TWM649412U - 馬達的異常/老化判讀裝置及使用其的自動化設備 - Google Patents

Abstract

一種馬達的異常/老化判讀裝置，其包括霍爾元件、訊號放大器、類比數位轉換器與控制模組。霍爾元件鄰近地置於馬達的電源線，並轉換來自電源線的磁場訊號為電壓訊號並傳輸電壓訊號。訊號放大器電性連接霍爾元件，接收並放大電壓訊號後，傳輸電壓訊號。類比數位轉換器電性連接訊號放大器，接收電壓訊號，轉換電壓訊號為數位電子訊號後，傳輸數位電子訊號。控制模組電性連接類比數位轉換器，接收與儲存數位電子訊號，並藉由比對時間區段內的複數個數位電子訊號以產生用於表示馬達是否異常/老化的判斷結果。

Description

馬達的異常/老化判讀裝置及使用其的自動化設備

本新型係與馬達性能量測領域有關，特別尤指一種馬達的異常/老化判讀裝置及使用其的自動化設備。

馬達最重要的一個參數就是馬達壽命，正確地測量馬達(例如，但不限定是伺服馬達)是否異常/老化，可保證設備與馬達正常地運轉。先前技術必須依靠使用者時常地檢測馬達的狀況，避免在使用馬達時發生故障，進而延誤作業的進行。傳統馬達異常/老化的測試中，需要將正在運作的機械停機後，馬達移動到專門的測試平台，將控制器、馬達與馬達驅動器連接至示波器，並將控制指令與馬達之轉速回授訊號顯示於示波器的顯示器上。最後，再以人工檢視之方式比對控制指令與馬達之轉速回授訊號在示波器上顯示的波形是否相符，藉以判斷馬達之運轉是否有異常狀況，並收集時間區間內的波形和參數以人工方式判斷馬達的壽命是否將屆。

簡單地說，傳統測試方式會有測試數量受限的技術問題，且傳統測試方式需要進行馬達的安裝和拆卸，對於使用者來說十分麻煩。再者，以人工檢視之方式來檢測馬達需要花費大量的時間，因此若以人工檢視之方式大量檢測馬達，會造成檢測作業時間過長與額外的成本支出。

有鑒於傳統測試方式會有測試數量受限與需要進行安裝和拆卸導致十分麻煩的技術問題，且更有需大量檢測伺服馬達而造成檢測作業時間過長與額外的成本支出的技術問題，本新型提供一種馬達的異常/老化判讀裝置。馬達的異常/老化判讀裝置包括至少一霍爾元件、訊號放大器、類比數位轉換器與控制模組。至少一霍爾元件鄰近地設置於馬達的至少一電源線，並用於轉換自至少一電源線的所偵測的磁場訊號為電壓訊號，並傳輸電壓訊號。訊號放大器電性連接至少一霍爾元件，並接收並放大來自至少一霍爾元件的電壓訊號後，傳輸電壓訊號。類比數位轉換器電性連接訊號放大器，接收來自訊號放大器的電壓訊號，並轉換電壓訊號為數位電子訊號後，傳輸數位電子訊號。控制模組電性連接類比數位轉換器，接收來自類比數位轉換器的數位電子訊號，儲存數位電子訊號，並藉由比對時間區段內的複數個數位電子訊號，以產生用於表示馬達是否異常/老化的判斷結果。

在一些實施例中，控制模組比對時間區段內的複數個數位電子訊號以得到馬達的各電源線的相電源電流強度與/或平衡狀態，並透過分析各電源線的相電源電流強度與/或平衡狀態來產生用於表示馬達是否異常/老化的判斷結果，其中判斷結果更用於表示馬達的預測殘餘壽命。

在一些實施例中，當時間區段內的複數個數位電子訊號的異常訊號數量超過上限預定值，控制模組判斷時間區段所收集的複數個數位電子訊號為異常以及馬達為異常/老化。

在一些實施例中，馬達的異常/老化判讀裝置更包括結果呈現單元。結果呈現單元電性連接控制模組，以及接收並呈現判斷結果。

在一些實施例中，控制模組還包括計時單元。計時單元定義時間區段。

在一些實施例中，結果呈現單元為人機介面螢幕，且判斷結果以百分比、布林值和警告條的至少一種方式顯示於人機介面螢幕上；或者，結果呈現單元為警告燈號或語音提示裝置。

在一些實施例中，馬達為單相電源馬達，至少一霍爾元件的數量為一個或多個，至少一電源線的數量為一個或多個，且電源線用於接收一個交流電信號。

在一些實施例中，馬達為三相電源馬達，至少一霍爾元件的數量為至少三個，及至少一電源線為的數量為至少三個，且三個電源線用於接收不同相位的三個交流電信號。

在一些實施例中，訊號放大器為低雜訊放大器。

在一些實施例中，至少一霍爾元件具有勾式外掛件，且勾式外掛件用於使至少一霍爾元件鄰近地設置於馬達的至少一電源線。

本新型還提供一種自動化設備，自動化設備具有自動化設備本體與上述的任一個馬達的異常/老化判讀裝置，且自動化設備本體的馬達的狀態可以被馬達的異常/老化判讀裝置所判斷。

