TWI589891B - 繞線元件的檢測裝置及其檢測方法 - Google Patents

Description

繞線元件的檢測裝置及其檢測方法

本發明係關於一種繞線元件的檢測裝置及其檢測方法，特別是一種判斷繞線元件諧振時的阻抗值是否異常的繞線元件的檢測裝置及其檢測方法。

一般繞線元件，例如電感器、馬達或其他具有線圈的電子元件被使用於電氣電子產品中時，可能因線圈自體絕緣不良的潛在因素。絕緣不良的潛在因素讓繞線元件在短期使下，使用的功能維持正常，但長期使用下可能影響產品穩定性及壽命。因此，繞線元件必須使用層間耐壓測試設備來檢驗品質。層間耐壓測試設備可為連續性地高頻高壓或脈衝測試，在線圈兩端加規格高壓，並觀察在此高壓下線圈是否產生崩潰或電氣放電。

部分的繞線元件因鐵芯材料的絕緣程度較差，存在於線圈中的能量會因為材料電阻而發熱耗散，導致儲能和耗能的比例偏低，亦即品質因數Q值較低。通常品質因數Q值較低的繞線元件必須被檢驗出來，以對不良的繞線元件加工、改良或丟棄，但以往對於繞線元件進行的層間耐壓測試並無法測出品質因數Q值較低的繞線元件，使得繞線元件的檢測上更為繁瑣複雜。

本發明在於提供一種繞線元件的檢測裝置及其檢測方法，藉以解決現行的層間耐壓測試無法測出品質因數Q值較低的繞線元件的問題。

本發明所揭露的繞線元件的檢測裝置及其檢測方法具有儲電單元、諧振電容、開關單元、量測單元及控制單元。儲電單元用以儲存預設電能。開關單元設置於儲電單元和繞線元件之間的供電路徑上。於測試區間開始時，開關單元導通，儲電單元釋放預設電能至繞線元件及諧振電容。量測單元耦接於繞線元件的兩端，用以依據繞線元件於測試區間的電壓值，產生量測波形。控制單元於測試區間中，監測儲電單元釋放預設電能時的放電電流，並於放電電流的電流值降低至預設電流值時，控制開關單元不導通。控制單元依據量測單元產生的量測波形，判斷繞線元件諧振時的阻抗值是否異常。

根據上述本發明所揭露的繞線元件的檢測裝置及其檢測方法，藉由儲電單元提供預設電能給繞線元件，以進行層間耐壓測試的期間，於預設電能的電流直到達預設電流值時，斷開儲電單元提供預設電能給繞線元件的供電路徑，使繞線元件的量測波形開始產生振盪。從振盪的量測波形可以判斷出繞線元件諧振時的阻抗值是否異常，進而判斷繞線元件的品質因數Q值是否符合標準。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。

請參照圖1，圖1係根據本發明一實施例所繪示之繞線元件的檢測方法的步驟流程圖。如圖1所示，檢測方法用於檢測繞線元件例如馬達、電感器、變壓器、發電機或其他具有線圈的元件。對繞線元件進行檢測的步驟時，於步驟S101中，以儲電單元儲存預設電能。於步驟S103中，對繞線元件進行檢測的測試區間開始時，導通儲電單元與繞線元件之間的供電路徑，使儲電單元釋放預設電能至繞線單元及諧振電容。儲電單元所輸出的預設電能例如為高頻高壓或高壓脈衝的電力。

於步驟S105中，在對繞線元件進行檢測的測試區間中，監測儲電單元釋放預設電能時的放電電流，並於步驟S107中，放電電流的電流值降低至預設電流值時，不導通供電路徑。此時，繞線元件兩端的電壓值依據繞線單元及諧振電容的振盪迴路振盪，並且直到繞線元件兩端的電壓值衰減且趨近於零時，對繞線元件進行檢測的測試區間結束。於步驟S109中，依據繞線元件於測試區間的電壓值，產生量測波形。此量測波形例如是在繞線元件進行檢測的測試區間中即時產生的，亦可以是在測試區間結束後產生的，本實施例不予限制。之後，於步驟S111中，量測波形被用以判斷繞線元件於諧振時的阻抗值是否異常。

