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研究生:謝泓鈞
研究生(外文):Hsieh-Hung-Chun
論文名稱:應用田口法於盤式風力發電機之研究
論文名稱(外文):Study on Disk-Type of Wind Generator by Taguchi Method
指導教授:范憶華
指導教授(外文):Yi-Hua-Fan
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:田口法盤式風力發電機風力發電機
外文關鍵詞:Taguchi methodDisc type wind turbineswind turbines
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文將針對盤式風力發電機做研究,去設計發電盤的尺寸與大小並且透過田口法去找出影響發電盤最大的控制因子。
研究方法分為兩個部分,第一部分是設計發電機的尺寸與大小,主要機構是使用壓克力與銣鐵棚磁鐵,其中發電機的磁極數為12極,線圈部分使用6個感應線圈來感應。而本文所採用的盤式風力發電機為雙轉子單定子的機構,轉子為銣鐵棚磁鐵,定子為線圈,第二部分是使用田口法,其中控制因子為:磁鐵厚度、線圈線徑、線圈匝數以及增加矽鋼片。一開始依照田口法的直交表做9組L9(34)實驗出來,判斷哪幾個控制因子是最重要的,並找出最佳組合,再把最佳組合做實驗驗證。
接下來的實驗將線圈的體積固定。使用不同的線徑,能繞的匝數也不同。另外,將線圈線徑去做改變並比較,發現0.5mm、0.7mm和1.0mm三種線徑中,0.5mm線徑的感應效率較佳;磁鐵間隙將10mm及18mm做比較,發現18mm的感應效率較佳。做完實驗之後,發現10mm的磁鐵厚度加1/2的矽鋼片以及使用0.5mm的線徑加上18mm的磁鐵間隙有較佳的表現。
This thesis focuses on studying disc type wind turbines, to design the dimension and the size of the turbines and to find out the control factor that would mostly affect the turbines through Taguchi method.
The research method of this thesis is divided into two parts. The first part is to design the dimension and the size of the turbines. Using Acrylic and NdFeB magnet as the main mechanism of the turbines, 12 magnetic poles, and 6 coils for sensor. The disc type wind turbines adopted in this thesis are double rotors and single stator mechanism: NdFeB magnet as rotor and coil as stator. The second part is to make 9 L9 (34) examinations according to the Orthogona of the Taguchi method, to determine which control factors (including the thickness of the magnet, the diameter of the coil, the laps of the coil and the increase of the SI-STEEL) are the most important control factors, and to find out the best combination of the control factors and then to verify the best combination through making examinations.
The following examinations is to compare the results of changing the diameter of the coils, and it’s found that the sensor efficiency of 0.5 mm is the best out of 0.5 mm, 0.7 mm and 1.0 mm. The sensor efficiency of 18 mm of the magnet gaps is better than 10 mm. After making the examinations, it’s found that the sensor efficiency is better using 10 mm magnet thickness, 1/2 SI-STEEL, 0.5 mm coil diameter and 18 mm magnet gap.
