顿转转矩分析.pdf

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1、電動機導論電動機導論頓轉扭矩分析頓轉扭矩分析授課教師：蔡明祺教授國立成功大學馬達科技研究中心第1頁NCKUElectricMotorTechnologyResearchCenter頓轉扭矩頓轉扭矩(coggingtorque)(coggingtorque)分析分析何謂頓轉扭矩－在含有永久磁石的直流無刷馬達中，因磁石與槽齒間的磁交互作用，會因不同的相對位置，而有不同的作用力，所以馬達在不激磁旋轉的狀態下，會產生週期性的力矩變化，稱之為頓轉扭矩。頓轉扭矩的影響－頓轉扭矩會造成馬達的振動與噪音，除了會影響馬達本身的壽命外，也會

2、使馬達使用之精密度受到限制。如何消除或降低頓轉扭矩的產生，又能保有直流無刷馬達的特性，是朝向高精密度馬達發展的一項重要課題。國立成功大學馬達科技研究中心第2頁NCKUElectricMotorTechnologyResearchCenter頓轉扭矩分析頓轉扭矩分析statorNSSNrotor國立成功大學馬達科技研究中心第3頁NCKUElectricMotorTechnologyResearchCenter以此外轉子以此外轉子型馬達為例型馬達為例四極外轉子電動機，定子凸極部分，氣隙沿順時針方向逐漸增大。在無電流激磁狀態（

3、如圖），轉子磁極停置在氣隙狹小的部分。若向CCW（CW）方向略為轉動，則出現CW（CCW）方向轉矩，轉子會產生返回穩定點的作用。國立成功大學馬達科技研究中心第4頁NCKUElectricMotorTechnologyResearchCenterstatorNSSN穩定點rotorCWCCW頓轉扭矩（往CCW轉不穩定點動）轉子位置與轉矩關係圖如上，在頓轉扭矩部分，其穩定點產生在曲線零轉矩點且切線為負斜率處。穩定點與穩定點間轉矩為零處，為不穩定點，很少外力就會向任何方向轉動。線圈電流激磁時，轉矩與轉動角關係變為（b）曲線。電

4、流曲線零點比頓轉扭矩零點略為左側（CCW方向），若加入霍耳元件使電流產生換向動作，線圈與磁石產生之轉矩為（b）曲線上半部分；與曲線（a）合成（b’）曲線，看出可避開死點而做穩定動作。頓轉扭矩分析頓轉扭矩分析coggingtorque之穩定零點時下列兩種狀況相同此情況下磁儲能最高NSSN國立成功大學馬達科技研究中心第6頁NCKUElectricMotorTechnologyResearchCenter頓轉扭矩分析頓轉扭矩分析coggingtorque之不穩定零點時下列兩種狀況相同此情況下磁儲能最低SNNS國立成功大學馬達科

5、技研究中心第7頁NCKUElectricMotorTechnologyResearchCenter頓轉扭矩分析頓轉扭矩分析不穩點的磁通分佈穩點的磁通分佈國立成功大學馬達科技研究中心第8頁NCKUElectricMotorTechnologyResearchCenter頓轉扭矩分析頓轉扭矩分析一般是以定子凸極數與轉子磁極數之最小公倍數，作為馬達旋轉一週，其coggingtorque之週期數。如9槽12極之徑向繞組徑向氣隙型DVD，其coggingtorque之週期數為36，即10度機械角。但軸向繞組徑向氣隙型是否也是如此，

6、必須再深究。國立成功大學馬達科技研究中心第9頁NCKUElectricMotorTechnologyResearchCenter判斷判斷CoggingTorqueCoggingTorque穩定零點穩定零點如三相9槽12極：最小公倍數36故coggingtorque每10度有一穩定零點但coggingtorque之週期性判斷還必須考量馬達結構於主軸方向是否具對稱性(結構無變動)。三相9槽12極馬達：週期也為10度三明治型DVD馬達：必須考量主軸方向結構單相馬達以此法判斷，則穩定零點間隔角度恰為其coggingtorque週

7、期。國立成功大學馬達科技研究中心第10頁NCKUElectricMotorTechnologyResearchCenter降低降低頓轉扭矩的方法頓轉扭矩的方法1.以著磁方式解決2.特殊的齒數極數比3.以修改定子矽鋼片外型解決3D模擬光電所及部分學術單位定子修弧國立成功大學馬達科技研究中心第11頁NCKUElectricMotorTechnologyResearchCenter降低降低頓轉扭矩的方法頓轉扭矩的方法sNNsairgapairgap(a)Generalmagnet(b)Halbachmagnet國立成功大學馬達

8、科技研究中心第12頁NCKUElectricMotorTechnologyResearchCenter頓轉扭矩之降低頓轉扭矩之降低電能磁能機械能12dL12dRdφTiNim馬達產生之馬達產生之轉矩轉矩=−φ+motorm2dθ2dθdθ第一項為線圈所產生的磁通因氣隙磁阻變化所產生的磁阻力矩(reluctanceto