專利名稱：非正弦波電磁特性的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種測量裝置，特別是指一種非正弦波電磁特性的測量裝置。
背景技術(shù)：
參閱圖1及圖2，目前業(yè)界中對于電磁鋼片(即俗稱的硅鋼片)的電磁特性測試方 式，通常是依據(jù)美國材料試驗協(xié)會(ASTM)所訂定之標準測試方法來進行，而該測試方式所 配合使用的測試系統(tǒng)是利用一訊號產(chǎn)生裝置101來產(chǎn)生一正弦波信號，再搭配一線性功率 放大器102來對該正弦波信號進行放大，并輸入至纏繞有一次側(cè)線圈m與二次側(cè)線圈N2 的待測試電磁鋼片103的一次側(cè)線圈Nl (見圖1)，或是輸入至一其內(nèi)放有待測電磁鋼片的 標準測試模塊200的一次側(cè)線圈m (例如一 25cm Epstein Frame，見圖2，因視角關(guān)系未顯 示該電磁鋼片)，并在該一次側(cè)線圈m上形成一激磁電流，此時該一次側(cè)線圈m即會產(chǎn)生 磁場，而藉由該磁場所衍生的磁通即會透過該電磁鋼片103于該二次側(cè)線圈N2上產(chǎn)生感應(yīng) 電壓，再透過一量測設(shè)備300 (例如一瓦特計301及一示波器302)來對該激磁電流及該感 應(yīng)電壓進行測量與觀測，再對測量結(jié)果進行分析處理以推算出該電磁鋼片103對于正弦波 的電磁特性。由于上述的電磁鋼片103常被應(yīng)用于馬達上，而目前業(yè)界中大多是采用脈波寬度 調(diào)變(Pulse-Width Modulation,PWM)的切換技術(shù)作為馬達驅(qū)動訊號的來源，但由于電磁鋼 片103的電磁性測試是以正弦波來進行，其測試結(jié)果并無法提供電磁鋼片103在實際應(yīng)用 時其對于PWM波形的電磁反應(yīng)，而若是直接將PWM技術(shù)整合于習(xí)知的電磁鋼片測試架構(gòu)中， 當PWM波形經(jīng)由線性功率放大器102放大后，其波形會嚴重失真，進而完全無法進行對應(yīng)電 流或電壓的量測；而若是舍棄習(xí)知的測試方式并改用PWM控制訊號來搭配PWM放大器進行 測量，唯市面上能夠取得的PWM放大器均為針對特定的致動器(大多為特定規(guī)格的馬達等) 所設(shè)計，鮮少有特別為測試各種不同規(guī)格的電磁鋼片103而設(shè)計的PWM放大器，進而使測試 組件在整合上有著相當?shù)碾y度。此外，現(xiàn)有的PWM放大器也鮮少有切換模式的選擇，其功能 性也相對受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的，即在提供一種可對電磁鋼片進行各種不同的非正弦波電磁 特性測試的非正弦波電磁特性測量裝置。于是，本發(fā)明的非正弦波電磁特性的測量裝置，是配合一待測模塊進行非正弦波 電磁特性的測量，該待測模塊具有至少一電磁鋼片，及能夠與該電磁鋼片產(chǎn)生電磁性反應(yīng) 的一個一次側(cè)線圈與一個二次側(cè)線圈，該測量裝置包含一控制單元、一第一電源單元、一 驅(qū)動單元、一功率輸出單元，及一量測單元。該控制單元是產(chǎn)生一非正弦波控制訊號并輸出。該第一電源單元是與該控制單元電連接，并產(chǎn)生一直流電壓。該驅(qū)動單元是接收該控制單元所輸出的非正弦波控制訊號，并對該非正弦波控制訊號進行放大。該功率輸出單元是與該驅(qū)動單元、該第一電源單元，及該待測模塊的一次側(cè)線圈 電連接，且是援引該第一電源單元的直流電壓作為電源，并依據(jù)經(jīng)該驅(qū)動單元放大的非正 弦波控制訊號而對應(yīng)進行切換導(dǎo)通，以使該一次側(cè)線圈通電并形成一激磁電流，再透過形 成于該電磁鋼片上的磁通反應(yīng)而在該二次側(cè)線圈上產(chǎn)生一感應(yīng)電壓。該量測單元是與該控制單元、功率輸出單元，以及該待測模塊的一次側(cè)線圈及二 次側(cè)線圈電連接，并對該激磁電流及感應(yīng)電壓進行測量，且是將其測量結(jié)果回授至該控制 單元進行對應(yīng)的非正弦波電磁特性運算。本發(fā)明的功效在于，利用該控制單元所產(chǎn)生的非正弦波控制訊號，配合該驅(qū)動單 元的放大并藉由該功率輸出單元輸至該待測模塊以產(chǎn)生電磁反應(yīng)，再藉由該量測單元進行 激磁電流及感應(yīng)電壓的測量并回授至該控制單元，以進行對應(yīng)的電磁特性運算，且該控制 單元可調(diào)整其所輸出的該非正弦波控制訊號的型態(tài)及參數(shù)，以配合測量各種不同的電磁鋼 片的電磁特性。


