专利名称：电动机的状况检查方法及电动机特性检查装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及可动元件在外力作用下移动时产生反电动势(back electromotiveforce)的电动机的状况检查方法及电动机特性检查装置。
背景技术：
在现有技术中的电动机的状况检查方法及电动机特性检查装置中，为了进行转矩等的检查，向电动机提供电力，使电动机以固定的转速工作，由此检查此时的动作输出。为此，需要利用检查用的电压表、转速表、速度传感器等来进行必要的测量。正因为此，在现有技术中，不直接检查已组装到设备中的状态下的电动机，为了检查作为检查对象的电动机的特性，需要从设备卸下电动机之后与专用的检查装置组合起来进行检查。因此，每当进行定期检修或检查时，都需要从设备卸下电动机，故需要花费检查所需的劳力和时间。此外，若从设备卸下电动机，则无法看到设置状况的不良情况。特别是，在线性电动机的情况下，可动元件和定子的设置状况(所谓的空隙是否适当)会影响到电动机的输出。在现有技术中，为了检查设置状况，在形成于可动元件与定子之间的间隙内插入测隙规来进行机械尺寸检查。但是，这种情况下，即便从设备卸下电动机来进行检查，也会在将检查后的电动机设置在设备中时易产生机械误差，而且也难以检查在可动元件与定子之间形成的间隙整体上是否均匀。因此，本申请的发明人发明了如下的电动机的状况检查方法及电动机特性检查装置，即通过基于在电动机因外力而移动时所产生的反电动势波形的频率和振幅值求出反电动势常数，从而检查电动机的特性(参见日本特愿2009-177091号专利文献I)。专利文献I :日本特愿2009-177091号在专利文献I的方法中，基于反电动势的半周期(电角180° )来检测频率。但是，存在如下的问题在加速时或减速时，在反电动势的半周期内产生了急剧的变化(如果是线性电动机，则是急剧的速度变化；如果是旋转电动机，则是急剧的转速变化)的情况下，频率的占空比会以电压的峰值为界发生较大变化，因而在检查结果中易产生误差。例如，如图7所示，在区间(A)中，频率的占空比(f1A f1B)发生较大变化，并且与利用了频率的占空比(f2A f2B)变化小的区间(B)的情况相比，易产生误差。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以在不从设备卸下已组合到设备中的电动机的情况下进行检查、且检查结果不易产生误差的电动机的状况检查方法及电动机特性检查装置。本发明的另一目的在于，提供一种可以用简便的方法检查电动机的设置状况是否良好的电动机的状况检查方法及电动机特性检查装置。本发明的对象是在不从设备卸下三相电动机的情况下检查已组合到设备中的三相电动机的状况的电动机的状况检查方法及电动机特性检查装置。
公知电动机具有发电作用，当施加外力使得三相电动机的可动部移动时，在三相电动机的输入端子上产生三相的反电动势(back electromotive force)。在本发明中，求出表示电动机特性的常数之一的反电动势常数K_，来判断电动机特性是否良好。
本发明的电动机特性检查装置，包括角度范围检测部，其确定包括在三相电动机的可动元件以未被供电的状态移动时在电枢绕组中所产生的三相的反电动势之中的一相的反电动势的峰值在内的电角小于180°的规定的角度范围；三相二相转换部，其按照ー相的反电动势成为a轴的方式，利用a ^转换，将三相的反电动势转换成等效于三相的反电动势的二相交流；电压向量变化量运算部，其根据规定的角度范围内的a分量的变化量及P分量的变化量，计算规定的角度范围内的电压向量的变化量；速度变化量检测部，其检测规定的角度范围内的可动元件的速度的变化量；反电动势常数运算部，其基于速度变化量及电压向量的变化量，计算反电动势常数；和结果显示部，其显示反电动势常数的运算结果或针对预想的运算结果而预先准备的判断結果。