臺灣博碩士論文加值系統

隨著環保意識的高漲，節能減碳的議題已成為一個未來的趨勢。但是國人講究烹調美食之道，煮菜喜歡猛火快炒，常造成廚房烏煙瘴氣，為消除廚房油煙則使用抽油煙機排煙，卻又造成噪音。而且未來政府之環保政策將會依回收物的重量來徵稅，所以輕量化的設計是必然的趨勢且才能讓商品有競爭力。因此如何能在兼顧環保的前提下來發展新產品就成了我們所要努力的目標。
本文目標在於更改有別於以往之雙馬達設計、排風道的改良以及風扇葉片的設計，將其改為單馬達結構並藉由更改排風路徑改善其排風量以增強吸力。在葉片方面的設計尋找扇葉傾斜之最佳角度以及最大範圍涵蓋之面積。由於雙馬達結構在設計上在排風路徑上略有阻塞，這也造成馬達多餘的能源浪費。因此改用單馬達結構將可以提高排風量讓馬達的通風情況更為順暢也能提高工作效率並減少電能消耗，且少了一組馬達後也減少很多資源的使用以及達到輕量化的要求，且希望經由不斷的改良能讓排油煙機不只是單純的廚房用品而是變成一種通風的設備。

Along with environmental consciousness''s surging upward, the energy conservation has become the subject of the future tendency. As of the Asian’s traditional cookery style, a raging fire frying on the ingredients would often create heavy smoke in the kitchen; as for the elimination of the cooking smoke, the traditional range hood however, would generate loud noise, power consuming and yet limited quantity in smoke suction. Moreover, as the new environmental protection law, Government Agency will regulate the recycle policy for the used home appliances; the policy is being noted that will be charged based on the weight of product. Therefore, a light weighted design must be implemented in order to increase the competitiveness of the product; and that is the topic for us to conduct this development.
The main development target of this thesis is different from the traditional dual motor design, jamming air ventilation exists and poor impeller design. We are aiming at a single motor design to maintain the same performance, improve the suction power by modifying the air flow channel. The impeller design for a quieter and maximum CFM volume are also achieved. The perfect combination of motor torque rage, smooth ventilation channel and impeller design would expect to result a power efficiency, quieter in motor running and maximum in smoke suction. A kitchen range hood device can be used not only for kitchen but also another household air ventilation device.

目錄
摘要......................................................i
Abstract.................................................ii
誌謝....................................................iii
目錄.....................................................iv
表目錄....................................................v
圖目錄...................................................vi
第一章 緒論...............................................1
1.1 研究動機與目的........................................1
1.2 文獻探討..............................................1
1.3 研究方法與論文架構....................................2
第二章 排油煙機結構與PQ量測系統簡介.......................4
2.1傳統型排油煙機之架構...................................4
2.1.1 傳統型排油煙機結構...............................4
2.2風扇PQ特性測試裝置簡介.................................5
2.2.1 基本結構介紹.....................................5
2.2.2 測試裝置基本規格.................................7
2.2.3 操作面板功能說明.................................8
2.2.4 AMCA系列工作原理................................10
2.3傳統型排油煙機之PQ曲線量測............................10
第三章 單相感應電動機介紹................................12
3.1前言..................................................12
3.1.1 雙旋轉磁場理論[15]..............................13
3.1.2 相交磁場理論....................................15
3.2單相感應電動機依啟動方法之分類........................18
3.2.1 分相啟動式......................................18
3.2.2 電容啟動式......................................20
3.2.3 永久電容式......................................21
3.2.4 雙值電容式......................................22
3.2.5 蔽極式..........................................23
3.3感應馬達的設計等級....................................25
第四章 單馬達排油煙機之馬達設計..........................29
4.1單相感應馬達機構體積之設計估算........................29
4.1.1 改變頻率來提昇轉速使排風量增大..................29
4.1.2 改變馬達極數來提昇轉速使排風量增大..............31
4.1.3 轉速不變、加大扇葉面積使排風量增大..............31
第五章 有限元素法與模擬軟體介紹..........................34
5.1有限元素法簡介[17]....................................34
5.2 Maxwell 2D磁場分析軟體介紹...........................34
5.2.1 Maxwell EM Module...............................35
5.2.2 Maxwell SI Module...............................36
5.2.3 原理介紹........................................37
5.3 RMxprt 旋轉電機設計軟體介紹..........................39
5.3.1 RMxprt之應用實例..................................40
5.4 ANSYS 之軟體架構簡介.................................42
第六章 結果與討論........................................43
6.1單相感應馬達之模擬分析................................43
6.1.1 不同體積之單相感應馬達模擬......................43
6.2排油煙機扇葉與流道之流場模擬..........................61
6.2.1 傳統型排油煙機之扇葉與流道模擬..................61
6.2.2 新型單馬達排油煙機之扇葉與流道模擬..............63
第七章 結論與未來展望....................................69
7.1 結論.................................................69
7.2 未來展望.............................................69
參考文獻.................................................70
表目錄
表2- 1各尺寸噴嘴對應流量表................................7
表2- 2操作面板功能說明表..................................8
表2- 3電源輸入參數與對應數據點...........................11

