同心繞之單相感應馬達設計
前言
目前世面上以有多種馬達設計軟體，對於馬達廠商來說，是一大利多，有幸因參加中國生產力中心所主辦的馬達精英設計班，接觸了幾款馬達設計軟體，確實對於馬達設計上有很大的助力，只需輸入一些參數，就能獲得馬達的性能圖表，對於傳統馬達廠商來看，可說是十分神奇，但卻會有種知其然不知其所以然的複雜感覺。所幸有簡明扶先生特地教導我們馬達設計手算法，經由手算一步一腳印的方式，能實際了解到馬達的設計流程，需注意那些重點，也知道每一個數值是從那來的，也就更能了解馬達。
手算法流程解說
本人將手算法的步驟輸入於Microsoft Excel中，並加註公式以及說明，計算的步驟是十分繁瑣，一直用到第277列才完全演算完畢。於表單中的藍色框格，是需要個人設計輸入(紅色為設計範圍值)，其餘皆為電腦計算數值。
此次手算範例是為單相感應馬達，電容啟動型，同心繞的案例。
試算表檔：
請連結： https://skydrive.live.com/redir?resid=98D39F91262A7DC5!135
第一步是設定馬達規格，一些基本參數，也就是你所希望設計的馬達規格。
紅色是指設計的參考範圍值，當看到紅色時，可依其要求設定。
第二步是設計外觀尺寸，輸入時需注意單位尺寸的問題。
第三步時，會自動幫你計算M相線圈(主線圈)的數據資料。
其中槽內導體數，就是實施製作時所要繞的導線圈數，此步驟中最重要的數據，應屬於磁通Φ(Wb)，可簡單的解釋為微小面積中磁通密度B通過的總量，而馬達所使用的矽鋼片其磁通密度的值是有限的，太高會有溫升跟飽和的問題，因此有了此一數據，就可計算矽鋼片各部的磁通密度B值，來檢查是否發生磁飽和。
第四步，計算A相線圈(補助線圈)數據資料
其中有一數據，匝比要設定輸入，是主補線圈的比例值，算是一種經驗值，但其主要目的應是要使主補線圈產生90°電氣角，不足的部份在以電容加強。
此處雖然是以同心繞去計算，但只需要更改其繞線節距設計，其實就可改為波繞、疊繞等不同的繞線方式去計算，可依不同需要去更改。
第五步是定子部份設計，尺寸方面大多會有參考數據或是可依個人喜好設定
其中也包括了M相線圈的線徑部份，是以電流密度來加以計算的，因此就要依此顆馬達散熱和漆包線的耐溫程度來設計。而空間因素，就是屬於加工生產方面的考量，視漆包線是否容易入線來設定。需的注意的數值為定子軛鐵及齒部的磁通密度By1、Bt1，此處是屬於設計參數值，之後會有實際計算值，到時需注意是否有過飽和的情況產生。槽截面積部份，實際計算值S1略大於計算值S1”。
第六步是設計轉子部份，也同時包含了鑄鋁的端環部份
其中轉子與定子導體斷面積比αrs的部份，主要是以銅跟鋁的導磁能力以及轉子與定子中的磁通密度的比，其實應該有更嚴謹的計算方式，但一時還未能找到，故使用此一經驗數值。此處槽截面積S2盡可能取接近即可。
第七步激磁特性，到此之後大部份都是計算的部份，大多是計算馬達電路磁路部份數據資料。
其中要輸入的部份要依所使用的矽鋼片，利用矽鋼片廠商所提供的特性曲線圖(如下圖所示)，去輸入在此一磁通密度時，此類矽鋼片的磁化力數據。目前世面上常用的H50、H60分別為50RM1000及50RM1300。
這種方式算是整個步驟中較為麻煩的地方，建議是將其曲線分成許多直線段，再利用線性方程式寫成簡易程式，以後方便使用。
第八步是計算電阻部份，包括定子及轉子部份。
其中需要輸入補助線圈的線徑部份，不同於主線圈，不需要考量電流密度及溫升的問題，主要是以槽內所剩餘面績去計算。
第九步是計算感抗部份，整體馬達各部份的感抗值都在此計算。
其中有一斜槽值要設定，是以槽數為單位，一般是斜1~1.5槽之間，也可不作斜槽則輸入零。另外值得注意的，補助電容其值也在此步驟之中，到時可依此值選購電容，計算時是以相差90度角為標準，實際使用時可以稍小於90度。
第十步鐵損值，也就是矽鋼片部份所造成的損失。
此處需再次查圖尋找其值，依其各部位的磁通密度及輸入電源頻率去找其值。
第十一步是計算馬達運轉時的特性，也就是最主要的性能值。
此處其實是把馬達模擬成電路後所計算出來的數據，是工程常使用的方式。
第十二步，屬於補充的部份，算出銅損及啟動特性。
此處數據其實是屬於設計者參考數據，特性部份一樣是以模擬電路計算。
結論
依照此計算表一步步計算下來，就可對馬達設計有了一粗糙的整體概念，也可找到一些設計時需特別注意的數值，也同時需要考量生產時的設計，可說是十分實務化的計算方式，能完成此一試算表，是依許溢适先生所編譯的”實用電動機設計手冊”的流程順序，並感謝簡明扶先生的幫助及指導，修正添加其計算式，此試算表雖無法與世面上的設計軟體相比，但其自由度高，可再依個人習慣自行加入參數計算和修改經驗值等等，即便是再加以編寫成VB或MATLAB程式都十分容易，日本的見城尚志教授就是使用VB程式設計馬達，只要善用觀念及經驗，設計馬達也就沒那麼困難了。
參考書籍
許溢适編譯 實用電動機設計手冊 文笙書局 民國八十五年
A. E. Fitzgerald 等著 劉新正 等譯 電機學 電子工業研究所 西元2004年
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