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作者:蔡明發、李迪章、曾仲熙、陳譽元、林正軒、彭文陽軸向磁通永磁馬達之模型建構與向量控制設計

近幾年來，軸向磁通永磁馬達（Axial-Flux Permanent Magnet Motor, AFPM）因具有高效率、緊密結構與高轉矩密度等特性，吸引著工業界的注目，並已廣泛應用在電動車與飛輪儲能等系統上。在這些應用中，需要馬達平穩的運轉，以避免震動與噪音干擾，因此，精確的馬達模型與其控制器設計，使其性能優化是非常重要的。本文建立一個軸向磁通永磁馬達之模型並設計其向量控制器，首先推導此軸向磁通永磁馬達在三相靜止座標之數學模型，其中電磁轉矩方程式具有頓轉矩漣波，再利用PSIM模擬軟體所具備的電路元件、數學運算與轉移函數等功能來建構與驗證此模型，此模型具有三相電壓輸入端與負載轉矩輸入端，可以很方便直接地將此模型方塊連接到整體馬達驅動器的PWM變頻器；並做負載轉矩與馬達參數不準度和變化等整體馬達驅動器性能的評估與模擬，轉矩響應模擬結果並與利用ANSYS Maxwell有限元素分析法之結果做比較，以驗證其正確性。之後，進一步推導在同步旋轉座標之d-q軸模型，依此軸模型設計以轉子磁場為導向的向量控制器，包含PI解耦電流控制器與二自由度轉速控制器，模擬結果顯示所設計的控制器對轉速命令與負載轉矩的瞬間加入皆有理想的轉速響應，並且馬達轉動慣量參數在 60 %的不準度時，仍有穩定的轉速響應，但在低轉速時可看出轉速響應上有明顯的漣波，是頓轉矩所造成，有待進一步設計更高階的控制器來消除此頓轉矩漣波效應。

作者:林央正、劉錦龍熔融沉積成型積層製造控制系統

熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling, FDM）控制系統，乃是將ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene）塑膠或PLA （Polylactic Acid）生物可分解玉米材質等條狀膠條，經加熱熔化通過微細孔徑熱擠壓頭，擠壓沉積成型在列印底板上，透過切層軟體控制，層層堆積成3D物件。本文包含熔融沉積成型技術與專利、積層製造軸控與溫控技術、3D物件切層軟體等簡介，可應用於模具開發驗證、文創設計/教學與3D相關產業應用上。

作者:王登彥、黃政祺個人化積層製造印表機技術

積層製造技術採用逐層堆積方法，也稱作3D列印（3D printing）。近年來3D列印逐漸受到矚目，也開始應用到許多產業，航太、汽車、生醫、文藝、行銷等。3D列印機擁有少量多樣、快速生產或個人創意開發的特性，不僅可縮短產品開發週期，更可作為大量生產的先探性商品。在3D列印技術中，FDM的機械結構最簡單，設計也最容易，製造成本、維護成本和材料成本也最低，因此也是桌上型3D印表機中使用得最多的技術。

作者:蔡明發、彭文陽、陳譽元、林正軒、葉信典三相交流感應馬達之建模與線上轉矩速度特性模擬分析

交流感應馬達因比永磁馬達有更強健、低成本的特性，因此廣泛地應用在馬達驅動系統中，尤其在較大功率電動車與牽引車的應用上，感應馬達的重要性將逐年增加。在這些應用中，需要分析馬達的轉矩速度特性，使得在適當的速度範圍內產生足夠的轉矩以驅動馬達帶動車體，因此精確的感應馬達模型與建構，在研究感應馬達轉矩速度特性暨其模擬與分析，是非常有用與重要的。

我們建立了一個三相交流感應馬達之相變數模型，以電磁、機電與機械三部份來推導感應馬達的數學方程式，並利用PSIM模擬軟體工具建立該感應馬達的相變數模型方塊，給予輸入信號的頻率與負載轉矩分析，驗證了該模型轉速穩態響應的正確性。所建模型並和PSIM內建與MATLAB/Simulink內建之感應馬達模型相比較，所得到三者的轉速與電流響應一樣，驗證了所建模型其暫態響應的正確性。所建模型的特色有二：一是三相定子輸入端是採用電路元件建立的，可以和馬達變頻驅動電路連接，以便做馬達驅動控制的整合模擬；二是負載轉矩輸入端是以數學函數元件建立的，可以數學函數的形式加入負載轉矩。

