本文針對內藏式高速主軸馬達設計，建立一套電腦輔助設計系統。主要目的是內藏式高速主軸馬達設計，目標是協助設計者正確、快速地選擇出內藏式高速主軸馬達之適當外徑尺寸、定子與轉子槽數等內藏式高速主軸馬達相關設計參數。電腦輔助設計系統係利用Microsoft（微軟公司）之Visual Basic 程式語言撰寫，並將內藏式高速主軸馬達的數據建立Access資料庫且與電腦輔助設計系統結合。
　　此電腦輔助設計系統除發展資料庫擷取系統之外，並期望能夠開發出人性化之電腦輔助設計系統介面。因此本研究採用參數化最佳化和交談式對話方塊，優點除了可立即得到運算結果、減少錯誤率之外，也可以節省繁瑣的計算所耗之時間和查表的人力資源，以提高工作效率。本文所建立內藏式主軸馬達之電腦輔助設計系統可快速地、正確地取得內藏式主軸馬達的設計參數。

　　In this paper, Built-in high-speed spindle motor design, the establishment of a computer-aided design system. The main purpose is to Built-in high-speed spindle motor design, the goal is to help designers right, quickly select the Built-in high-speed spindle motor of the proper diameter size, the stator and rotor slot number, etc. Built-in high-speed spindle motor-related design parameters. Department of computer-aided design systems using the Visual Basic programming language of Microsoft to write, and Built-in high-speed spindle motor data to establish an Access database and combined with computer-aided design system.
　　The development of computer-aided design system database retrieval system, in addition to outside, and look forward to develop a human interface of computer-aided design system. Therefore, this study uses parametric optimization and interactive dialog boxes, the advantages in addition to immediate result of the operation, to reduce the error rate, but also can save the tedious calculation of the consumption of time and look-up table of the human resources to improve efficiency. In this paper, a computer-aided design system can be quickly and accurately obtain the built-in spindle motor design parameters.

摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 VIII
第1章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 高速主軸系統 2
1.2.2 電腦輔助設計系統 3
1.2.3 馬達電動機 4
1.3 論文架構 5
第2章 加工主軸簡介及高速主軸架構 7
2.1 前言 7
2.2 加工主軸之分類及特性 7
2.3 馬達內藏式主軸 11
2.3.1 內藏式馬達 12
2.3.2 變頻器 13
2.3.3 軸承 14
2.3.4 潤滑與冷卻系統 15
第3章 內藏式主軸馬達原理與理論分析 18
3.1 前言 18
3.2 內藏式主軸馬達之基本結構 18
3.2.1 定子之結構 18
3.2.2 轉子之結構 22
3.3 感應電動機理論分析 25
3.3.1 感應電動機電路參數與其等效電路 25
3.3.2 功率消耗與轉矩 27
3.3.3 變頻器基本原理 30
第4章 參數最佳化與內藏式主軸馬達設計系統 32
4.1 前言 32
4.2 參數最佳化之規畫 32
4.2.1 建立目標函數 33
4.2.2 選定設計參數 34
4.2.3 搜尋策略 34
4.3 內藏式主軸馬達設計系統 35
4.3.1 物件導向程式簡介 35
4.3.2 內藏式主軸馬達設計系統 35
第5章 結果討論與未來研究方向 44
5.1 結果討論 44
5.2 未來研究方向 45
附錄 46
參考文獻 91

