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研究生:何坿彬
研究生(外文):Hock-Ping Ho
論文名稱:應用於機器人微型馬達的設計與分析
論文名稱(外文):Design and Analysis of a Micro Motor for Applications in Robotics
指導教授:黃昌圳黃昌圳引用關係
指導教授(外文):Chang-Chou Hwang
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:電機工程所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:機器人用微型馬達無槽式定子菱形繞組集中繞組有限元素法分析
外文關鍵詞:miniature motor for robot applicationslotless statorrhomhic windingconcentrated winding finite element analysis
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本文設計一顆應用於機器人的微型無刷永磁馬達,採用無槽式定子、及兩極表面磁石型轉子之設計,馬達的額定轉速為6000 rpm,轉矩常數 7.5 mNm/A。文中探討馬達繞組型態,分別為非軸向菱形繞組與軸向集中繞組,並針對菱形繞組的軸向長度與線圈跨距,與集中線圈跨距與分割比進行特性分析,詳細討論兩種繞線的設計方式與步驟,搭配有限元素法進行電磁場分析,提出一套設計流程。最後對集中繞組與菱形繞組以相同規範,各設計一顆馬達,並比較其特性與優缺點。
The purpose of this thesis is to design a miniature brushless permanent motor for robot application. The motor configuration is designed as a slotless stator and a two-pole surface mounted magnets rotor. The rated speed and constant torque are 6000 rpm and 7.5 mNm/A, respectively. Two different types of motor windings are discussed in this thesis: the non-axial rhombic winding and axial concentrated winding. Subsequently, the characteristics of both windings will be analyzed based on axial length and coil span for rhombic winding, as well as coil span and split ratio for concentrated winding. The design method and process will then be discussed. Furthermore, finite element analysis solution is applied to verify the design and a design flow chart is presented. Finally, the characteristics advantages and drawbacks of two types of motor with different winding arrangements are compared based on the same specification.
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 x
縮寫及符號對照表 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻研讀 2
1.3 論文架構 3
第二章 伺服馬達簡介 5
2.1 常用伺服馬達介紹 5
2.1.1 直流馬達 6
2.1.2 步進馬達 6
2.1.3 永磁無刷馬達 7
2.2 無槽式常用繞組設計 7
2.3 無槽馬達定子設計考量 9
2.3.1 結構選擇 9
2.3.2 鐵芯材料選擇 10
2.3.3 繞組型式 12
2.4 無槽馬達定子設計考量 12
2.4.1 磁極數選擇 12
2.4.2 磁石材料選擇 12
2.4.3 磁石充磁方向 13
第三章 菱形繞組簡介 15
3.1 菱形繞線方式 15
3.1.1 菱形繞組之設計 15
3.2 菱形繞線特性分析 22
3.2.1 繞組因數 22
3.2.2 菱形繞組3D模擬結構 23
3.2.3 軸向長度 26
3.2.4 線圈跨距 28
第四章 集中繞組簡介 34
4.1 集中繞線方式 34
4.1.1 集中繞線設計 34
4.2 集中繞線特性分析 39
4.2.1 集中繞線馬達規格 39
4.2.2 分割比 40
4.2.3 集中線圈跨距 42
4.3 馬達設計流程 47
第五章 菱形與集中繞組比較 49
5.1 馬達初始規格 49
5.2 實際馬達設計 49
5.2.1 選擇合理匝數與馬達結構 49
5.3 馬達電磁輸出特性 51
5.3.1 反電勢 51
5.3.2 轉矩 53
5.3.3 磁通密度 54
5.3.4 馬達模擬分析結果 55
5.4 馬達實體製作 55
第六章 結論與未來展望 59
參考文獻 61
作者簡介 64
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