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研究生:張書彰
研究生(外文):Shu-Zhang Chang
論文名稱:複合型步進馬達充磁座磁路模擬分析之研究
論文名稱(外文):A study on the magnetization fixture with the magnetic-circuit simulation for a hybrid stepping motor
指導教授:劉宗平劉宗平引用關係吳坤東
指導教授(外文):Chung-Ping LiuKun-Dong Wu
學位類別:碩士
校院名稱:輔仁大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:97
中文關鍵詞:步進馬達磁路模擬
外文關鍵詞:stepping motormagnetic-circuit simulation
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步進馬達是一個極其重要的動力元件,以往在整個科技發展及工廠自動化的過程中扮演著舉足輕重的角色。即使是在先進的數位相機和無線通訊手機系統中,亦是不可或缺的重要元件。坊間關於步進馬達的書籍及參考資料很多,其中多數偏向在探討步進馬達的控制技巧或驅動電路設計等電氣特性,期望從電氣特性方面去改良步進馬達動靜態的特性或是步進角度的誤差。至今,有關步進馬達磁氣特性的研究及討論卻不多見。因而,本研究將採用磁路分析的技巧在磁氣特性方面進行探討與分析。
本文研究分析的對象是複合型步進馬達,其機構複雜。因此,我們從馬克斯威爾方程式出發,採用有限元素法以及磁路模擬分析的技術,以探討上下矽鋼片間釹鐵硼磁石的磁化效應。一般而言,在步進馬達的充磁過程中,是先將馬達組裝好後,再進行軸向充磁的工作,以致不易確保磁力線的分佈是軸向的。因而在本論文中,希望能找出適當的充磁條件,包括用來充磁的激磁電流大小、磁場分佈方向與均勻度以及導磁材料對充磁的影響等。
倘若能夠獲得適當的充磁條件,那麼便能掌控馬達的磁氣特性,及其對電氣特性的影響,對於整個馬達性能的提升助益很大。尤其是對於馬達運轉時所造成的動態不平衡問題,可提供更多改善的途徑。日後,在研發新型步進馬達時,更可利用磁路分析技術探討新型馬達在各種環境和相關條件下的互動關係,經由模擬與分析的過程,提出修正及改良的對策,進而提昇步進馬達的良率和品質。
The stepping motor is a powerful mechanical component. It is especially played an important role in the factory automation, digital camera, and vibrating cell phone. In general, most of the researchers were concentrated on the topics of the electrical performance of the stepping motors. Additionally, we also need to know magnetic performance about the stepping motor. For this reason, we try to pay attention on investigating the magnetic properties of the stepping motor with the technique of the magnetic-circuit simulation.
The motor used to analysis in this study is a hybrid stepping motor. It is analyzed with the finite element method and the technique of magnetic circuit simulation. For this simulation, we are concentrated on the magnetization of the magnet between the upper and lower silicon steels. In general, a steeping motor was axial magnetized but we can ensure whether the distribution of the magnetic flux density is axial or not. In this paper, we hope to find out the relationships between the magnetization of the magnet of the rotor and the exciting current, the uniform of the magnetic field, the distribution of the magnetic field, and the influence of the soft magnetism material, etc.
Through simulation, we could obtain more useful information about the magnetic characteristics during the rotor was performing the magnetization with the texture. These studies would be useful for improving the performance of the stepping motor.
致謝…………………………………………………………………………...I
中文摘要…………………………………………………………………...II
英文摘要…………………………………………………………………..III
目錄………………………………………………………………………….IV
圖錄…………………………………………………………………………VI
表錄…………………………………………………………………………XI
第一章 步進馬達……………………………………………………………. 1
1.1 步進馬達的特性及分類………………………………………….. 2
1.2 步進馬達轉矩產生之機構…………………………………………...17
1.3複合型步進馬達之結構與其特性………………………………….. 24
第二章 磁路模擬原理與方法…………………………………………. …29
2.1 電磁理論基礎……………………………………………………… 29
2.2 有限元素法之基本觀念………………………………………... 35
2.2.1 網格安排……………………………………………………... 37
2.2.2 形狀函數……………………………………………………... 37
2.2.3 邊界條件…………………………………………………….. .39
2.3 磁路模擬之流程…………………………………………………. 41
第三章 建立3D磁路模型與分析………………………………………… 45
3.1 模擬所用各部件材料之特性曲線與機構圖面…………………. 45
3.2 步進馬達充磁座磁路模型建立…………………………………. 47
3.3 複合型步進馬達充磁座磁路模擬結果…………………………. 52
第四章 步進馬達實驗結果………………………………………………. 70
4.1 PV-7300 儀器介紹………………………………………………….. 74
4.2 利用PV-7300量測步進馬達之結果……………………………… 76
第五章 結論……………………………………………………………….. 88
參 考 文 獻………………………………………………………………. 91
附錄:發表之論文………………………………………………………….92
[1] 陳喜隸編譯," 步進馬達應用技術 ",全華出版社,87年7月,p10~p30
[2] 陳連春編譯," 步進馬達原理與活用要訣 ",建興出版社,87年6月,p1~p40
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