陽毅平臺灣大學：機械工程學研究所黃偉禎Huang, Wei-ChinWei-ChinHuang2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61357本篇論文的目的是為行動不便的患者設計一新式電動輪椅馬達。新式輪椅馬達必須能提供足夠的力矩以及符合規定的轉速，並且在重量方面能盡量達到輕量化的要求，使患者在乘坐輪椅時能兼具便利及安全性。 本新式輪椅馬達的結構，主要透過一內部裝設有許多磁鐵的手輪管作為轉子，及一個固定馬達軸心的定子，以構成此馬達的驅動結構。在馬達變數設計方面，首先必須針對電動輪椅馬達的設計與要求作評估，將評估的結果作為馬達設計的條件，並使用多目標函數最佳化軟體，針對特定的目標和規格進行馬達性能的最佳化設計，並使用3維有限元素分析軟體作功能驗證。最後依據設計規格製作成雛型，在動力計上作測試的結果，手輪馬達的感應電動勢常數達4.5rpm/volt，力矩常數可達0.26kgm/Amp。This thesis proposes a novel design of a dedicated rim motor for electric wheelchairs. This rim motor consists of a rotor and two sectors of stator on each wheel. The rotor is an assembly of magnets plugged in the tube of rim, while the stator is 45 degree fan-shape plate. Before the design of rim motor, it is necessary to analyze the specifications of the electric wheelchair.A 2D magnetic model of the rim motor is created to perform the optimal design by the use of the optimizer Multi-Object System Tool(MOST). The Optimal results are verified and refined by 3D Finite-Element Analysis (FEMA) electromagnetic analysis software.The prototype of rim motor is fabricated and tested on dynamometer. The experiments show that the back emf constant is 4.5rpm/volt and the torque constant is 0.26 kgm/amp.誌謝 I 中文摘要 II 英文摘要 III 目錄 IV 圖表目錄 VII 符號說明 XI 第一章 導論 1 1-1 研究動機與目的 1 1-2 文獻回顧 2 1-3 各章摘要 4 第二章 電磁模型 5 2-1 磁場及磁路 5 2-2磁性材料 10 2-3 感應電壓及電感 14 2-4 儲能之計算 16 第三章 輪椅手輪馬達介紹 25 3-1 前言 25 3-2 輪椅馬達結構圖 25 3-3 最小辭路模型假設 28 3-4 力矩方程式建立…………………………………………..30 3-4-1 磁動勢分布………………………………………..30 3-4-2 氣隙分佈…………………………………………..32 3-4-3輔能及力矩的計算………………………………....34 3-4-4力矩方程式修正…………………………………...35 3-5相電感、相電流、驅動電壓的計算………………………41 3-5-1 相電感的計算……………………………………..41 3-5-2驅動電壓的計算…………………………………....46 第四章 輪椅馬達動力系統估測 49 4-1 加速力、風阻、摩擦力…………………………….49 4-2 輪椅動力估測………………………………………..53 4-3 輪椅力矩估測………………………………………..55 4-4 馬達動力輸出………………………………………....58 4-5 比較…………………………………………………...59 第五章 馬達參數最佳化設計 62 5-1 基本幾何尺寸 62 5-1-1 轉子參數 64 5-1-2 定子參數 65 5-2 目標函數 66 5-2-1 最大輸出力矩 67 5-2-2 最高轉速 68 5-2-3 力矩密度 69 5-2-4 力矩鏈波 69 5-3 限制條件 69 5-4靈敏度分析與馬達設計變數的決定 71 5-4-1 內徑Rsi 74 5-4-2 外徑Ro 75 . 5-4-3 馬達厚度L………………………………………...76 5-4-4 磁鐵分數αm 77 5-4-5 磁鐵厚度lm 78 5-4-6 齒寬分數αs 79 5-4-7 槽口寬o 80 5-4-8 齒鞋深d2 81 5-4-9 轉子背鐵厚度mb 82 5-4-10 氣隙長度g 83 5-4-11 繞線線徑dwr 84 5-5 最佳化設計 87 5-5-1 最佳化軟體簡介 88 5-5-2 最佳化流程 89 5-6 最佳化結果 90 5-6-1 固定參數及初始值 91 5-6-2 收斂性與結果……………………………………..91 第六章 最佳化結果分析與有限元素模擬 96 6-1 建立模型 97 6-2 有限元素尺寸修正 97 6-2-1 轉子背鐵厚度 97 6-2-2 定子背鐵厚度 98 6-2-3 齒鞋深 99 6-2-4 齒寬分數 99 6-2-5 磁鐵厚度……………………………………………100 6-2-6 磁鐵分數……………………………………………101 6-2-7 槽開口分數………………………………………102 6-3 最佳化尺寸和結果 103 6-4 最佳驅動波形 106 6-5 比較 108 第七章 馬達性能測試 111 7-1 測試設備 111 7-2 測試項目-結果 115 7-3 實驗結果討論與改進方法 116 第八章 結論與未來展望 …………………………………..119 參考文獻 1211415612 bytesapplication/pdfen-US電動輪椅馬達手輪馬達electric wheelchairrim motorthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61357/1/ntu-94-R92522815-1.pdf