083_093-034AP-TW

發佈日期 : 2009-04-29

發明專利說明書


※申請案號：093119426	※I P C 分類：G01R 31/34

一、	發明名稱：
	馬達特性測試系統(全文下載)

二、

中文發明摘要：

本發明係為一種馬達特性測試系統，係主要以電腦主機控制一可模擬不同負載阻力大小的電磁煞車器達成馬達的特性測試。即，由於馬達係透過一扭力計及一轉速量測裝置與電磁煞車器的轉軸連接，當馬達被驅動時，電腦主機可在特定模擬負載狀況下，測試馬達驅動此一大小負載的相關參數及其特性。是以，本發明可廣泛地運用於不同動力大小的直流馬達測試，並可擴充驅動設備至不同類型的馬達測試。

三、

英文發明摘要：

四、	指定代表圖：
	(一)本案指定代表圖為：第一圖
	(二)本代表圖之元件符號簡單說明：
	(10)‧‧‧馬達
	(11)‧‧‧轉軸
	(20)‧‧‧扭力計
	(21)‧‧‧轉軸
	(30)‧‧‧轉速量測裝置
	(31)‧‧‧圓形轉盤
	(312)‧‧‧穿孔
	(32)‧‧‧光耦合器
	(321)‧‧‧光電晶體
	(322)‧‧‧發光二極體
	(40)‧‧‧電磁煞車器
	(41)‧‧‧轉軸
	(50)‧‧‧直流電源供應器
	(51)‧‧‧電壓/電流檢知器
	(60)‧‧‧信號擷取卡
	(70)‧‧‧電腦主機