因此，当在电动机特性检查装置中输入了三相的反电动势时，能够求出电角小于180°的规定的角度范围内的可动元件因外力而移动时发生变化的速度的变化、和伴随着速度的变化而变化的反电动势的増加量，作为电压向量的变化量。与根据反电动势的电压的变化量而求出的反电动势常数相比，根据这样求得的电压向量的变化量而求出的反电动势常数无论在加速时还是在减速时，误差都少。因此，与现有技术相比，能够高精度地判断电动机特性是否良好。另外，在本发明中，“电压向量”是指，具有对三相的反电动势的分量进行三相二相转换而得到的a分量及P分量的向量。作为通过角度范围检测部决定规定的角度范围的方法，考虑各种方法。例如，有检测三相的反电动势分别变为零的零交叉点，并基于零交叉点决定规定的角度范围的方法。这种情况下，作为规定的角度范围，能够确定60°的角度范围。此外，还有检测三相的反电动势及二相交流分别变为零的零交叉点，并基于这些零交叉点决定规定的角度范围的方法。这种情况下，作为规定的角度范围，能够决定30°的角度范围。另外，由于在电角的角度范围小于180°的情况下，电压向量的变化量变小，因而能够减小反电动势常数的误差。因此，与在60°的角度范围内决定反电动势常数的情况相比，在30°的角度范围内决定反电动势常数的情况更能减小反电动势常数的误差。例如，在将规定的角度范围的起点处的第I电压向量的a分量设为Val、^分量设为V01，将规定的角度范围的终点处的第2电压向量的a分量设为Va2、P分量设为V02时，能够根据下式求出规定的角度范围内的电压向量的变化量AFvec = ^(Va2 -Val)2 + (Vn-V01Y因此，电压向量的变化量AVvee也可以说是第I电压向量与第2电压向量之差的大小。此外，根据本发明，即便在有急剧的速度变化的情况下，也能够减小所运算的反电动势常数的误差。但是，为了进ー步减小误差，也可按照在对规定的角度范围进行二等分后的2个分割角度范围内的2个电压向量的变化量之差为预先确定的容许值以下时显示运算结果或判断结果的方式，构成结果显示部。在2个电压向量的变化量之差大于预先确定的容许值的情况下，由于产生了急剧的速度变化，因而所运算的反电动势常数的误差易变大。因此，如果只在为容许值以下的情况下在结果显示部中显示运算结果或判断结果，则能够提高本发明的检查结果的可靠性。
成为本发明的检查对象的电动机只要能够利用三相电动机检测反电动势即可，与旋转型三相电动机或线性电动机等的形式无关。在三相电动机是可动元件旋转的旋转型三相电动机的情况下，速度变化量检测部能够构成为检测速度来作为可动元件的每单位时间的转速，并检测转速的变化量来作为速度的变化量。在三相电动机是具备了被固定在设备的固定部的定子、和设置在设备的可动部的可动元件的线性电动机的情况下，还可以具备设置状况判断部，其基于反电动势常数运算部的运算结果，判断定子的定子侧磁极与可动元件的可动元件侧磁极之间的间隙的大小，并根据该判断结果来判断设置状况是否良好。由于间隙与反电动势常数成比例关系，因而如果利用该关系，则能获知所设置的线性电动机的间隙的状况，进而能够判断电动机的设置状况。一般，在使用场合下，线性电动机组合使用独立的定子和可动元件。即，大多情况下，由使用者进行电动机的设置及间隙的调整。因此，由于利用了测隙规的间隙调整不充分，因而存在着无法获得线性电动机的充分输出的问题。如果使用本发明的电动机特性检查装置，则可简单地进行间隙调整。线性电动机用的设置状况判断部优选构成为在反电动势常数小于预先确定的阈值范围时，判断为间隙比适当范围宽，在反电动势常数大于预先确定的阈值范围时，判断为间隙比适当范围窄，无论是哪个判断情况都判断为设置状况差。这样一来，间隙的调整变得更容易。