CN204203403U - 一种微电机转子绕组缺陷检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种微电机转子绕组缺陷检测系统。本检测系统由脉冲发生器与被测的转子绕组的相邻换向片相连；依次还包括脉冲发生器、转子绕组、积分电路、A/D转换电路、控制器、显示终端、电机；脉冲发生器向被测的转子绕组施加脉冲信号；积分电路并联在转子绕组的换向片两端，由积分电阻R和积分电容C串联组成；A/D转换电路分别与积分电容C、控制器相连；所述控制器还与显示终端、电机相连；所述电机上装载着被测的转子绕组。本实用新型将具有规定峰值和频率的脉冲方波施加于被测转子绕组上，通过控制器对采集的响应信号的分析，判断转子绕组故障状况，能够自动、快速、准确的检测转子绕组状态，优化生产线，提高装配线良品率。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动检测技术，属于电机检测领域，特别涉及在一种微电机转子绕组缺陷检测系统。
背景技术
随着社会的发展和科技的进步，微电机在手机、音像制品等领域应用越来越广泛，而且人们对微电机的性能要求也越来越苛刻，这对于电机生产检测提出了更高的要求。
在电机生产检测过程中，转子绕组故障为其主要故障，包含：断线、虚焊和匝间短路，而绕组匝间短路故障最难检测。现有检测方法是使用微欧表测量绕组阻值，或对绕组加脉冲，通过观察示波器波形的方式对绕组进行检测。这种检测方式完全依赖于人工读取微欧表电阻值，或人工观察示波器上的波形来判断转子是否合格，不仅检测效率低下，且准确率不高，实际操作中经常会出现漏看、看错等现象。
并且现有检测设备基本为大型电机绕组故障检测仪，微型电机绕组检测设备较小。市面上具有一些微型电机综合测试仪，均为对成品电机进行测试，无法在生产装配阶段发现转子绕组故障，不能降低产品废品率。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种适用于微型电机转子绕组缺陷检测系统，以实现快速自动的检测转子绕组，发现故障转子，提高检测速率以及转子合格率。
为实现上述目的，本实用新型提供的微型电机转子绕组缺陷检测系统技术方案是：由脉冲发生器与被测的转子绕组的相邻换向片相连；所述检测系统还依次包括积分电路、A/D转换电路、控制器、显示终端、电机；所述积分电路并联在转子绕组的换向片两端，由积分电阻R和积分电容C串联组成；所述A/D转换电路分别与积分电容C、控制器相连；所述控制器还与显示终端、电机相连；所述电机上装载着被测的转子绕组。
以上检测系统中，由脉冲发生器向被测的转子绕组施加脉冲信号。所述积分电路并联在转子绕组的换向片两端，用以保持转子绕组电压信号。所述A/D转换电路采集积分电路中积分电容C两端电压并转化为数字信号传输给控制器；A/D转换电路具体可为信号调理、采样、A/D转换的电路，采样积分电容C两端的电压，再经过信号调理、模数变换，传输给控制器。所述电机由控制器进行控制，带动转子绕组旋转至下一组换向片，A/D转换电路采集到转子绕组下一组换向片电压。在所述检测系统中，控制器为检测系统控制核心，用以接收A/D转换电路所传输来的各组换向片的数字信号，通过程序运算判断转子绕组状态并将运算结果输出在显示终端。该检测系统由控制器自动处理积分电路、A/D转换电路配合获取到的每组换向片的电压信号，自动快速，不需人工分析波形，更准确便捷。
优化的，所述脉冲发生器为产生PWM方波的脉冲信号产生电路，PWM方波通过探针加载到转子绕组相邻换向片上。具体的，脉冲发生器产生的PWM方波信号，电压为12V，频率为100kHz，占空比50％；A/D转换器频率为12MHz以上。PWM方波具有陡峭的上升沿和下降沿，其信号近似为零状态响应。由于本检测系统针对微电机的转子绕组检测，微电机功率小，仅需施加较小的激励信号，就能获得明显的响应曲线。PWM 12V电压保证转子绕组响应波形有一定的幅度；通过计算转子绕组时间常数得出PWM频率，100kHz左右的频率约为绕组零状态响应时间常数10倍左右，转子绕组进入稳态电压；50％的PWM占空比能够提供对称波形；并且理论上12MHz以上的A/D转换频率能够采样120个点，便于提供给控制器进行处理。
