TWM581785U - Device for detecting the quality of an induction motor rotor core - Google Patents
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Abstract
一種檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，包含：一定子鐵芯，其中，感應馬達轉子鐵芯是可相對旋轉地容置於該定子鐵芯的內孔中；一組激磁線圈，纏繞於該定子鐵芯之線圈槽；一組感應線圈，纏繞於該定子鐵芯之線圈槽；一驅動裝置，用於驅動該感應馬達轉子鐵芯相對於該定子鐵芯旋轉；一電源供應器，用於對激磁線圈施加交流電壓；及一電壓電流訊號擷取裝置，用於在該電源供應器對該組激磁線圈施加交流電壓且該感應馬達轉子鐵芯旋轉期間，擷取並記錄激磁線圈電流值及感應線圈電壓值，以做為感應馬達轉子鐵芯的品質指標。
Description
本新型是有關於一種品質檢測設備，特別是指一種檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備。
感應馬達之轉子包含由鋼材料構成之轉子鐵芯，及由鋁材料或銅材料構成的轉子導體。轉子鐵芯由數片轉子電磁鋼片疊積而成，通常先以鉚接方式進行固定，再藉由轉子導體被緊密固定。然而，馬達製程波動導致的轉子鐵芯疊積高度、形狀，或轉子鐵芯材料之導磁率變異，均會影響感應馬達轉子鐵芯之磁性，最終造成感應馬達成品之運轉特性變異，因此有必要對感應馬達轉子鐵芯進行品質管制。
參閱圖1，一種習知市售感應馬達之轉子品質鑑定設備之原理為，在感應馬達之轉子11某一方位之表面附近產生靜態磁場，並使該轉子11以定速旋轉。由於轉子導體111感受到磁場變化，因電磁感應原理產生感應電壓，並在轉子導體111及轉子端環之迴路產生感應電流。此感應電流所產生的交流磁場，進一步在設備之感應線圈12中產生感應電壓，此感應電壓之大小或形狀可用以判斷轉子導體111是否電阻過高或斷裂，並且轉子11旋轉一圈即可完成檢測。然而，此習知技術主要是在測量感應馬達之轉子導體111之品質。雖然感應線圈12之電壓大小也會受到轉子鐵芯112之磁性的影響，但是轉子導體111之品質的影響仍為最大，故此法難以有效評估感應馬達之轉子鐵芯112的品質。
參閱圖2，另一種習知技術為中華民國第M406311新型專利「鼠籠式轉子品質測試裝置」，其原理為使用一個繞有激磁線圈203的小型開路鐵芯201，及一個繞有感應線圈204的小型開路鐵芯202，將該等鐵芯201、202緊靠在感應馬達之轉子205表面，以形成封閉磁迴路並跨過同一根轉子導體206。對激磁線圈203通交流電，基於電磁感應原理，轉子導體206會產生感應電流，進而在感應線圈204產生感應電壓。逐步轉動轉子205，測量每一根轉子導體206所造成的感應線圈電壓大小，並計算感應線圈電壓平均值或最低感應電壓的百分比，即可作為感應馬達之轉子205之品質及可靠度的數字化指標。然而，此圖2習知技術之缺點與上述圖1習知技術類似，雖然所量測的感應電壓大小也會受到感應馬達轉子鐵芯之磁性的影響，但是轉子導體206之品質的影響仍為最大，故圖2之方法也是難以有效評估感應馬達之轉子鐵芯的品質。另外，由於圖2中兩繞線鐵芯201、202必須緊靠轉子205，導致無法於轉子205旋轉時同步量測感應電壓，故操作效率較低。
參閱圖3，又一種習知技術為ASTM A927/ A927M規範：Standard Test Method for Alternating-Current Magnetic Properties of Toroidal Core Specimens Using the Voltmeter-Ammeter-Wattmeter Method，其原理為在待測鐵芯31(可為感應馬達之轉子鐵芯31)上，同時纏繞激磁線圈32及感應線圈33，對激磁線圈32通交流電，藉由測量激磁線圈32之電流值及感應線圈33之電壓值，可獲得待測鐵芯31之詳細磁性資訊，例如鐵芯導磁率及鐵損值。然而，由於激磁線圈32及感應線圈33必須纏繞住感應馬達轉子鐵芯31，故繞線步驟會耗費許多時間，導致操作效率較低，並且當鐵芯31之內孔偏小時，甚至無法進行穿線及量測。