我們並提出一個以線上計算方式得出一個待測感應馬達的轉矩速度曲線。利用所建模型，以傳統的直流測試、無載測試與堵轉測試方法進行該待測馬達的參數量測，用所得參數及感應馬達在穩態的轉矩方程式，以線上計算方式即可得出該待測感應馬達的轉矩速度曲線。並用所建模型，仿照動力計的方法，在馬達模型的轉矩輸入端加一斜坡負載轉矩，得出施加負載後的轉矩速度曲線圖。比較仿照動力計的方法和線上計算方法，兩者所得到的轉矩速度曲線相差不大，說明所提線上計算量測感應馬達轉矩速度曲線方法的可行性。

作者:王登彥、林央正熔融沉積成型積層製造技術演進

熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling, FDM）技術，乃是將ABS （Acrylonitrile Butadiene Styrene）塑膠或PLA （Polylactic Acid）生物可分解玉米材質等條狀膠條，經加熱熔化通過微細孔徑熱擠壓頭，擠壓沉積成型在列印底板上，透過切層軟體控制，層層堆積成3D物件。在3D列印技術中，FDM的機械結構最簡單，設計也最容易，製造成本、維護成本和材料成本也最低，因此也是桌上型3D印表機中使用得最多的技術。為提升國內積層製造技術研發能力，本文將從FDM設備，FDM噴印頭結構，FDM列印環境控制等專利內容來逐一介紹FDM關鍵技術，使國內廠商對於FDM技術有更多的認識，開發出具有市場競爭力的產品，避免侵犯他國專利，以提高國內FDM設備自主力，強化國內廠商在國際的競爭力。

作者:陳泰宏、賴豊文、林央正微型電漿射束複合加工之積層製造技術

3D積層製造（additive manufacturing）之熔融沉積成型（fused deposition modeling, FDM），乃是將ABS （acrylonitrile butadiene styrene）塑膠或PLA （polylactic acid）生物可分解玉米材質等條狀膠條，經加熱熔化通過微細孔徑熱擠壓頭，擠壓沉積成型在列印底板上，透過切層軟體控制，層層堆積成3D物件。3D積層製造FDM積層厚度皆>100 μm，產品成型產生明顯層狀條紋，需要經二次加工後處理，難以應用於中/高階工業用積層設備之產品。本研究開發微型電漿射束以進行複合式加工技術，進行即時修補加減機制，以提升3D積層製造FDM產品精度。微型電漿射束利用電漿產生之活性粒子破壞薄膜表面之有機基團，使其產生反應形成CO、CO2及H2O而揮發至環境中，造成高分子鏈分解，形成蝕刻的效果，本研究以應用實驗設計法探討微型電漿射束其製程參數對於ABS塑膠蝕刻效應之影響情形。

作者:王登彥、林央正、賴豊文、李昌周靜電紡絲之積層製造技術

本文介紹將電紡絲技術應用於積層製造技術上，可將高分子材料列印至更微小圖案化線寬，利用有限元素分析法對不同的電紡噴頭尺寸、工作距離與收集板大小，進行電場模擬分析，模擬結果顯示，改變針徑對於針底到收集板之間的電場影響程度最大，針徑越小，電場強度越大。當針徑上升時，電場最大值的位置會往收集板方向移動，而改變針長則不會影響電場最大值位置。若改變收集板大小，對於針底至收集板之間的電場並沒有明顯影響，其原因為針底到收集板間工作距離甚短（約3 mm），使得針底電場不會受到收集板外側之金屬影響，本研究依據電紡噴頭電場模擬結果，固定靜電噴頭尺寸，將探討操作電壓、流量、收集板移動速度等因素對產物線寬的影響，並進行網格狀圖案化電紡積層製造列印。

作者:蔡明發、陳柏志、鄭詠仁、顏鴻程、陳俊漢同步磁阻馬達之建模與向量控制器設計

同步磁阻馬達是一種同步機，但其轉子不像一般同步機那樣，需要在轉子繞線以激磁或裝置永久磁鐵，它的轉子材料是如矽鋼片的導磁材料，藉由轉子凸極現象造成磁阻的不均勻，來產生力矩而轉動，它也不會像永磁同步馬達那樣，其轉子磁鐵經年累月運轉後會產生磁性減弱的問題。故其構造簡單，具有堅固的特性，近年來吸引著工業界的注目。故精確的馬達模型，以分析其特性與效率，以及其控制器設計，使其性能優化是非常重要的。

