| 主权项 |
1.一种可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其包括以下步骤:A、建立该马达之磁路模型,计算其于预定条件下的气隙磁能复进而求得力矩;再将其多数定子极与转子磁铁展开成线性马达;另将转子分为两半,以于作后述之分析时可仅考虑单一边组在气隙产生的磁场;A1.分析磁动势分布:藉转子不同位置之移动,以分析其由转子磁铁与定子绕线所产生的磁动势总和;A2.分析气隙磁通密度分布:系以有效气隙及磁动势分布来计算;A3.计算气隙辅能与力矩;B、进行最佳化设计:B1.利用多目标函数最佳化设计软体来进行;B2.设定目标函数;B3.考虑无法避免的限制条件;B4.灵敏度分析:藉以找出会影响马达力矩及效率上的马达参数。2.如申请专利范围第1项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其中之磁路模型,其系计算其于不同转子与定子相对位置下的气隙磁能,进而计算磁能随转子移位角的变化以求得力矩;且系将其三定子极与二转子磁铁展开成线性马达;又其将转子分为两半,俾利于作尔后分析时可仅考虑单一边组定子和厚度一半的转子在气隙产生的磁场。3.如申请专利范围第1项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其中之分析磁动势分布,主要系于转子移动到不同位置时,以分析其由转子磁铁与定子绕线所产生的磁动势总和。4.如申请专利范围第1项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其中之设计目标函数,系包括:(1)在单位电流驱动下,产生最大力矩;(2)在最小马达重量下,产生最大的力矩,即最大力矩密度;(3)在最小铜损和铁损的情况下,产生最大的额定效率。5.如申请专利范围第1项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其中之无法避免的限制条件系为:(1)马达外径须大于马达内径;(2)定子齿极在内径处的距离须大于1.5 mm,转子中梯型磁铁在内径处的距离须大于2.0mm;(3)定子齿槽口宽须大于1.8倍气隙厚度;(4)定子槽口宽和定子节距比値须小于0.35;(5)定子齿鞋高和齿根宽须介于0.25和0.5之间;(6)磁铁的磁导工作系数须大于4;(7)定子轭铁,转子矽钢片磁通密度须小于矽钢片材料最大磁通密度1.8特斯拉;(8)定子绕线电流密度须小于9*106安培/平方公尺;(9)马达最高转速须大于1000rpm;及(10)马达轴长之限制。6.如申请专利范围第1项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其中之灵敏度分析,系可找出:马达内径(Ri)、气隙厚度()、转子厚度(dr)、槽口宽比(Wso/s,其中s为定子节距);磁铁分数(Wrm/r,r为转子节距)、转子矽钢分数(Wsr/r )、齿宽分数(Wtb/s)、定子绕线层数(na)、单层绕线匝数(nb)、绕线线径(dw)。7.一种可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其包括以下步骤:A、建立扁平式轴向磁通马达之磁路模型,计算其于不同转子与定子相对位置下的气隙磁能,进而计算磁能随转子移位角的变化以求得力矩;且将其三定子极与二转子磁铁展开成线性马达;另将转子分为两半,以于作后述之分析时可仅考虑单一边组定子和厚度一半的转子在气隙产生的磁场;A1.分析磁动势分布:于转子移动到不同位置时,以分析由转子磁铁与定子绕线所产生的磁动势总和;A2.分析气隙磁通密度分布:系以有效气隙及磁动势分布,来计算气隙磁通密度分布;A3.计算气隙辅能与力矩;B、进行最佳化设计:B1.利用多目标函数最佳化设计软体来进行;B2.设定目标函数:(1)在单位电流驱动下,产生最大力矩;(2)在最小马达重量下,产生最大的力矩,即最大力矩密度;(3)在最小铜损和铁损的情况下,产生最大的额定效率;B3.