TWI414803B - 風扇馬達電動勢量測的裝置及方法 - Google Patents

Description

風扇馬達電動勢量測的裝置及方法

本發明係有關一種風扇馬達電動勢量測的裝置及方法，尤指一種採用小型風洞裝置之原理；利用流場以非接觸方式驅動扇葉轉動，特徵在於可提供一可控制不同的穩定流體速度，驅動扇葉轉動至單一或者多個不同之穩定轉速，不需額外提供電源及控制器驅動馬達轉動，並且可快速、穩定獲得馬達轉速；當待測風扇馬達被帶動到一預定轉速後，配合示波器測量該馬達之感應電壓、運轉頻率。

欲將一待測風扇馬達做測試時，通常可透過一個輔助馬達帶動待測風扇馬達，架設該輔助馬達與該待測風扇馬達透過一耦合器的樞接，來使得待測風扇馬達運轉至額定的轉速，透過一電氣量測裝置量得待測風扇馬達之感應電動勢常數的波形與振幅(參見下列式(1))，便可判斷出待測風扇馬達之良窳。

E _emf =ke ‧ω　(1)

其中，

E_emf ：馬達感應電動勢

ke：馬達感應電動勢常數

ω：馬達轉速

這個測試方法存在一些技術上的問題，例如：待測風扇馬達與帶動端的輔助馬達必須耦合，而且兩者需有一定程度上的良好對心結構或方法，否則將毀損待測風扇馬達的軸承。除此之外，所購買之伺服馬達(輔助的馬達)及控制器成本昂貴。此外，目前國際間的馬達特性檢測廠商，鮮少有廠商針對微型馬達單體開發該等級的馬達感應電動勢常數之檢測設備。目前一般業者廣泛使用風扇馬達感應電動勢常數測試方法，係以壓縮空氣透過空氣槍直接給予扇葉吹氣(參見圖一)，或者透過一控制器提供電源，使扇葉得以轉動，再利用紅外線或同步閃頻儀偵測其運轉速度，或以波形處理器獲得運轉頻率，進行風扇馬達之感應電動勢常數量測。

依照史坦麥茲經驗公式(參見下列式(2))：

P _e =K _e f ² B _m ² t ² 　(2)

其中，

P _e ：馬達渦電流損失

K _e ：鐵心材質的渦流常數

f ：馬達運轉頻率

B _m ：鐵心中的磁通密度

t ：鐵心材質的厚度

可以理解馬達渦電流大小與轉速的平方，存在著線性比例的關係，換言之，隨著馬達轉速的增加，馬達渦電流損失會迅速的增加，因此，如何定性上觀察馬達渦電流效應之程度相形重要。為了於定性上理解因馬達定子矽鋼片所誘發的渦電流損失，需進行感應電動勢對不同轉速的曲線量測，以觀察所開發馬達與所標定馬達(以此馬達性能為標竿)間之渦電流損失的程度差異，以作為馬達效率改善之依據。

永磁馬達的磁路參數中的感應電動勢常數，與馬達本身的性能、出力大小與可操作的工作轉速息息相關，昔知技術所揭露與教導的測量感應電動勢常數的方法有下列幾種：第一種測量方法為美國專利第US6998814號中揭露一種「馬達感應電動勢常數的量測方法」，係利用一驅動器將馬達驅動在單相旋轉模式下，馬達之轉速由一速度編碼器輸出，感應電動勢係為該相電壓及該預定轉速之關係積分後之交流峰值。

而上述方法技術存在有某些的問題及缺點，該專利範圍所揭露之風扇馬達係為三相永磁式有感測馬達，藉著霍爾元件感測到轉子位置，轉速係由一速度編碼器輸出，透過控制器驅動馬達，此種技術並無法實施在單相風扇馬達或三相永磁式無感測風扇馬達上。

第二種測量方法為中華民國專利第202265號中揭露一種「無刷直流馬達之感應式信號檢出裝置」，係利用一訊號線圈進行訊號檢出，藉由一控制器驅動馬達，其中驅動電路包含霍爾元件以偵檢出馬達轉動之角位置驅動馬達轉動，於訊號線圈輸出端進行訊號檢出。