相較於先前技術，本新型所提供的馬達的異常/老化判讀裝置採用具有勾式外掛件的霍爾元件，可鄰近地置於馬達的各電源線附近，以轉換自各電源線的所偵測的磁場訊號為電壓訊號以判斷馬達是否老化或阻抗是否平衡(即判讀馬達是否異常/老化)。由於本新型所提供的馬達的異常/老化判讀裝置不需連接在馬達的各電源線上，因此，量測機台的馬達時，不需停機將受測馬達移到測試平台，便可持續地偵測馬達的狀態和是否異常/老化。本新型所提供的馬達的異常/老化判讀裝置還可迅速安裝於既有系統，機台不需大幅度改造，提供了便利性。甚至本新型的馬達的異常/老化判讀裝置解決了先前技術須以人工檢視之方式比對馬達各相電流在示波器上顯示的波形的差異的技術問題，故可以避免了因人為誤判而影響檢測結果之精準度，也減少以人工檢視之方式所額外支出的時間成本與人力成本。

第1圖是本新型所公開的馬達的異常/老化判讀裝置如何應用於待測設備的方塊示意圖。馬達的異常/老化判讀裝置10可包括至少一霍爾元件1、訊號放大器2、類比數位轉換器3、控制模組4和結果呈現單元5。待測設備20包括至少一個伺服驅動器21和被伺服驅動器21所驅動的馬達22。馬達22可為單相電源馬達或三相電源馬達，或者也可以是其他的多相馬達。霍爾元件1具有勾式外掛件，且用於透過勾式外掛件，霍爾元件1可被置放在受測馬達22的其中一個電源線附近。再者，霍爾元件1電性連接訊號放大器2，訊號放大器2電性連接類比數位轉換器3，類比數位轉換器3電性連接控制模組4，以及控制模組4電性連接結果呈現單元5。

另外，霍爾元件1與電源線的最小數量對應於馬達22的類型。例如，馬達22是單相電源馬達，則有一個或多個電源線接收一個交流電信號，且霍爾元件1的數量為一個或多個。舉例來說，單相電源馬達有接收輸入電源的一條電源線與將輸入電源轉出並連接其他電子元件的另一條電源線，而這兩條電源線都可以掛上霍爾元件1進行量測。又例如，馬達22是三相電源馬達，則有至少三個電源線接收不同相位的三個交流電信號，且霍爾元件1的數量會有至少三個。在另一個實施例中，也有可能一條電源線掛有多個霍爾元件1進行偵測。

霍爾元件1利用霍爾效應來檢測電流通過導體的強度。當電流通過各電源線，電流會產生一個隨電流變化的磁場，放置於各電源線附近的各霍爾元件1便可將各電源線的磁場變化轉化為輸出電壓的變化，也就是說霍爾元件1可在不干擾電流情況下測量電流。因霍爾元件1的輸出電壓非常微弱，有時甚至以微伏特為單位，因此，霍爾元件1輸出的低強度電壓訊號需經過訊號放大器2進行放大，以提高信號的強度和可靠性。

訊號放大器2接收並放大來自霍爾元件1的電壓訊號後，傳輸電壓訊號至類比數位轉換器3，因訊號放大器2輸出的訊號是類比訊號，需要經過類比數位轉換器3進行轉換為數位電子訊號，以便進行後續數位電子訊號資訊的儲存、分析、控制和顯示等處理。在一些實施例中，訊號放大器2為低雜訊放大器，甚至可以精密的儀器放大器。在一些實施例中，訊號放大器2還可以提供一些額外的功能，例如濾波和線性化，以確保輸出訊號的準確性和穩定性。類比數位轉換器3接收來自訊號放大器2的類比電壓訊號並轉換類比電壓訊號為數位電子訊號後，傳輸數位電子訊號至控制模組4以進行處理和分析。