考虑无法避免的限制条件:(1)马达外径须大于马达内径;(2)定子齿极在内径处的距离须大于1.5 mm,转子中梯型磁铁在内径处的距离须大于2.0mm;(3)定子齿槽口宽须大于1.8倍气隙厚度;(4)定子槽口宽和定子节距比値须小于0.35;(5)定子齿鞋高和齿根宽须介于0.25和0.5之间;(6)磁铁的磁导工作系数须大于4;(7)定子轭铁,转子矽钢片磁通密度须小于矽钢片材料最大磁通密度1.8特斯拉;(8)定子绕线电流密度须小于9*106安培/平方公尺;(9)马达最高转速须大于1000rpm;及(10)马达轴长之限制;B4.灵敏度分析:以找出会影响马达力矩及效率上的马达部位:马达内径(Ri)、气隙厚度()、转子厚度(dr)、槽口宽比(Wso/s,其中s定子节距);磁铁分数(Wrm/r,r为转子节距)、转子矽钢分数(Wsr/r)、齿宽分数(Wtb/s)、定子绕线层数(na)、单层绕线匝数(nb)、绕线线径(dw)。8.如申请专利范围第1.2.3.4.5.6或7项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其中之磁动势总和系为其中Fs=nsI单极定子磁动势,由定子绕线匝数ns,和绕线电流I构成;Fr=1/2Hcdr是转子磁动势,由一半的转子磁铁保磁力(coersive force)和厚度dr构成。9.如申请专利范围第1.2.3.4.5.6或7项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其中之气隙磁通密度分布之计算系为其中,0为空气的导磁系数,(x,s)为有效气隙长度。10.如申请专利范围第1.2.3.4.5.6或7项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其中之气隙辅能及力矩的计算分别为其中Ro,Ri分别是该马达外径和内径,在某方电流驱动下,单位电流所产生的力矩,即力矩常数。11.如申请专利范围第1.2.3.4.5.6或7项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其系可进一步进行有限元素分析,以验证最佳化设计的正确性。12.如申请专利范围第11项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其中之有限元素分析,分析工具系为电磁分析商用软体(COSMOS),由于该马达系为三度空间圆柱结构,在分析上有其复杂性,故须采用二度空间平面展开方式来简化分析。13.如申请专利范围第12项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达设计方法,其中该马达之最佳设计尺寸,系利用非线性有限元素电磁分析,以得到磁通密度之分布图。14.一种藉由申请专利范围第1或7项所述方法制成之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,其基本架构系为一个扁平式轴向磁通直流无刷马达,其由二片定子夹着一片转子构成,由三相独立电流驱动,每片定子极数为24极,左右二片定子共48极,转子为圆盘状结构,在外圆环带上置放16个梯型磁铁,相邻磁铁的极性相反;定子极绕线方式系采单极独立绕线,组装在定子座上后,在各片定子上,每隔二个定子极再并联,即将每片定子单侧8极绕线分成4组;且其每相之间不连成通路,即无中性点,为三相独立的接法,又其各相绕线系汇整在分电盘上,并由马达轴心空洞中拉出,而再连接到驱动器上。15.如申请专利范围第14项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,其系可进一步使其驱动电流波形为最佳化。16.如申请专利范围第15项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,该马达主要系:于一空心轴上系以对称之方式穿套有以两叠合并嵌具磁铁之转子为界的:定子支持座、配电盘组、定子及定子座;两定子支持座之一侧系相互叠接,另侧则各抵接于相应之定子座一侧,且定子座该侧并固设有恰与转子磁铁相应之定子,各定子中央并各具设一配电盘组;两定子座及两定子支持座均系与空心轴间形成卡接状;两定子支持座所因叠合而于周缘处形成环凹状之处,乃恰可具设转子复为转子之回转依据;空心轴并具限制手段,以将前述所套接之各部件予以限制在空心轴中段处;前述空心轴两端系各轴伸一各套设有培林之杆部,该两培林各被嵌置于两可相对罩合之转子外盖的凹陷槽内,两杆部乃分别凸出于各该转子外盖;转子之外缘系与两转子外盖之外缘及车轮框之内缘相互螺接,使转子可带动两转子外盖及车轮框回转者。