高效率同步磁阻馬達設計

摘要：本文主要在敘述同步磁阻馬達轉子設計，基於d/q軸MMF在弦波分佈之下，改變轉子磁障大小與角度，並觀察馬達轉矩與轉矩漣波之變化，從中了解變數之間與馬達特性的關係，進而找出合適的轉子磁障幾何尺寸。最後，再作轉子磁障形狀的改善，譬如：導圓角。變數對於馬達特性之敏感度，有時無法兩者兼得，必須有所妥協取得平衡點，以達到馬達規格需求與改善。

Abstract: The purpose of this paper is to present a rotor design for synchronous reluctance motors. Under the condition of sinusoidal MMF distribution in d/q axes, different geometries of flux barriers in rotors are applied to observe the output torque and torque ripples. The relation between rotor geometry and motor performance is deduced and a suitable geometry of the rotor flux barriers is obtained.

關鍵詞：同步磁阻馬達、轉矩漣波、轉子設計

Keywords：Synchronous Reluctance Motor, Torque Ripple, Rotor Design

簡介
在節能環保的國際趨勢下，耗電量占總工業60%以上的馬達成為節電的首要目標，近年來提升馬達效率已成為電機領域的顯學。目前國際上的馬達效率，主要以國際電工委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）制定的IEC 60034-30國際標準為主，該標準將馬達分為IE1、IE2、IE3及IE4等級，美國、歐盟國家、日本等國對馬達單體能效標準設定實施期程，美國已於2010年底實施相當於IE3等級的NEMA標準，歐盟、日本於2015年開始實施IE3管制，韓國及中國則分別於2015年、2016年實施IE3。

此一趨勢推動各國馬達業者在效能提升上不斷努力，然而，依據表1，國際標準IEC60034-30-1對各式馬達的效率達成的潛力預測[1]，非同步的三相感應電機要達到IE4效率等級以上，有相當難度，要達到IE5等級更是極大的挑戰，隨著最低能效標準的提升，業界尋求感應馬達以外的解決方案，以期為未來更高標準實施預作準備。

儘管永磁馬達效率可大大高於感應馬達，然而稀土屬於高價材料，即使在設計永磁馬達時，對磁鐵的使用量都已斤斤計較，若只是為了提升效率，取代感應馬達，在成本考量上，不會優先選擇昂貴的永磁馬達。此時磁阻馬達的優勢就凸顯出來，相對於永磁馬達，磁阻馬達不需要永久磁鐵（不考慮磁鐵輔助型的磁阻馬達），成本較低；相對於鼠籠式感應馬達，磁阻馬達的轉子不須鑄鋁，沒有導體條，因此沒有轉子焦耳損，有助於效率提升。此時，磁阻馬達成了取代感應馬達的一種選擇。本文即是探討同步磁阻馬達（synchronous reluctance motor, SynRM）的理論與設計。