因此，本新型之目的，即在提供一種檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備。
於是，本新型檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，適用於檢測一具有一貫孔的感應馬達轉子鐵芯的品質，並包含：一定子鐵芯，具有一用於容置該感應馬達轉子鐵芯的內孔及數個角度相間隔地圍繞該內孔排列的線圈槽，其中，該感應馬達轉子鐵芯是可相對旋轉地容置於該定子鐵芯的該內孔中；一組激磁線圈，是以同心繞法纏繞於該定子鐵芯之該等線圈槽；一組感應線圈，纏繞於該定子鐵芯之該等線圈槽，其中，該組感應線圈之幾何中心及該組激磁線圈之幾何中心是位於同一條直線上；一驅動裝置，用於驅動該感應馬達轉子鐵芯相對於該定子鐵芯旋轉；一電源供應器，用於對該組激磁線圈施加交流電壓；及一電壓電流訊號擷取裝置，用於在該電源供應器對該組激磁線圈施加交流電壓並且該感應馬達轉子鐵芯旋轉期間，擷取並記錄激磁線圈電流值及感應線圈電壓值，以做為該感應馬達轉子鐵芯的品質指標。
本新型之功效在於：(1)若以圖1、圖2習知技術檢測不含轉子導體的感應馬達轉子鐵芯，雖仍可能測得感應電壓訊號，但是因感測區域僅限於感應馬達轉子鐵芯表面附近，且感測區域可能未涵蓋感應馬達轉子鐵芯之全高度，故無法檢測感應馬達轉子鐵芯整體之磁性與品質，並且感應電壓易偏小而容易受到雜訊干擾而影響判讀，而本新型則可以檢測出感應馬達轉子鐵芯之品質；(2)圖2習知技術須於轉子靜止狀態下將繞線鐵芯緊靠轉子後再行測量，而本新型檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備於待測感應馬達轉子鐵芯被帶動旋轉時，能夠同步進行檢測，故所需檢測時間較短；(3)與圖3習知技術相比，本新型檢測待測感應馬達轉子鐵芯時，該感應馬達轉子鐵芯不需被繞線，故所需檢測時間較短。
參閱圖4、5，本新型檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備之實施例，適用於檢測一具有一貫孔91的感應馬達轉子鐵芯9的品質。在本實施例中，本新型檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備是利用類似於二極單相感應馬達之磁路，來測量該感應馬達轉子鐵芯9之磁性，進而反映該該感應馬達轉子鐵芯9之品質。
在本實施例中，本新型檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備包含一定子鐵芯51、一組激磁線圈52、一組感應線圈53、一驅動裝置54、一電源供應器55，及一電壓電流訊號擷取裝置56。
在本實施例中，該定子鐵芯51具有一用於容置該感應馬達轉子鐵芯9的內孔511及數個角度相間隔地圍繞該內孔511排列的線圈槽512，其中，該感應馬達轉子鐵芯9是可相對旋轉地容置於該定子鐵芯51的該內孔511中。
該組激磁線圈52是二極激磁線圈，且是以同心繞法纏繞於該定子鐵芯51之該等線圈槽512，並且是用來提供檢測所需的交流磁場。該組感應線圈53是二極感應線圈，且亦是纏繞於該定子鐵芯51之該等線圈槽512，並且是用來檢測交流磁場之大小。其中，在本實施例中，該組感應線圈53之幾何中心及該組激磁線圈52之幾何中心是位於同一條直線上(共線)。並且，在本實施例中，該定子鐵芯51之高度大於或等於該感應馬達轉子鐵芯9之高度，使得設備感測區域能涵蓋整個感應馬達轉子鐵芯9。