而上述方法技術存在有某些的問題及缺點，該專利範圍所揭露之風扇馬達係為有感測馬達，雖未透過霍爾元件輸出訊號，但必須再增繞一訊號線圈，此法不適用於量產時做線上檢測。

第三種測量方法為業界廣泛使用風扇馬達感應電動勢常數測試方法，即如圖一所示，由一繼電器71提供必要的電力，並同時連接一空氣槍72及一轉速量測裝置74，而壓縮空氣透過該空氣槍72直接吹氣至一待測風扇馬達73之扇葉731，驅動扇葉731轉動，再利用一轉速量測裝置74(紅外線或同步閃頻儀所構成)偵測其運轉速度數值，該運轉速度數值透過一電腦連接埠751傳送至一電腦75或波形處理器獲得運轉頻率，達到風扇馬達電氣特性量測的目的。

而上述方法技術存在有某些的問題及缺點，透過空氣槍72直接吹氣至扇葉731，其轉速不易控制，並且扇葉731僅一區域將受氣體壓力，將導致感應電動勢量測值誤差，亦容易造成連接扇葉731之轉軸歪斜而損壞，也都會影響Kemax的量測值。再者，此種方法亦無法使待測風扇馬達73在不同的穩定轉速下運轉。

由於感應電動勢常數影響到馬達本身的扭矩輸出大小與效能，如何提出一種可以將待測風扇馬達在未驅動的狀態下，使之運轉至期望的轉速，而且可以保持在此一運轉速度下，同時，可以實現不同之穩定運轉速度，以獲得上述不同轉速下之感應電動勢常數。如此，則可以無須經過額外的軟體執行後處理的工作，以解決因馬達速度不穩定所導致的量測問題，進一步又可以獲得渦電流效應的程度。以上，檢視先前技術均無法提出有效的解決方案。因此，本發明提出一種量測馬達感應電動勢常數的裝置與方法，可解決前述習知技術的缺失。

基於解決以上所述習知技藝的缺失，本發明為一種風扇馬達電動勢量測的裝置及方法架構，主要目的在於提供一種採用小型風洞裝置之原理；利用流場以非接觸方式驅動扇葉轉動，特徵在於可提供一可控制不同的穩定流體速度，驅動扇葉轉動至單一或者多個不同之穩定轉速，不需額外提供電源及控制器驅動馬達轉動，並且可快速、穩定獲得馬達轉速；當待測風扇馬達被帶動到一預定轉速後，配合示波器測量該馬達之感應電壓、運轉頻率。

為達上述目的，本發明為一種風扇馬達電動勢量測的方法，其係包括有：安裝一待測風扇馬達及輔助風扇馬達至一風洞裝置；檢測一電腦檢測該待測風扇馬達的檢測軟體是否已啟動且正常運作，若為是執行下一步驟；若為否執行結束；設定電腦的檢測軟體之待測風扇馬達轉速及感應電動勢預設值的參數，該待測風扇馬達感應電動勢之檢測參數係包括有一相電壓及頻率數值；啟動該輔助風扇馬達以使該待測風扇馬達轉動；檢測該待測風扇馬達的轉速數值，並回傳至該電腦；該電腦判斷該待測風扇馬達轉速是否符合前述所預設待測風扇馬達轉速，若為是執行下一步驟；若為否執行自動調整轉速動作，直到符合該待測風扇馬達轉速；該電腦獲得該待測風扇馬達實際轉速，並計算出該待測風扇馬達感應電動勢的實際數值；該電腦將該待測風扇馬達感應電動勢的實際數值與前述預設值相比較，以判斷該待測風扇馬達是否為良品，若為是則執行記錄動作；若為否則執行啟動一警示裝置後再記錄之動作；以及該電腦判斷檢測待測風扇馬達的工作是否結束，若為否則重新執行前述所有步驟；若為是則直接進行結束工作。