控制模組4可包括微控制器(Micro control Unit，MCU) 、可編輯邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)、現場可程式化邏輯閘陣列 (Field Programmable Gate Array，FPGA)與處理器(Central Processing Unit，CPU)中之一者(並不限於此)，並還可包括電腦記憶體，MCU、PLC、FPGA 或CPU可儲存資料於電腦記憶體上、讀取電腦記憶體的中的資料和程式，但不以此為限。

控制模組4接收來自類比數位轉換器3的數位電子訊號後，先將它們儲存在內部的記憶體中並收集在一個時間段內各電源線的多個數位電子訊號，以便進行後續的比對、判斷和分析，並藉此產生用於表示馬達22是否異常/老化的判斷結果。在一些實施例中，控制模組4還包括計時單元，計時單元定義量測的時間區段，也就是使用者可以透過操作去定義量測的時間區段。

在一些實施例中，控制模組4比對時間區段內的複數個數位電子訊號以得到馬達22的各電源線的相電源電流強度與/或平衡狀態，並透過分析各電源線的相電源電流強度與/或平衡狀態來產生用於表示馬達22是否異常/老化的判斷結果，其中判斷結果更用於表示馬達22的預測殘餘壽命。

在一些實施例中，當時間區段內的多個數位電子訊號的異常訊號數量超過一個上限預定值，控制模組4判斷在時間區段所收集的多個數位電子訊號為異常並進一步判斷馬達22為異常/老化。簡單地說，控制模組4藉由比對時間段內各電源線的多個數位電子訊號來產生用於表示馬達22是否異常/老化的判斷結果之方式可能因應實際需求而有變化。再者，控制模組4產生的判斷結果至少可以表示馬達22是否異常/老化，且較佳地，可以表示馬達22的預測殘餘壽命，以進一步地提醒使用者在特定時間去更換馬達22。

在一些實施例中，控制模組4更可以比對各相電源電流強度來判斷馬達22是否異常/老化。首先，控制模組4計算各相電源電流強度的平均值以獲得該馬達22的平均電流強度。接著，控制模組4比對各相電源電流強度與平均電流強度的差異，以確定各相電源電流強度是否偏離平均電流強度過多。如果某個相電源電流強度明顯偏高或偏低於平均電流強度，則可以判斷該電源線內的相電源電流強度有異常。如此一來，判斷結果可以表示對應該電源線對之馬達22的線圈可能存在問題，例如老化、短路或斷路。

在一些實施例中，除了比較各相電源電流強度外。控制模組4還可比對各相電源電流強度的平衡狀態。控制模組4計算各相電源電流強度之間相位的偏移或差異，以確定各相電源電流之間是否保持平衡。正常情況下，各相電源電流的相位差異應該是固定的，例如三相電源的三個相電源電流差異應該是彼此差異120度。如果發現某個相電源電流的相位明顯偏移，則該相電源電流失去平衡，這可能表示對應於該相電源電流的線圈存在問題，例如老化、短路或斷路。

根據這些比對結果，控制模組4能夠判斷該馬達22是否異常/老化。進一步地，控制模組4可以使用內建的預測模型進一步預測馬達22的壽命(即，產生的判斷結果更用於表示馬達22的預測殘餘壽命)，並提供判斷結果以指示該馬達22的某些線圈可能存在問題，需要使用者進行進一步安排檢查和維修。再者，控制模組4可以儲存這些判斷結果和對應的複數個數位電子訊號並回饋至預測模型以訓練預測模型，來增加預測的準確率。

控制模組4可以將判斷結果傳輸給結果呈現單元5，以便顯示該判斷結果。結果呈現單元5可為有機發光二極體顯示器、電子紙、系統整合型面板、發光二極體顯示器、液晶顯示器、觸控型顯示器、語音提示裝置、警告燈號，但本新型不以此為限。

在一些實施例中，結果呈現單元5可為人機介面，判斷結果以百分比、布林值或警告條的其中至少一種方式顯示於結果呈現單元5上。例如，結果呈現單元5可以百分比或數值的方式顯示預測的馬達壽命、電流值等，還可以布林值的方式顯示馬達各相電源對應的線圈是否異常，也可以波形圖或警告條的方式顯示馬達狀態。

在一些實施例中，結果呈現單元5可為控制面板上的警告燈號，警告燈號可以不同顏色的方式顯示馬達各相的狀態。還可以其他方式提示馬達的異常，如蜂鳴器、LED燈泡等。這樣，使用者可直接得知馬達的狀態和異常情況。

