永磁直流无刷风扇马达效能分析

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1、永磁直流無刷風扇馬達效能分析編編編撰編撰撰撰：：：：勢流科技陳桂村/崇貿崇貿科技崇貿科技楊鎮嘉(A)分析標的一般電動機依據給定的額定值和相關技術性能要求，達到其開發與生產。而在馬達將電能轉換為機械能而旋轉的過程，其中的輸出效率可以藉由加入若干設計特性(如：各部份尺寸、幾何形狀)的考慮，而獲致較優的效能提升。然而，就諸多尺寸外觀有關的參數，借助於電磁模擬而進行幾何最佳設計，無疑是有效、方便的做法。本範例對一款外轉子無刷直流風扇馬達的尺寸(如：氣隙寬度)以及外觀(如：在定子齒部側緣加入凹痕)實施JMAG電磁模擬，分析其對馬達運轉效能的改良，同時也進行馬達空載

2、的效率分析，並且與相關的實測數據驗證、比較。(B)馬達的規格用於本範例中之外轉子風扇馬達的規格如下所列：Fig.1-1外轉子風扇馬達的外轉子風扇馬達的外外轉子風扇馬達的外外外形形形形FT005-永磁直流無刷風扇馬達效能分析06/24/20111/25Table1-1馬達規格極數10槽數12匝數950匝/槽電阻70Ω/相線圈繞組方式集中繞組,參考Fig.1-2連接方式Y-接旋轉速度200[rpm]定子鐵心半徑：63.5[mm],積厚：15[mm]轉子鐵心半徑：75.5[mm],積厚：15[mm]氣隙3[mm]Table1-2材料性質組件組件組件磁化性質磁化

3、性質磁化性質機械性質機械性質機械性質相對導磁率：軸桿軸桿軸桿NipponSteel:50H600--參Fig.1-3的BH曲線相對導磁率：定子鐵心定子鐵心定子鐵心NipponSteel:50H1300疊層因數(%)：98參Fig.1-4的BH曲線相對導磁率：軛軛軛鐵軛鐵鐵鐵NipponSteel:50H1300--參Fig.1-4的BH曲線反衝相對導磁率：磁化樣式：參Fig.1-6磁鐵磁鐵磁鐵TDK:FB5H:20.0[[Celsius]]RadialPattern(CircularDirection)參Fig.1-5線圈線圈線圈相對導磁率：1--[註註

4、註：破折號表示未被參照的導磁性質註]FT005-永磁直流無刷風扇馬達效能分析06/24/20112/25Fig.1-2各相各相線圈繞組方式各相線圈繞組方式Fig.1-3軸桿(NipponSteel:50H600)的的的BH曲線FT005-永磁直流無刷風扇馬達效能分析06/24/20113/25Fig.1-4定子鐵心定子鐵心、定子鐵心、、、軛鐵軛鐵(NipponSteel:50H1300)的的的BH曲線Fig.1-5磁鐵(TDK:FB5H:20.0[[Celsius]])的的的BH曲線FT005-永磁直流無刷風扇馬達效能分析06/24/20114/25Fi

5、g.1-6磁磁磁鐵的磁鐵的鐵的磁化方向鐵的磁化方向(C)分析結果有關馬達無載分析方面，展示各別參數條件的頓動轉矩的比較，馬達空載分析方面，除了展示與效能相關的各項損耗、N-T/N-I特性曲線以及效率，並且包含與實測數據的結果比較。詳細的顯示操作步驟請參考第(E)節的說明，相關結果的圖式後處理，可參考(F)節的敘述實施。值得注意的是：本文內容所使用的JMAG電磁分析軟體係為[v.9.1]的版本，其尚無法計算磁鐵的渦流損耗，即相關模擬結果均未將這項數據列入；然而，JMAG[v.10]版則已具備此一分析功能。C-1尺寸外觀的影響Fig.2-1圖示三個納入考量的

6、外觀尺寸參數。Fig.2-2顯示頓動轉矩幅值較小的四種模型的比較結果。Table2-1顯示相關尺寸參數組合模型列表，以及頓動轉矩做為目標的比較結果。明顯地，就改善頓動轉矩而言，定子側緣凹槽的設計是的主要影響因素；如[E]組合條件的結果所示，其不僅頓動轉矩幅值較小，而且在一個頓動週期(6度)內的轉矩波形較為平順，亦即無次漣波。另外，本範例後續內容所探討的各項結果數據，皆共同採取Table2-1中[E]組合條件的模型實施電磁模擬與分析，以利在最相近的各項條件基準，來與實測結果驗證。FT005-永磁直流無刷風扇馬達效能分析06/24/20115/25Fig.2

7、-1尺寸外觀有關的參數尺寸外觀有關的參數圖示尺寸外觀有關的參數圖示Table2-1馬達尺寸優化參數結果比較氣隙長度(mm)定子側緣凹槽磁鐵寬度(mm)頓動轉矩幅值(Nm)[A]1.5有280.00379[B]1.5有300.00145[C]1.5無280.02581[D]1.5無300.02675[E]3.0有280.00136[F]3.0有300.00182[G]3.0無280.00553[H]3.0無300.027730.004(A)0.003(B)(E)0.002(F)0.001(Nm)0.000036912轉矩0.0010.0020.0030.0

8、04旋轉角(m-deg)Fig.2-2頓動轉矩幅值較小的四種模型參數條件比較FT