文獻回顧

本論文針對切換式磁阻馬達的研究進行探討及分析，大致上可分成三大類：

一、 硬體

i. 切換式磁阻馬達機構：包括馬達的相數、定子與轉子的極數。選擇 馬達極數的考量包括可靠度、價格、功率密度與效率等，是設計者

必要考量的因素。由於切換式磁阻馬達的構造是沒有永久磁鐵的，

所以單相切換式磁阻馬達 [6, 7] 的驅動能力是機構設計上其中一個 探討的議題。此外，切換式磁阻馬達單相獨立激磁而具有非線性磁 化曲線，所以在機構上不好好設計可能會造成很大的轉矩漣波或是 噪音的產生。

ii. 控制驅動器：能夠驅動切換式磁阻馬達的驅動器有很多種類，不像 一 般 永 磁 同 步 馬 達 還 是 感 應 馬 達 都 是 使 用 多 相 電 壓 源 逆 流 器 (Inverter)，所需的功率電晶體的需求是固定的。而切換式磁阻馬達 的驅動比較特別的是，它是獨立控制每一相的電流，而並非一般馬 達有中性點。切換式磁阻馬達最常見的驅動器就是非對稱變流器 (Asymmetric half bridge) [8, 9]，其他包括單顆功率電晶體控制單相的 驅動器 [10]、共用一顆功率電晶體的米勒驅動器 [11, 12] 等其他相 關驅動器之比較 [13, 14] 不同驅動器的分類以及它們的動作原理。

二、 軟體

i. 切換式磁阻馬達之換相角：要控制馬達的第一步驟就是必須要有馬 達的電感對轉子角度的曲線，換相角對於切換式磁阻馬達是非常重 要的，這也是位置感測器對於切換式磁阻馬達的重要性。討論的項 目包括提前打開角、導通角、關閉角與兩相重疊角度的控制 [15]。

針對此研究方向包括效率最佳化，其估測輸入功率於不同轉速下調 整切換角度的控制演算 [16]，或是線上控制調整換相角達到最佳化 效能控制 [17]。此外控制在高速上因爲反應電動勢極大，電流沒辦 法控制在預期設定值，所以其電流控制是單一脈波的控制 [18] 以達

ii. 激磁控制策略：此為較少人討論到電流控制策略，因現在大多數控 制馬達的控制器都是以控制電流的電壓源逆流器 (Voltage-source PWM converter) 為 主 。 其 控 制 方 法 有 遲 滯 電 流 控 制 (Hysteresis Current Control, HCC)、固定頻率脈波寬調變 (Fixed frequency PWM) [19]、非對稱脈波寬調變 (Asymmetri PWM) [20] 與濾波器脈波寬調 變 (Filter PWM) [21] 等等。這裡可以探討的有功率開關的切換損、

功率開關的表面溫度、電流追蹤的能力以及效率。

iii. 降低轉矩漣波與減少噪音：由於切換式磁阻馬達固有的結構問題，

在轉子旋轉時候會產生很大的噪音或是輸出轉矩漣波較大，這方面 的研究算是個值得探討的議題，壓抑轉矩漣波的方法包含了設計兩 相重疊分擔函數 (Torque Sharing Function, TSF) [15, 22]、注入諧波 電流的方法 (Harmonic current injection) [23] 與兩相激磁法的方法 有效的壓制噪音與轉矩漣波 [24, 25] 等等。

iv. 無感測：無感測在所有馬達上都是一個很大的研究方向。因爲馬達 工作環境的因素或是成本的考量，無感測能夠改善感測器造成的誤 差以及降低成本。針對切換式磁阻馬達的無感測方法包括量測電流 斜率 [26, 27]、狀態觀測器估測法、電流電壓估測磁交鏈方法、類神 經與模糊估測法等等。此外，也有學者研究針對在靜止或是低速的 無感測驅動方法 [28]，或是在不同轉速區域使用不同換相位置估測 的方法 [29]。

三、 切換式磁阻馬達非線性特性曲線之量測

i. 有限元素法 (Finite element analysis)：此方法需要瞭解馬達的幾何機 構、材料、邊界條件與電壓電流條件才能有效的分析馬達特性。

ii. 直接實驗量測法：較少人使用此方法，由於需要磁性感測器，因此 建立不容易且價格比較高。

iii. 漸接實驗量測法：較多人使用此方法，只需要輸入脈衝電壓或是一 個頻率的弦波電壓 [30] 將電壓與電流的資料利用馬達電壓方程式 計算出磁交鏈 [31, 32]。因爲切換式磁阻馬達的電壓方程式中電阻會 隨著溫度而變化的項目，所以有人提出一個錯誤補償校正電阻值的 方法 [33]。