进一步优化的，以上检测系统所述电机为步进电机。通过控制器产生的PWM方波驱动步进电机转动固定角度，准确控制电机转动角度，使转子绕组转过一个换向片角度，从而使A/D转换器能够采集到转子绕组每两相邻换向片电压传输给控制器。由于本方案设计的微电机为直径10mm以下空心杯电机，电机参数差异不是非常大，控制器以特定的PWM峰值和频率即可驱动步进电机转过一个换向片角度，方便有效。
优化的，所述控制器具有内部存储器；所述检测系统还包括输入装置，所述输入装置通过引脚与控制器相连。具体的，所述控制器为DSP或单片机。当执行录入功能时，通过输入装置将多种标准转子绕组参数及参考电压录入控制器的存储器中；当缺陷检测时，执行查询功能，控制器查询存储器中已录入的转子绕组型号，对转子参数进行选定并将参考电压设置为被测转子绕组标准值。具体的，输入装置可以为按钮，如录入按钮、查询按钮、控制按钮、启动按钮、设置按钮、复位按钮、应答按钮、方向键等；输入装置也可以为触控屏，与显示器集成在一起。
更进一步地，上述检测系统中所述显示终端为液晶显示屏或LED显示屏或数码显示管或触摸式操作屏。显示终端为液晶显示屏或LED显示屏能够显示转子绕组状态以及缺陷形式；触摸式操作屏还能够通过触控操作控制转子绕组缺陷检测系统的工作。显示屏基本任务为：
1.显示转子判断结果，如正常、虚焊、短路、断线等；
2.显示当前系统工作状态，如启动、停止等；
3.显示电机的转速、旋转角度、次数，如转子有5个换向片，则旋转5次，每次72°；
4.显示查询和录入界面。
更进一步地，以上检测系统还具有报警装置，检测系统具有报警装置，通过引脚与控制器连接。具体的，所述报警装置为警示灯或/和蜂鸣器。当控制器判定被测的转子绕组为故障绕组时，通过引脚输出高电平，启动警示灯和蜂鸣器，以提醒操作人员该转子为故障转子。
更进一步地，以上检测系统的控制器还有预留通信端口。所述通信端口使用Modbus协议与其他设备通信，可用于传输检测结果，以方便其他如分析设备、便携式设备对检测结果的调用。
利用以上微电机转子绕组缺陷检测系统实现的检测过程，即是将具有峰值和频率的脉冲方波施加于被测转子绕组上，然后通过并联在转子绕组的换向片两端的积分电路保持转子绕组电压信号，由A/D转换电路采集积分电路中积分电容C两端电压并转化为数字信号，通过控制器对被测转子绕组的换向片电压数字信号进行数据处理程序，分析转子绕组的故障状况。
本实用新型所提供的微电机转子绕组缺陷检测系统的有益效果体现在：1、本实用新型增加积分电路来保持波形电压信号，在有限的采样速率下测得最大的幅度差异，从而降低对A/D转换器采样频率要求，即降低成本，又能检测出绕组的状态；2、本检测系统步进电机带动转子绕组转动，能够一次完成转子绕组每相邻相片的检测，工人只需安装和取下即可；3、本检测系统的控制器还具有存储器，可实现自动化检测，排除人工干扰，检测速度快，准确率高。
附图说明
图1为本实用新型中的转子绕组缺陷检测系统的结构示意图。
图2为本实用新型积分电路(3)的组成以及和脉冲发生器(1)、转子绕组(2)之间连接的电路图。
图3为本实用新型转子绕组缺陷检测系统组成结构图。
图4为本实用新型转子绕组缺陷检测系统转子绕组(2)与积分电路(3)的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一
图1为本实用新型转子绕组缺陷检测系统的结构示意图。由脉冲发生器1与被测的转子绕组2的相邻换向片相连；所述检测系统还依次包括积分电路3、A/D转换电路4、控制器5、显示终端6、电机7；所述积分电路3并联在转子绕组2的换向片两端，由积分电阻R31和积分电容C32串联组成；所述A/D转换电路4分别与积分电容C32、控制器5相连；所述控制器5还与显示终端6、电机7相连；所述电机7上装载着被测的转子绕组2。本实用新型转子绕组缺陷检测系统由脉冲发生器1产生高频脉冲，并加载在转子绕组2相邻的换向片上，A/D转换电路4采集与转子绕组2并联的积分电路3中电容32的电压，并传输给控制器5，由控制器5中程序判断转子绕组2是否正常以及缺陷形式，并将结果输出在显示终端6上。