五、	本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：

六、	發明說明：
	【發明所屬之技術領域】
[0001]	本發明係關於一種測試用系統，尤指一種模擬馬達即將應用裝置的負載大小，藉以檢測馬達應用於特定裝置後的特性及相關參數值。
	【先前技術】
[0002]	近來電動機動車/輪椅技術發展成熟，已成為一種介於機車與腳踏車之間的代步工具。
[0003]	目前國內電動輪椅、代步車製造廠商一般由馬達工廠直接買進直流馬達元件，而且馬達的控制器也是大多由國外進口，國內廠商充其量亦只是進行組裝的作業。由於國內鮮少廠商自製直流馬達或是控制器，因此目前推出的電動載具產品，常會有以下狀況發生：1.選用馬達扭力過小，造成電動載具的爬坡力不足，使用上不便。
[0004]	2.選用馬達扭力過大，造成電動載具浪費電池能量，減少續航力，同樣造成使用上不便。
[0005]	基於上述理由研究廠商為何無法選用適當扭力大小的馬達，原因不外乎是國內廠商鮮少為購得馬達進行實體特性測試，而都直接拿國外販賣直流馬達的馬達特性表，而國內廠商亦依照此特性表進行週邊電路的設計，惟，國外製作直流馬達的廠商純綷為馬達的製造商，並不是電動載具的製造公司，故其所作的特性測試表並非符合電動機車的需求。儘管部份國內廠商會自行進行第二次測試，但其所使用的測試設備亦與國外馬達製造商所用的大同小異。
[0006]	一般馬達測試較完備的設備通常購買一組動力計並配合電源供應及電腦設備進行測試，主要擷取額定電壓下的轉矩、轉速及電流值，其中動力計設備係負責轉矩與轉速的擷取。再者，馬達測試僅以馬達本體單機測試，或是配合一組固定減速齒輪(包含有不同齒輪比的齒輪)作測試，但馬達實際應用於不同電動載具上，所配合裝設的齒輪比與測試用的減速齒輪並不同，因此，僅單獨以減速齒輪配合馬達進行測試出來的結果，並不能代表馬達實際使用時之性能表現。
	【發明內容】
[0007]	為此，本發明的主要目的係提供一種可模擬馬達實際應用環境的阻力，配合相關裝置進行馬達特性測試的馬達特性測試系統。
[0008]	欲達上述目的所使用之主要技術手段係令該馬達特性測試系統包含有一與馬達轉軸連接的扭力計、一轉速量測裝置、一電磁煞車器、一直流電源供應器、電壓/ 電流檢知器、一信號擷取卡及電腦主機：其中該電腦主機係供使用者輸入待測的設定值，以控制電磁煞車器模擬特定負載的阻力值，當馬達受驅動時，電腦主機係透過信號擷取卡讀取扭力、轉速、電壓、電流等參數，進而運算該馬達在驅動特定負載時，其特性：如輸出入功率及運轉效率等。
[0009]	藉此，本發明確實可提供不同馬達進行不同負載的驅動測試，經由測試過程中量測馬達的相關參數及其特性，製作出一份符合馬達即將應用於特定裝置上的參數測試及特性報告。
	【實施方式】
[0010]	首先請參閱第一圖及第二圖所示，本發明馬達特性測試系統係包含有：一扭力計(20)，係連接於馬達(10)的轉軸(11)，以檢測馬達(10)轉動時的扭力值；一轉速量測裝置(30)，係固定於扭力計(20)的轉軸(21)上，主要由一圓形轉盤(31)及一光耦合器(32)組成，該圓形轉盤(31)固定於扭力計(20)的轉軸(21)上，並於其上形成有圍成一圈的複數個穿孔(312)，其中光耦合器(32)係設置在對應轉盤(31)的穿孔(312)位置；一電磁煞車器(40)，係包含有一轉軸(41)，以與該扭力計(20)的轉軸(21)連接，用以提供馬達(10)不同的煞車力道，模擬馬達應用環境所可能受阻力值(負載值)；於本實施例中該電磁煞車器(40)係為空隙磁粉式電磁煞車器；一直流電源供應器(50)，係提供馬達電壓調整及電流限制的功能，該直流電源供應器(50)輸出端係連接有一電壓/電流檢知器(51)，以檢知直流電源供應器(50)供電予馬達(10)的電壓及電流變化；一信號擷取卡 (60)，係內建有類比數位轉換器，分別連接上述扭力計(20)、電磁煞車器(40)、轉速量測裝置(30)的光耦合器(32)及電壓/電流檢知器(53)；及一電腦主機(70)，為工業用電腦主機，其與信號擷取卡(60)連接，用以透過信號擷取卡(60)取得馬達扭力值、轉速值及電壓/電流值，並控制該電磁煞車器輸出適當的煞車力道。
[0011]	上述扭力計(20)係主要由一惠斯敦電橋電路組成的應變規，以將馬達轉軸扭轉的物理現象轉換為對應電壓型式輸出，此電壓信號經該信號擷取卡擷取後輸入至電腦主機，由電腦主機依據電壓-扭力關係式，將電壓信號換算出馬達的扭力值。
