陽毅平臺灣大學：機械工程學研究所劉至浩Liu, Chih-HaoChih-HaoLiu2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61552本文針對本實驗室之特殊設計之新型扁平式四相直流無刷車輪馬達作最佳電流驅動波形之研究。 首先，理論上利用能量法推出的馬達力矩方程式，再以數學方式，再以傅立葉級數(Fourier Series)分別對電流與反電動勢作展開，以證明當電流波形與反電動勢波形相同時，馬達最大輸出力矩。 接著利用MATLAB建立馬達磁路模型、以及有限元素軟體(Ansoft)建立3D模型，依據此兩種分析結果印證基本理論。特別地，在有限元素3D模型上，將近似反電動勢波形的電流波形解析成各種階數的弦波，以分析馬達力矩與力矩漣波的關係，尋求最佳的驅動方式。 最後，依據上述的分析，以方波、正弦波、磁路模型分析的最佳波形，以及Ansoft 3D模型分析的最佳波形作為驅動馬達的電流波形，以動力計實際測試本馬達，並比較新型馬達與三代馬達性能的差異。The thesis proposes a design of fourth generation brushless DC motor and a research of optimal driving current wave of the motor. First, torque equation of motor can be constructed by energy method. Second, we expand the current and back EMF waveform by Fourier series. And then, the analysis shows that if we want the motor having the maximum torque, the current and the back EMF waveform should be proportional. On the other hand, we establish two kinds of models. One is the motor magnetic model by MATLAB and the other is 3D-FE (finite element ) model by Ansoft. The simulation results will proof the basic theory. In 3D-FE model, we decompose the back EMF waveform into different order partial sums to analyze the relationship of torque and torque ripple. And then, we can find the optimal driving way. Finally, we take square wave, sine wave, optimal wave by motor magnetic model, and optimal wave by 3D-FE model as current waveform to test the motor’s performances and compare the performances with the 3rd generation motor目錄 致謝 I 中文摘要 II 英文摘要 III 目錄 IV 圖表目錄 I 第一章 緒論 1 1-1 研究動機與目的 1 1-2 文獻回顧 2 1-3 各章摘要 5 第二章 電磁模型與馬達力矩方程式 6 2-1 本文馬達之簡介 6 2-2 磁場及磁路 10 2-2-1 基本的磁場與磁路 10 2-2-2 永久磁鐵的磁路模型 13 2-3 磁通鏈與電感 15 2-4 感應電動勢 17 2-5 馬達力矩方程式的建立 19 2-5-1 能量不滅定理 19 2-5-2單激磁場系統 20 2-5-3複激磁場系統 22 2-5-4具有永久磁鐵之系統 24 2-5 馬達力矩方程式的探討 27 第三章 最佳電流波形 29 3-1 對正力矩與反電動勢 30 3-2 最佳電流波形與馬達反電動勢的關係 31 3-2-1 最佳電流波形的函意 31 3-2-2 最佳電流波形推導 32 3-3 馬達的等效磁路模型 38 3-3-1 磁路模型的建立 38 3-3-2 磁導的計算 40 3-3-3氣隙磁通的計算 46 3-4 最佳電流波形的尋求 49 3-5有限元素的分析 55 第四章 控制器與驅動器 67 4-1 控制架構 67 4-1-1 脈寬調變電流控制原理 68 4-1-2 油門命令、電流迴授訊號、與放大電路 69 4-1-3 光編碼器訊號 71 4-1-4 類比數位轉換器(A/D) 72 4-1-5 數位濾波 74 4-1-6 方波/最佳電流波形PWM訊號產生器 77 4-2 驅動架構 80 4-2-1 全橋驅動電路 80 4-2-2 隔離電路 83 4-2-3 過電流保護電路 84 第五章 馬達性能測試 90 5-1馬達規格與繞組結構 90 5-2測試設備 92 5-3測試項目說明 95 5-4 實驗結果 99 5-5 實驗結果說明與討論 129 第六章 結論與未來展望 137 6-1本文結論 137 6-2未來展望 140 附錄A 反電動勢與齒卡力矩的關係 142 附錄B 四代馬達原設計圖 143 參考文獻 16323583406 bytesapplication/pdfen-US驅動車輪馬達Wheel MotorDCBrushlessthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61552/1/ntu-93-R91522816-1.pdf