马达的测试方法及测试电路技术

本发明专利技术系指一种马达的测试方法及测试电路，该马达包括一定子及一转子，该定子具有一绕组，该转子转动时会于该绕组中产生一反电动势，该测试电路包括：一控制器，用以接收一激活信号以驱动一电流至该绕组，使得该转子旋转，并于该转子达到一预定转速时停止驱动该电流，使得该绕组中的该电流持续衰减，且当该绕组中的该电流衰减至零时，测量该绕组的端电压即为一未补偿反电动势，并根据测量该绕组中的电压过程中、该转子的至少一表现数值，藉以补偿该未补偿反电动势而得出该反电动势；及一信号调理电路，耦接于该马达及该控制器，用以调理绕组电压信号；其中，利用该控制器分析该反电动势并选取该反电动势的至少一特征值，并将该反电动势的至少一特征值与一期望反电动势的相应特征值进行比较，以决定该马达的充磁是否合格。

【技术实现步骤摘要】
专利说明马达的测试方法及测试电路
本专利技术系指一种马达的测试方法及测试电路，尤指一种通过检测及分析反电动势(BEMF)而实施的马达的测试方法及测试电路。
技术介绍
永磁马达中永磁体的充磁品质决定了马达的运行性能特性，其中，经常用来检测永磁体的充磁品质的是基于霍尔传感器(Hall sensor)的磁性分析仪。如图11所示，其为习用以磁性分析仪针对马达的永磁体进行检测的示意图，图中，系通过探针111及霍尔传感器112所构成的磁性分析仪11对永磁体进行检测，利用探针111在转子12中旋转一周便能够得到永磁体表面的磁密分布。 然而，这种习用设备至少具有下列缺点 (1)检测过程中需要多次调整永磁体与探针111的相对位置，耗费大量时间； (2)探针相对来说较为脆弱，不适用于生产线； (3)探针具有一定的体积，因此当用以测试微小型马达时，因为探针本身的体积所造成的位置误差对于测量结果的影响将让使用者难以忍受； 及 (4)进行检测时需要将定子铁心去除，所以测量结果并不是马达正常工作时的气隙磁密分布，无法基于其结果对马达的运行性能进行精密分析。 另一方面，永磁马达中的永磁体品质也可以通过检测绕组中的反电动势来判断其充磁合格与否。这种测试方法的优点在于其测量结果忠实反应了马达工作时永磁体对于磁路磁场的贡献，可藉以精密分析电机的运行性能，并且不存在传感器与转子的永磁体的定位问题，测量结果非常精确。 但是，这种测试方法有两个要求 (1)转子必须是转动的； 及 (2)测试绕组中的电流不具驱动电流。 因此，通常这种方法需要一个驱动设备以驱动被测马达的转子的转动，然后再测试马达定子绕组中的电压---亦即反电动势。如图2所示，其为习用以驱动设备驱动马达转子针对马达的反电动势进行检测的示意图，图中，系利用与驱动器21相连的驱动设备22以驱动马达转子23，再通过测试器24对马达的反电动势进行检测。其中，驱动设备22的存在使得测试系统变得非常复杂，此外，欲完成驱动设备22的转子与待测马达的转子的对心连轴(如图中的耦合处)也会耗费大量的时间，不利于生产线的要求。 因此有必要改进传统对于马达的反电动势的检测方法，去除前述图2中的驱动设备22，开发出一种高精度、方便、易用且省时的基于反电动势测试的通过检测及分析反电动势而实施的马达的测试方法及测试电路，以下为本专利技术的简要说明。
技术实现思路
本专利技术的构想本专利技术的主要目的为提出一种结构简单、方便、易用且省时的基于反电动势测试的通过检测及分析反电动势而实施的马达的测试方法及测试电路。 以下说明本专利技术的构想。 首先，利用马达的自身绕组来起动马达，此时绕组系作为一个驱动组件，由于绕组中具有驱动电流，因此无法直接测得反电动势，必须等到马达转子达到一定转速后，再切断绕组的外部电源，此时马达会失去驱动转矩，转子在惯性的作用下会继续转动，此时将绕组作为一感测组件，通过测量该感测组件的端电压即可得到反电动势。 请参阅图3(a)、(b)，其为马达在测试过程中、绕组的电压与电流的波形图，其中图3(b)为图3(a)中矩形框选部分的放大图。 从图3(a)、(b)可以看出，测试过程分为三个步骤 (S1)利用马达自身的绕组起动马达，此时马达绕组上的端电压即为所施加的外部电压，绕组中有驱动电流的存在，但当转子达到高于测试所需转速的一定转速之后，便停止对马达绕组供电，此时绕组中的电流会经过一段续流时间而衰减到零； (S2)在此步骤中，绕组中不具电流，马达失去了驱动转矩，因此马达转子会由于惯性的作用而继续转动，利用测量系统量出绕组的端电压，由于此时绕组中没有驱动电流，因此所测量到的电压值即为反电动势；及 (S3)在测量完成后，利用马达绕组对转子进行制动，让转子快速停下，可以提高生产效率。