPM rotors based on Finite Element Analysis is proposed in this thesis, such as cogging torque, back-EMF constant and d-q-axes inductances. The circle diagram is used to illustrate the maximum operation area of each rotor. Finally, the T-N curves are established from the circle diagram to reflect the variation of the maximum toque and speed zones of distinct rotors, in order to provide relevant designers with bench mark for IPM motors.

中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII

第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 4
1.3 本文架構 5

第二章 內藏式永磁同步馬達之特性與原理 6
2.1 永磁馬達之轉子型態 6
2.2 內藏式永磁同步馬達特性 8
2.3 永磁馬達d-q軸動態方程式 9
2.3.1 d-q軸電感關係式 11
2.3.2 圓線圖法（Circle diagram） 13
2.3.2.1 圓線圖法之電壓方程式 14
2.3.2.2 圓線圖法之電流方程式 17

第三章 內藏式永磁同步馬達分析 19
3.1 Maxwell模組設定 21
3.1.1 Maxwell EM 2D 靜磁場模組建模 21
3.1.2 Maxwell EM 2D 暫態模組建模 23
3.2 電動機車馬達模擬結果 23
3.2.1 頓轉扭矩 23
3.2.2 反電動勢常數值及波形 24
3.2.3 電磁轉矩 27
3.2.4 電感 29
3.3 內藏式永磁同步馬達之圓線圖 31

第四章 四種內藏式永磁同步馬達分析 35
4.1 轉子尺寸 36
4.2 性能模擬比較 39
4.2.1 頓轉扭矩 39
4.2.2 反電動勢常數值及波形 41
4.2.3 電磁轉矩 46
4.2.4 電感 50
4.3 三種內藏式永磁同步馬達之圓線圖 53

第五章 結論與建議 57

參考文獻 59

[1]Ansoft Corporation, Maxwell 2D field simulator user reference, 2000.
[2]C. C. Chen, “The state of the art of electric and hybrid vehicles,” Proceedings of the IEEE, vol. 90, pp. 247-275, 2002.
[3]Dal Y. Ohm, “Dynamic model of PM synchronous motors,” 2003, http://www.drivetechinc.com.
[4]H. W. Beaty and J. L. Kirtley, Electric Motor Handbook. New York: McGraw-Hill, 1998.
[5]S. Morimoto, Y. Takeda, and T. Hirasa, “Expansion of operating limits for permanent magnet motor by current vector control considering inverter capacity,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 26, pp. 866-871, 1990.
[6] T. M. Jahns, G. B. Kliman, T. W. Neumann, “Interior permanent-magnet synchronous motors for adjustable-speed drives,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 22, pp. 738-747, 1986.
[7]T. J. E. Miller, Brushless Permanent Magnet and Reluctance Motor Drive. New York: Oxford University Press, 1989.
[8]T. J. E. Miller, and J. R. Hendershot, Design of Brushless Permanent-Magnet Motors. New York: Oxford University Press, 1994
[9] D. C. Hanselman, Brushless Permanent-Magnet Motor Design. New York: McGraw-Hill, 1994.
[10]Kawasaki Steel Corporation, RM-Core, Japan, 1998.
[11]謝孟憲，不平衡電壓下三相感應電動機新型圓線圖法之開發，國立雲林科技大學電機工程技術研究所，碩士論文，2000。
[12]何世江，控制用交流馬達設計課程講義，國立清華大學動力機械工程學系，1999。
[13]陳秋麟 與 王順忠，電機機械基本原理。台北：台灣東華書局，2002。
[14]茆尚勳，直驅式跑步機用直流無刷馬達之設計，國立成功大學機械工程學系碩士論文，2002。
[15]陳皇佑，無刷直流馬達高性能轉矩控制設計在動力系統之應用，國立成功大學機械工程學系碩士論文，1999。
[16]陳雙穩，永磁無刷馬達之繞線結構對性能影響之研究，國立成功大學機械工程學系碩士論文，2001。
[17]張琛，直流無刷電動機原理及應用。北京：機械工業出版社，1999。
[18]翁銘鴻，新型風扇馬達之電腦輔助設計與分析，國立成功大學機械工程學系碩士論文，2001。
[19]鄒繼斌，劉寶廷，崔淑梅，與 鄭萍，磁路與磁場。哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1998。
[20]賴益志，無刷直流馬達之磁路特性分析，國立成功大學機械工程學系碩士論文，2000。