應用於個人輕量化電動載具之提高軸向磁通馬達力矩密度之設計方法

現代載具包含多種形式，具有不同的特性、使用情境與使用方式，從腳踏車、汽機車至大眾運輸，不同形式的載具已能滿足大部分需求，然而目前還缺少一種載具，能夠滿足在不同載具之間的轉換需求，因此本實驗室參與國科會「智慧化個人輕型電動載具研發」計畫，提出了個人輕量化電動載具的概念，簡稱PLEV (Personal Lightweight Electric Vehicle)。PLEV為可收摺方便攜帶之個人電動載具，使用直驅式輪內馬達，且採用輕量化結構。　　一般而言，電動載具為提高車輛性能，會使用高扭力的馬達，而高扭力的馬達需求同時伴隨著重量與體積的增加，在有限的車室空間會壓縮電池體積，也增加車重與耗能。特別在輕型電動載具的使用，因馬達占整車重比例增加，問題更是明顯。本研究目標是設計一用於PLEV之高力矩密度軸向磁通馬達。　　本研究提出一提高力矩密度之馬達設計方法，此方法針對馬達磁路與結構之設計，提高馬達力矩密度以及減輕馬達結構重量。本研究從PLEV展開馬達規格，並結合有限元素分析軟體JMAG，以及結構有限元素分析軟體ABAQUS進行馬達磁路與外殼結構的設計分析，使超薄型軸向磁通馬達達到高力矩密度，並使用自行發展的程式工具以縮短設計時間。　　本研究內容有兩大重點，一是完成磁路分析模型所建立的軸向磁通馬達參數計算軟體，在初步馬達設計時可快速了解馬達特性，避免設計初期無謂的分析；二是利用演化式結構最佳化進行結構分析，得到最佳化馬達結構。最終透過實際進行製造組裝，並建立實驗平台進行馬達測試驗證。最終將本研究馬達安裝至PLEV進行實車測試，展現研究成果。

關鍵字

個人輕型電動載具；軸向磁通馬達；扭矩密度；演化式結構最佳化；輕量化

並列摘要

Nowadays, there are many different vehicles in this world, bike, scooter, car, train, MRT system …etc. These kinds of vehicle almost cover user’s requirement. There is a new kind of vehicle called PLEV, personal lightweight electric vehicle, and it provides an easy means for the last-mile service. PLEV is foldable and portable EV. It has direct drive motor and lightweight structure. EV traction motors always reach torque command as power requirement. Higher torque command means more motor weight and volume, and it decrease battery performance in same vehicle space. It would be more consider in PLEV, because motor weight percent in vehicle is larger. The purpose of this research is to design a high torque density axial-flux motor which is lightweight and suitable for a PLEV. This research proposes a design method with software tools for improving torque density of axial-flux motor. The method is proposed that magnetic design to increase torque density and structure design to decrease motor structure weight. In this research, FEM software JMAG and ABAQUS are used to analysis magnetic and structure design. This research is also proposed motor design program to shorten design period. There are two points in this research. One is to finish motor parametric operation program to decrease magnet design period. That can also reduce design variables of sensitive analysis. Another is use ESO (evolution structure optimum) to analysis motor structure. After above, this research proposes PLEV motor, doing test and verify it to show research achievement.

並列關鍵字

PLEV ； AFPM ； torque density ； lightweight ； ESO

參考文獻

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