表3- 1單相感應電動機各種啟動型式比較表[16]...............24

表4- 1排油煙機感應馬達配變頻器電源量測結果...............30
表4- 2不同定子直徑之馬達積厚估算值.......................33

表6- 1矽鋼片50CS1300 B-H曲線對照表.......................46
表6- 2原始感應馬達之線圈參數表...........................47
表6- 3馬達特性表.........................................49
表6- 4模擬條件設定表.....................................50
表6- 5 1.6倍體積(定子直徑90mm、積厚48mm)感應馬達之線圈參數表.......................................................53
表6- 6 1.6倍體積(定子直徑110mm、積厚32mm)單相感應馬達之線圈參數表...................................................58
表6- 7各體積單相感應馬達之輸出轉矩比較表.................61
表6- 8網格數量表.........................................64
表6- 9排油煙機流場分析比較表.............................68

圖目錄
圖2- 1傳統型排油煙機構造圖................................4
圖2- 2更改風胃型式與扇葉面積後之示意圖....................5
圖2- 3風洞裝置全景圖......................................5
圖2- 4風洞試驗本體照片....................................6
圖2- 5排油煙機實際量測圖.................................10
圖2- 6排油煙機PQ曲線圖...................................11

圖3- 1單相感應馬達定子與轉子構造.........................12
圖3- 2單相脈動旋轉磁場示意圖.............................13
圖3- 3單相感應馬達之轉矩-轉速曲線圖......................14
圖3- 4轉子與定子之電壓電流示意圖.........................15
圖3- 5轉子接近同步轉速之旋轉磁場示意圖...................16
圖3- 6旋轉磁場大小對時間的函數...........................16
圖3- 7不同時間下轉子與定子磁場之向量和...................17
圖3- 8分相感應馬達之等效電路圖...........................18
圖3- 9分相感應馬達電壓-電流相量圖........................19
圖3- 10分相感應馬達之繞組示意圖與繞組電流時序圖..........19
圖3- 11分相啟動式單相感應馬達之轉矩-速度特性曲線.........19
圖3- 12電容啟動式感應馬達等效電路圖......................20
圖3- 13電容啟動式感應馬達啟動時繞組電流相量圖............20
圖3- 14電容啟動式感應馬達之轉矩-轉速曲線.................21
圖3- 15永久電容式感應馬達等效電路圖......................21
圖3- 16永久電容式感應馬達之轉矩-轉速曲線.................22
圖3- 17雙值電容式感應馬達等效電路圖......................22
圖3- 18雙值電容式感應馬達之轉矩-轉速曲線.................23
圖3- 19蔽極式感應馬達構造圖..............................23
圖3- 20蔽極式感應馬達之轉矩-轉速曲線.....................24
圖3- 21典型鼠籠式轉子感應馬達之轉子薄層..................26
圖3- 22不同轉子設計等級下之典型轉矩-轉速曲線.............27