在一些實施例中，使用者可藉由結果呈現單元5的人機介面輸入指令或藉由外接硬體裝置(例如：鍵盤、滑鼠等)操作馬達的異常/老化判讀裝置10或修改系統指令，例如：修改上限預定值的數值，還可選擇將測量、累積下來的資料輸出。

第2圖是本新型所公開的馬達的異常/老化判讀裝置對馬達進行異常/老化判讀的流程圖。首先，先進行數位電子訊號收集的步驟201。在步驟201中，將透過各霍爾元件具有的勾式外掛件將霍爾元件置放在受測馬達之一個電源線附近，以透過測量磁場的方式量測電源線內的相電源電流來取得對應的電壓訊號，以及透過後續的訊號放大器與類比轉換器對電壓訊號進行處理。進一步地，當馬達運作時，霍爾元件感測到馬達的各電源線之相電源電流的磁場變化並生成對應的電壓訊號，這些電壓訊號通過訊號放大器進行放大，然後輸出至類比數位轉換器將馬達的各相電源電流對應的類比電壓訊號轉換為數位電子訊號，控制模組從類比數位轉換器獲取複數個數位電子訊號，複數個數位電子訊號代表著馬達的各相電源電流，接著，控制模組儲存從馬達之複數個電源線量測獲取到的複數個數位電子訊號。

接著，進行數位電子訊號比對的步驟202。在步驟202中，控制模組比對在時間區段內的複數個數位電子訊號，以獲得用於判讀馬達是否異常/老化的資訊。例如，控制模組比對在時間區段內的複數個數位電子訊號，以獲得各電源線之相電源電流強度與/或平衡狀態。

然後，進行異常/老化判讀的步驟203。在步驟203，控制模組根據步驟202獲得的資訊判讀馬達是否異常/老化。例如，控制模組透過分析各電源線的相電源電流強度與/或該平衡狀態來判讀用於表示馬達是否異常/老化。若判斷馬達異常/老化，則進行判斷結果儲存與異常警示的步驟205，否則，則進行判斷結果儲存與未異常/老化通知的步驟204。

在步驟204中，控制模組會將得到的判斷結果與對應的數位電子訊號進行儲存，以及結果呈現單元用於呈現判斷結果以呈現馬達異常/老化的警示資訊給使用者。結果呈現單元將判斷結果以百分比、布林值或警告條的其中至少一種方式顯示於人機介面螢幕上讓使用者可直接得知馬達的狀態和異常情況。另外，馬達的判斷結果中的狀態和異常情況儲存也會在控制模組中。步驟204結束後，又會繼續重複進行步驟201。在一些實施例中，還可進一步運用人工智慧預測模型預測馬達的殘餘壽命，並將馬達狀態和馬達異常的資料回饋至控制模組中內建的預測模型以提高預測模型的準確率。

在步驟205中，控制模組會將得到的判斷結果輸出並儲存，以及結果呈現單元用於將判斷結果以百分比、布林值或警告條的其中至少一種方式顯示於人機介面螢幕上以使使用者可直接得知馬達的狀態正常，馬達的判斷結果中的狀態也會被儲存在控制模組中。步驟205結束後，又會繼續重複進行步驟201。在一些實施例中，馬達狀態正常的資料回饋至控制模組中的預測模型以提高預測模型的準確率。

請參照第3圖，第3圖是本新型所公開的自動化設備的方塊示意圖。本新型的馬達的異常/老化判讀裝置10更可以整合在具有馬達部件8的自動化設備中，自動化設備可以包括自動化設備本體A(由馬達部件8與複數個作動部件9構成)與馬達的異常/老化判讀裝置10，其中自動化設備本體A的馬達部件8的多個馬達22可以被馬達的異常/老化判讀裝置10所量測，以判別其狀態，以及每一個馬達22用於連接作動部件9，並且使得作動部件9得以轉動或移動等。作動部件9例如鑽孔部件、拋光部件或其他部件，且本新型不以此為限制。

如上所述，本新型的馬達的異常/老化判讀裝置採用非接觸式的量測，可針對整體老化的馬達的電流進行獨立的檢測，且不須大幅度地改造馬達所在的裝置，便可快速安裝在既有的控制系統上。克服了在先前技術中，測試方式數量受限且安裝和拆卸十分麻煩、大量檢測伺服馬達會造成檢測作業時間過長與額外的成本支出、老化的馬達的電流異常無法檢測等技術問題。

前文係針對本新型之較佳實施例為本新型之技術特徵進行具體之說明；惟，熟悉此項技術之人士當可在不脫離本新型之精神與原則下對本新型進行變更與修改，而該等變更與修改，皆應涵蓋於如下申請專利範圍所界定之範疇中。