[1]W.J.M. Rankine, “On the Centrifugal Force of Rotating Shafts,” The Engineer, 27, April 9 1869.
[2]H. H. Jeffcott, “The Lateral Vibration of Loaded Shafts in the Neighborhood of a Whirling Speed,” Phil. Mag., ser6 Vol. 7,pp.304~314, 1919.
[3]B. J. Newkirk, “Shaft Whipping,” General Electric Rev. 27, pp.169~178, 1924.
[4]A. T. Kimball, “Internal Friction as a Cause of Shaft Whirling,” Philosophical Magazine, series 6, Vol. 37, pp.724~727, 1925.
[5]D. Robertson, “The Vibrations of Revolving Shafts, Philosophical magazine,” series 7, Vol. 20, No. 86, pp. 962~965, 1932.
[6]D. Robertson, “Transient Whirling of a Rotor,” Philosophical magazine, series 7, Vol. 20, No. 135, pp. 793~825, 1935.
[7]F. F. Ehrich, “Shaft Whirl Induced by Rotor Internal Damping,” Journal of Applied Mechanics, Transactions of the ASME, pp.279~282, June 1964.
[8]J. M. Vance, “Stability of High Speed Rotors with Internal Friction, “ Journal of Engineering for Industry, pp. 960~968, 1974.
[9]Toshio Yamamoto, “On Critical Speeds of a Shaft Supported by a Ball Bearing,” Journal of Applied Mechanics, pp. 199~204, 1959.
[10]A. Tondl, “Some Problems of Rotor Dynamics,” Chapman and Hall Limited, 1965.
[11]E. J. Gunter, “Dynamic Stability of Rotor-Bearing Systems,” NASA, 1966.
[12]S.-W. Hong, J.-H. Park, “Dynamic Analysis of Multi-Stepped, Distributed Parameter Rotor-Bearing Systems,” Journal of Sound and Vibration, Vol. 227, No. 4, pp. 769~785, 1999.
[13]Hodges, “Vibration Response of Nonuniform Rotating Beams with Discontinuities,” Journal of The American Helicopter Society, pp.43~50, 1979.
[14]R. Aini, H. Rahnejat, R. Gohar, “A Five Degrees of Freedom Analysis of Vibrations in Precision Spindles,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 30, No. 1, pp. 1~18, 1990.
[15]S.J.Lacey, F.P.Wardle, S.Y.Poon, “High Speed Bearings for CNC Machine Tool Spindles” CME, December 1983.
[16]W. Popoli, “High Speed Spindle Design and Construction”.
[17]陳威廉， “工具機主軸軸承的預壓”，機械月刊，一月號，2001，pp. 234-241。
[18]M. Weck, “Spindle-Bearing Systems for Hogh-Speed Applications in Machine Tools”, Annals of the CIRP, 42, 1, 1993, pp. 445-448。
[19]黃俊弘，“工具機主軸的專利回顧”，機械工業雜誌，四月號，中華民國83 年，pp.197-206。
[20]唯薰，“可變預壓以實現高轉速及高剛性的主軸用軸承組”，機械技術，106，1993，pp. 65-72。
[21]徐國慶，“CNC 綜合加工機整機規格分析”，PMC 圖書室，002049，pp. 107-163。
[22]日本規格協會，“JIS 工作機械”，1996，pp. 6230
[23]蔡兆星，“專家系統在軸承選擇上的應用”，碩士論文，淡江大學機械工程研究所，中華民國七十八年。
[24]鄭信忠，“軸承設計系統之規劃與應用”，碩士論文，國立交通大學機械工程研究所，中華民國八十二年。
[25]王冠得，“殼管式熱交換器VB程式設計”，碩士論文，國立台灣海洋大學機械與輪機工程學系研究所，中華民國八十八年。
[26]張文欽，“資料庫應用程式開發工具比較之研究”，碩士論文，靜宜大學資訊管理學系碩士班，中華民國九十年。
[27]鄭一德，“高速主軸動態特性探討與設計參數分析”，碩士論文，元智大學機械工程學系研究所，中華民國九十年。
[28]許木清，“馬達內藏式高速主軸洗削加工之系統動態分析”，碩士論文，成功大學機械工程研究所，中華民國九十一年。
[29]劉永生，“傳動元件之電腦輔助設計及應用程式開發”，碩士論文，逢甲大學機械工程研究所，中華民國九十三年。
[30]林翊帆，“感應電動機直接轉矩控制系統模擬與製作”，碩士論文，建國科技大學電機工程研究所，中華民國九十七年。
[31]鄭淑慧，“爐管製程參數最佳化之研究”，碩士論文，交通大學工業工程與管理學程碩士班，中華民國九十七年。
[32]黃欽淵，“步進與伺服馬達的及時模擬與參數最佳化”，碩士論文，中國文化大學數位機電科技研究所，中華民國九十八年。
[33]陳志維，“碟型永磁式線性同步電動機之設計、分析與驅動控制”，博士論文，國立中山大學電機工程研究所，中華民國九十年。
[34]李明學，“三相感應電動機於史坦梅滋接法下其震盪轉矩之解析模型、模擬與實測”，碩士論文，國立雲林科技大學電機工程系碩士班，中華民國九十二年。
[35]陳宗漢，“緩啟動交流馬達電壓控制器之研製”，碩士論文，逢甲大學電機工程學系碩士班，中華民國九十四年。
[36]張嘉諳，“馬達用電節約能源系統化研究”，碩士論文，大同大學電機工程研究所，中華民國九十六年。
[37]歐武超，“單相感應電動機運行電容對效率的影響”，碩士論文，和春技術學院電機工程系碩士班，中華民國九十七年。
[38]黃秋群，“三相感應電動機中諧波磁場對機械性能的影響”，機械月刊，十月號，2005，pp.48-54。
[39]秦和，“世界電動機效率標準的發展趨勢”，機械月刊，十月號，2005，pp.2-15。
[40]黃聰文、呂義堂，“傳統感應馬達之改善-效率與轉速之提升”，機械月刊，十一月號，2002，pp.1-15。
[41]施習中、洪秋群、洪伯昌，“電動機之振動及噪音簡介”，機械月刊，五月號，1999，pp.1-5。