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研究生:羅文典
研究生(外文):Wen-Dian Luo
論文名稱:具強制空氣冷卻之無鐵心式線性馬達設計與製作
論文名稱(外文):Design and Implementation of Ironless Linear Motor with Forced Air-cooling System
指導教授:王勝清黃勝銘黃勝銘引用關係
指導教授(外文):Sheng-Ching WangSan-Ming Huang
口試委員:紀政德宋震國黃勝銘王勝清
口試委員(外文):Chi, Cheng-TeSung, Cheng KuoSan-Ming HuangSheng-Ching Wang
口試日期:2017-10-17
學位類別:碩士
校院名稱:國立聯合大學
系所名稱:機械工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:無鐵心式線性馬達推力密度氣冷系統
外文關鍵詞:Ironless linear motorthrust densitycooling system
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現在產業對於線性平台的需求量非常大,同時對系統的響應速度與定位精度的要求也不斷的提升。無鐵心式線性馬達具有直驅的特性,因此響應速度快;且因不具有齒槽結構,所以其速度漣波小、定位精度高。但因產業技術不斷的提升,除了對平台系統的要求愈來越嚴苛,還要顧及設備的使用率及成本。因此提升馬達的推力密度,已是馬達設計的重點課題。
本論文提出在安全操作溫度下,設計一具強制空氣冷卻之無鐵心式線性馬達;並考慮提升線圈繞線密度與氣冷系統散熱效率。通過此設計方法,使無鐵心式線性馬達具有高響應、高精度及高推力密度的特性。
在論文中除建立一設計流程,同時運用電磁場分析(Ansys Maxwell)、結構場分析(Ansys Mechanical)、熱流場分析(Fluent)等軟體,設計一具強制空氣冷卻之無鐵心式線性馬達,並完成其雛型製作。最後再以實驗與模擬相互驗證其設計之可行性。

關鍵字:無鐵心式線性馬達、推力密度、氣冷系統

There’s an increasing demand for linear platform in industry, while the system response speed and positioning accuracy requirements are also rising. The ironless linear motor has the characteristics of direct drive, so the response speed is fast. Because it does not have a cogging structure, so it has small speed ripple, and high positioning accuracy. However, due to continuous improvement of industrial technology, in addition to the requirements of the platform system more stringent, but also take into account the equipment usage and cost. So to enhance the motor thrust density is the key issue in motor design.
This paper proposes an ironless linear motor with a forced air cooling at a safe operating temperature, and considers the coil winding density and the cooling efficiency of the air cooling system. Through this design method, the motor has the characteristics of high response, high precision and high thrust density.
In addition to propose a design process in this paper, the electromagnetic field analysis (Ansys Maxwell), structural field analysis (Ansys Mechanical), and heat flow analysis (Fluent) are used to design an ironless linear motor with forced Air-cooling system and complete its prototype. Finally, the feasibility of the design is verified by experiment and simulation.
Keywords: Ironless linear motor, thrust density, cooling system

摘要 ………………………………………………………….I
Abstract II
誌謝 ………………………………………………………...III
目 錄 ………………………………………………………...IV
圖目錄 VII
表目錄 XI
符號表 XII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧與研究重點 4
1-2-1 無鐵心線馬設計 4
1-2-2 線馬冷卻系統 5
1-3 論文架構 7
第二章 線性馬達理論分析 8
2-1 線性馬達構造與種類 8
2-2 無鐵心式線馬結構與特性 10
2-3 無鐵心式線馬磁路模型 12
2-4 反電動勢 19
2-5 推力 20
2-6 無鐵心線馬繞組設計 20
第三章 具氣冷線性馬達有限元素分析與設計 23
3-1 定子結構應力分析 23
3-2 無鐵心式線馬電磁場分析 33
3-2-1 線馬反電動勢分析 33
3-2-2 線馬推力分析 40
3-3 無鐵心式線馬氣冷流道分析設計 43
3-4 無鐵心式線馬熱流場分析 47
第四章 線性馬達系統建構 52
4-1 具氣冷線性馬達系統平台 52
4-2 無鐵心式線馬定子製作 53
4-3 無鐵心式線馬動子製作 55
第五章 實驗結果與討論 59
5-1 無鐵心式線馬電氣特性量測 59
5-1-1 霍爾感測器訊號比對 59
5-1-2 反電動勢量測 61
5-1-3 推力量測 63
5-2 無鐵心式線馬氣冷系統流量量測 65
5-3 無鐵心式線馬溫升平衡實驗 67
第六章 結論與未來研究建議 71
6-1 結論 71
6-2 未來研究建議 72
參考文獻 73
附錄一 75




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