10:馬達的異常/老化判讀裝置 1:霍爾元件 2:訊號放大器 3:類比數位轉換器 4:控制模組 5:結果呈現單元 20:待測設備 21:伺服驅動器 22:馬達 201～205:步驟 8:馬達部件 9:作動部件 A:自動化設備本體

本新型的圖式為示意圖，其尺寸並非用於限制與解釋本新型，是意圖的目的僅用於說明與解釋本新型的技術，且圖式簡單說明如下： 第1圖是本新型所公開的馬達的異常/老化判讀裝置如何應用於待測設備的方塊示意圖； 第2圖是本新型所公開的馬達的異常/老化判讀裝置對馬達進行異常/老化判讀的流程圖；以及 第3圖是本新型所公開的自動化設備的方塊示意圖。

10:馬達的異常/老化判讀裝置

1:霍爾元件

2:訊號放大器

3:類比數位轉換器

4:控制模組

5:結果呈現單元

20:待測設備

21:伺服驅動器

22:馬達

Claims (11)

1. 一種馬達的異常/老化判讀裝置，包括： 至少一霍爾元件(1)，鄰近地設置於一馬達(22)的至少一電源線，轉換自該電源線的所偵測的一磁場訊號為一電壓訊號，並傳輸該電壓訊號； 一訊號放大器(2)，電性連接該霍爾元件(1)，接收並放大來自該霍爾元件(1)的該電壓訊號後，傳輸該電壓訊號； 一類比數位轉換器(3)，電性連接該訊號放大器(2)，接收來自該訊號放大器(2)的該電壓訊號，並轉換該電壓訊號為一數位電子訊號後，傳輸該數位電子訊號；以及 一控制模組(4)，電性連接該類比數位轉換器(3)，接收來自該類比數位轉換器(3)的該數位電子訊號，儲存該數位電子訊號，藉由比對一時間區段內的複數個數位電子訊號，以產生用於表示該馬達(22)是否異常/老化的一判斷結果。
2. 如請求項1所述之馬達的異常/老化判讀裝置，其中該控制模組(4)比對該時間區段內的該複數個數位電子訊號以得到該馬達(22)的各該電源線的一相電源電流強度與/或一平衡狀態，並透過分析各該電源線的該相電源電流強度與/或該平衡狀態來產生用於表示該馬達(22)是否異常/老化的該判斷結果，其中該判斷結果更用於表示該馬達(22)的一預測殘餘壽命。
3. 如請求項1所述之馬達的異常/老化判讀裝置，其中當該時間區段內的該複數個數位電子訊號的一異常訊號數量超過一上限預定值，該控制模組(4)判斷該時間區段所收集的該複數個數位電子訊號為異常以及該馬達為異常/老化。
4. 如請求項1所述之馬達的異常/老化判讀裝置，更包括： 一結果呈現單元(5)，電性連接該控制模組(4)，接收並呈現該判斷結果。
5. 如請求項1所述之馬達的異常/老化判讀裝置，其中，該控制模組(4)還包括一計時單元，該計時單元定義該時間區段。
6. 如請求項4所述之馬達的異常/老化判讀裝置，其中，該結果呈現單元(5)為人機介面螢幕，且該判斷結果以一百分比、一布林值和一警告條的至少一種方式顯示於該人機介面螢幕上；或者，該結果呈現單元(5)為一警告燈號或一語音提示裝置。
7. 如請求項1所述之馬達的異常/老化判讀裝置，其中，該馬達(22)為一單相電源馬達，該霍爾元件(1)的數量為一個或多個，該電源線的數量為一個或多個，且該電源線用於接收一個交流電信號。
8. 如請求項1所述之馬達的異常/老化判讀裝置，其中，該馬達(22)為一三相電源馬達，該霍爾元件(1)的數量為至少三個，及該電源線為的數量為至少三個，且該三個電源線用於接收不同相位的三個交流電信號。
9. 如請求項1所述之馬達的異常/老化判讀裝置，其中，該訊號放大器(2)為一低雜訊放大器。
10. 如請求項1所述之馬達的異常/老化判讀裝置，其中，該霍爾元件(1)具有一勾式外掛件，以使該霍爾元件(1) 鄰近地設置於該馬達(22)的該電源線。
11. 一種自動化設備，包括： 一自動化設備本體(A)； 如請求項1至10其中一項所述之馬達的異常/老化判讀裝置； 其中該自動化設備本體(A)包括該馬達(22)。

Images