CN102215021A

CN102215021A - 风扇马达电动势测量的装置及方法

Info

Publication number: CN102215021A
Application number: CN2010101457092A
Authority: CN
Inventors: 梁坤亿; 黄中隽; 王建昌
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: CN102215021B

Abstract

本发明是一种风扇马达电动势测量的装置及方法，是利用一可改变风量的风洞装置产生流体，再以流体导引待测风扇马达转动；并量得马达三相感应电压，即可取得感应电动势常数，藉此鉴定马达感应电动势常数是否符合要求，此技术可使待测风扇马达快速获得稳定转速，并且无需使用压缩空气，达到额定转速与多个不同转速下的感应电动势常数的测量，取得上述的待测风扇马达关键特性参数，同时可定性上观察马达涡电流效应的程度。

Description

风扇马达电动势测量的装置及方法

技术领域

本发明是有关一种风扇马达电动势测量的装置及方法，尤指一种采用小型风洞装置的原理；利用流场以非接触方式驱动扇叶转动，特征在于可提供一可控制不同的稳定流体速度，驱动扇叶转动至单一或者多个不同的稳定转速，不需额外提供电源及控制器驱动马达转动，并且可快速、稳定获得马达转速；当待测风扇马达被带动到一预定转速后，配合示波器测量该马达的感应电压、运转频率。

背景技术

欲将一待测风扇马达做测试时，通常可通过一个辅助马达带动待测风扇马达，架设该辅助马达与该待测风扇马达通过一耦合器的枢接，来使得待测风扇马达运转至额定的转速，通过一电气测量装置量得待测风扇马达的感应电动势常数的波形与振幅(参见下列式(1))，便可判断出待测风扇马达的优劣。

E_emf＝ke·ω (1)

其中，

E_emf：马达感应电动势

ke：马达感应电动势常数

ω：马达转速

这个测试方法存在一些技术上的问题，例如：待测风扇马达与带动端的辅助马达必须耦合，而且两者需有一定程度上的良好对心结构或方法，否则将毁损待测风扇马达的轴承。除此之外，所购买的伺服马达(辅助的马达)及控制器成本昂贵。此外，目前国际间的马达特性检测厂商，鲜少有厂商针对微型马达单体开发该等级的马达感应电动势常数的检测设备。目前一般业者广泛使用风扇马达感应电动势常数测试方法，是以压缩空气通过空气枪直接给予扇叶吹气(参见图1)，或者通过一控制器提供电源，使扇叶得以转动，再利用红外线或同步闪频仪检测其运转速度，或以波形处理器获得运转频率，进行风扇马达的感应电动势常数测量。

依照史坦麦兹经验公式(参见下列式(2))：

P_e＝K_ef²B_m ²t² (2)

其中，

P_e：马达涡电流损失

K_e：铁芯材质的涡流常数

f：马达运转频率

B_m：铁心中的磁通密度

t：铁心材质的厚度

可以理解马达涡电流大小与转速的平方，存在着线性比例的关系，换言之，随着马达转速的增加，马达涡电流损失会迅速的增加，因此，如何定性上观察马达涡电流效应的程度相形重要。为了于定性上理解因马达定子硅钢片所诱发的涡电流损失，需进行感应电动势对不同转速的曲线测量，以观察所开发马达与所标定马达(以此马达性能为标竿)间的涡电流损失的程度差异，以作为马达效率改善的依据。

永磁马达的磁路参数中的感应电动势常数，与马达本身的性能、出力大小与可操作的工作转速息息相关，现有技术所揭露与教导的测量感应电动势常数的方法有下列几种：

第一种测量方法为美国专利第US6998814号中揭露一种「马达感应电动势常数的测量方法」，是利用一驱动器将马达驱动在单相旋转模式下，马达的转速由一速度编码器输出，感应电动势为该相电压及该预定转速的关系积分后的交流峰值。

而上述方法技术存在有某些的问题及缺点，该专利范围所揭露的风扇马达为三相永磁式有感测马达，借着霍尔元件感测到转子位置，转速由一速度编码器输出，通过控制器驱动马达，此种技术并无法实施在单相风扇马达或三相永磁式无感测风扇马达上。

第二种测量方法为中国台湾专利第202265号中揭露一种「无刷直流马达的感应式信号检出装置」，是利用一信号线圈进行信号检出，藉由一控制器驱动马达，其中驱动电路包含霍尔元件以检测出马达转动的角位置驱动马达转动，在信号线圈输出端进行信号检出。