如圖4所示，該驅動裝置54用於驅動該感應馬達轉子鐵芯9相對於該定子鐵芯51旋轉。該驅動裝置54包括一直流無刷馬達541(具有一減速機，圖未示)、一時規皮帶542、一時規皮帶輪543、一軸承544、一軸承座545，及一固定地穿設於該感應馬達轉子鐵芯9的該貫孔91的心軸546。在本實施例中，該驅動裝置54能驅動該感應馬達轉子鐵芯9以介於5 RPM及15 RPM之間的轉速旋轉。
在本實施例中，該電源供應器55是用於對該組激磁線圈52施加交流電壓。
該電壓電流訊號擷取裝置56主要用於在該電源供應器55對該組激磁線圈52施加交流電壓並且該感應馬達轉子鐵芯9旋轉期間，擷取並記錄激磁線圈電流值及感應線圈電壓值，以做為該感應馬達轉子鐵芯9的品質指標。在本實施例中，該電壓電流訊號擷取裝置56包括一差動電壓探棒561、一電流勾表562，及一訊號擷取卡563。
參閱圖4至6，在使用本新型檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備時，是利用該電源供應器55對該組激磁線圈52施加交流電壓，使交流電流通過該組激磁線圈52，並且在該定子鐵芯51、氣隙(該定子鐵芯51內緣及該感應馬達轉子鐵芯9外緣之間的空隙)、該感應馬達轉子鐵芯9及該心軸546等區域產生交流磁場，其中，交流磁場於某一時間之大致方向如圖6中的虛線所示。由磁路分析可知，交流磁場之大小與該感應馬達轉子鐵芯9之體積、形狀及導磁率相關，並進而影響該組激磁線圈52之電流大小以及該組感應線圈53之電壓大小，因此，激磁線圈電流值、感應線圈電壓值或此二者之比值可用以反映該感應馬達轉子鐵芯9之磁性變異，故可做為該感應馬達轉子鐵芯9之品質之指標。由於該感應馬達轉子鐵芯9於測試期間可被帶動而旋轉，故本新型檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備可檢測該感應馬達轉子鐵芯9於不同方位之品質變異。
在本實施例中，該定子鐵芯51的該等線圈槽512為20槽，高度為84 mm，內徑為51 mm，而該組激磁線圈52採二極同心繞法且繞線總圈數為512圈，並且二極感應線圈53之繞線總圈數為160圈。待測感應馬達轉子鐵芯9之貫孔91套入該驅動裝置54之心軸546並固定後，該感應馬達轉子鐵芯9被帶動做等速旋轉，其轉速介於5 RPM及15 RPM之間。同時，以該電源供應器55對該組激磁線圈52施加交流電壓，並同步記錄感應線圈電壓值及激磁線圈電流值，並且計算感應線圈電壓值及激磁線圈電流值之比值。當該感應馬達轉子鐵芯9完整旋轉一周後，將上述量測值對時間作統計圖表，便能以統計圖表判別該感應馬達轉子鐵芯9之磁性或品質是否存在變異。再者，更為方便的作法是：計算上述測量值於該感應馬達轉子鐵芯9旋轉一周期間內的平均值或標準差，以數字大小判別該感應馬達轉子鐵芯9之磁性或品質是否存在變異。
參閱圖4、7、8、9，本實施例所測量的五件外徑為50.2 mm且為26槽之感應馬達轉子鐵芯9之樣品分別為：樣品(1)為對照組，其為60 mm高之感應馬達轉子鐵芯9；樣品(2)為高度不足之感應馬達轉子鐵芯9，其高度為59.5 mm；樣品(3)為高度不足之感應馬達轉子鐵芯9，其高度為59 mm；樣品(4)為形狀變異且高度為60 mm之感應馬達轉子鐵芯9，其中五片相鄰轉子電磁鋼片於同一方位的一根齒部被切短；樣品(5)為形狀變異且高度為60 mm之感應馬達轉子鐵芯9，其中十片相鄰轉子電磁鋼片於同一方位的一根齒部被切短。上述五件樣品被帶動以10秒旋轉一圈(亦即轉速為6 RPM)，同時對該組激磁線圈52施加50 Hz且峰值為30 V的電壓，且每0.2秒擷取一次感應線圈電壓值及激磁線圈電流值，並且計算感應線圈電壓值及激磁線圈電流值之比值。上述測值於感應馬達轉子鐵芯9之樣品旋轉一周期間(各累積50點測值)之平均值及標準差，可用於指示感應馬達轉子鐵芯9之品質之變異。
