實驗結果與討論

6.4.1 反電動勢

利用有限元素分析軟體所分析之結果與實測值比較，圖 6-9 為三相反電動勢，

由圖中可看出三相峰值幾乎是有平衡的，但是有些微的差異，圖中的訊號 1 表示 A 相、訊號 2 表示 B 相、訊號 3 表示 C 相，B 相比 A 相反電動勢峰值小 1.8%，C 相 比 A 相小 3.1%，可能是製造上的誤差導致反電動勢的三相有些許差異。

圖 6-9 三相反電勢(500 rpm)

圖 6-10 為 A 相反電動勢的量測結果與有限元素分析的結果，模擬峰值約為 3.22V，而實測結果峰值為 3.2V，峰值差 0.6%。

圖 6-10 反電動勢波形比較(500 rpm)

由圖 6-11 之頻譜分析可知，實驗量測所得的第一諧波比例較低，只有 78.57%；

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

0

Induced voltage (V)

Time(s)

FEA Experiment

138

而有限元素分析的第一諧波較大的比例最高，因此反電動勢波形更接近弦波，實 驗值的取樣點可能因為訊號干擾造成震盪，導致頻譜分析所得的真弦度較差。

圖 6-11 反電動勢頻譜分析(A 相)

表 6-2 實驗值之反電動勢各諧波所佔比例

Harmonics 1 3 5 7 9 11 13

FEA (%) 94.43 4.572 0.173 0.158 0.246 0.221 0.184 Experiment (%) 78.57 0.264 0.040 0.022 0.022 0.064 0.120

6.4.2 效率與轉速分佈圖

圖 6-12 為效率與轉速曲線分佈圖，圖 6-12 (a) 為實測效率圖最大效率只有 66%左右，與圖 6-12 (b)有限元素分析模擬之最大效率 93%相去甚遠。在最大相電 流 14 安培下，實測所測得最大力矩為 0.99 Nm 與模擬所得 1.48 Nm，約只有三分 之二的值，效率也差距 29%，除了材料本身問題以外，硬體上的限制以及軸承的 摩擦損耗也都有可能會造成此誤差，故在下一小節會討論可能造成的損耗分析。

0 20 40 60 80 100

1 3 5 7 9 11 13

Percentage of the magnitude(%)

Harmonics

Experiment FEA

139

(a)

(b)

圖 6-12 (a)實測 (b)FEA 模擬 之效率圖

6.4.3

與討論

由上小節知模擬值與量測值之效率與力矩相差約 30%，本節將討論實驗中可 能造成損耗的原因，其原因如下:

(1)Hall sensor 擺放位置精度不足:

附件中設計圖的霍爾感測器三相機械角相差要相差 34.29 度，但是因為製造上 有公差導致角度會有落差，除此之外，霍爾感測器安裝的同心度也會影響判讀角 度，讀取的三相霍爾訊號是沒有各差 120 度電氣角，之後可在霍爾感測器裝配位 置設計與轉子同心度高的溝槽以改善角度落差問題。

140

圖 6-13 三相霍爾訊號(500 rpm)

讀取數據點之後可發現以 A 相為 180 度基準，則 B 相只有 171 度，C 相為 173 度，因此假定 B 相落後 6 度，C 相領先 8 度。

(2)磁環誤差

由於機構限制，磁環的內徑為 20.6mm，每片磁鐵的內徑為 4.622mm，而製造精 度若定在 0.1mm，換算成電氣角約為 7.7 度。

(3)SVPWM 電流相位偏移:

因使用角度估測法，故在高轉速時會有相位偏移，加上霍爾訊號本身已經不是 很準，由圖 6-13 可知，三相霍爾訊號的周期並不完全相同。會經過撰寫修正程式 後已經修正許多，但是仍有些許的相位偏移，此時可能造成溫升及力矩不足的情 形。圖 6-14 為先調整 A 相反電動勢與 A 相霍爾訊號對正後，B 相反電動勢落後 B 相霍爾訊號 6.6 度電氣角，C 相反電動勢落後 13.3 度電氣角。

(a)A 相反電動勢對正 A 相霍爾訊號

141

6.6

(b)B 相反電動勢偏移 B 相霍爾訊號

13.33

(c) C 相反電動勢偏移 C 相霍爾訊號 圖 6-14 反電動勢與霍爾訊號相對位置

(4)減速機阻力:

在設計減速機時，因未考慮減速機本身之摩擦阻力，馬達最大輸出力矩為 1.48Nm，但是要克服減速機本身的摩擦阻力，如圖 6-15，就需要平均扭矩為 0.2Nm，

且在超過 3000 rpm 以後阻力會再往上升，造成摩擦的損耗估測不易，而損失的功 率隨轉速上升，如圖 6-16，轉速達 3000 rpm 以後損失高達 100 W 以上。

142

圖 6-15 摩擦阻力造成的力矩

圖 6-16 摩擦阻力消耗的功

(5)相電流真弦度低:

在有限元素軟體中分析馬達性能時，輸入三相的電流為完美弦波，但在實際 測試時，受限於硬體設備，低精度位置感測器無法輸入真弦度較高的弦波，如圖 6-15，可以看到真弦度較低。

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

T or q u e ( Nm )

Speed(rpm))

0 20 40 60 80 100 120

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

P ow er (W)

Speed(rpm))

143

圖 6-17 弦波測試電流波型

144