17.如申请专利范围第15项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,该马达主要系包括:一空心轴,其两端各具相对且口径较小之两杆部,空心轴之轴面系轴向具有一沟槽,并于该空心轴与各该杆部间分别形成有具最大口径之大凸缘及具螺纹之小凸缘;于该空心轴上,系以两对称并叠合之转子为界,而对称各穿套有:定子支持座、配电盘组、定子及定子座;该一定子座之一侧系嵌抵于前述空心轴之大凸缘,另一定子座之该侧则嵌抵一定子固定体;各该定子座之另侧则各固设一定子,于各该定子中央并各设置一配电盘组;各该定子支持座之一侧的外缘,系各先穿过前述各该配电盘组中央,而再抵接于各该定子座;且两定子支持座之另侧则适相对叠接于前述两转子之中央穿插孔处;各该转子系嵌设有数目与定子之定子齿相对之磁铁;前述空心轴两端之杆部,系各套设一培林,且该两培林系各被嵌置于两可相对罩合之转子外盖的凹陷槽内,使两杆部分别凸出于各该转子外盖;前述转子之外缘系与两转子外盖之外缘及车轮框之内缘相互螺接;一定子固定体则螺设于前述空心轴之小凸缘,以藉之而将定子支持座、配电盘组、定子、定子座、及转子予以限制于定子固定体与大凸缘间之空心轴上;定子座及定子支持座之中央穿插孔内缘系均具与前述空心轴之沟槽相对应之缺槽,俾藉由一插销之插入该沟槽而能同时嵌卡各该具有缺槽之定子座及定子支持座,故不回转;空心轴之两外凸杆部则系与车体结构接设者。18.一种藉由申请专利范围第11项所述方法制成之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,该马达主要系:于一空心轴上系以对称之方式穿套有以两叠合并嵌具磁铁之转子为界的:定子支持座、配电盘组、定子及定子座;两定子支持座之一侧系相互叠接,另侧则各抵接于相应之定子座一侧,且定子座该侧并固设有恰与转子磁铁相应之定子,各定子中央并各具设一配电盘组;两定子座及两定子支持座均系与空心轴间形成卡接状;两定子支持座所因叠合而于周缘处形成环凹状之处,乃恰可具设转子复为转子之回转依据;空心轴并具限制手段,以将前述所套接之各部件予以限制在空心轴中段处;前述空心轴两端系各轴伸一各套设有培林之杆部,该两培林各被嵌置于两可相对罩合之转子外盖的凹陷槽内,两杆部乃分别凸出于各该转子外盖;转子之外缘系与两转子外盖之外缘及车轮框之内缘相互螺接,使转子可带动两转子外盖及车轮框回转者。19.如申请专利范围第18项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,其中之有限元素分析,分析工具系为电磁分析商用软体(COSMOS),由于该马达系为三度空间圆柱结构,在分析上有其复杂性,故须采用二度空间平面展开方式来简化分析。20.如申请专利范围第19项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,其中该马达之最佳设计尺寸,系利用非线性有限元素电磁分析,以得到磁通密度之分布图。21.如申请专利范围第20项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,其中之该马达,其基本架构系为一个扁平式轴向磁通直流无刷马达,其由二片定子夹着一片转子构成,由三相独立电流驱动,每片定子极数为24极,左右二片定子共48极,转子为圆盘状结构,在外圆环带上置放16个梯型磁铁,相邻磁铁的极性相反;定子极绕线方式系采单极独立绕线,组装在定子座上后,在各片定子上,每隔二个定子极再并联,即将每片定子单侧8极绕线分成4组;且其每相之间不连成通路,即无中性点,为三相独立的接法,又其各相绕线系汇整在分电盘上,并由马达轴心空洞中拉出,而再连接到驱动器上。22.