目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1研究動機與背景 1
1.2風力發電的原理 2
1.3研究目的 3
1.4文獻回顧 6
第二章 風力發電系統簡介 7
2.1風力發電機簡介 7
2.1.1盤式發電機介紹 9
2.1.2盤式發電機結構 11
2.1.3法拉第電磁感應定律 14
2.1.4冷次定律 15

2.2永磁材料介紹 16
2.3永磁磁場、磁路與材料特性介紹 18
2.4鐵芯材料介紹 22
2.5感應線圈材料介紹 24
第三章 研究方式 26
3.1發電盤機構設計 27
3.2模擬軟體之永磁磁場分析 34
3.3田口法介紹 40
3.3.1因子的種類 42
3.3.2訊號雜訊比 43
3.3.3直交表介紹 44
3.3.4變異分析 45
第四章 實驗設計與實驗結果 46
4.1控制因子的選擇 46
4.2盤式發電機的製作流程 48
4.3實驗流程 50
4.4使用直交表的實驗結果 52
4.5實驗分析及判斷重要性 61
4.6將田口法分析做下一步的實驗 67
第五章 結論與未來展望 72
5.1結論 72
5.2未來展望 73
參考文獻 74



















圖目錄
圖1.1風力發電系統示意圖 2
圖1.2發電機座 4
圖1.3永磁無刷發電盤機構側視圖 4
圖1.4永磁無刷發電盤機構斜視圖 5
圖2.1(a)水平軸式風力發電機 8
圖2.1(b)垂直軸式風力發電機 8
圖2.2發電機架構 9
圖2.3盤式發電盤爆炸圖 10
圖2.4盤式發電機轉子與定子 10
圖2.5盤狀結構永磁式發電機之分解圖 12
圖2.6盤式發電機機構類別 14
圖2.7冷次定律之說明左圖(a)右圖(b) 16
圖2.8永磁材料NdFeB—N35H磁場與磁通密度關係圖 18
圖2.9磁通、磁通密度、磁場強度關係示意圖 19
圖2.10磁鐵磁滯曲線與工作點計算示意圖 21
圖2.11矽鋼片與軟鐵片磁滯曲線圖 24
圖3.1發電機座尺寸示意圖 26
圖3.2發電機製作流程圖 27
圖3.3發電機剖面圖 30
圖3.4發電機磁鐵置入槽示意圖 31
圖3.5發電機線圈置入槽示意圖 31
圖3.6 30x20mm 使用JMAG分析銣鐵棚磁力分布 32
圖3.7矽鋼片置入發電盤 示意圖 33
圖3.8矽鋼片置入發電盤 爆炸圖 33
圖3.9 2mm 磁鐵磁場圖 35
圖3.10 5mm磁鐵磁場圖 35
圖3.11 10mm磁鐵磁場圖 36
圖3.12 2mm磁鐵加1/2矽鋼片導磁 36
圖3.13 5mm磁鐵加1/2矽鋼片導磁 37
圖3.14 10mm磁鐵加1/2矽鋼片導磁 37
圖3.15 2mm磁鐵加全部矽鋼片導磁 38
圖3.16 5mm磁鐵加全部矽鋼片導磁 38
圖3.17 10mm磁鐵加全部矽鋼片導磁 39
圖4.1雷射切割機 48
圖4.2矽鋼片置入槽盤 48
圖4.3磁鐵置入槽盤 49
圖4.4 1/2矽鋼片與磁鐵實際圖 49
圖4.5全部矽鋼片與磁鐵實際圖 49
圖4.6實際將發電機架上車床 50
圖4.7車床的轉速調整桿 51
圖4.8用3D列印印出繞線器 51
圖4.9用繞線器繞出的線圈 51
圖4.10第一組峰對峰值電壓與轉數的關係 52
圖4.11第二組峰對峰值電壓與轉數的關係 53
圖4.12第三組峰對峰值電壓與轉數的關係 54
圖4.13第四組峰對峰值電壓與轉數的關係 55
圖4.14第五組峰對峰值電壓與轉數的關係 56
圖4.15第六組峰對峰值電壓與轉數的關係 57
圖4.16第七組峰對峰值電壓與轉數的關係 58
圖4.17第八組峰對峰值電壓與轉數的關係 59
圖4.18第九組峰對峰值電壓與轉數的關係 60
圖4.19因子效應S/N值折線圖 63
圖4.20最佳組合峰對峰值電壓與轉數的關係 66
圖4.21磁鐵間隙10mm線圈實際圖 68
圖4.22磁鐵間隙18mm線圈實際圖 68
表目錄
表 2.1水平軸式風力發電機與垂直軸式風力發電機比較 8
表 2.2矽鋼片與軟鐵片規格表 23
表 3.1發電機相關數據 30
表 3.2 L9(34) 直交表 44
表 4.1控制因子選擇表 46
表 4.2 L9(34)直交表 47
表 4.3 270rpm 峰對峰值數據 61
表 4.4因子效應平均值 62
表 4.5因子效應S/N值 62
表 4.6因子變異計算(S/N) 63
表 4.7異變分析表 64
表 4.8實驗規格表 67
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