提升系統功率密度:馬達本體

存在於馬達本體中的損失主要為鐵芯損與馬達轉子損失，前者是因為導磁物

體受到變動磁場影響，在鐵芯中損耗的能量，又可以細分為導磁物體本身的磁滯 損(hysteresis loss)與電磁感應產生渦電流所造成的渦流損(eddy-current loss)[5, 6]，

而後者為馬達定子電流產生的感應磁場與轉子永久磁鐵磁場交互作用下所產生 的能量損失。若要降低上述損失，可以透過改變永久磁鐵之種類[7]降低磁滯損以

及以矽鋼片之形式組成鐵芯進而提高電阻率和降低渦流損，而馬達轉子損失的部 分在文獻[8]中提到，其並非主要受到馬達空間諧波成分的影響，反而是受到馬達 有效氣隙(air gap)大小影響，圖 1.2 為有槽式(slotted)定子馬達之轉子損失與電流 諧波關係圖，而圖 1.3 則為無槽式(slotless)定子馬達之轉子損失與電流諧波關係 圖，從圖中可看出，一般由於有槽式馬達的有效氣隙較大，因此其轉子損失是大 於無槽式馬達的，而圖中轉子損失隨著電流諧波增加而飽和之現象，是由於電流 頻率愈高，則產生的渦電流阻止馬達電流進入導電區域的現象會愈明顯之緣故。

圖 1.2 有槽式馬達之轉子損失圖[8] 圖 1.3 無槽式馬達之轉子損失圖[8]

由上述可知，馬達的結構[9]對於本體效率有重大的影響，而磁性材料的選擇 亦是，隨著科技的進步，發展出了很多可用的磁性材料，在文獻[10]中，作者比 較了不同的鐵芯磁性材料以及馬達結構所產生的定子損失(stator loss)，即銅損與

鐵芯損，如圖1.4 所示，在相同的磁性材料條件下，有槽式的馬達之定子損失皆 高於無槽式馬達；而在文獻[11]中，作者則比較了不同轉子永久磁鐵保護套 (retaining sleeve)[12]的磁性材料與馬達結構所產生的轉子損失，如圖 1.5 與圖 1.6 所示，盡管與轉速的趨勢相同，但無槽式馬達的轉子損失遠小於有槽式馬達，且 不同的磁性材料亦有相異的結果，由此可見，馬達元件材料之選擇也大幅影響了 其損失以及效率。

圖 1.4 不同結構與材料之定子損失圖[10]

圖 1.5 有槽式馬達轉子損失[11] 圖 1.6 無槽式馬達轉子損失[11]

然而磁性材料的選擇將影響馬達的成本，而馬達的結構則與其用途相關，一 般而言，高速馬達因使用力矩較小，故體積也往小型化發展，而其變頻器切換頻 率與電氣頻率皆較高，因此多使用輸出轉矩較小與較無齒槽轉矩(cogging torque) 的無槽式馬達降低定子與轉子損失；而較泛用的中低速馬達力矩需求較高體積也 較大，且因速度較低所以電氣頻率不高，故多使用成本較低的有槽式馬達。綜上

所述，馬達的結構與體積一般與其用途相關，故較難以縮小其體積，進而提升系 統之功率密度；而磁性材料的選擇亦與成本有大幅的相關性，因此提升系統效率 與其材料之選擇便需要做取捨。