陽毅平臺灣大學：機械工程學研究所莊璫旭Chuang, Down-XuDown-XuChuang2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61473軸向磁通永磁式直流無刷馬達具備了高扭力、高力矩密度及高效率等優點，適合應用在直驅式電動汽車車輪馬達上。首先針對電動汽車馬達的設計與要求做評估，將評估的結果做為馬達設計的限制條件。本文的主旨在於利用建立簡化的馬達力矩方程式及電壓方程式來計算軸向磁通馬達的效能，並且配合多目標函數最佳化軟體，在特定的空間及材料特性限制下，針對特定的目標或規格進行多目標函數最佳化。再將最佳化幾何尺寸做3維有限元素電磁分析軟體做驗證，並且利用3維有限元素電磁分析軟體做細部的調整，使得馬達的重量及力矩鏈波可以再獲得改善。本文的主旨之二是希望利用這套設計的流程，可以設計出符合電動汽車規格要求的馬達，並且達到高力矩輸出、高轉速、高效率及輕量化的目標。Axial-flux permanent magnet motors have the advantages of high torque and high torque density and high efficiency. Before the design of electric vehicle, it is necessary to know the requirement of it. The requirement should be include at least the maximum torque, the maximum speed and the rated power for propulsion. The performance of the motor would set to the constraint of the optimal design. The first topic of this thesis is using energy method to establish the simplified torque equation, and the voltage equation is used to calculate the other performances of the motor. At the constraint of finite space and geometry, the optimal theory can help to find the best performance by changes of design variable. The Multi-Object System Tool (MOST) is used to make Optimization possible. The Optimal results are investigated by 3D Finite-Element Analysis (FEMA) Electromagnetic analysis software. According to the results of 3D FEMA Electromagnetic, some detail geometry can be modified without changing the optimal results to achieve better performance, like lightening weight and minimizing the torque ripple of the motor. The second topic of this thesis is to use this optimal design process to design high torque output, high speed, high efficiency and light weight motor for electric vehicle.誌 謝 I 中文摘要 II 英文摘要 III 目錄 IV 圖目錄 IX 表目錄 VIII 符號說明 XI 第 1 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 6 第 2 章 電磁模型 8 2-1 磁場及磁路 8 2-2導磁材料 12 2-3 感應電壓及電感 16 2-4 儲能及力矩之計算 18 第 3 章 馬達模型 26 3-1 馬達幾何結構 26 3-1-1 馬達的幾何變換 27 3-1-2 定子槽口設計 28 3-1-3 馬達的幾何變換 31 3-1-4 最小磁路模型假設 33 3-2 力矩方程式的建立 35 3-2-1 磁動勢分佈 36 3-2-2 氣隙分佈 37 3-2-3 輔能和力矩的計算 39 3-2-4 力矩方程式的修正 41 3-3 銅損、相電感及驅動電壓的計算 44 3-3-1 銅損計算 44 3-3-2 相電感計算 47 3-3-3 驅動電壓計算 51 3-3-4 體積、重量、銅損、鐵損、效率的計算 53 3-3-5 磁導係數、磁鐵工作點的計算 54 第 4 章 汽車馬達動力系統設計 56 4-1 汽車動力結構 56 4-1-1電動汽車結構 59 4-1-2 行星齒輪輪內結構 62 4-1-3 直驅式車輪馬達結構 64 4-2 馬達動力估測 67 4-2-1 加速力、風阻、摩擦力 67 4-2-2 汽車動力估測 71 4-2-3 額定力矩及轉速、極速力矩及轉速 75 4-2-4 馬達動力輸出 79 第 5 章 馬達參數最佳化設計 84 5-1 基本幾何尺寸及假設 85 5-1-1 轉子變數 86 5-1-2 定子變數 87 5-1-3 其他變數 88 5-2 目標函數的建立 89 5-2-1 最大輸出力矩 90 5-2-2 額定效率 91 5-2-3 最高轉速 92 5-2-4 力矩密度 93 5-2-5 力矩鏈波 93 5-3 限制條件 93 5-4靈敏度分析與馬達設計變數的決定 97 5-4-1 定子齒極數Ns 102 5-4-2 內徑Ri 103 5-4-3 外徑Ro 105 5-4-4 磁鐵分數σ 106 5-4-5 磁鐵厚度dr 108 5-4-6 齒寬分數5300284 bytesapplication/pdfen-US電動汽車最佳化設計車輪馬達有限元素分析Electric Vehiclein-wheel motorfinite element analysisOptimal Designthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61473/1/ntu-93-R90522828-1.pdf