馬達設計小工具：永磁馬達特性圖及數據表產生器 ( I )

實際上就算直接使用專業檢試設備對馬達進行量測，仍然會受限於裝置的硬體使用範圍條件，無法完整的量測到馬達特性數據，僅有可量測範圍內的數據資料。退而求其次，針對無法直接量測的部分，可藉由數學演算的方式，將整份馬達特性曲線圖及數據表產出。

而當馬達特性是藉由演算獲得，也就代表可以簡單地透過excel就得到完整的馬達特性曲線圖及數據表。本文就提供一份針對永磁馬達，僅需要提共5組不同的測試數據，就可以直接獲得馬達特性曲線圖及數據表的演算工具。檔案連結如下，請自行取用：

永磁馬達特性數據表及曲線圖

之所以可以如此簡單求得永磁馬達特性數據，是因為永磁馬達的轉矩及轉速之間為標準的線性關係，如下圖所示，因此可以採用兩點的線性方程式，就運算出整條特性曲線圖。若不求精準度，甚至僅需量測兩點的馬達數據，就可以將馬達特性曲線圖及數據表算出；然而這樣的失真程度過高，依筆者個人的習慣，是會取到10組數據做平均運算，但本文提供的則再簡化一些，僅需要5組即可運算完成。

永磁馬達轉矩及轉速特性圖

使用者於excel內的左上角輸入五組不同負載點的馬達電壓、電流、轉矩及轉速值；其中工作電壓應該都相同，因此填入同一數值就可以。由下圖為例，其中第一列為無載時的馬達數據，因此轉矩值為零，而轉速為最高值；之後就是任意變動負載，記錄當下的轉矩、電流與轉速。填入5組馬達數據資料後，就會跑出完整的馬達特性曲線圖及數據表。

5組數據填入

此程式內部分為五個階段進行運算，首先是針對永磁馬達線性的特性數據，採用線性方程式求出。其中包括了轉矩-轉速(T-N)、轉矩-電流(T-I)、轉矩-輸入功率(T-PI)這三項都是線性的，因此就先求出其線性方程式的解。excel內的淡紅色區塊就是第一階段在求解線性方程式，由於筆者原程式為10筆資料，因此中間會有空格，可以忽略。

求解線性方程式

有了線性方程式，就可以產出數據並繪圖，excel內的淡綠色區塊就是第二階段將線性方程式拆解為35組數據資料；其實數據資料的數量是可以自行定義的，但筆者僅是因表格的設計，且想在一頁內陳列完成，因此只取35組。其中轉矩-輸出功率(T-PO)以及轉矩-效率(T-E)這兩份數據並非線性，而是利用轉矩-轉速(T-N)、輸入功率(PI)以及輸出功率(PO)所計算出來的，但都是之前已可演算出來的數據，因此僅需要做簡單的乘法與除法運算就可以求得；若想知道更多的原理及細節，可以上全國碩博士論文網，查詢"永磁馬達特性快速檢測系統設計"一文，此篇論文有提供電子全文下載。

數據演算

在綠色區塊的右方，有一淡紫色區塊為第三階段，其內容僅是從綠色區塊取出excel繪圖所需的數據資料，並無特別運算。這只是筆者方便後續繪圖，將數據個別取出整理而已。

方便繪圖使用

第四階段就是進行繪圖，一共會有5張，分別為轉矩-轉速(T-N)、轉矩-電流(T-I)、轉矩-輸入功率(T-PI)、轉矩-輸出功率(T-PO)以及轉矩-效率(T-Eff)，如下圖為T-Eff的範例。

轉矩-效率(T-Eff)特性曲線圖

最後的第五階段就是數據表的產出，在excel表內可看到數據表下方還有兩個運算式，是在抓取最大輸出功率及最高效率的位置資訊；因此本分數據表最下方，還提供了最高轉速、最高轉矩、最大輸出功率及最高效率點的各組數據參數，方便使用者快速理解。

馬達數據表

檔案連結如下，請自行取用：

永磁馬達特性數據表及曲線圖

重點整理：

僅適用於永磁馬達。

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