在本发明的电动机的状况检查方法中，准备本发明的电动机特性检查装置，在从已被组装到设备中的三相电动机卸下供电线的状态下，将三相电动机的电枢绕组和电动机特性检查装置进行电连接，对三相电动机的可动元件施加外力以使电枢绕组产生反电动势，基于在电动机特性检查装置的结果显示部中显示的运算结果，判断电动机的状况。结果显示部显示反电动势常数的运算结果(数值)，测量者判断是否得到了该电动机的原本的反电动势常数。在未得到原本的反电动势常数的情况下，可知电动机有异常。在结果显示部中，也可针对预测的运算结果而显示预先准备的判断结果。这样一来，即便在根据电动机的反电动势常数无法立即获知是否良好的情况下，也能够容易地判断电动机的良好与否。
图I是表示本发明的电动机特性检查装置的第I实施方式的结构的框图。图2(A)是表示在本实施方式中，在对电动机施加外力来驱动了电动机的情况下所输出的反电动势的波形的图，(B) (D)是在U相、V相及W相安装的零交叉检测部所输出的信号波形，(E)是角度范围检测部所输出的信号波形。图3(A)是表示在本实施方式中，在对电动机施加外力来驱动了电动机的情况下所输出的反电动势的波形的图，(B)是将图3(A)的三相的反电动势进行三相二相转换而得到的二相交流(Va、Ve)的波形，(C)是与图3(A)对应地角度范围检测部所输出的信号波形。图4是表示本发明中用到的电压向量的示意图。
图5是表示在本发明的实施方式中，为了显示反电动势常数及判断结果而使用的软件的算法的流程图。图6是表示为了显示本发明的第2实施方式的反电动势常数及判断结果而使用的软件的算法的流程图。图7是表示用现有方法计算反电动势常数时的示意图。符号说明1-电动机特性检查装置；3_旋转型三相电动机；5_供电线；7_电缆；11-电压测量部；13_三相二相转换部；14_电角获取部；15_零交叉检测部；17_角度范围检测部；19_恒定周期脉冲产生部；20_运算部；21_速度变化量检测部；23_电压向量变化量运算部；25_反电动势常数运算部；27_结果显示部。
具体实施例方式以下，參照附图详细说明本发明的实施方式的一例。图I是本发明的电动机特性检查装置的实施方式的一例的框图。在图I所示的实施方式中，电动机特性检查装置I与作为检查对象的旋转型三相电动机3相连。旋转型三相电动机3是具备固定在设备上的定子3a和由可旋转的转子构成的可动元件3b、且具有U相、V相及W相这三相的旋转型三相电动机。电动机特性检查装置I经由电缆7与供电线5相连，该供电线5与卸下了供电线的旋转型三相电动机3的定子3a的电枢绕组相连。电动机特性检查装置I大致由电压测量部11、三相二相转换部13、电角获取部14、运算部20及结果显示部27构成。[电压测量部]电压测量部11接收在旋转型三相电动机3因外力而移动时所产生的三相的反电动势，測量并存储U相、V相及W相(K6U、Kev及K6w)的电压值。[三相二相转换部]三相二相转换部13从电压測量部11中读出后述的时间h及t2时刻下的U相电压值Keu及V相电压值Kev，进行三相二相转换。三相二相转换是指，按照U相的反电动势成为a轴的方式对三相的反电动势进行a ^转换，从而转换为等效于三相的反电动势的ニ相交流。在本说明书中，将进行三相二相转换而得到的电压的向量定义为“电压向量L。”，将电压向量的a分量设为Va ,将0分量设为V0。三相二相转换部13将电压向量的a分量Va及P分量Ve输出给后述的电压向量变化量运算部23。另外，在本实施方式中，如后述，由于只利用三相中的U相电压值Keu及V相电压值Kev就能进行三相二相转换，因而不读出W相电压值K6w。[电角获取部]电角获取部14由零交叉检测部15、角度范围检测部17及恒定周期脉冲产生部19构成。零交叉检测部15构成为具备U相零交叉检测部15a、V相零交叉检测部15b及W相零交叉检测部15c，并且按照各相，在反电动势的波形交叉过了零点的点(零交叉点)上，将输出电压切換成0V — 5V( S卩，信号“ 1”)、5V — 0V(即，信号“O”)。