為達上述目的，本發明為一種風扇馬達電動勢量測的裝置，其係包括有：一風洞裝置，係具有一管體，管體之一端設置有第一封蓋，且該第一封蓋連接有一輔助風扇馬達，而管體之另一端設置有第二封蓋，該第二封蓋上設置有一固定座，該固定座係供一待測風扇馬達連接固定；一轉速量測裝置，與該待測風扇馬達做一電性連接，並量測及輸出其感應電動勢數值；一電腦，透過一電腦連接埠與該待測風扇馬達做一電性連接且接收該轉速量測裝置所輸出的感應電動勢數值，該電腦具有一檢測軟體，該檢測軟體係可設置待測風扇馬達轉速及感應電動勢預設值的參數，判斷該待測風扇馬達轉速是否符合預設待測風扇馬達轉速及將該待測風扇馬達感應電動勢的實際數值與預設值相比較，以判斷該待測風扇馬達是否為良品，並執行啟動警示裝置及記錄動作；以及一警示裝置，與該電腦相連接，並接受其指令決定以開啟該警示裝置。

為進一步對本發明有更深入的說明，乃藉由以下圖示、圖號說明及發明詳細說明，冀能對　貴審查委員於審查工作有所助益。

茲配合下列之圖式說明本發明之詳細結構，及其連結關係，以利於　貴審委做一瞭解。

請參閱圖二A所示，係為本發明風扇馬達電動勢量測裝置第一具體實施架構示意圖，此實施例不需要連接電腦，直接以人工判讀，適合於簡易且測試量較低的環境，係採用小型風洞裝置4之原理；利用輔助風扇馬達41帶動流場以非接觸方式驅動待測風扇馬達42之扇葉轉動，可提供一可控制不同的穩定流體速度，驅動扇葉轉動至單一或者多個不同之穩定轉速，不需額外提供電源及控制器驅動馬達轉動，並且可快速、穩定獲得馬達轉速；當待測風扇馬達被帶動到一預定轉速後，配合一轉速量測裝置5測量該馬達之感應電壓、運轉頻率，再經由人工判讀以判斷該二數值是否為標準，做為判斷待測風扇馬達42是否為良品的依據。

第二具體實施例請參閱圖二B、圖四A、B所示，係為本發明風扇馬達電動勢量測裝置架構示意圖及本發明風洞裝置、待測風扇馬達及輔助風扇馬達之結構示意圖，其包括有：一風洞裝置4，係具有一管體43，管體內之空腔形成一氣流道，管體之一端設置有第一封蓋，且該第一封蓋44連接有一輔助風扇馬達41，該輔助風扇馬達41係為一具可變頻之軸流風扇所構成，而管體43之另一端設置有第二封蓋45，上述第一封蓋44與第二封蓋45係利用複數加固定元件46加以固定，該第二封蓋45上設置有一固定座451，該固定座451係供一待測風扇馬達42連接固定，該固定座451與待測風扇馬達42連接固定方法係為螺合或黏合，該待測該風扇馬達42種類係為單相永磁式馬達或三相永磁式馬達，且該輔助風扇馬達41之功率係大於待測風扇馬達42之功率；一轉速量測裝置5，與該待測風扇馬達42做一電性連接，並量測及輸出其感應電動勢數值，該轉速量測裝置5係指一示波器或轉速計；一電腦3，透過一電腦連接埠31與該待測風扇馬達42做一電性連接且接收該轉速量測裝置5所輸出的感應電動勢數值，該電腦3具有一檢測軟體，該檢測軟體係可設置待測風扇馬達42轉速及感應電動勢預設值的參數，判斷該待測風扇馬達42轉速是否符合預設待測風扇馬達42轉速及將該待測風扇馬達42感應電動勢的實際數值與預設值相比較，以判斷該待測風扇馬達42是否為良品，並執行啟動警示裝置6及記錄動作；一警示裝置6，與該電腦3相連接，並接受其指令決定以開啟該警示裝置6，該警示裝置6係發光二極體(LED)61或蜂鳴器62，藉由亮燈或警示聲音來提醒測試者有不良的待測風扇馬達42的存在。

請參閱圖五所示，係為本發明電腦內部軟、硬體之功能方塊示意圖，該電腦3內更係包括有複數個應用軟體及一儲存單元32，該儲存單元32係指一硬碟或記憶體，該些應用軟體係包括有一設定單元33、一採樣單元34、一自動控制單元35、一比對單元36及一判斷單元37。