圖1是一系統(tǒng)架構(gòu)示意圖，說明習(xí)知電磁鋼片的測試系統(tǒng)；圖2是一系統(tǒng)架構(gòu)示意圖，說明習(xí)知電磁鋼片的測試系統(tǒng)配合一標準測試模塊 (Epstein frame)使用；圖3是一系統(tǒng)架構(gòu)示意圖，說明本發(fā)明非正弦波電磁特性的測量裝置的較佳實施 例與一待測模塊的配置情形；圖4是一局部電路圖，說明圖3中的一驅(qū)動單元及一功率輸出單元的細部電路組 成；圖5是一波形圖，說明該較佳實施例的一功率輸出單元的各功率開關(guān)的開關(guān)訊號 波形示意；圖6是一波形圖，說明圖4中對應(yīng)的功率開關(guān)的延遲切換現(xiàn)象；圖7是一波形圖，說明該較佳實施例對一 50CS470電磁鋼片所測得的激磁電流狀 態(tài)；圖8是一波形圖，說明該較佳實施例對一 50CS470電磁鋼片所測得的感應(yīng)電壓狀 態(tài)；圖9是一磁通密度曲線圖，說明該較佳實施例對一 50CS470電磁鋼片所測得的磁 通密度狀態(tài)；及圖10是一磁滯曲線圖，說明該較佳實施例對一 50CS470電磁鋼片所測得的磁滯狀態(tài)。
具體實施例方式有關(guān)本發(fā)明之前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考圖式的一個較 佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。參閱圖3，本發(fā)明非正弦波電磁特性的測量裝置的較佳實施例，是配合一待測模塊 400進行非正弦波電磁特性的測量，該待測模塊400具有至少一待測試的電磁鋼片401，及能夠與該電磁鋼片401產(chǎn)生電磁性反應(yīng)的一個一次側(cè)線圈m與一個二次側(cè)線圈N2，該測量 裝置包含一控制單元1、一第一電源單元2、一切換式電源供應(yīng)器3、一驅(qū)動單元4、一隔離 單元9、一功率輸出單元5、一回授單元6，一量測單元7，及一保護單元8。在本發(fā)明被詳細描述之前，要注意的是，在本實施例中，所使用的該待測模塊400 為一纏繞有一次側(cè)線圈m及二次側(cè)線圈N2的鐵芯(即一片或多數(shù)片相迭合的電磁鋼片 401)，但也可為一用于電磁性測試的25公分標準試驗框架(25cm Epstein Frame)，其內(nèi)可 放置一片或多數(shù)片相迭合的待測試電磁鋼片401，或是其它等效的配置方式，在此并不加以 設(shè)限。該控制單元1是提供使用者一個操作接口，并依據(jù)使用者的輸入而產(chǎn)生一具有對 應(yīng)參數(shù)的非正弦波控制訊號，并可藉由該控制單元1而對整體裝置中的其它電路模塊進行 控制。在本實施例中，該控制單元1為一計算機，并透過一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(圖未示)而 輸出一模擬型式的非正弦波控制訊號，在本實施例中，該非正弦波控制訊號是采用雙極式 的脈波寬度調(diào)變波(Bipolar switching PWM)來舉例說明，但也可為單極式脈波寬度調(diào)變 波(Unipolar switching PWM)、脈波振幅調(diào)變波(PAM)、或是三角波、方波等等，端視實際 實施時所配合使用的電磁鋼片401的種類或其它測試條件考慮而定，并據(jù)此選擇/調(diào)整調(diào) 變波及載波的種類或其振幅、頻率、切換模式等等，并不應(yīng)局限于本實施例所揭露的特定態(tài) 樣。該第一電源單元2是與該控制單元1電連接，并產(chǎn)生一直流電壓供予后級電路使 用，且該第一電源單元2是受到該控制單元1所控制，藉此令使用者可透過該控制單元1調(diào) 整該第一電源單元2所產(chǎn)生的直流電壓的幅度大小，以配合進行不同供應(yīng)電壓規(guī)格的測試 模式。該切換式電源供應(yīng)器3為一切換式電源(switching power supply)，并可產(chǎn)生一 浮動式的直流電壓源供予后級電路使用。參閱圖3，并配合參閱圖4，該驅(qū)動單元4是接收該控制單元1所輸出的非正弦波 控制訊號，并源引該切換式電源供應(yīng)器3所產(chǎn)生的浮動式直流電壓源作為電源來源，進而 對該非正弦波控制訊號進行適合的放大。