《永磁电机之电磁设计与性能分析.》.pdf

永磁電機之電磁設計與性能分析 Electromagnetic Design and Performance Analysis of PM Machines 計畫編號： NSC 95-2221-E-035-134 執行期間：95/08/01 ~ 96/07/31 主持人：黃昌圳 逢甲大學電機工程研究所 中文摘要 本計劃以開發高效率永磁電機為研究重心。首先，設計永磁電機的雛型，再應用有限元素法 作電磁場分析，求取電機的各種參數。為了達到高效率的目標，本計畫第一部份利用田口法對表 面型永磁馬達的結構參數作最佳化。第二部份主要配合國際合作對象日本方面所提的損失模型， 針對內藏型永磁馬達，計算電機各部份的損失，建立永磁電機 3D 熱傳分析模型，並推導對流係數、 熱傳導係數 …等熱傳參數，進行穩態熱傳場分析，以了解電機內部溫度分佈情形，作為提高馬達 效率的參考。 關鍵字 ：表面型及內藏型永磁電機、電磁場分析、田口法、熱傳分析、溫度分佈 Abstract The major purpose of this project is to develop the key technologies of high efficiency permanent magnet (PM) machines. First, the prototype of the PM machine is designed, then the finite element field analysis is employed to obtain the parameters of the machine. To obtain a high efficiency, the Taguchi method is employed to optimize a surfaced-mounted PM (SPM) motor in the first part of the project. In the second part of the project, a loss model proposed by the Japanese collaborative research team is used to calculate the losses of an interior PM (IPM) motor. Then a 3D thermal analysis model of the IPM machine is established and thermal parameters, such as convection exchange coefficient, thermal conductivity coefficient etc. are derived. The temperature distribution within the machine is obtained using 3D steady state thermal analysis. Keywords: SPM and IPM motors, Electromagnetic field analysis, Taguchi method, Thermal analysis, Temperature distribution 一、前言 進入廿一世紀，人類正面臨能源短缺、環境污染及溫室效應等棘手問題。為 因應能源的短缺，除必須積極開發再生能 源的利用外，另外，也必須從節省能源 著手。根據調查馬達等驅動裝置耗能佔全部電能 58%[1] ，這項數據意味著選用高 效率的電動機及其驅動器，對節省能源有相當大的幫助。近年來，隨著新永磁材 料的開發及電力電子元件的進步，不但加速了永磁電機驅動系統的研發腳步，同 時也提昇了它的應用領域，因為其驅動系 統不但具備高功率密度及高效率的特 性，亦可以滿足省能及小型化的要求，漸漸取代傳統馬達設計，故對