而上述方法技术存在有某些的问题及缺点，该专利范围所揭露的风扇马达为有感测马达，虽未通过霍尔元件输出信号，但必须再增绕一信号线圈，此法不适用于量产时做在线检测。

第三种测量方法为业界广泛使用风扇马达感应电动势常数测试方法，即如图1所示，由一继电器71提供必要的电力，并同时连接一空气枪72及一转速测量装置74，而压缩空气通过该空气枪72直接吹气至一待测风扇马达73的扇叶731，驱动扇叶731转动，再利用一转速测量装置74(红外线或同步闪频仪所构成)检测其运转速度数值，该运转速度数值通过一电脑连接端口751传送至一电脑75或波形处理器获得运转频率，达到风扇马达电气特性测量的目的。

而上述方法技术存在有某些的问题及缺点，通过空气枪72直接吹气至扇叶731，其转速不易控制，并且扇叶731仅一区域将受气体压力，将导致感应电动势测量值误差，亦容易造成连接扇叶731的转轴歪斜而损坏，也都会影响Kemax的测量值。再者，此种方法亦无法使待测风扇马达73在不同的稳定转速下运转。

由于感应电动势常数影响到马达本身的扭矩输出大小与效能，如何提出一种可以将待测风扇马达在未驱动的状态下，使之运转至期望的转速，而且可以保持在此一运转速度下，同时，可以实现不同的稳定运转速度，以获得上述不同转速下的感应电动势常数。如此，则可以无须经过额外的软件执行后处理的工作，以解决因马达速度不稳定所导致的测量问题，进一步又可以获得涡电流效应的程度。以上，检视现有技术均无法提出有效的解决方案。因此，本发明提出一种测量马达感应电动势常数的装置与方法，可解决前述现有技术的缺失。

发明内容

基于解决以上所述现有技术的缺失，本发明为一种风扇马达电动势测量的装置及方法架构，主要目的在于提供一种采用小型风洞装置的原理；利用流场以非接触方式驱动扇叶转动，特征在于可提供一可控制不同的稳定流体速度，驱动扇叶转动至单一或者多个不同之稳定转速，不需额外提供电源及控制器驱动马达转动，并且可快速、稳定获得马达转速；当待测风扇马达被带动到一预定转速后，配合示波器测量该马达的感应电压、运转频率。

为达上述目的，本发明为一种风扇马达电动势测量的方法，其包括有：

安装一待测风扇马达及辅助风扇马达至一风洞装置；

通过一电脑检测该待测风扇马达的检测软件是否已启动且正常运作，若为是执行下一步骤；若为否执行结束；

设定电脑的检测软件的待测风扇马达转速及感应电动势默认值的参数，该待测风扇马达感应电动势的检测参数包括有一相电压及频率数值；

启动该辅助风扇马达以使该待测风扇马达转动；

检测该待测风扇马达的转速数值，并回传至该电脑；

该电脑判断该待测风扇马达转速是否符合前述所预设待测风扇马达转速，若为是执行下一步骤；若为否执行自动调整转速动作，直到符合该待测风扇马达转速；

该电脑获得该待测风扇马达实际转速，并计算出该待测风扇马达感应电动势的实际数值；

该电脑将该待测风扇马达感应电动势的实际数值与前述默认值相比较，以判断该待测风扇马达是否为合格品，若为是则执行记录动作；若为否则执行启动一警示装置后再记录的动作；以及

该电脑判断检测待测风扇马达的工作是否结束，若为否则重新执行前述所有步骤；若为是则直接进行结束工作。

上述风扇马达电动势测量的方法，该待测风扇马达感应电动势的检测参数包括有一相电压及频率数值。

上述风扇马达电动势测量的方法，该待测风扇转速调整为藉由调整辅助风扇马达的转速来达成。

为达上述目的，本发明为一种风扇马达电动势测量的装置，其包括有：

一风洞装置，具有一管体，管体的一端设置有第一封盖，且该第一封盖连接有一辅助风扇马达，而管体的另一端设置有第二封盖，该第二封盖上设置有一固定座，该固定座供一待测风扇马达连接固定；