如申请专利范围第21项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,其系可进一步使其驱动电流波形为最佳化。23.一种藉由申请专利范围第11项所述方法制成之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,该马达主要系包括:一空心轴,其两端各具相对且口径较小之两杆部,空心轴之轴面系轴向具有一沟槽,并于该空心轴与各该杆部间分别形成有具最大口径之大凸缘及具螺纹之小凸缘;于该空心轴上,系以两对称并叠合之转子为界,而对称各穿套有:定子支持座、配电盘组、定子及定子座;该一定子座之一侧系嵌抵于前述空心轴之大凸缘,另一定子座之该侧则嵌抵一定子固定体;各该定子座之另侧则各固设一定子,于各该定子中央并各设置一配电盘组;各该定子支持座之一侧的外缘,系各先穿过前述各该配电盘组中央,而再抵接于各该定子座;且两定子支持座之另侧则适相对叠接于前述两转子之中央穿插孔处;各该转子系嵌设有数目与定子之定子齿相对之磁铁;前述空心轴两端之杆部,系各套设一培林,且该两培林系各被嵌置于两可相对罩合之转子外盖的凹陷槽内,使两杆部分别凸出于各该转子外盖;前述转子之外缘系与两转子外盖之外缘及车轮框之内缘相互螺接;一定子固定体则螺设于前述空心轴之小凸缘,以藉之而将定子支持座、配电盘组、定子、定子座、及转子予以限制于定子固定体与大凸缘间之空心轴上;定子座及定子支持座之中央穿插孔内缘系均具与前述空心轴之沟槽相对应之缺槽,俾藉由一插销之插入该沟槽而能同时嵌卡各该具有缺槽之定子座及定子支持座,故不回转;空心轴之两外凸杆部则系与车体结构接设者。24.如申请专利范围第23项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,其中之有限元素分析,分析工具系为电磁分析商用软体(COSMOS),由于该马达系为三度空间圆柱结构,在分析上有其复杂性,故须采用二度空间平面展开方式来简化分析。25.如申请专利范围第23项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,其中该马达之最佳设计尺寸,系利用非线性有限元素电磁分析,以得到磁通密度之分布图。26.如申请专利范围第25项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,其中之该马达,其基本架构系为一个扁平式轴向磁通直流无刷马达,其由二片定子夹着一片转子构成,由三相独立电流驱动,每片定子极数为24极,左右二片定子共48极,转子为圆盘状结构,在外圆环带上置放16个梯型磁铁,相邻磁铁的极性相反;定子极绕线方式系采单极独立绕线,组装在定子座上后,在各片定子上,每隔二个定子极再并联,即将每片定子单侧8极绕线分成4组;且其每相之间不连成通路,即无中性点,为三相独立的接法,又其各相绕线系汇整在分电盘上,并由马达轴心空洞中拉出,而再连接到驱动器上。27.如申请专利范围第26项所述之可同时达到最佳效率及最大转矩之扁平式轴向磁通直流无刷马达,其系可进一步使其驱动电流波形为最佳化。图式简单说明:第一图 系为本发明之磁路模型;第二图 系为本发明磁动势分布和定、转子齿形的关系;第三图 系为本发明之气隙磁通密度分布图。第四图 系为本发明之最佳驱动电流图;第五图 系为本发明在马达最佳化设计时所使用的某方驱动电流;第六图 系为本发明之马达的几何参数示意图;第七图 系为本发明最佳化设计结果的定子轭铁示意图;第八图 系为本发明最佳化设计结果的矽钢堆叠示意图;第九图 系为本发明最佳化设计结果的转子示意图;第十图 系为本发明有限元素电磁分析之分析模型;第十一图 系为本发明利用非线性FEM电磁分析所得之磁通向量图;第十二图 系为本发明利用非线性FEM电磁分析所得之磁通密度分布图;第十三图 系为本发明之马达架构示意图;第十四图 系为本发明之马达的最佳化设计结果的输出性能;第十五图 系为本发明最佳化马达架构之立体分解图;第十六图 系为本发明最佳化马达架构之立体组合图;第十七图 系为本发明最佳化马达架构之组合剖面图;第十八图 系为本发明最佳化马达架构之直接使用于车轮的示意图。 |
