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研究生:蔡杰儒
研究生(外文):Chieh-Ju Tsai
論文名稱:無風扇內藏式主軸馬達散熱之研究
論文名稱(外文):Study of Cooling Built-In Spindle Motor Without Fans
指導教授:阮昱霖陳財榮陳財榮引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電機工程學系
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:內藏式主軸馬達散熱
外文關鍵詞:Build-in spindlemotorcooling
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0.75 kW以下的內藏式主軸馬達通常運用於小型雕刻機,馬達過熱是內藏式主軸馬達的主要問題,散熱對於高速運轉的馬達線圈非常重要,內藏式主軸轉速提高所造成的積熱會影響馬達性能的表現,不但無法實現高速加工所帶來的高精度效果,反而會造成馬達效能衰退與刀具壽命的縮短。在一些特殊環境下,為了安全的考量,便只能利用自然氣冷來作為馬達的散熱機制。因此,本研究針對不同散熱面積之角型和鰭型馬達在自然氣冷的情況下進行轉速為6k、9k、12k rpm做實驗,探討於自然對流方式下,散熱面積與溫度之關係。由實驗結果驗證具較大散熱面積之鰭型馬達於6k rpm時,散熱速度較角型馬達優46.3%,於轉速9k rpm時優42.2%,於轉速12k rpm時優12.7%。
Build-in spindle motors with rated power less than 0.75 kW are often used in
small engraving machines, Thermal concerns are always important for high speed
spindle motors. The heat from high speed running reduces the efficiency of the
motor and the machining accuracy. Not only is the finish quality affected, but also
the motor capacity and tool lift time are decreased. In this research, several
experiments with different spindle speed of 6k, 9k, and 12k rpm are carried out to
evaluate the cooling performance with different housing surface designations.
The experiments results show that the temperature of build-in spindle motors
with 12k rpm speed is reduced by 9.2℃ and the cooling efficiency is improved
from 14.8% to 43.5 %.

中文摘要 ii
英文摘要 iii
謝誌 iv
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 使用者與製造者的現況 4
1.3 論文架構 8
第二章 文獻探討 9
2.1 熱能產生原因分析 9
2.2 主軸驅動的分類 12
2.3 相關軸承的比較 18
2.4 馬達線圈絕緣材質選用 21
第三章 實驗方法與設備 23
3.1 馬達外殼之熱傳遞模式 23
3.2 實驗方法 28
3.3 實驗設備探討 31
第四章 實驗結果 38
4.1 馬達外殼表面積計算 39
4.2 變頻器轉速驗証 46
4.3 溫升曲線 50
4.4 溫度分佈圖 53
第五章 結論 57
5.1 結論 57
5.2 未來研究方向 58
參考文獻 59

圖目錄
圖1-1粉塵爆炸的基本五大因素 2
圖1-2散熱風扇 4
圖1-3水溫控制冷卻器 6
圖1-4油溫控制冷卻器 6
圖1-5自然氣冷的優點 7
圖2-1矽鋼片 10
圖2-2滾珠軸承 11
圖2-3皮帶式主軸 13
圖2-4齒輪式主軸 14
圖2-5直結式主軸 15
圖2-6內藏式主軸 16
圖2-7內藏式主軸的優點 17
圖2-8滾動軸承的優點 19
圖2-9滾珠軸承的基本元件圖 20
圖2-10完成安裝線圈的矽鋼片正視圖 22
圖2-11線圈安裝於馬達外殼內部正視圖 22
圖3-1馬達外殼散熱示意圖 26
圖3-2溫度上升示意圖 27
圖3-3角型散熱三視圖 29
圖3-4鰭型三視圖 29
圖3-5實驗流程圖 30
圖3-6溫升測試架構示意圖 33
圖3-7溫升測試系統實體圖 33
圖3-8各式溫度量測工具 35
圖3-9數位示波器 36
圖3-10變頻器 (VFD-M) 37
圖4-1實驗平台 38
圖4-2角型外殼結構圖 40
圖4-3角型散熱實體正視圖 41
圖4-4角型散熱實體側視圖 41
圖4-5鰭型外殼結構圖 43
圖4-6鰭型散熱實體正視圖 44
圖4-7鰭型散熱實體側視圖 44
圖4-8角型與鰭型斷面積比較圖 45
圖4-9 6k rpm / 100 Hz的波形圖 46
圖4-10 9k rpm / 150 Hz的波形圖 47
圖4-11 12k rpm / 200 Hz的波形圖 47
圖4-12 角型馬達啟動電壓電流波形圖 48
圖4-13 鰭型馬達啟動電壓電流波形圖 49
圖4-14數位電表連線 50
圖4-15角型溫升曲線圖 51
圖4-16鰭型溫升曲線圖 52
圖4-17角型溫度分佈圖-初始運轉 53
圖4-18角型溫度分佈圖-運轉5分鐘 54
圖4-19角型溫度分佈圖-運轉30分鐘 54
圖4-20鰭型溫度分佈圖-運轉20分鐘 55
圖4-21鰭型溫度分佈圖-運轉40分鐘 56
圖4-22鰭型溫度分佈圖-運轉60分鐘 56

表目錄
表1-1粉塵分級比較表 3
表1-2各式主軸冷卻的優缺點比較表 7
表2-1各式主軸於高速運轉時的優缺點比較表 17
表2-2各式軸承高速運轉的優缺點之比較表 19
表2-3絕緣等級表 22
表3-1熱傳導係數表 24
表3-2 熱傳遞係數表 25
表3-3 馬達規格表 31
表4-1角型外殼參數表 40
表4-2鰭型外殼參數表 43
表4-3角型與鰭型外殼參數表比較表 45
表5- 1 實驗結果溫度表 58
表5- 2 馬達散熱速度試算表 58


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[3] 黃騰毅,工具機主軸溫升熱變位量測及補償技術,精機集團通訊,2008
[4] 劉文海,鋁擠型產品發展動向,金屬中心IT IS計劃,2008
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