於前述檢測方法中，由於繞線元件中具有等效的電容、等效的電感和等效的阻抗，因此當繞線元件和諧振電容被提供預設電能時，諧振電容會儲存電能，並於儲電單元提供給繞線元件的供電路徑斷開時釋放電能，使繞線元件兩端的電壓值振盪。此時，由於繞線元件操作於諧振頻率下，因此，繞線元件中等效電容造成的阻抗和等效電感造成的阻抗相互抵銷，只剩下等效阻抗影響繞線元件的品質因數。因此，於繞線元件諧振時，依據繞線元件兩端的電壓值變化，可判斷繞線元件於諧振時的阻抗值，或判斷繞線元件諧振時的阻抗值是否異常或是否符合標準值，進而判斷繞線元件的品質因數是否符合標準值。於本實施例中，標準的繞線元件於諧振時具有標準的阻抗值，因此當檢測的繞線元件諧振時的阻抗值與標準的阻抗值差異超過標準範圍時，即表示繞線元件諧振時的阻抗值異常。

圖2係根據本發明一實施例所繪示之繞線元件的檢測裝置的電路示意圖，請參照圖2，本實施例的檢測裝置20具有儲電單元21、諧振電容23、開關單元25、量測單元27及控制單元29。儲電單元21例如電容或其他適合儲存電能的元件，儲電單元21的一端耦接開關單元25，另一端耦連接電性節點a。開關單元25耦接於儲電單元21和電性節點b之間。電性節點a和電性節點b用以分別耦接至繞線元件30的兩端。諧振電容23耦接於電性節點a和電性節點b之間，與繞線元件30並聯。量測單元27以分流的方式耦接於繞線元件30兩端，以依據繞線元件30於測試區間的電壓值，產生量測波形。控制單元29耦接量測單元27及開關單元25，用以接收量測單元27產生的量測波形以及用以控制開關單元25導通或不導通。在本實施例中，開關單元25可使用高功率金氧半場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）、絕緣閘雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）或機械式開關。

當控制單元29控制開關單元25導通時，儲電單元21和繞線元件30之間供電路徑導通，當控制單元29控制開關單元25不導通時，儲電單元21和繞線元件30之間供電路徑不導通。於其他實施例中，控制單元29亦可以控制電源或其他合適的電力來源提供至儲電單元21，以令儲電單元21在繞線元件30進行檢測之前，預先儲存預設電能。於本實施例中，檢測裝置20輸出預設電能至繞線元件30的供電路徑上具有輸出阻抗Ri，輸出阻抗Ri係指供電路徑上的等效阻抗，亦可以是指檢測裝置20中其他元件的等效阻抗，本實施例不予限制。

於一個實施例中，在繞線元件30進行檢測之前，檢測裝置20會預先檢查繞線元件30是否已妥善連接後再進行繞線元件30的檢測。在另一個實施例中，檢測裝置20檢查繞線元件30是否已妥善連接時，亦可以一併地測試繞線元件30的電感值，並依據繞線元件30的電感值，調整儲電單元21儲存的預設電能大小，以控制當儲電單元21釋放預設電能時的電壓大小，但不依此為限。

接下來，請一併參照圖2及圖3，圖3係根據本發明一實施例所繪示之放電電流的電流曲線和量測波形的示意圖。如圖所示，於測試區間開始的時間點t1時，開關單元25導通，儲電單元21釋放預設電能至繞線元件30。此時，繞線元件30被施加儲電單元21提供的預設電能，並開始進行層間耐壓測試。於本實施例中，儲電單元21釋放預設電能時，亦對諧振電容23充電，且量測單元27亦於測試區間開始時，開始擷取繞線元件30兩端的電壓，並依據繞線元件30兩端的電壓值，產生量測波形，如圖3下方DUT2的曲線。當儲電單元21釋放預設電能至繞線元件30時，控制單元29開始監測儲電單元21釋放預設電能時的放電電流，放電電流的電流值如圖3上方的電流曲線所示。

於測試區間中的時間點t2時，放電電流的電流值降低至預設電流值，控制單元29控制開關單元25不導通。開關單元25斷開後，量測單元27依據繞線元件30與諧振電容29的諧振迴路，擷取繞線元件30兩端的電壓值，此時繞線元件30的量測波形，如圖3下方DUT2的曲線所示，於時間點t2後開始振盪。

控制單元29依據開關單元不導通前的部分量測波形，亦即圖3下方DUT2的曲線中時間點t1至時間點t2之間的波形，判斷繞線元件30的層間耐壓測試是否異常。並且，控制單元29依據開關單元不導通後的部分量測波形，亦即圖3下方DUT2的曲線中時間點t2之後的波形，判斷繞線元件30諧振時的阻抗值是否異常。

在實務上，控制單元29將繞線元件30的量測波形與預設電壓波形進行比較，預設電壓波形如圖3下方DUT1的曲線。控制單元29依據繞線元件30的量測波形與預設電壓波形的比較結果，來判斷繞線元件30諧振時的阻抗值及層間耐壓測試是否異常。於一個實施例中，控制單元29依據繞線元件30的量測波形振盪的峰值以及峰值發生的時間點，判斷繞線元件30的電壓值衰減速度，並依據繞線元件30電壓值的衰減速度，判斷繞線元件30諧振時的阻抗值的大小。

