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高速手工具應用之雙定子磁通切換式永磁馬達設計
作者 高崇祐、蔡明祺、 黃柏維、陳冠銘
摘要 高轉速低扭矩之馬達相較於其他功率相同的馬達,通常擁有較佳的體積功率密度,並且在性能的表現上,除了可以應用於高速場合,亦可以搭配減速機構使整體應用於高扭矩場合,其應用領域相當廣泛。但在設計的考量上,此類馬達需要考慮轉子結構強度以及高頻的電磁損失帶來的影響,因前者可能於高速下發生磁鐵飛脫的情形,後者則可能導致馬達溫度上升,並間接增加磁鐵退磁風險。本研究以磁通切換式永磁馬達(FSPM)為基礎,利用其磁鐵是設置於定子上以及轉子僅由單一材料所構成的特性,降低退磁與結構崩解的風險。然而,以低定子槽數、低轉子極數的單定子FSPM而言,往往需要在諧波與不平衡徑向力的兩個問題中作取捨,否則會付出更大的損失在馬達性能與驅動器成本上。因此本研究延伸至雙定子構型以有效降低這些問題。在實作方面,本研究結合自黏貼矽鋼片製程實現混合式堆疊定子構型以提升組裝精度,同時搭配3D列印技術提出降低風損之轉子設計,最終建立一套設計流程,並利用有限元素軟體分析其電磁場、結構強度與流體特性,並將此原型機進行實際量測以驗證其可行性。
關鍵字 磁通切換式永磁馬達、高轉速馬達