本文描述一個同步磁阻馬達之相變數模型之建構，以電磁、機電與機械三部份來推導感應馬達的數學方程式，並利用PSIM模擬軟體工具建立該同步磁阻馬達的相變數模型，仿如一實際的馬達操作，在其三相輸入端以電阻、電感與相依電壓源電路元件來建構其模型。所建模型的特色有二：一是三相定子輸入端是採用電路元件建立的，可以和馬達變頻驅動電路連接，以便做馬達驅動控制的整合模擬；二是負載轉矩輸入端是以數學函數元件建立的，可用數學函數的形式加入負載轉矩。給予三相輸入電壓的頻率並加入負載轉矩來模擬分析，驗證了該模型轉速穩態響應的正確性。

本文並提出以鎖相迴路為基礎的功率因數角量測電路，藉由機械功率與輸入電功率的比值，得出該同步磁阻馬達在不同負載轉矩情況下運轉時的能效曲線，並得出定子電阻大小是影響該馬達的能效的主因。

除此，本文並推導在同步旋轉座標之d-q模型，依此模型設計以轉子轉軸為導向的向量控制器，包含PI解耦電流控制器與包含一前饋補償器的二自由度PI轉速控制器，模擬結果顯示所設計的控制器對轉速命令與負載轉矩的瞬間加入皆有理想的轉速響應。

作者:李昌周、賴豊文、林央正、王登彥、王紀、王煜同軸電紡積層製造技術之研究

本文介紹將同軸靜電紡絲技術應用於積層製造，藉此列印出具有包覆性芯鞘形高分子線條之技術。利用有限元素分析法進行同軸紡口電場模擬，並以PVA材料在實驗設備上進行近場電紡，能夠列印出線寬落在數十至數百μm尺度範圍，並且具有包覆功能之線條，可藉此研究突破傳統積層造最小線寬的限制，擴大積層製造的應用領域。

作者:蔡明發、陳俊漢、楊竣翔永磁輔助同步磁阻馬達之相變數模型建構

交流馬達可分同步馬達與交流感應馬達，兩者相比較，同步馬達有能源效率較高的優點。同步馬達可分為永磁同步馬達、繞線同步馬達與同步磁阻馬達，其中同步磁阻馬達其轉子不像繞線同步馬達需要在轉子繞線以激磁；也不必像永磁同步馬達那樣需在轉子裝置永久磁鐵，同步磁阻馬達的轉子材料是如矽鋼片的高導磁材料，藉由轉子凸極現像產生磁阻的不均勻，反應在定子電感的不同來產生力矩稱之為磁阻轉矩（reluctance torque）而轉動，其優點為不會像永磁同步馬達那樣轉子磁鐵經年累月運轉後會產生磁性減弱的問題，且構造簡單，具有堅固的特性，近年來吸引著工業界的注目。但其缺點為其轉矩成份只靠d與q軸定子電感的不等所形成的，在某些應用場合，此轉矩會有不夠大的現像。為此，而有所謂的永磁輔助同步磁阻馬達（PMa-SynRM）的出現，它的構造是在一般同步磁阻馬達的轉子上加裝一點輔助的永久磁鐵，一則以增加激磁轉矩（excitation torque）成份，二則讓d軸定子電感變小，使得馬達產生的整體轉矩增大。故精確的馬達模型，以便分析其特性，使其性能優化是非常重要的。

本文描述一個PMa-SynRM馬達之相變數模型之建構，以電磁、機電與機械三部份來推導其數學方程式，並利用PSIM模擬軟體工具建立該馬達的相變數模型，在其三相輸入端以電阻、電感與相依電壓源電路元件來建構其模型，使其在模擬分析時可仿如一實際的馬達操作。所建模型的特色有二：一是三相定子輸入端是採用電路元件建立的，可以和馬達變頻驅動電路連接，以便做馬達驅動控制的整合模擬；二是負載轉矩輸入端是以數學函數元件建立的，可用數學函數的形式加入負載轉矩。給予三相輸入電壓的頻率並加入負載轉矩來模擬分析，驗證了該模型建構的正確性。

作者:王亘黼、黃智勇電漿薄膜沉積預測與應力分析模組技術

作者:林冠宇、莊聰暉、陳冠州、陳家銘、劉志宏IC載板電漿設備之電極模組設計與軟體開發

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