一转速测量装置，与该待测风扇马达做一电性连接，并测量及输出其感应电动势数值；

一电脑，通过一电脑连接端口与该待测风扇马达做一电性连接且接收该转速测量装置所输出的感应电动势数值，该电脑具有一检测软件，该检测软件可设置待测风扇马达转速及感应电动势默认值的参数，判断该待测风扇马达转速是否符合预设待测风扇马达转速及将该待测风扇马达感应电动势的实际数值与默认值相比较，以判断该待测风扇马达是否为合格品，并执行启动警示装置及记录动作；以及

一警示装置，与该电脑相连接，并接受其指令决定以开启该警示装置。

上述风扇马达电动势测量的装置，该转速测量装置是指一示波器或转速计。

上述风扇马达电动势测量的装置，该转速测量装置所输出的感应电动势数值可藉由手动纪录。

上述风扇马达电动势测量的装置，该待测该风扇马达种类为单相永磁式马达或三相永磁式马达。

上述风扇马达电动势测量的装置，该辅助风扇马达的功率大于待测风扇马达的功率。

上述风扇马达电动势测量的装置，该固定座与待测风扇马达连接固定方法为螺合或粘合。

上述风扇马达电动势测量的装置，该辅助风扇马达为一具可变频的轴流风扇所构成。

上述风扇马达电动势测量的装置，该风扇马达电动势测量的装置还包括有一电脑，通过一电脑连接端口与该待测风扇马达做一电性连接且接收该转速测量装置所输出的感应电动势数值，该电脑具有一检测软件，该检测软件可用于设置待测风扇马达转速及感应电动势默认值的参数，判断该待测风扇马达转速是否符合预设待测风扇马达转速及将该待测风扇马达感应电动势的实际数值与默认值相比较，以判断该待测风扇马达是否为合格品。