[0012]	請配合第一圖及第三圖所示，係為轉速量測裝置(30)設置於扭力計(20)的轉軸(21)上，由於該轉速量測裝置(30)的圓形轉盤(31)的圓心形成有一結合孔(311)，供扭力計(20)的轉軸(21)穿套其中，而其周邊則形成有等距分佈的複數穿孔(312)，當扭力計轉軸(21)受馬達(11)驅動而轉動時，該圓形轉盤(31)上的複數穿孔(312)分別通過光耦合器(32)。該光耦合器(32)係由一光電晶體(311)及一發光二極體(312)組成，其中該光電晶體(311)及發光二極體(312)設置於圓形轉盤(31)的相對兩面，當穿孔(312)順序通過其中，光電晶體(311)會輸出方波信號，並隨著馬達轉速的變化改變方波信號的頻率。該信號擷取卡(60)將光電晶體(311)輸出方波信號擷取後，輸入至電腦主機(70)中，供電腦主機(70)依照方波信號判斷目前馬達的轉速值。或可於光電晶體(311)的輸出端連接一個頻率電壓轉換器(圖中未示)，先將方波信號的頻率轉換為對應的電壓值，再輸入至電腦主機(70)，如此，該電腦主機即以電壓大小判斷轉速的大小。
[0013]	上述直流電源供應器的電壓調整，主要用以直接改變馬達性能及其特性參數，而電流限制則是避免過大的電流入馬達，而造成馬達於測試時損壞。
[0014]	上述電腦主機係設計有一個顯示介面，該顯示介面共規劃有：1.模擬調控區：控制輸出負載模擬裝置(電磁煞車器)提供輸出負載模擬值之設定。
[0015]	2.參數監測區：顯示受測馬達即時參數數值變化(含：電壓、電流、扭力、轉速、輸出入功率及運轉效率等)。
[0016]	3.特性曲線描繪區：依據監測區所擷取到的參數值作繪圖動作，其繪圖方式為先將監控之數據存檔，待測試程序終止後，予以存檔資料並進行繪圖，如第五圖所示，其中橫軸為扭力而縱軸則為各特性參數，由曲線的變動能對馬達在受力下的動力表現有概括的瞭解。
[0017]	本發明主要以電腦主機控制電磁煞車器模擬不同負載大小，加上馬達係透過扭力計與電磁煞車器的轉軸連接，故馬達即可驅動不同負載大小，而電腦主機可於特定模擬負載狀況下，測試馬達驅動此一大小負載的相關參數及其特性。請配合第四圖所示，係為電腦主機進行馬達測試的流程圖，首先電腦主機先讀取模擬調控區輸入的模擬設定值(80)，再將該模擬設定值換算為對應的電壓值(81)，之後依電壓值大小輸出一電壓控制命令信號至電磁煞車器(82)，令電磁煞車器模擬出特定大小的負載。爾後，電腦主機透過信號擷取卡取回電壓/電流/轉速/扭力等參數數據(83)，再比對電磁煞車器模擬特定負載的阻力值與擷取到的馬達扭力值，判斷是否已達設定值(84)，若是(85)，則代表馬達扭力足以驅動目前所設定的模擬設定值；若否(86)，則代表馬達扭力不足以驅動目前所設定的模擬設定值，故電腦主機會修正電壓控制命令信號(87)，並重新輸出至電磁煞車器(87)，直到達成設定值為止。
[0018]	由上述說明可知，本發明藉由電腦主機與電磁煞車器可隨時模擬出馬達所欲驅動的負載大小，進而測試馬達的特性，是以，本發明具有以下優點：1.本發明分別針對馬達參數(電壓、電流、扭力、轉速)設計個別的監測裝置，可提供非額定電壓下，所有參數詳盡變化，並透過電腦主機運算提供相關輸出入功率及運轉效率等特性參數，此外，透過單一參數與各監測裝置一對一的測量，可提供高精確及可信度之馬達測試資料。所謂的非額定電壓，係可調整直流電源供應器的輸出電壓來模擬電動載具的電瓶電壓變動狀況。
[0019]	2.本發明進行測試程序時，必定採用馬達實際使用時所配合齒輪比，以確實的測出此狀況下馬達參數之變化，特別是扭力、轉速及效率等參數。
[0020]	3.本發明設計有控制線路，以對馬達控制器進行控制測試，藉以了解馬達搭配其控制器的動力系統狀況，此外，藉由此功能所測試而得的資料，可協助日後設計電動載具在設計馬達控制器的依據。是以，本發明可提供廣泛地不同動力大小直流馬達測試，並可擴充驅動設備至不同類型的馬達測試。
[0021]	由上列各點，本發明主要以電腦主機配合電磁煞車器，模擬馬達實際應用於電動載具後的負載大小，藉由顯示介面觀察此一馬達是否適用於特定電動載具的產品，進而輔助國內設計電動載具廠商挑選合適的馬達。
[0022]	為此，本發明確實具有產業上利用性，並符合發明新穎性及進步性等專利要件，爰依法具文提出申請。
	【圖式簡單說明】
[0040]	第一圖：係本發明一較佳實施例的外觀圖。
[0041]	第二圖：係本發明的電路方塊圖。
[0042]	第三圖：係本發明轉速量測裝置與扭力計的連接示意圖。
[0043]	第四圖：係本發明電腦主機執行測試程序的流程圖。
[0044]	第五圖：係本發明顯示介面的示意圖。
	【主要元件符號說明】
[0023]	(10)‧‧‧馬達
[0024]	(11)‧‧‧轉軸
[0025]	(20)‧‧‧扭力計
[0026]	(21)‧‧‧轉軸
[0027]	(30)‧‧‧轉速量測裝置
[0028]	(31)‧‧‧圓形轉盤
[0029]	(311)‧‧‧固定孔
[0030]	(312)‧‧‧穿孔
[0031]	(32)‧‧‧光耦合器
[0032]	(321)‧‧‧光電晶體
[0033]	(322)‧‧‧發光二極體
[0034]	(40)‧‧‧電磁煞車器
[0035]	(41)‧‧‧轉軸
[0036]	(50)‧‧‧直流電源供應器
[0037]	(51)‧‧‧電壓/電流檢知器
[0038]	(60)‧‧‧信號擷取卡
[0039]	(70)‧‧‧電腦主機