图2为本积分电路3的组成以及和脉冲发生器1、转子绕组2之间连接的电路图。脉冲发生器1为产生PWM方波的脉冲信号产生电路，PWM方波通过探针加载到转子绕组2相邻换向片上。脉冲发生器1产生的PWM方波信号，电压为12V，频率为100kHz，占空比50％；A/D转换器频率为12MHz以上。
电机7为步进电机。由控制器5发生PWM方波进行控制，用以驱动转子绕组转动至下一组换向片，使A/D转换电路4能够采集到绕组每两个相邻换向片的电压。
显示终端6为液晶显示屏或LED显示屏或数码显示管或触摸式操作屏，能够显示转子绕组2的状态以及缺陷形式；触摸式操作屏还能通过触控操作控制器5。
实施例二
图3示出了一种本实用新型转子绕组缺陷检测系统组成结构。相同部分如实施例一所述，不再重复。本实施例中所述控制器5还具有存储器；所述检测系统还包括输入装置，所述输入装置通过引脚与控制器相连。检测系统具有报警装置，通过引脚与控制器5连接。报警装置为警示灯或/和蜂鸣器。所述控制器5有预留通信端口。控制器5为DSP或单片机。
本转子绕组检测系统将具有规定峰值和频率的脉冲方波施加于被测转子绕组2上，通过采集响应信号与标准转子绕组信号进行对比分析，判断转子绕组2是否故障以及故障形式。图4示出了转子绕组缺陷检测系统转子绕组2与积分电路3的原理图，转子绕组由电阻RL和电感L组成，电路限流电阻r为已知的电路参数，脉冲发生器1产生PWM电压为V(t)，假设通过L的电流为iL(t)且两端电压为uL(t)，电路的微分方程为：由于RL<<r，且根据电感伏安特性：可以计算电感电压uL(t)：
由此原理可知，当绕组电感L变化时，绕组电压衰减曲线将发生变化，而绕组电感与绕组匝数、材料有着紧密联系，当绕组发生短路、断线或者虚焊故障时，uL(t)将发生变化。因此本检测系统是由采集的uL(t)的变化，推出绕组电感L发生了变化，进一步得出绕组的匝数或材料有变化，从而确定其故障存在。通过将测试数据uL(t)与标准绕组电压值进行对比，即可判断出绕组的状态。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微电机转子绕组缺陷检测系统，由脉冲发生器(1)与被测的转子绕组(2)的相邻换向片相连；其特征在于：所述检测系统还依次包括积分电路(3)、A/D转换电路(4)、控制器(5)、显示终端(6)、电机(7)；所述积分电路(3)并联在转子绕组(2)的换向片两端，由积分电阻R(31)和积分电容C(32)串联组成；所述A/D转换电路(4)分别与积分电容C(32)、控制器(5)相连；所述控制器(5)还与显示终端(6)、电机(7)相连；所述电机(7)上装载着被测的转子绕组(2)。
2.根据权利要求1所述的微电机转子绕组缺陷检测系统，其特征在于：脉冲发生器(1)为产生PWM方波的脉冲信号产生电路，PWM方波通过探针加载到转子绕组(2)相邻换向片上。
3.根据权利要求2所述的微电机转子绕组缺陷检测系统，其特征在于：脉冲发生器(1)产生的PWM方波信号，电压为12V，频率为100kHz，占空比50％；A/D转换器频率为12MHz以上。
4.根据权利要求1所述的微电机转子绕组缺陷检测系统，其特征在于：所述电机(7)为步进电机。
5.根据权利要求1-4任一项所述的微电机转子绕组缺陷检测系统，其特征在于：所述控制器(5)具有存储器；所述检测系统还包括输入装置，所述输入装置通过引脚与控制器相连。
6.根据权利要求5所述的微电机转子绕组缺陷检测系统，其特征在于：所述控制器(5)为DSP或单片机。
7.根据权利要求1、2、3、4、6任一项所述的微电机转子绕组缺陷检测系 统，其特征在于：显示终端(6)为液晶显示屏或LED显示屏或数码显示管或触摸式操作屏。
8.根据权利要求1、2、3、4、6任一项所述的微电机转子绕组缺陷检测系统，其特征在于：检测系统具有报警装置，通过引脚与控制器(5)连接。
9.根据权利要求8所述的微电机转子绕组缺陷检测系统，其特征在于：所述报警装置为警示灯或/和蜂鸣器。
10.根据权利要求1、2、3、4、6、9任一项所述的微电机转子绕组缺陷检测系统，其特征在于：所述控制器(5)有预留通信端口。
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