圖5- 1直流無刷馬達2D模型圖...............................40
圖5- 2直流無刷馬達驅動電路圖.............................40
圖5- 3直流無刷馬達轉矩與轉速圖...........................41
圖5- 4直流無刷馬達輸入電流與轉速圖.......................41

圖6- 1原始感應馬達之定子外徑圖...........................44
圖6- 2原始感應馬達定子之積厚圖...........................44
圖6- 3原始感應馬達齒、槽實體圖...........................45
圖6- 4定子齒、槽各部位符號定義圖.........................45
圖6- 5原始感應馬達之定子齒、槽尺寸設定圖.................45
圖6- 6感應馬達之定子、轉子矽鋼片50CS1300 B-H曲線圖.......46
圖6- 7原始感應馬達之轉子外徑圖...........................47
圖6- 8原始感應馬達轉子之積厚圖...........................47
圖6- 9原始感應馬達轉子2D模型圖...........................48
圖6- 10轉子齒、槽各部位符號定義圖........................48
圖6- 11原始感應馬達之轉子齒、槽尺寸圖....................48
圖6- 12單相感應馬達線圈連接示意圖........................49
圖6- 13原始體積感應馬達驅動電路圖........................50
圖6- 14原始單相感應馬達2D圖..............................51
圖6- 15原始單相感應馬達轉速-轉矩曲線.....................51
圖6- 16原始體積之單相感應馬達磁力線分布圖................52
圖6- 17原始體積之單相感應馬達磁通密度圖..................52
圖6- 18 1.6倍體積(定子直徑90mm、積厚48mm)之單相感應馬達驅動電路圖...................................................54
圖6- 19 1.6倍體積(定子直徑90mm、積厚48mm)之轉速-轉矩曲線.......................................................54
圖6- 20感應馬達網格分佈圖................................55
圖6- 21 1.6倍體積(定子90mm、積厚48mm)之單相感應馬達轉速-時間圖.....................................................56
圖6- 22 1.6倍體積(定子90mm、積厚48mm)之單相感應馬達轉矩-時間圖.....................................................56
圖6- 23 1.6倍體積(定子90mm、積厚48mm)之單相感應馬達磁力線分布圖.....................................................57
圖6- 24 1.6倍體積(定子90mm、積厚48mm)之單相感應馬達磁通密度圖.......................................................57
圖6- 25 1.6倍體積(定子直徑110mm、積厚32mm)單相感應馬達之定子齒、槽圖...............................................58
圖6- 26 1.6倍體積(定子直徑110mm、積厚32mm)單相感應馬達之轉子齒、槽圖...............................................58
圖6- 27 1.6倍體積(定子直徑110mm、積厚32mm)之單相感應馬達驅動電路圖.................................................59
圖6- 28 1.6倍體積(定子直徑110mm、積厚32mm)之轉速-轉矩曲線.......................................................59
圖6- 29 1.6倍體積(定子110mm、積厚32mm)之單相感應馬達磁力線分布圖...................................................60
圖6- 30 1.6倍體積(定子110mm、積厚32mm)之單相感應馬達磁通密度圖.....................................................60
圖6- 31原始雙馬達排油煙機P-Q曲線圖.......................61
圖6- 32原始排油煙機模型流場分析圖........................62
圖6- 33新型單馬達排油煙機之示意圖........................63
圖6- 34新型排油煙機模型網格示意圖........................64
圖6- 35搭配1.6倍馬達體積(定子直徑90mm、積厚48mm)流場分析圖1........................................................65
圖6- 36搭配1.6倍馬達體積(定子直徑90mm、積厚48mm)流場分析圖2........................................................65
圖6- 37排油煙機扇葉示意圖................................66
圖6- 38搭配1.6倍馬達體積(定子直徑110mm、積厚32mm)流場分析圖1........................................................67
圖6- 39搭配1.6倍馬達體積(定子直徑110mm、積厚32mm)流場分析圖2........................................................67

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