於圖3所示的量測波形中，繞線元件30於時間點t1～t2之間的量測波形和預設電壓波形比較下，兩者的差值在標準範圍內，因此，控制單元29判斷繞線元件30層間耐壓測試的結果沒有異常。然而，繞線元件30於時間點t2之後的量測波形和預設電壓波形比較下，兩者的差值不在標準範圍內，因此，控制單元29判斷繞線元件30諧振時的阻抗值異常。

請一併參照圖2和圖4，圖4係根據本發明另一實施例所繪示之量測波形的面積示意圖，如圖4所示，控制單元29亦可以依據量測波形於多個時間區間中的面積，判斷繞線元件30的電壓值衰減速度。舉例來說，量測波形的面積A1～A4是量測波形與電壓0V之間的面積，依據面積A1～A4的比例關係，控制單元29可以判斷繞線元件30的電壓值衰減速度，並依據繞線元件30電壓值的衰減速度，判斷繞線元件30諧振時的阻抗值的大小，進而判斷繞線元件30諧振時的阻抗值是否異常。於本實施例中，以量測波形於多個時間區間中的面積判斷繞線元件30諧振時的阻抗值的大小，可以減少繞線元件30兩端電壓值的跳動，而影響控制單元29判斷電壓值衰減速度的結果，或影響控制單元29判斷繞線元件30諧振時的阻抗值大小。

接下來，說明另一個繞線元件30於層間耐壓測試和諧振時的阻抗值皆被控制單元29判斷異常的實施例。請一併參照圖2和圖5，圖5係根據本發明另一實施例所繪示之放電電流的電流曲線和量測波形的示意圖，如圖5的DUT3曲線所示，本實施例中，繞線元件30於時間點t1～t2之間的量測波形和預設電壓波形比較下，繞線元件30的量測波形諧振衰檢的速度較快。繞線元件兩端的電壓很快地就衰減到趨近於0，表示繞線元件的耐壓特性不夠好，且耐壓特性不在合格的標準範圍內。此外，繞線元件30於時間點t2之後的量測波形和預設電壓波形比較下，繞線元件30兩端電壓的量測波形亦比預設電壓波形衰減的速度更快，預設電壓波形如圖5中的DUT1，因此繞線元件30諧振時的阻抗值亦被判斷為異常。

於前述的實施例中，控制單元29可偵測放電電流的電流值是否低於預設電流值，或者控制單元29可等待放電電流降低至預設電流值的放電時間，再控制開關單元25斷開。預設電流值例如是電流峰值的60%，電流峰值亦即儲電單元21釋放預設電能時，依據儲電單元21及供電路徑上的輸出阻抗Ri大小，所判斷出來放電電流的最大值。因此，控制單元29可以預先依據儲電單元21釋放預設電能的放電公式，如，判斷儲電單元21釋放預設電能時，放電電流降低至預設電流值的放電時間。之後，控制單元29於開關單元25導通的開始計時，並當開關單元25導通的時間到達放電時間時，再控制開關單元25斷開。

在特定的應用中，可透過設定預設電流值進行繞線元件30的層間耐壓測試，在開關元件25斷開後，繞線元件30兩端的電壓峰值不會超過於層間耐壓測試中的電壓峰值。並且，繞線元件30和諧振電容29亦有足夠的電能，讓繞線元件30兩端的電壓值於開關元件25斷開後再次振盪，進而檢測繞線元件30諧振時的阻抗值是否異常。

綜合以上所述，本發明實施例提供一種繞線元件的檢測裝置及其檢測方法，藉由儲電單元預先儲存預設電能，並於測試區間開始時，將儲電單元提供預設電能給繞線元件，以對繞線元件進行層間耐壓測試，並於儲電單元的放電電流值到達預設電流值時，斷開開關單元，使儲電單元提供預設電能給繞線元件的供電路徑不導通。依據繞線元件兩端的電壓產生的量測波形開始振盪。從振盪的量測波形中，則可以判斷出繞線元件諧振時的阻抗值是否異常，進而判斷繞線元件的品質因數Q值是否符合標準。藉此，本實施例提供的繞線元件的檢測裝置及其檢測方法可以在進行層間耐壓測試時，一併地檢測繞線元件諧振時的阻抗值是否異常。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

