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博碩士論文： 結合美濃紙傘遮陽之電動代步車用無刷直流馬達最佳化實驗設計=Parameter Optimization of Brushless DC Motor in Electric Scooter System with Meinung Paper Umbrella

• 作者：邱志賢(Chih-Hsien Chiu)(研究生)
• 其他作者：郭見隆(Jian-Long Kuo)(指導教授)
• 語文：中文

• 出版者：國立高雄第一科技大學
• 系所名稱：機械與自動化工程所
• 學位類別：碩士

• 出版日期：2010
• 畢業學年度：98
• 頁數：205

• 主題：藝術作品-其他

• 關鍵詞：無刷直流馬達、電動代步車、美濃紙傘、雙反應曲面法、模糊、田口法、Fuzzy、Taguchi method、Brushless DC motors、Electric Scooter、Meinung paper umbrella、Dual Response Surface Method

• 國家：臺灣

• 網址：http://ndltd.ncl.edu.tw/cgi-bin/gs32/gsweb.cgi?o=dnclcdr&s=id=%22098NKIT5689039 %22.&searchmode=basic

摘要：

本文主要探討美濃紙傘電動代步車用無刷直流馬達最佳化設計，此外，文中利用Ansoft 公司之電動機設計軟體RMxprt 進行初步設計，以快速獲得一個較佳的設計尺寸及性能分析，將此電動機之幾何尺寸代入有限元素分析軟體Maxwell 2D 對馬達作動態性能分析，以及應用模糊田口法來設計具有能同時滿足多種品質特性之最佳化參數，以求取最佳幾何結構參數組合，最後配合雙反應曲面法，求解未知函數中多個獨立變數與反應變數間關係的方法，結合實驗設計與迴歸分析，透過模型建構與參數優化來建立最佳化模型，使馬達能夠獲得高效率與低頓轉轉矩。
This article focused on the optimized design of Meinung paper umbrella brushless DC motor in electric scooter system , In addition, the use of motor Ansoft design software company RMxprt preliminary design in order to quickly obtain a better design size and performance analysis of the geometry of this motor into the finite element analysis of Maxwell 2D software for the dynamic performance of the motor, as well as the application of fuzzy Taguchi method to design a wide range of quality while meeting the best characteristics of the parameters in order to obtain the best combination of geometry parameters. Finally, with the dual response surface
method, the unknown function to solve a number of independent variables and response variables in the relationship between the method and experimental design
and regression analysis, through modeling, and parameter optimization to create the best model to identify the motor efficiency the largest geometry. So that access to
high-efficiency motor and low cogging torque.

目錄：

摘　要 I
ABSTRACT II
誌　謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XI
符號說明 XIII
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 2
1.2 研究目標及方法 2
1.3 論文大綱 4
第二章 文獻探討 5
2.1 六堆客家文化 5
2.2 美濃紙傘的歷史 11
2.3 電動代步車 13
2.3.1 馬達動力與電動代步車驅動的關係 14
2.3.2 馬達動力規格需求分析 15
第三章 無刷直流馬達的介紹 18
3.1 無刷直流馬達之簡介 18
3.2 無刷直流馬達的特徵 19
3.3轉子種類 20
3.4 永久磁鐵種類及其特性簡介 22
3.5 磁石種類 25
3.6 無刷直流馬達基本驅動 29
3.6.1 120度導通方式 29
3.6.2 180度導通方式 31
3.7無刷直流馬達的數學模型推導 34
3.8霍爾感測器 37
第四章 表面型無刷直流馬達設計 39
4.1 設計條件與主要尺寸的決定 39
4.2 定子尺寸的決定與導線的選用 40
4.3 氣隙長度的設計 42
4.4 轉子尺寸的決定 42
4.5 馬達極數、相數及槽數 43
4.5.1 三相馬達繞組排列方法與繞線因數 44
4.5.1.1 繞組排列方法 44
4.5.1.2 繞線因數 44
4.5.1.3 定子繞組Visual Basic模擬 45
4.5.2 相電阻、相電流及相電感 47
4.6 效率與損耗之理論 48
4.6.1 電磁性損耗 48
4.6.2 機械性損耗 49
4.6.3 其他損耗 49
4.6.4 各種損失介紹 49
4.6.4.1 銅損 50
4.6.4.2 磁滯損耗 50
4.6.4.3 渦流耗損 50
4.6.4.4 機械性損耗 51
4.6.4.5 電刷損耗 51
4.6.4.6 損耗與制動力 52
4.6.4.7 等效電路之處理與思考方法 52
4.7 功率、動力、制動力與損耗之關係 53
4.8 線形特性與非線形特性 54
4.9 穩定特性與最大效率 55
4.9.1 穩定特性與計算之基本式 55
4.9.2 最大效率條件 55
4.9.3 損耗分配與最大條件 56
4.9.3.1出現在 3 個最大條件之畢氏(Pythagoras)3平均 57
4.9.4 損耗分配 57
4.10 頓轉轉矩 59
第五章 磁路模型介紹 62
5.1基本概念 62
5.2磁路模型介紹 63
第六章 有限元素分析 71
6.1 有限元素法介紹 71
6.1.1 有限元素法的優點 72
6.2 麥斯威爾方程式 73
6.3 電動機套裝設計軟體RMXPRT 之應用 75
6.4 MAXWELL基本介紹 79
6.5 RMXPRT和MAX2D 模擬結果 84
6.5.1 RMxprt 模擬 84
6.5.1.1 特性曲線 85
6.5.2 Max2D 模擬 85
6.5.2.1 靜態電磁場分析 85
6.6 馬達結構修正後之特性分析 86
第七章 模糊田口實驗設計法 96
7.1田口品質工程簡介 97
7.1.1 實驗計劃 97
7.1.2 直交表 98
7.1.3 自由度 99
7.1.4 參數設計 100
7.1.4.1 信號雜訊比 100
7.1.4.2 變異數分析 102
7.2 模糊理論 104
7.2.1 模糊集合 104
7.2.2 模糊推論系統 106
7.3 實驗規劃 109
7.3.1對馬達效率作望大特性分析(案例一) 111
7.3.2 對頓轉轉矩作望小特性分析(案例二) 115
7.3.3 模糊田口法(案例三) 118
第八章 雙反應曲面設計法 124
8.1 雙反應曲面法簡介 124
8.2 實驗設計︰組合表 126
8.2.1 一階模式 126
8.2.2 二階模式 127
8.2.3 2k-p加中心點設計 127
8.3 模型建構 129
8.4 參數優化 132
8.5 雙反應曲面實驗設計 134
8.5.1案例四雙反應曲面法(等間距模擬實驗設計) 135
8.5.1.1 模型建構 136
8.5.1.2 參數設計 143
8.5.2案例五雙反應曲面法(非等間距模擬實驗設計一) 145
8.5.2.1 模型建構 146
8.5.2.2 參數設計 152
8.5.3案例六雙反應曲面法(非等間距模擬實驗設計二) 154
8.5.3.1 模型建構 155
8.5.3.2 參數設計 160
8.5.4案例六雙反應曲面法(二階模擬實驗設計) 162
8.5.4.1 模型建構 165
8.5.3.2 參數設計 168
8.5.5 雙反應曲面法實驗設計結果與討論 170
8.6 電動代步車更改前後的比較 172
第九章 結論與未來展望 173
參考文獻 174
附錄一 詞彙中英對照(依出現順序) 177
附錄二 表面型無刷直流馬達磁路與參數計算式 182
作者簡歷 184