定子槽形改良

以下為針對定子槽形的改良，使用節距已變為10 的馬達開始新設計，定子槽 數維持48 槽，內外徑也維持原樣，主要修改的槽形參數為：槽底圓角半徑、齒寬、

槽深。設計的方式是按順序修改參數，並比較不同參數值下的效率，所分析的馬達 工作點為4000rpm 下 225N 和 90Nm、8000rpm 下 180Nm 和 72Nm，四個工作點分 別對應高低轉速下之大小功率輸出，如選擇 8000rpm 的原因是大約對應車速 80~100km/h，為高速公路之車速，4000rpm 則對應市區之車速，高功率表示為爬坡 及加速時的性能，低功率則接近定速行駛下的動力需求。

由分析不同參數值的效率模擬結果來比較何值為最適當的參數值後，繼續下 一個參數的分析，當參數都分析完後，最後再比較未改良與改良後的設計在4000、

8000、12000rpm 下的最大與額定工作點效率，確認在大部分區域效率都是提升的。

佔槽率方面，有愈大的佔槽率代表可以塞入更多或更粗的銅線，使電阻下降、

首先修改槽底圓角，從0.254mm 改為 1.524mm，增加為六倍，如此修改的原 因是因為在圖3-15 的實際繞線結果中，可以看到槽底角是無法貼齊繞線和槽紙，

結果如圖3-36，8000rpm 時效率皆隨齒寬增加而下降，4000rpm 則先增再減，

由此結果可以知道電阻增加造成的銅損增加在 8000rpm 時影響較大，磁通密度變 小在此轉速下的作用較小。但在 4000rpm 時磁通密度飽和的影響則相對較大，從 圖3-37 可以看到，定子齒寬 4mm 時齒部的磁通密度達到 1.7T，4.9mm 時則只達 到1.5T，矽鋼片 35H250 約在 1.5T 開始進入非線性磁化區，因此在磁通密度較大 的4000rpm 時齒寬縮小會使需要的磁化電流提升，在 4.3 到 4.9mm 這段因飽和還 不夠大，電阻降低減少的損失比電流提升的損失多，因此效率還有一些上升，因此 這次齒寬改良最後選擇4.0mm 做為新設計的定子齒寬。

圖3-36 定子齒寬對效率影響

(a) 定子齒寬：4mm (b) 定子齒寬：4.9mm 圖3-37 定子齒寬對磁路影響(4000rpm, 90Nm)

再來調整槽深，原始設計為20.32mm，從 19 到 23mm 進行效率模擬，結果如 圖 3-38，在 8000rpm 時槽深增加會使效率先微小的提高再降低，4000rpm 則都是 往下降，很顯然就是因為槽深增加而使定子軛部的磁通密度達到飽和，所以同樣轉 矩下需要的電流會增加，以提供足夠的磁動勢提高磁通密度維持轉矩，造成銅損大 幅增加，圖3-39 可以看到槽深為 23mm 時的定子軛部中磁通密度達到 2T 的區域 有很大一塊，19.5mm 時則大部分在 1.9T 以下。8000rpm 效率變化小的原因是因為 原本的磁通密度就比較小，可以增加更多槽深才達到飽和，同時槽深的提高也能增 加並線數，使阻降低，銅損下降，與因飽和作用的提高的銅損大致抵銷而效率在這 個變化範圍內改變不大。最後選擇定子槽深為19.5mm。

圖3-38 定子槽深對效率影響

(a) 定子槽深：19.5mm (b) 定子槽深：23mm