例如，在旋转型三相电动机3因外力而移动的情况下，当产生了图2(A)的三相的反电动势波形时，零交叉检测部15就从电压 测量部11中读出U相、V相及W相(Kw、Kev及Kot)的电压值，并输出图2⑶至(D)的波形的信号。接收了来自零交叉检测部15的信号的角度范围检测部17，运算零交叉检测部15的3个输出信号的逻辑和，并输出确定电角的角度范围的信号。在本实施方式中，采用了下述结构，即，只在U相零交叉检测部15a的信号为“ I”(参照图2 (B))、V相零交叉检测部15b的信号为“O”(参照图2 (C))、W相零交叉检测部15c的信号为“O”(参照图2(D))的期间内输出信号。由此，能够输出如图2(E)所示的表示电角范围为60°的角度范围的脉冲信号(角度范围信号)。此外，将角度范围信号的起点的时间t设为h，将角度范围信号的终点的时间t设为t2。[运算部]运算部20由速度变化量检测部21、电压向量变化量运算部23及反电动势常数运算部25构成。速度变化量检测部21根据角度范围检测部17输出的角度范围信号和恒定周期脉冲产生部19输出的恒定周期的脉冲，求出可动元件在电角为60°的角度范围内移动时所需的时间At。恒定周期脉冲产生部19的频率(或脉冲宽度)已知，通过对在角度范围检测部17输出的角度范围信号的起点到终点之间输入了从恒定周期脉冲产生部19输出的脉冲的脉冲个数进行计数，从而能够求出可动元件在电角为60°的角度范围内移动时所需的时间At。此外，At表示At = t2-t10速度变化量检测部21还计算At区间的频率及在At区间内变化的转速。电压向量变化量运算部23计算At的期间、即电角为60°的角度范围的期间内的
电压向量的变化量& \ec。反电动势常数运算部25基于来自速度变化量检测部21及电压向量变化量运算部23的运算结果，计算反电动势常数Ke4l，并在结果显示部27中显示运算出的反电动势常数
Ke φ O[电压向量]根据图3及图4来说明电压向量Vve。及电压向量的变化量AVve。的物理意义。图3 (A)是三相的反电动势的波形，图3 (B)是对图3 (A)的三相的反电动势进行三相二相转换而得到的二相交流(Va、Ve)的波形，图3(C)表示与图3(A)对应的脉冲宽度是电角为60°的角度范围信号。用具有α分量Va及β分量Ve的向量来表示电压向量VTC。。若绘制出时间响应，则是图3(B)中绘制的波形，即Va 的渐近线是电压向量Vve。的轨迹。而且，若以图示的区间I为例，则从Vvec^IjUA电压向量的变化量为AVve。。图4是用α β坐标表示区间I内的电压向量的图。如图所示，Vvecl与\ec2之间的角度的电角为60°，表示其间的变化的Vrai2与Vraa之差是向量Vdif。在本发明中，将该向量Vdif的大小用作“电压向量的变化量C另外，向量Vdif与β轴越接近平行，则在以反电动势的波形的峰值为界求出的边界之前的频率的占空比、与在边界之后的频率的占空比这两者的值越接近，故检测误差变小。例如，在绘制出图3的区间2内的电压向量的情况下，由于向量Vdif与β轴几乎平行，因而与利用区间I的情形相比，能够进一步减小误差。[从测量到结果显示的流程]接着，利用图5的流程图，详细叙述从测量到结果显示的流程。当旋转型三相电动机3的可动元件3b因外力而移动时，电压测量部11接收电动机产生的三相的反电动势波形，測量并存储U相、V相及W相(K6U、Kev及KJ的电压值，向零交叉检测部15发送信号。当利用上述方法从角度范围检测部17输出了角度范围信号时(步骤STl)，三相二相转换部13从电压測量部11中读出角度范围信号的起点在时间h时的U相电压值K6ul及V相电压值K6Vl、以及角度范围信号的终点在时间t2时的U相电压值K6u2及V相电压值K6v2 (步骤ST2)。之后，根据基于式(I)的三相二相转换来计算Val及VM、以及Va2及V02，然后发送到电压向量变化量运算部23中(步骤ST3)。