当然，这个步骤并不是必须实施不可的。 值得一提的是，当马达失去驱动转矩而在惯性的作用下旋转时，由于摩擦转矩的存在，因此转子的转速会下降，特别是对于某些带有负载的马达(例如散热风扇马达等)来说，在测试过程中，因为负载一直存在，当马达失去驱动转矩后，转子转速下降会很明显，又由于反电动势系正比于转子转速，所以反电动势也会随着转速之下降而下降，如图4所示，其为图3(a)、(b)中的反电动势以及补偿后的反电动势的波形图。 在图4中，曲线I系为测量所得反电动势的波形，Pi(i＝1，2，3...)为反电动势每半个周期的时间。由图中可以看出，反电动势随着时间的推移而衰减，而Pi却随着时间的推移而增加。由于这样的测量结果并不对应于同一转速，因此无法直接用来判断充磁品质的好坏；因此，本专利技术所提出的解决方法为针对所测量的反电动势的结果进行修正。 如果在进行测量时，每一时刻的转速是可以得到的，那幺就可以将测量所得的反电动势修正到一个统一的转速下进行比较判断。因为反电动势正比于转速，所以如果电机转子在β角度位置、电机转速为ω、测量得到的反电动势e，将其折算到统一的转速ω0之下，此时电机转子在β角度位置的反电动势则为 当然，时间轴也需要修正到统一的速度ω0下。在t时刻取一时间增量Δt，在Δt内转子转过Δβ角度，因此 Δβ＝ωΔt 如果转子转速为ω0，则转动Δβ角度所需要的时间为 马达从初始时刻t0开始到t时刻转过的角度为β，若电机在转速ω0下，从t0开始转动到β角度后的时刻则为 是故，通过速度修正后的反电动势的波形如图4中的曲线II所示，由图中可看出，此时反电动势已经对应于同一个转速。 马达转速之下降是有规律的，本专利技术所采用的方法是利用转速下降的规律，通过分析测得的反电动势，来计算以得到任意时刻的转子速度。如图4的曲线I，每个半周期中心点时刻ti(i＝1，2，…)的瞬时转速可近似为 ，相应的瞬时周期为2Pi。马达转速的变化由下式决定 其中J为转子转动惯量，TL为负载转矩。 根据被测马达的负载的不同，速度之下降也呈现不同的规律。可以证明的是，当负载为风机负载时，马达的瞬时周期与时间t系呈线性递增关系，如图5所示般；根据这个关系以及测量得到的Pi、ti序列便可以求得任意时刻的瞬态周期2P和瞬态速度 对于其它的负载特性，马达的瞬时周期与时间t的关系如图6所示。对于这些负载特性如果能够准确可知的情况下，亦可以得到瞬时周期与时间t的明确关系式。但现实状况是，有时负载特性很难明确可知，且有些情况的速度变化过程中负载的特性是逐步变化的，这样就很难得到瞬时周期与时间的明显关系式。所以，更为方便而有效的方式是对于图6中已知的瞬时周期序列进行插值法以得到任意时刻下马达转子的瞬时周期和转速。 对于某些转子惯量很大、测量时负载很小的马达来说，由于测量时转速之下降并不明显，因此也可以忽略对于其测量结果的转速修正步骤。 将修正后的反电动势与反电动势期望值进行比较即可判断永磁体的充磁是否合格。首先，可以提取修正后的反电动势的特征值，然后与反电动势期望值的特征值进行比较。当然，反电动势的特征值有很多，因此可以提取其中一个或几个来进行比较，正如熟习本项技术者所知，参与比较的特征值越多，比较所得的可靠性便越高，而数据分析量也就越大。如果所选取的n个特征值都在误差范围内，如下式所示(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种马达的测试方法，该马达包括一定子及一转子，该定子具有一绕组，该转子转动时会于该绕组中产生一反电动势，该测试方法包括下列步骤：（ａ）提供一电流至该绕组使得该转子旋转；（ｂ）于该转子达到一预定转速时停止提供该电流，使得该绕组 中的该电流持续衰减；（ｃ）当该绕组中的该电流衰减至零时，测量该绕组的端电压即为一未补偿反电动势；（ｄ）根据绕组的端电压测量过程中、该转子的至少一表现数值，藉以补偿该未补偿反电动势而得出该反电动势；（ｅ）分析该反电动势 并选取该反电动势的至少一特征值；及（ｆ）将该反电动势的至少一特征值与一期望反电动势的相应特征值进行比较，以决定该马达的充磁是否合格。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立建，金万兵，应建平，黄世民，黄文喜，
申请(专利权)人：台达电子工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]