請參閱圖三A、B所示，係為本發明風扇馬達電動勢量測方法流程圖，其係包括有：10～開始；11～安裝一待測風扇馬達及輔助風扇馬達至一風洞裝置；12～檢測一電腦檢測該待測風扇馬達的檢測軟體是否已啟動且正常運作，若為是執行下一步驟；若為否執行結束；13～設定電腦的檢測軟體之待測風扇馬達轉速及感應電動勢預設值的參數；14～啟動該輔助風扇馬達以使該待測風扇馬達轉動；15～檢測該待測風扇馬達的轉速數值，並回傳至該電腦；16～該電腦判斷該待測風扇馬達轉速是否符合前述所預設待測風扇馬達轉速，若為是執行下一步驟；若為否執行17～自動調整轉速動作，直到符合該待測風扇馬達轉速，而該待測風扇轉速調整係為藉由調整輔助風扇馬達的轉速來達成；18～該電腦獲得該待測風扇馬達實際轉速，並計算出該待測風扇馬達感應電動勢的實際數值；19～該電腦將該待測風扇馬達感應電動勢的實際數值與前述預設值相比較，以判斷該待測風扇馬達是否為良品，若為是則執行21～記錄動作；若為否則執行20～啟動一警示裝置後再記錄之動作；以及22～該電腦判斷檢測待測風扇馬達的工作是否結束，若為否則重新執行前述所有步驟；若為是則直接進行23～結束工作。

本發明所揭露之微型馬達的感應電動勢常數的量測方法及裝置，主要係運用一小型風洞裝置，該裝置設置有一腔體；該腔體一端設置一流體產生裝置及產生流體裝置之固定座，該流體產生裝置所產生之流量可被控制，該腔體另一端設置一待測風扇馬達固定座，待測風扇馬達裝設於該固定座。該裝置設有一待測風扇馬達轉速自動調整系統，該系統設置一示波器、一電腦，藉由示波器量測風扇馬達之相電壓、運轉頻率，藉由示波器紀錄該相感應電壓的波形，經由電腦軟體程式運算及比對設定轉速與實際轉速差異，進行調節流體產生裝置，當待測風扇馬達的轉速達到設定的轉速時；開始測量該風扇馬達之相感應電壓、運轉頻率，藉由示波器紀錄該相感應電壓及頻率，根據該相感應電壓及運轉頻率，經由習知感應相電壓及轉速之關係式，取得該馬達感應電動勢常數，同時與設計值比對，以鑑別是否合格。

綜上所述，本發明之結構特徵及各實施例皆已詳細揭示，而可充分顯示出本發明案在目的及功效上均深賦實施之進步性，極具產業之利用價值，且為目前市面上前所未見之運用，依專利法之精神所述，本發明案完全符合發明專利之要件。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請　貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