上述风扇马达电动势测量的装置，该电脑内还包括有多个应用软件及一储存单元，该些应用软件包括有一设定单元、一采样单元、一自动控制单元、一比对单元及一判断单元。

上述风扇马达电动势测量的装置，该储存单元是指一硬盘或内存。

上述风扇马达电动势测量的装置，该风扇马达电动势测量的装置还包括有一警示装置，与该电脑相连接，并接受其指令决定以开启该警示装置。

上述风扇马达电动势测量的装置，该警示装置为发光二极管或蜂鸣器。

为进一步对本发明有更深入的说明，乃藉由以下图示、图号说明及发明详细说明。

附图说明

图1为现有风扇马达电动势测量装置架构示意图；

图2A为本发明风扇马达电动势测量装置第一实施例架构示意图；

图2B为本发明风扇马达电动势测量装置第二实施例架构示意图；

图3A、3B为本发明风扇马达电动势测量方法流程图；

图4A为本发明风洞装置、待测风扇马达及辅助风扇马达的立体分解结构示意图；

图4B为本发明风洞装置、待测风扇马达及辅助风扇马达的组立剖面结构示意图；

图5为本发明电脑内部软、硬件的功能方块示意图。

【主要组件符号说明】

10～开始

11～安装一待测风扇马达及辅助风扇马达至一风洞装置

12～通过一电脑检测该待测风扇马达的检测软件是否已启动且正常运作

13～设定电脑的检测软件的待测风扇马达转速及感应电动势默认值的参数

14～启动该辅助风扇马达以使该待测风扇马达转动

15～检测该待测风扇马达的转速数值，并回传至该电脑

16～该电脑判断该待测风扇马达转速是否符合前述所预设待测风扇马达转速

17～自动调整转速动作

18～该电脑获得该待测风扇马达实际转速，并计算出该待测风扇马达感应电动势的实际数值

19～该电脑将该待测风扇马达感应电动势的实际数值与前述默认值相比较，以判断该待测风扇马达是否为良品

20～启动警示装置

21～记录

22～该电脑判断检测待测风扇马达的工作是否结束

23～结束

3、75～电脑

31、751～电脑连接端口

32～储存单元

33～设定单元

34～采样单元

35～自动控制单元

36～比对单元

37～判断单元

4～风洞装置

41～辅助风扇马达

42、73～待测风扇马达

43～管体

431～空腔

44～第一封盖

45～第二封盖

451～固定座

5、74～转速测量装置

6～警示装置

61～发光二极管

62～蜂鸣器

71～继电器

72～空气枪

731～扇叶

具体实施方式

兹配合下列附图说明本发明的详细结构，及其连结关系，以利于进一步描述本发明之目的、方案及功效。

请参阅图2A所示，为本发明风扇马达电动势测量装置第一具体实施架构示意图，此实施例不需要连接电脑，直接以人工判读，适合于简易且测试量较低的环境，是采用小型风洞装置4的原理；利用辅助风扇马达41带动流场以非接触方式驱动待测风扇马达42的扇叶转动，可提供一可控制不同的稳定流体速度，驱动扇叶转动至单一或者多个不同的稳定转速，不需额外提供电源及控制器驱动马达转动，并且可快速、稳定获得马达转速；当待测风扇马达被带动到一预定转速后，配合一转速测量装置5测量该马达的感应电压、运转频率，再经由人工判读以判断该二数值是否为标准，做为判断待测风扇马达42是否为合格品的依据。

表1.本发明所提出风扇马达感应电动势测试方法及装置与现有技术相较的比较表

第二具体实施例请参阅图2B、图4A、B所示，为本发明风扇马达电动势测量装置架构示意图及本发明风洞装置、待测风扇马达及辅助风扇马达的结构示意图，其包括有：一风洞装置4，具有一管体43，管体内的空腔形成一气流道，管体的一端设置有第一封盖，且该第一封盖44连接有一辅助风扇马达41，该辅助风扇马达41为一具可变频的轴流风扇所构成，而管体43的另一端设置有第二封盖45，上述第一封盖44与第二封盖45是利用多个加固定组件46加以固定，该第二封盖45上设置有一固定座451，该固定座451供一待测风扇马达42连接固定，该固定座451与待测风扇马达42连接固定方法为螺合或粘合，该待测该风扇马达42种类为单相永磁式马达或三相永磁式马达，且该辅助风扇马达41的功率大于待测风扇马达42的功率；一转速测量装置5，与该待测风扇马达42做一电性连接，并测量及输出其感应电动势数值，该转速测量装置5是指一示波器或转速计；一电脑3，通过一电脑连接端口31与该待测风扇马达42做一电性连接且接收该转速测量装置5所输出的感应电动势数值，该电脑3具有一检测软件，该检测软件可设置待测风扇马达42转速及感应电动势默认值的参数，判断该待测风扇马达42转速是否符合预设待测风扇马达42转速及将该待测风扇马达42感应电动势的实际数值与默认值相比较，以判断该待测风扇马达42是否为合格品，并执行启动警示装置6及记录动作；一警示装置6，与该电脑3相连接，并接受其指令决定以开启该警示装置6，该警示装置6为发光二极管(LED)61或蜂鸣器62，藉由亮灯或警示声音来提醒测试者有不良的待测风扇马达42的存在。

请参阅图5所示，为本发明电脑内部软、硬件的功能方块示意图，该电脑3内更包括有多个应用软件及一储存单元32，该储存单元32是指一硬盘或内存，该些应用软件包括有一设定单元33、一采样单元34、一自动控制单元35、一比对单元36及一判断单元37。

请参阅图3A、3B所示，为本发明风扇马达电动势测量方法流程图，其包括有：

10～开始；

11～安装一待测风扇马达及辅助风扇马达至一风洞装置；

12～通过一电脑检测该待测风扇马达的检测软件是否已启动且正常运作，若为是执行下一步骤；若为否执行结束；

13～设定电脑的检测软件的待测风扇马达转速及感应电动势默认值的参数；

14～启动该辅助风扇马达以使该待测风扇马达转动；

15～检测该待测风扇马达的转速数值，并回传至该电脑；

16～该电脑判断该待测风扇马达转速是否符合前述所预设待测风扇马达转速，若为是执行下一步骤；若为否执行17～自动调整转速动作，直到符合该待测风扇马达转速，而该待测风扇转速调整系为藉由调整辅助风扇马达的转速来达成；

18～该电脑获得该待测风扇马达实际转速，并计算出该待测风扇马达感应电动势的实际数值；

19～该电脑将该待测风扇马达感应电动势的实际数值与前述默认值相比较，以判断该待测风扇马达是否为良品，若为是则执行21～记录动作；若为否则执行20～启动一警示装置后再记录的动作；以及