該功率輸出單元5是與該驅(qū)動單元4、該第一電源單元2，及該待測模塊400的一 次側(cè)線圈W電連接，且是援引該第一電源單元2的直流電壓作為電源，并依據(jù)經(jīng)該驅(qū)動單 元4放大的非正弦波控制訊號而對應(yīng)進行切換導(dǎo)通，以使該一次側(cè)線圈m通電并形成一激 磁電流，再透過形成于該電磁鋼片401上的磁通反應(yīng)而在該二次側(cè)線圈N2上產(chǎn)生一感應(yīng)電 壓。在本實施例中，該功率輸出單元5是采用四個功率開關(guān)51 54 (例如M0SFET)所組成 的全橋式換流器，而該四功率開關(guān)51 54是接受該驅(qū)動單元4的控制而相互對應(yīng)切換地 導(dǎo)通與關(guān)閉，進而形成切換式的輸出方式，以配合PWM切換技術(shù)的實施。當然，也可視情況 需要而采用半橋式換流器來做為該功率輸出單元5的實施手段，并不應(yīng)局限本實施例所揭 露的全橋式換流器架構(gòu)。該驅(qū)動單元4是以二個IR21844控制芯片41來據(jù)以實施，以對該等功率開關(guān)51 54進行閘極驅(qū)動，且該等芯片更能夠被設(shè)定為具有“互鎖”的功能，使該功率輸出單元5的 功率開關(guān)51 54在切換導(dǎo)通時具有延遲性，以防止對應(yīng)的功率開關(guān)51 54因同時開啟而 造成的短路問題，藉此確保該等功率開關(guān)51 54之間交互切換導(dǎo)通、截止的作動正確性。此外，使用者亦可藉由該控制單元1來控制該驅(qū)動單元4所造成的延遲驅(qū)動時間長短，以更 進一步控制該等功率開關(guān)51 54的切換作動精準性。另外要注意的是，圖4中的A、B兩 示意點即是對應(yīng)圖3中的A、B兩示意點，以藉此表示功率輸出單元5的功率輸出端的確切 連接位置。該回授單元6是感應(yīng)該功率輸出單元5導(dǎo)通時的電流，并將感應(yīng)結(jié)果回授至該控 制單元1的回授單元6。在本實施例中，該回授單元6具有一霍爾組件61 (Hall-effect sensor)，以及一與該霍爾組件61及該控制單元1電連接的濾波器62，以利用該霍爾組件 61透過霍爾電磁效應(yīng)來感應(yīng)出導(dǎo)通于該功率輸出單元5的電流，并藉由該濾波器62將該 等功率開關(guān)51 54切換時所產(chǎn)生的高頻諧波及噪聲濾除后再回授至該控制單元1。而藉 由該霍爾組件61非接觸式的電流感應(yīng)方式，可避免利用導(dǎo)線直接接觸偵測方式所會產(chǎn)生 的干擾或壓降現(xiàn)象，并配合該濾波器62以防止高頻噪聲傳回至該控制單元1而影響量測結(jié)^ ο藉由該回授單元6的霍爾組件61及濾波器62相配合地將該功率輸出單元5的電 流狀態(tài)回授至該控制單元1，以隨時判斷該功率輸出單元5當下的電流量大小，進而得以確 認整體系統(tǒng)是否有過載的情形。如果電流過大，該控制單元1則會停止其非正弦波控制訊 號的輸出，以策安全。另外，此處回授的電流訊號也是量測鐵損(iron loss)所需要的參數(shù)之一。該隔離單元9是電連接于該驅(qū)動單元4及該控制單元1之間，并進行高頻噪聲隔 離，以避免該功率輸出單元5的功率開關(guān)51 54于切換時所產(chǎn)生的高頻諧波與噪聲透過 導(dǎo)線而回傳至該控制單元1，藉此防止高頻諧波與噪聲對該控制單元1造成損害及干擾。在 本實施例中，該隔離單元9是以一光耦合器來據(jù)以實施。該保護單元8是對該功率輸出單元5進行高電流及高溫保護，以及對該第一電源 單元2進行高電壓保護，以確保整體電路于作動時的安全性，使其電路組件不致受高溫、高 電壓或高電流而損壞。該量測單元7是與該控制單元1、功率輸出單元5，以及該待測模塊400的一次側(cè) 線圈m及二次側(cè)線圈N2電連接，并對分別產(chǎn)生于該一次側(cè)線圈m及二次側(cè)線圈N2上的 該激磁電流及感應(yīng)電壓進行測量，且是將其測量結(jié)果回授至該控制單元1進行對應(yīng)的非正 弦波電磁特性運算。在本實施例中，該量測單元7為一瓦特計(Wattmeter)。在此要注意的是，上述的該第一電源單元2、切換式電源供應(yīng)器3、驅(qū)動單元4、保 護單元8，以及該控制單元1的相關(guān)操作設(shè)定與使用者互動軟件程序，應(yīng)為所屬技術(shù)領(lǐng)域中 具有通常知識者所熟知的功能性電路，在此即不對其細部電路結(jié)構(gòu)及工作原理加以贅述。參閱圖5，為實際測量該功率輸出單元5的各個功率開關(guān)51 54的開關(guān)訊號所得 的波形，其結(jié)果證實同一臂上的功率開關(guān)51 54的開關(guān)訊號確呈與理論相符的互補模式。 再配合參閱圖6，更可看出兩對應(yīng)互補的功率開關(guān)51 54在交互開、關(guān)切換時確實具有一 延遲時間D。而在實際配合待測模塊400測試時，是以60Hz調(diào)變波、IkHz載波，以及調(diào)變指標為 0. 5的測試條件來對一 50CS470電磁鋼片401進行進行測試，而所測得的激磁電流、感應(yīng)電 壓、磁通密度以及磁滯曲線即如圖7 圖10所示。藉由上述設(shè)計，本發(fā)明非正弦波電磁特性的測量裝置，具有下列優(yōu)點
