馬達智財聯盟 Motor Intellectual Property Alliance

永磁無刷起動發電機之設計與實現

作者	余守龍、謝旻甫
摘要	本論文以永磁式無刷電機設計觀念為基礎，設計永磁起動發電機(Permanent Magnet Stater Alternator, PMSA)，並以直驅方式起動轉子引擎(Wankel Engine)，當轉子引擎順利運轉後便帶動PMSA提供負載用電，取代傳統的直流有刷起動馬達與發電機，便可減少空間與重量、降低機械損耗摩擦，達到提升效率之目的。本論文PMSA主要是採用高性能稀土類磁鐵，不僅使功率密度提高，重量減輕，而且維護方便，可靠度及效率皆有所提升，但是應用於大型的PMSA，即會產生組裝困難之問題。因此本論文將結合「後充磁法」(Post-Assembly Magnetization, PMA)，設計出後充磁式永磁無刷起動發電機，來解決大型PMSA之組裝問題。本論文將依負載需求，規劃出永磁式起動發電機之設計條件與後充磁之限制，並以電機理論與等效磁路設計PMSA雛形及尺寸，並加入繞線與電氣方面的設計，最後透過有限元素分析模擬PMSA磁路特性與性能。另外，在後充磁方面，透過模擬分析並找出轉子相對位置與充磁所需之電流，並提出槽極比為3倍的充磁法。此充磁法不需計算角度，且可應用於各種接線方式，可與充磁機的規格作匹配上的調整，再透過實驗與模擬交又驗證其正確性。並整理出完整的充磁外部接線方式和充磁轉子相對位置，最後以一次充磁與二次充磁作完整比較與探討。實驗部分，PMSA在馬達模式能夠提供足夠轉矩帶動轉子引擎順利運轉，而在發電機模式時能夠符合轉換條件3000rpm與額定條件6500rpm下的規格。並結合後充磁方式，與前充磁作完整的分析與比較，最後，量測與實驗結果符合理論設計，達成永磁起動發電機結合後充磁法之設計與研發之目的。
關鍵字	馬達設計；發電機設計；永磁無刷電機；後充磁；轉子引擎