权利要求
1.一种电动机的状况检查方法，在不从设备卸下已组装到所述设备中的三相电动机的情况下检查所述三相电动机的状况，所述电动机的状况检查方法的特征在于， 准备电动机特性检查装置，该电动机特性检查装置包括 角度范围检测部，其确定包括在所述三相电动机的可动元件以未被供电的状态移动 时在电枢绕组中所产生的三相的反电动势之中的一相的反电动势的峰值在内的电角小于180°的规定的角度范围； 三相二相转换部，其按照所述一相的反电动势成为α轴的方式，利用α β转换，将所述三相的反电动势转换成等效于所述三相的反电动势的二相交流； 电压向量变化量运算部，其根据所述规定的角度范围内的α分量的变化量及β分量的变化量，计算所述规定的角度范围内的电压向量的变化量； 速度变化量检测部，其检测所述规定的角度范围内的所述可动元件的速度的变化量；反电动势常数运算部，其基于所述速度变化量及所述电压向量的变化量，计算反电动势常数；和 结果显示部，其显示所述反电动势常数的运算结果或针对预想的运算结果而预先准备的判断结果； 在从已组装到所述设备中的所述三相电动机卸下了供电线的状态下，对所述三相电动机的所述电枢绕组和所述电动机特性检查装置进行电连接， 对所述三相电动机的所述可动元件施加外力，以使所述电枢绕组产生所述反电动势，基于在所述电动机特性检查装置的结果显示部中显示的所述运算结果，判断所述电动机的状况。
2.根据权利要求I所述的电动机的状况检查方法，其特征在于， 所述角度范围检测部构成为检测所述三相的反电动势分别变为零的零交叉点，并基于所述零交叉点决定60°的角度范围来作为所述规定的角度范围。
3.根据权利要求I所述的电动机的状况检查方法，其特征在于， 所述角度范围检测部构成为检测所述三相的反电动势及所述二相交流分别变为零的零交叉点，并基于所述零交叉点决定30°的角度范围来作为所述规定的角度范围。
4.根据权利要求I所述的电动机的状况检查方法，其特征在于， 将所述规定的角度范围的起点处的第I电压向量的α分量设为να1、β分量设为VM，将所述规定的角度范围的终点处的第2电压向量的α分量设为Va2、β分量设为Ve2，
5.根据权利要求I所述的电动机的状况检查方法，其特征在于， 在对所述规定的角度范围进行二等分后的2个分割角度范围内的2个所述电压向量的变化量之差为预先确定的容许值以下时，所述结果显示部显示所述运算结果或判断结果。
6.根据权利要求I至5的任一项所述的电动机的状况检查方法，其特征在于， 所述三相电动机是所述可动元件旋转的旋转型三相电动机， 所述速度变化量检测部构成为检测所述速度来作为所述可动元件的每单位时间的转速，并检测所述转速的变化量来作为所述速度的变化量。
7.根据权利要求I所述的电动机的状况检查方法，其特征在于， 所述三相电动机是具备了被固定在所述设备的固定部的定子、和设置在所述设备的可动部的所述可动元件的线性电动机， 所述电动机特性检查装置还具备设置状况判断部，其基于所述反电动势常数运算部的运算结果，判断所述定子的定子侧磁极与所述可动元件的可动元件侧磁极之间的间隙的大小，并根据判断结果来判断所述设置状况是否良好。
8.根据权利要求7所述的电动机的状况检查方法，其特征在于， 所述设置状况判断部构成为在所述反电动势常数小于预先确定的阈值范围时，判断为所述间隙比适当范围宽，在所述反电动势常数大于预先确定的阈值范围时，判断为所述间隙比适当范围窄，无论是哪个判断情况都判断为所述设置状况差。