1.提供電磁鋼片401對于非正弦波的電磁特性量測利用該控制單元1所輸出的非正弦波控制訊號(例如PWM訊號)，配合該驅(qū)動單 元4及該功率輸出單元5的放大及切換式功率輸出，以藉此對待測試的電磁鋼片401進行 非正弦波電磁特性的相關(guān)測試，進而提供使用者特定的電磁鋼片401對于非正弦波的電磁 特性的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)，以改善習(xí)知測試設(shè)備僅能進行正弦波電磁特性測試的缺點。2.測試彈性佳使用者可透過該控制單元1來對該非正弦波控制訊號的各種參數(shù)進行設(shè)定與調(diào) 整，例如選擇該非正弦波控制訊號的調(diào)變波、載波種類，選擇其切換方式(單極式或雙極 式)，以及調(diào)整其頻率及振幅大小等等，而除了上述的對于該非正弦波控制訊號的選擇及參 數(shù)調(diào)整外，亦可藉由該控制單元1來控制該第一電源單元2所供應(yīng)的直流電壓源的大小，以 及該驅(qū)動單元4的切換延遲時間長短，以方便對同一待測試的電磁鋼片401進行各種不同 條件的電磁性測試，亦可對不同規(guī)格的電磁鋼片401進行對應(yīng)的電磁性測試，應(yīng)用彈性甚 佳。綜上所述，本發(fā)明非正弦波電磁特性的測量裝置，利用該控制單元1所產(chǎn)生的非 正弦波控制訊號，配合該驅(qū)動單元4放大后藉由該功率輸出單元5輸至該待測模塊400以 產(chǎn)生電磁反應(yīng)，再藉由該量測單元7進行激磁電流及感應(yīng)電壓的測量并回授至該控制單元 1進行對應(yīng)的電磁特性運算，且該控制單元1可調(diào)整其所輸出的該非正弦波控制訊號的型 態(tài)及參數(shù)，以及控制輸入電壓源大小或切換延遲時間長短等等的測試條件，以配合進行各 種不同的電磁鋼片401的電磁特性測量，應(yīng)用彈性甚佳，故確實能夠達到本發(fā)明的目的。唯以上所述者，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發(fā)明實施的范 圍，即大凡依本發(fā)明申請專利范圍及發(fā)明說明內(nèi)容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬 本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。主要組件符號說明
1..........· ·控制單元
2............第一電源單元
3............切換式電源供應(yīng)器
4..........· ·驅(qū)動單元
41.........·控制芯片
5............功率輸出單元
51 54. · · ·功率開關(guān)
6..........· ·回授單元
61..........霍爾組件
62.........·濾波器
7..........· ·量測單元
8......... · ·保護單元
9............隔離單元
400........·待測模塊
401.........電磁鋼片
Nl........·· 一次側(cè)線圈
N2..........二次側(cè)線圈D...........延遲時間
權(quán)利要求