20‧‧‧檢測裝置

21‧‧‧儲電單元

23‧‧‧諧振電容

25‧‧‧開關單元

27‧‧‧量測單元

29‧‧‧控制單元

30‧‧‧繞線元件

Ri‧‧‧輸出阻抗

Rp‧‧‧等效阻抗

L‧‧‧等效電感

Cp‧‧‧等效電容

a、b‧‧‧電性節點

t1、t2‧‧‧時間點

圖1係根據本發明一實施例所繪示之繞線元件的檢測方法的步驟流程圖。 圖2係根據本發明一實施例所繪示之繞線元件的檢測裝置的電路示意圖。 圖3係根據本發明一實施例所繪示之放電電流的電流曲線和量測波形的示意圖。 圖4係根據本發明另一實施例所繪示之量測波形的面積示意圖。 圖5係根據本發明另一實施例所繪示之放電電流的電流曲線和量測波形的示意圖。

20‧‧‧檢測裝置

21‧‧‧儲電單元

23‧‧‧諧振電容

25‧‧‧開關單元

27‧‧‧量測單元

29‧‧‧控制單元

30‧‧‧繞線元件

Ri‧‧‧輸出阻抗

Rp‧‧‧等效阻抗

L‧‧‧等效電感

Cp‧‧‧等效電容

a、b‧‧‧電性節點

Claims (8)

1. 一種繞線元件的檢測裝置，包括：一儲電單元，用以儲存一預設電能；一諧振電容，並聯於一繞線元件；一開關單元，設置於該儲電單元和該繞線元件之間的一供電路徑上，於一測試區間開始時，該開關單元導通，該儲電單元釋放該預設電能至該繞線元件及該諧振電容；一量測單元，耦接於該繞線元件的兩端，用以依據該繞線元件於該測試區間的電壓值，產生一量測波形；以及一控制單元，於該測試區間中，監測該儲電單元釋放該預設電能時的一放電電流，並於該放電電流的電流值降低至一預設電流值時，控制該開關單元不導通，該控制單元依據該開關單元不導通後產生的部分該量測波形，判斷該繞線元件諧振時的阻抗值是否異常，該控制單元依據該開關單元不導通前的產生的部分該量測波形，判斷該繞線元件的層間耐壓測試是否異常。
2. 如請求項1所述之繞線元件的檢測裝置，其中該控制單元比較該量測波形與一預設電壓波形，判斷該繞線元件諧振時的阻抗值及層間耐壓測試是否異常。
3. 如請求項1所述之繞線元件的檢測裝置，其中於該測試區間中，該開關單元不導通後，該量測單元產生的該量測波形開始振盪，該控制單元依據該量測波形於多個時間區間中的面積，判斷該繞線元件的電壓 值衰減比例，該控制單元依據該繞線元件電壓值的衰減比例，更判斷該繞線元件諧振時的阻抗值大小。
4. 如請求項1所述之繞線元件的檢測裝置，其中該儲電單元釋放該預設電能至該繞線元件的該供電路徑上具有一輸出阻抗，其中該控制單元依據該預設電能和該輸出阻抗的大小，判斷該預設電流值。
5. 一種繞線元件的檢測方法，包括：以一儲電單元儲存一預設電能；於一測試區間開始時，導通該儲電單元與一繞線元件之間的一供電路徑，使該儲電單元釋放該預設電能至該繞線元件及一諧振電容；於該測試區間中，監測該儲電單元釋放該預設電能時的一放電電流；於該放電電流的電流值降低至一預設電流值時，不導通該供電路徑；依據該繞線元件於該測試區間中兩端的電壓值，產生一量測波形；依據該供電路徑不導通後的部分該量測波形，判斷該繞線元件諧振時的阻抗值是否異常；以及依據該供電路徑不導通前的部分該量測波形，判斷該繞線元件的層間耐壓測試是否異常。
6. 如請求項5所述之繞線元件的檢測方法，於判斷與該諧振電容諧振時，該繞線元件的阻抗值是否異常的步驟中，包括比較該量測波形與一預設電壓波形，並依據比較結果判斷該繞線元件的阻抗值及層間耐壓測試是否異常。
7. 如請求項5所述之繞線元件的檢測方法，其中該供電路徑不導通後，該量測波形開始振盪，依據該量測波形於多個時間區間中的面積，判斷該繞線元件的電壓值衰減比例，並依據該繞線元件電壓值的衰減比例，判斷該繞線元件與該諧振電容諧振時，該繞線元件的阻抗值大小。
8. 如請求項5所述之繞線元件的檢測方法，其中該供電路徑上具有一輸出阻抗，該繞線元件的檢測方法更包括依據該預設電能的大小和該輸出阻抗，判斷該預設電流值。