10．．．開始

11．．．安裝一待測風扇馬達及輔助風扇馬達至一風洞裝置

12．．．檢測一電腦檢測該待測風扇馬達的檢測軟體是否已啟動且正常運作

13．．．設定電腦的檢測軟體之待測風扇馬達轉速及感應電動勢預設值的參數

14．．．啟動該輔助風扇馬達以使該待測風扇馬達轉動

15．．．檢測該待測風扇馬達的轉速數值，並回傳至該電腦

16．．．該電腦判斷該待測風扇馬達轉速是否符合前述所預設待測風扇馬達轉速

17．．．自動調整轉速動作

18．．．該電腦獲得該待測風扇馬達實際轉速，並計算出該待測風扇馬達感應電動勢的實際數值

19．．．該電腦將該待測風扇馬達感應電動勢的實際數值與前述預設值相比較，以判斷該待測風扇馬達是否為良品

20．．．啟動警示裝置

21．．．記錄

22．．．該電腦判斷檢測待測風扇馬達的工作是否結束

23．．．結束

3、75．．．電腦

31、751．．．電腦連接埠

32．．．儲存單元

33．．．設定單元

34．．．採樣單元

35．．．自動控制單元

36．．．比對單元

37．．．判斷單元

4．．．風洞裝置

41．．．輔助風扇馬達

42、73．．．待測風扇馬達

43．．．管體

431．．．空腔

44．．．第一封蓋

45．．．第二封蓋

451．．．固定座

5、74．．．轉速量測裝置

6‧‧‧警示裝置

61‧‧‧發光二極體

62‧‧‧蜂鳴器

71‧‧‧繼電器

72‧‧‧空氣槍

731‧‧‧扇葉

圖一係為習知風扇馬達電動勢量測裝置架構示意圖；

圖二A係為本發明風扇馬達電動勢量測裝置第一實施例架構示意圖；

圖二B係為本發明風扇馬達電動勢量測裝置第二實施例架構示意圖；

圖三A、B係為本發明風扇馬達電動勢量測方法流程圖；

圖四A係為本發明風洞裝置、待測風扇馬達及輔助風扇馬達之立體分解結構示意圖；

圖四B係為本發明風洞裝置、待測風扇馬達及輔助風扇馬達之組立剖面結構示意圖；

圖五係為本發明電腦內部軟、硬體之功能方塊示意圖。

10．．．開始

11．．．安裝待測風扇馬達至一風洞裝置

12．．．檢測一電腦檢測該待測風扇馬達的檢測軟體是否已啟動且正常運作

13．．．設定電腦的檢測軟體之待測風扇馬達轉速及感應電動勢預設值的參數

14．．．啟動該風洞裝置以使該待測風扇馬達轉動

15．．．檢測該待測風扇馬達的轉速數值，並回傳至該電腦

16．．．該電腦判斷該待測風扇馬達轉速是否符合前述所預設待測風扇馬達轉速

17．．．自動調整轉速動作

18．．．該電腦獲得該待測風扇馬達實際轉速，並計算出該待測風扇馬達感應電動勢的實際數值

19．．．該電腦將該待測風扇馬達感應電動勢的實際數值與前述預設值相比較，以判斷該待測風扇馬達是否為良品

20．．．啟動警示裝置

21．．．記錄

22．．．該電腦判斷檢測待測風扇馬達的工作是否結束

23．．．結束

Claims (10)

1. 一種風扇馬達電動勢量測的裝置，其係包括有：一風洞裝置，係具有一管體，管體內之空腔形成一氣流道，管體之一端設置有第一封蓋，且該第一封蓋連接有一輔助風扇馬達，而管體之另一端設置有第二封蓋，該第二封蓋上設置有一固定座，該固定座係供一待測風扇馬達連接固定，該輔助風扇馬達之功率係大於待測風扇馬達之功率，該固定座與待測風扇馬達連接固定方法係為螺合或黏合；以及一轉速量測裝置，與該待測風扇馬達做一電性連接，並量測及輸出其感應電動勢數值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達電動勢量測的裝置，其中該轉速量測裝置係指一示波器或轉速計。
3. 如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達轉速及感應電動勢數值，其中該轉速量測裝置所輸出之感應電動勢數值可藉由手動紀錄。
4. 如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達電動勢量測的裝置，其中該待測該風扇馬達種類係為單相永磁式馬達或三相永磁式馬達。
5. 如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達電動勢量測的裝置，其中該輔助風扇馬達係為一具可變頻之軸流風扇所構成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之風扇馬達電動勢量測的裝置，其中該風扇馬達電動勢量測的裝置更係包括有一電腦，透過一電腦連接埠與該待測風扇馬達做一電性連接 且接收該轉速量測裝置所輸出的感應電動勢數值，該電腦具有一檢測軟體，該檢測軟體係可設置待測風扇馬達轉速及感應電動勢預設值的參數，判斷該待測風扇馬達轉速是否符合預設待測風扇馬達轉速及將該待測風扇馬達感應電動勢的實際數值與預設值相比較，以判斷該待測風扇馬達是否為良品。
7. 如申請專利範圍第6項所述之風扇馬達電動勢量測的裝置，其中該電腦內更係包括有複數個應用軟體及一儲存單元，該些應用軟體係包括有一設定單元、一採樣單元、一自動控制單元、一比對單元及一判斷單元。
8. 如申請專利範圍第7項所述之風扇馬達電動勢量測的裝置，其中該儲存單元係指一硬碟或記憶體。
9. 如申請專利範圍第6項所述之風扇馬達電動勢量測的裝置，其中該風扇馬達電動勢量測的裝置更係包括有一警示裝置，與該電腦相連接，並接受其指令決定以開啟該警示裝置。
10. 如申請專利範圍第9項所述之風扇馬達電動勢量測的裝置，其中該警示裝置係發光二極體或蜂鳴器。