例如，感應馬達轉子鐵芯9之電磁鋼片堆疊高度不足之樣品(2)及(3)，其特徵為激磁線圈電流值之平均值偏高，如圖7所示。又例如，部分轉子電磁鋼片於某一方位之齒部被切短的樣品(4)及(5)，其激磁線圈電流值之平均值之上升幅度不明顯，如圖7所示，而感應線圈電壓值及激磁線圈電流值之比值之平均值之下降幅度亦不明顯，如圖8所示，但是感應線圈電壓值之標準差之上升幅度較大，如圖9所示。實務上可為上述測值選擇適當之門檻值，作為判定感應馬達轉子鐵芯9之品質變異與否之依據。
綜上所述，本新型之優點為：(1)若以圖1、圖2習知技術檢測不含轉子導體的感應馬達轉子鐵芯9，雖仍可能測得感應電壓訊號，但是因感測區域僅限於感應馬達轉子鐵芯9表面附近，且感測區域可能未涵蓋感應馬達轉子鐵芯9之全高度，故無法檢測感應馬達轉子鐵芯9整體之磁性與品質，並且感應電壓易偏小而容易受到雜訊干擾而影響判讀，而本新型則可以檢測出感應馬達轉子鐵芯9之品質；(2)圖2習知技術須於轉子靜止狀態下將繞線鐵芯緊靠轉子後再行測量，而本新型檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備於待測感應馬達轉子鐵芯9被帶動旋轉時，能夠同步進行檢測，故所需檢測時間較短；(3)與圖3習知技術相比，本新型檢測待測感應馬達轉子鐵芯9時，該感應馬達轉子鐵芯9不需被繞線，故所需檢測時間較短；故確實能達成本新型的目的。
惟以上所述者，僅為本新型的實施例而已，當不能以此限定本新型實施的範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋的範圍內。
51‧‧‧定子鐵芯
511‧‧‧內孔
512‧‧‧線圈槽
52‧‧‧激磁線圈
53‧‧‧感應線圈
54‧‧‧驅動裝置
541‧‧‧直流無刷馬達
542‧‧‧時規皮帶
543‧‧‧時規皮帶輪
544‧‧‧軸承
545‧‧‧軸承座
546‧‧‧心軸
55‧‧‧電源供應器
56‧‧‧電壓電流訊號擷取裝置
561‧‧‧差動電壓探棒
562‧‧‧電流勾表
563‧‧‧訊號擷取卡
9‧‧‧感應馬達轉子鐵芯
91‧‧‧貫孔
本新型的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
圖1是一示意圖，說明習知市售感應馬達之轉子品質鑑定設備；
圖2是一立體示意圖，說明中華民國第M406311新型專利「鼠籠式轉子品質測試裝置」；
圖3是一示意圖，說明ASTM A927/ A927M規範；
圖4是一示意圖，說明本新型檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備之實施例；
圖5是一俯視圖，說明該實施例中的感應馬達轉子鐵芯、心軸、定子鐵芯、激磁線圈，及感應線圈；
圖6是一俯視圖，說明該實施例中使交流電流通過激磁線圈，因而在定子鐵芯、氣隙(定子鐵芯與感應馬達轉子鐵芯外緣之間的空隙)、感應馬達及心軸等區域產生交流磁場；
圖7是一統計圖表，說明在本實施例中，針對五種感應馬達轉子鐵芯樣品的激磁線圈電流平均值之比較；
圖8是一統計圖表，說明在本實施例中，針對五種感應馬達轉子鐵芯樣品的感應線圈電壓/激磁線圈電流平均值之比較；及
圖9是一統計圖表，說明在本實施例中，針對五種感應馬達轉子鐵芯樣品的感應線圈電壓標準差之比較。
Claims (11)
- 一種檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，適用於檢測一具有一貫孔的感應馬達轉子鐵芯的品質，並包含： 一定子鐵芯，具有一用於容置該感應馬達轉子鐵芯的內孔及數個角度相間隔地圍繞該內孔排列的線圈槽，其中，該感應馬達轉子鐵芯是可相對旋轉地容置於該定子鐵芯的該內孔中； 一組激磁線圈，是以同心繞法纏繞於該定子鐵芯之該等線圈槽； 一組感應線圈，纏繞於該定子鐵芯之該等線圈槽，其中，該組感應線圈之幾何中心及該組激磁線圈之幾何中心是位於同一條直線上； 一驅動裝置，用於驅動該感應馬達轉子鐵芯相對於該定子鐵芯旋轉； 一電源供應器，用於對該組激磁線圈施加交流電壓；及 一電壓電流訊號擷取裝置，用於在該電源供應器對該組激磁線圈施加交流電壓並且該感應馬達轉子鐵芯旋轉期間，擷取並記錄激磁線圈電流值及感應線圈電壓值，以做為該感應馬達轉子鐵芯的品質指標。