22～该电脑判断检测待测风扇马达的工作是否结束，若为否则重新执行前述所有步骤；若为是则直接进行23～结束工作。

本发明所揭露的微型马达的感应电动势常数的测量方法及装置，主要是运用一小型风洞装置，该装置设置有一腔体；该腔体一端设置一流体产生装置及产生流体装置的固定座，该流体产生装置所产生的流量可被控制，该腔体另一端设置一待测风扇马达固定座，待测风扇马达装设于该固定座。该装置设有一待测风扇马达转速自动调整系统，该系统设置一示波器、一电脑，藉由示波器测量风扇马达的相电压、运转频率，藉由示波器纪录该相感应电压的波形，经由电脑软件程序运算及比对设定转速与实际转速差异，进行调节流体产生装置，当待测风扇马达的转速达到设定的转速时；开始测量该风扇马达的相感应电压、运转频率，藉由示波器纪录该相感应电压及频率，根据该相感应电压及运转频率，经由现有感应相电压及转速的关系式，取得该马达感应电动势常数，同时与设计值比对，以鉴别是否合格。

综上所述，本发明的结构特征及各实施例皆已详细揭示，而可充分显示出本发明案在目的及功效上均深赋实施的进步性，极具产业的利用价值，且为目前市面上前所未见的运用。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种风扇马达电动势测量的方法，其特征在于，包括有：

安装一待测风扇马达及辅助风扇马达至一风洞装置；

设定电脑的检测软件的待测风扇马达转速及感应电动势默认值的参数；

启动该辅助风扇马达以使该待测风扇马达转动；

检测该待测风扇马达的转速数值，并回传至该电脑；

2.如权利要求1所述的风扇马达电动势测量的方法，其特征在于，该待测风扇马达感应电动势的检测参数包括有一相电压及频率数值。

3.如权利要求1所述的风扇马达电动势测量的方法，其特征在于，该待测风扇转速调整为藉由调整辅助风扇马达的转速来达成。

4.一种风扇马达电动势测量的装置，其包括有：

一风洞装置，具有一管体，管体内的空腔形成一气流道，管体的一端设置有第一封盖，且该第一封盖连接有一辅助风扇马达，而管体的另一端设置有第二封盖，该第二封盖上设置有一固定座，该固定座供一待测风扇马达连接固定；以及

一转速测量装置，与该待测风扇马达做一电性连接，并测量及输出其感应电动势数值。

5.如权利要求4所述的风扇马达电动势测量的装置，其特征在于，该转速测量装置是指一示波器或转速计。

6.如权利要求4所述的风扇马达电动势测量的装置，其特征在于，该转速测量装置所输出的感应电动势数值藉由手动纪录。

7.如权利要求4所述的风扇马达电动势测量的装置，其特征在于，该待测该风扇马达种类为单相永磁式马达或三相永磁式马达。

8.如权利要求4所述的风扇马达电动势测量的装置，其特征在于，该辅助风扇马达的功率大于待测风扇马达的功率。

9.如权利要求4所述的风扇马达电动势测量的装置，其特征在于，该固定座与待测风扇马达连接固定方法为螺合或粘合。

10.如权利要求4所述的风扇马达电动势测量的装置，其特征在于，该辅助风扇马达为一具可变频的轴流风扇所构成。

11.如权利要求4所述的风扇马达电动势测量的装置，其特征在于，该风扇马达电动势测量的装置还包括有一电脑，通过一电脑连接端口与该待测风扇马达做一电性连接且接收该转速测量装置所输出的感应电动势数值，该电脑具有一检测软件，该检测软件用于设置待测风扇马达转速及感应电动势默认值的参数，判断该待测风扇马达转速是否符合预设待测风扇马达转速及将该待测风扇马达感应电动势的实际数值与默认值相比较，以判断该待测风扇马达是否为合格品。

12.如权利要求11所述的风扇马达电动势测量的装置，其特征在于，该电脑内还包括有多个应用软件及一储存单元，该些应用软件包括有一设定单元、一采样单元、一自动控制单元、一比对单元及一判断单元。

13.如权利要求12所述的风扇马达电动势测量的装置，其特征在于，该储存单元是指一硬盘或内存。

14.如权利要求11所述的风扇马达电动势测量的装置，其特征在于，该风扇马达电动势测量的装置还包括有一警示装置，与该电脑相连接，并接受其指令决定以开启该警示装置。

15.如权利要求14所述的风扇马达电动势测量的装置，其特征在于，该警示装置为发光二极管或蜂鸣器。