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研究生: 顏耀東
Yao-Tung Yen
論文名稱: 田口方法應用於永磁無刷直流馬達之最佳化設計與實現
Optimal Design and Implementation of Permanent Magnet Brushless DC Motor with Taguchi Method
指導教授: 蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
蕭鈞毓
Chun-Yu Hsiao
口試委員: 胡能忠
none
宋平生
none
王順源
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 94
中文關鍵詞: 無刷直流馬達頓轉轉矩田口最佳化馬達效率
外文關鍵詞: Brushless Direct-Current Motor, Cogging Torque, Taguchi Method, Motor Efficiency
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相較於傳統直流有刷馬達,無刷直流馬達具有免保養、低雜訊、體積小、效率更高及壽命更長等特性,更適合應用於市售的工業產品中。本論文旨在分析及設計高效率低頓轉轉矩的無刷直流馬達。
本研究與奇力速工業有限公司合作,分析並改良設計應用於充電螺絲起子產品中的四極六槽無刷直流馬達,研究中採用田口氏實驗方法,在不改變馬達之定、轉子圓徑條件下,採用原設計之接線方式及馬達驅動器,以馬達永久磁石材料種類以及變更馬達定、轉子細部尺寸為實驗控制因子,藉由直交表設計交叉試驗,並透過ANSYS Maxwell_2D進行馬達之磁路、頓轉轉矩及加載分析。由變異數分析,決定能使馬達產生最大效率及最低頓轉轉矩的最佳化設計尺寸。根據ANSYS Maxwell_2D有限元素法分析套裝軟體對最佳化設計之新型機進行分析,數據顯示新型機與原型機相比,在效率部分由原型機的79.75%提升至新型機的85.03%;頓轉轉矩比也從原型機的11.85%降低為7.84%。
最佳化設計結果之新型機馬達,由Autocad_3D繪圖軟體繪製新馬達幾何結構並發包製作新馬達樣品。於高速馬達量測平台進行新型馬達新型機實測,以驗證本研究成果對無刷直流馬達效率之提升及頓轉轉矩之降低成效;新型機馬達應用於充電螺絲起子產品之性能實測,馬達啟動電流最大值由原型機的22.2 A降為5.2 A,啟動到穩態時間由2秒降為0.6秒;新型機馬達之離合器跳脫瞬間時,馬達的跳脫電流最大值由原型機的134 A降為111 A。


The purpose of the thesis is to establish the analysis and design on permanent magnet dc motor (PMDC) with high performances and low cogging torque. The fact that brushless dc motor (BLDC) has lower noise, smaller volume, higher efficiency, longer lifespan and maintenance-free makes it superior to conventional dc motor. The research is accomplished in cooperation with Kilews Industrial Co. based on analyzing and improving the 4-pole-6-slot BLDC used in power torque cordless electric screwdrivers so as to further enhance the performance of the product.
The analysis used in the thesis is based on Taguchi method, while maintaining the radiuses of the stator and rotor, the wiring and the driver of the motor, we cross-matched the materials of the permanent magnet, the detailed parts of the stator and rotor and analyzed the effects on the magnetic circuit, cogging torque and performed the load test via ANSYS Maxwell_2D. The ideal result with the maximum efficiency and minimum cogging torque of the BLDC was achieved using the analysis of variance method. Autocad_3D was then used to build up the newly designed model and the sample was produced. By measuring the efficiency and cogging torque the result was verified and shown that our design proves effective. Finally, the designed motor was put into a power torque cordless electric screwdriver to proceed the relative performances test. The maximum starting current was reduced greatly from 22.2 A to 5.2 A for proposed motor compared to the conventional motor. The transient period from starting to steady state was reduced from 2 second to 0.6 second, while the maximum trip current reduced also from 134 A to 111 A.

目錄 摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VI 表目錄 VIII 符號索引 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 相關文獻回顧 3 1.3 本文大綱 4 1.4 本文特色及研究流程 5 第二章 無刷直流馬達之構造與材料介紹 7 2.1 前言 7 2.2 電機介紹及無刷直流馬達之幾何結構 9 2.3 材料介紹 15 2.4 結語 21 第三章 應用於電動螺絲起子之無刷直流馬達原型機與田口法介紹 22 3.1 前言 22 3.2 充電螺絲起子介紹與產品規格 23 3.3 原型機介紹及有限元素法建模分析結果 25 3.4 田口式實驗設計法 37 3.5 結語 59 第四章 無刷直流馬達之最佳化設計及模擬驗證 60 4.1 前言 60 4.2 最佳化設計 60 4.3 新型機之幾何結構與額定規格、有限元素法分析 64 4.4 結語 71 第五章 四極六槽無刷直流馬達之實測 72 5.1 前言 72 5.2 電機量測平台介紹 72 5.3 四極六槽無刷直流馬達之實測 76 5.4 結語 88 第六章 結論與建議 89 6.1 結論 89 6.2 建議 90 參考文獻 91

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無法下載圖示 全文公開日期 2020/07/30 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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