- 如請求項1所述的檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，其中，該定子鐵芯之高度大於或等於該感應馬達轉子鐵芯之高度。
- 如請求項1所述的檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，其中，該驅動裝置驅動該感應馬達轉子鐵芯以介於5 RPM及15 RPM之間的轉速旋轉。
- 如請求項1所述的檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，其中，該驅動裝置包括一直流無刷馬達、一時規皮帶、一時規皮帶輪、一軸承、一軸承座，及一固定地穿設於該感應馬達轉子鐵芯的該貫孔的心軸。
- 如請求項4所述的檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，其中，該直流無刷馬達具有一減速機。
- 如請求項1所述的檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，其中，電壓電流訊號擷取裝置包括一差動電壓探棒、一電流勾表，及一訊號擷取卡。
- 如請求項1所述的檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，其中，該電壓電流訊號擷取裝置還用於記錄激磁線圈電流值及感應線圈電壓值的比值，以做為該感應馬達轉子鐵芯的品質指標。
- 如請求項1所述的檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，其中，該電壓電流訊號擷取裝置還用於統計激磁線圈電流值及感應線圈電壓值的比值之平均值，以做為該感應馬達轉子鐵芯的品質指標。
- 如請求項1所述的檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，其中，該電壓電流訊號擷取裝置還用於統計激磁線圈電流值平均值，以做為該感應馬達轉子鐵芯的品質指標。
- 如請求項1所述的檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，其中，該電壓電流訊號擷取裝置還用於統計感應線圈電壓值標準差，以做為該感應馬達轉子鐵芯的品質指標。
- 如請求項1所述的檢測感應馬達轉子鐵芯的品質之設備，其中，該組激磁線圈是二極激磁線圈，且該組感應線圈是二極感應線圈。
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| TW108204922U TWM581785U (zh) | 2019-04-22 | 2019-04-22 | Device for detecting the quality of an induction motor rotor core |
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Cited By (1)
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| CN112683137A (zh) * | 2020-12-05 | 2021-04-20 | 松下压缩机(大连)有限公司 | 用于测量转子铁芯扭斜的测量装置及其测量方法 |
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