一種非正弦波電磁特性的測量裝置，是配合一待測模塊進行非正弦波電磁特性的測量，該待測模塊具有至少一電磁鋼片，及能夠與該電磁鋼片產(chǎn)生電磁性反應(yīng)的一個一次側(cè)線圈與一個二次側(cè)線圈，該測量裝置包含一控制單元，是產(chǎn)生一非正弦波控制訊號并輸出；一第一電源單元，是與該控制單元電連接，并產(chǎn)生一直流電壓；一驅(qū)動單元，是接收該控制單元所輸出的非正弦波控制訊號，并對該非正弦波控制訊號進行放大；一功率輸出單元，是與該驅(qū)動單元、該第一電源單元，及該待測模塊的一次側(cè)線圈電連接，且是援引該第一電源單元的直流電壓作為電源，并依據(jù)經(jīng)該驅(qū)動單元放大的非正弦波控制訊號而對應(yīng)進行切換導(dǎo)通，以使該一次側(cè)線圈通電并形成一激磁電流，再透過形成于該電磁鋼片上的磁通反應(yīng)而在該二次側(cè)線圈上產(chǎn)生一感應(yīng)電壓；及一量測單元，是與該控制單元、功率輸出單元，以及該待測模塊的一次側(cè)線圈及二次側(cè)線圈電連接，并對該激磁電流及感應(yīng)電壓進行測量，且是將其測量結(jié)果回授至該控制單元進行對應(yīng)的非正弦波電磁特性運算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非正弦波電磁特性的測量裝置，其中，該控制單元所輸出的非正弦波控制訊號的是選自于下列所構(gòu)成的群組單極式脈波寬 度調(diào)變波、雙極式脈波寬度調(diào)變波、脈波振幅調(diào)變波、脈波振幅調(diào)變波、三角波、方波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非正弦波電磁特性的測量裝置，更包含一感應(yīng)該功率輸出單 元導(dǎo)通時的電流，并將感應(yīng)結(jié)果回授至該控制單元的回授單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非正弦波電磁特性的測量裝置，其中， 該回授單元具有一感應(yīng)該功率輸出單元導(dǎo)通時的電流的霍爾組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非正弦波電磁特性的測量裝置，其中，該回授單元更具有一與該霍爾組件以及該控制單元電連接的濾波器，以將該霍爾組件 所感應(yīng)得的電流進行濾波后再回授至該控制單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4或5所述的非正弦波電磁特性的測量裝置，其中， 該驅(qū)動單元更是使該功率輸出單元在切換導(dǎo)通時具有延遲性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非正弦波電磁特性的測量裝置，更包含一與該驅(qū)動單元電連 接的切換式電源供應(yīng)器，以提供該驅(qū)動單元一個浮動式電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的非正弦波電磁特性的測量裝置，更包含一電連接于該驅(qū)動單 元及該控制單元之間，并進行高頻噪聲隔離的隔離單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非正弦波電磁特性的測量裝置，其中， 該隔離單元為一光耦合器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非正弦波電磁特性的測量裝置，其中，該控制單元更可控制該第一電源單元的直流電壓的幅度，以及控制該驅(qū)動單元對于該 功率輸出單元在切換導(dǎo)通時的延遲時間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的非正弦波電磁特性的測量裝置，更包含一保護單元，是對 該功率輸出單元進行高電流及高溫保護，以及對該第一電源單元進行高電壓保護。
12.根據(jù)權(quán)利要求項所述的非正弦波電磁特性的測量裝置，其中， 該量測單元為一瓦特計。
全文摘要
本發(fā)明涉及非正弦波電磁特性的測量裝置。一種非正弦波電磁特性的測量裝置，是對一電磁鋼片進行非正弦波電磁特性的測量，該測量裝置包含相互電連接的一控制單元、一第一電源單元、一驅(qū)動單元、一功率輸出單元，及一量測單元。本發(fā)明的功效在于利用該控制單元所產(chǎn)生的非正弦波控制訊號，配合該驅(qū)動單元的放大并藉由該功率輸出單元輸至該電磁鋼片以產(chǎn)生電磁反應(yīng)，再藉由該量測單元進行激磁電流及感應(yīng)電壓的測量，并回授至該控制單元進行對應(yīng)的電磁特性運算，且該控制單元可調(diào)整其所輸出的該非正弦波控制訊號的形態(tài)及參數(shù)，以配合測量各種不同的電磁鋼片的電磁特性。
文檔編號G01R31/00GK101923125SQ200910149109
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者吳政儒, 李炳坤, 賴益志, 郭開誠, 顏家鈺 申請人:中國鋼鐵股份有限公司