9.一种电动机特性检查装置，其能够在不从设备卸下已组装到所述设备中的三相电动机的情况下检查所述三相电动机的状况，所述电动机特性检查装置的特征在于，包括 角度范围检测部，其确定包括在所述三相电动机的可动元件以未被供电的状态移动时在电枢绕组中所产生的三相的反电动势之中的一相的反电动势的峰值在内的电角小于180°的规定的角度范围； 三相二相转换部，其按照所述一相的反电动势成为α轴的方式，利用α β转换，将所述三相的反电动势转换成等效于所述三相的反电动势的二相交流； 电压向量变化量运算部，其根据所述规定的角度范围内的α分量的变化量及β分量的变化量，计算所述规定的角度范围内的电压向量的变化量； 速度变化量检测部，其检测所述规定的角度范围内的所述可动元件的速度的变化量； 反电动势常数运算部，其基于所述速度变化量及所述电压向量的变化量，计算反电动势常数；和 结果显示部，其显示所述反电动势常数的运算结果或针对预想的运算结果而预先准备的判断结果。
10.根据权利要求9所述的电动机特性检查装置，其特征在于， 所述角度范围检测部构成为检测所述三相的反电动势分别变为零的零交叉点，并基于所述零交叉点决定60°的角度范围来作为所述规定的角度范围。
11.根据权利要求9所述的电动机特性检查装置，其特征在于， 所述角度范围检测部构成为检测所述三相的反电动势及所述二相交流分别变为零的零交叉点，并基于所述零交叉点决定30°的角度范围来作为所述规定的角度范围。
12.根据权利要求9所述的电动机特性检查装置，其特征在于， 在将所述规定的角度范围的起点处的第I电压向量的α分量设为Val、β分量设为V01，将所述规定的角度范围的终点处的第2电压向量的α分量设为Va2、β分量设为V02的情况下，
13.根据权利要求9所述的电动机特性检查装置，其特征在于， 在对所述规定的角度范围进行二等分后的2个分割角度范围内的2个所述电压向量的变化量之差为预先确定的容许值以上时，所述结果显示部显示所述运算结果或判断结果。
14.根据权利要求9所述的电动机特性检查装置，其特征在于， 所述三相电动机是所述可动元件旋转的旋转型三相电动机； 所述速度变化量检测部构成为检测所述速度来作为所述可动元件的每单位时间的转速，并检测所述转速的变化量来作为所述速度的变化量。
15.根据权利要求9所述的电动机特性检查装置，其特征在于， 所述三相电动机是具备了被固定在所述设备的固定部的定子、和设置在所述设备的可动部的所述可动元件的线性电动机； 所述电动机特性检查装置还具备设置状况判断部，其基于所述反电动势常数运算部的运算结果，判断所述定子的定子侧磁极与所述可动元件的可动元件侧磁极之间的间隙的大小，并根据该判断结果来判断所述设置状况是否良好。
16.根据权利要求15所述的电动机特性检查装置，其特征在于， 所述设置状况判断部构成为在所述反电动势常数小于预先确定的阈值范围时，判断为所述间隙比适当范围宽，在所述反电动势常数大于预先确定的阈值范围时，判断为所述间隙比适当范围窄，无论是哪个判断情况都判断为所述设置状况差。
全文摘要
提供电动机的状况检查方法及电动机特性检查装置，无须从设备卸下就可检查被组装到设备的电动机的状况。准备电动机特性检查装置，其包括电压向量变化量运算部，根据在三相电动机的可动元件因外力而移动时产生的三相的反电动势波形，求出电压向量的变化量；速度变化量检测部，检测规定的角度范围内的可动元件的速度的变化量；反电动势常数运算部，基于电压向量的变化量及速度的变化量运算反电动势常数；和结果显示部。在从组装到设备的电动机卸下供电线的状态下，电连接电动机的电枢绕组和电动机特性检查装置，向电动机的可动元件施加外力而使电枢绕组产生三相的反电动势，基于显示在电动机特性检查装置的结果显示部的运算结果判断电动机的状况。
文档编号G01R31/34GK102621490SQ20121002691
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月29日 优先权日2011年1月27日
发明者高桥昭彦 申请人:山洋电气株式会社