七、

申請專利範圍：

1. 一種馬達特性測試系統，係包含有：一扭力計，係連接於馬達的轉軸，以檢測馬達轉動時的扭力值；一轉速量測裝置，係固定於扭力計的轉軸上，用以檢測馬達的轉速值；一電磁煞車器，係包含有一轉軸，以與該扭力計的轉軸連接，用以提供馬達不同的煞車力道，模擬馬達應用環境所可能受阻力值；一直流電源供應器，係提供馬達電壓調整及電流限制的功能，該電源供應器輸出端係連接有一電壓/電流檢知器，以檢知電源供應器供電予馬達的電壓及電流變化；一信號擷取卡，係內建有類比數位轉換器，分別連接上述扭力計、電磁煞車器、轉速量測裝置的光耦合器及電壓/電流檢知器；及一電腦主機，為工業用電腦主機，其與信號擷取卡連接，用以透過信號擷取卡取得馬達扭力值、轉速值及電壓/電流值，並控制該電磁煞車器輸出適當的煞車力道。
2.如申請專利範圍第1項所述馬達特性測試系統，該電磁煞車器係為空隙磁粉式電磁煞車器。
3.如申請專利範圍第1或2項所述馬達特性測試系統，該扭力計係主要為一應變計及一橋式電路組成的惠斯敦電橋電路。
4.如申請專利範圍第1或2項所述馬達特性測試系統，該轉速量測裝置係主要包含有：一圓形轉盤，其圓點位置形成一供設扭力計轉軸穿經的固定孔，並於周邊形成有複數等距排列的穿孔；一光耦合器，係由一光電晶體及一發光二極體組成，其中該光電晶體及發光二極體設置於轉盤的相對兩面，其中該發光二極體所發出的直線光線係對應於圓形轉盤的穿孔位置，該光電晶體隨著圓形轉盤的轉動速度不同，輸出不同頻率的方波信號，該光電晶體係連接至信號擷取卡的輸入端。
5.如申請專利範圍第3項所述馬達特性測試系統，該轉速量測裝置係主要包含有：一圓形轉盤，其圓點位置形成一供設扭力計轉軸穿經的固定孔，並於周邊形成有複數等距排列的穿孔；一光耦合器，係由一光電晶體及一發光二極體組成，其中該光電晶體及發光二極體設置於轉盤的相對兩面，其中該發光二極體的發出的直線光線係對應於圓形轉盤的穿孔位置，該光電晶體隨著圓形轉盤的轉動速度不同，輸出不同頻率的方波信號，該光電晶體係連接至信號擷取卡的輸入端。
6.如申請專利範圍第4項所述馬達特性測試系統，該光電晶體與信號擷取卡之間再連接有一頻率電壓轉換器，以將方波信號的頻率轉換為對應的電壓值，再輸入至電腦主機。
7.如申請專利範圍第5項所述馬達特性測試系統，該光電晶體與信號擷取卡之間再連接有一頻率電壓轉換器，以將方波信號的頻率轉換為對應的電壓值，再輸入至電腦主機。

八、	圖式：
	第一圖第二圖第三圖第四圖第五圖

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