KR20010071503A

KR20010071503A - 회전 기기의 성능 테스트 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20010071503A
Application number: KR1020007014334A
Authority: KR
Inventors: 메나쳄 코헨; 옐 코헨
Original assignee: 추후보충; 엠.이.에이. 모터 인스펙션 리미티드
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2001-07-28
Also published as: PL345001A1; CN1310800A; ES2243058T3; AU4056999A; DE69924609T2; AU748970B2; JP2001324395A; KR100710761B1; EP1103815A3; CA2334962A1; MXPA00012588A; WO1999066335A1; CN1497257A; DE69924609D1; EP1088237A1; CN1149399C; HUP0104326A3; RU2229135C2; EP1088237B1; HUP0104326A2

Abstract

회전축의 회전각을 측정하기 위한 방법은, 각각의 연속한 기간 중에 연속한 하이 및 로우 논리 레벨을 발생시키는 디지털 회전 인코더를 회전축에 부착시키는 단계를 포함한다. 회전축은 회전되고, 디지털 회전 인코더에 의해 발생된 각각의 연속한 논리 레벨의 각각의 기간은 축적되어 회전축의 회전각 또는 그 함수를 도출할 수 있다. 이와 같은 방법은 인코더의 듀티 싸이클의 공차 에러에 무관하게 정확한 결과를 발생시킨다. 이것은 회전 기기의 속력-시간 특성이나 그 함수를 도출하기 위하여 회전 기기나 그 부품의 성능을 테스트하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 높은 측정 정밀도 덕분에, 플라이휘일을 사용하여 기기의 회전 속력을 늦출 필요없이, 안정 상태 성능은 물론 동적 성능도 정확하게 결정될 수 있다.

Description

회전 기기의 성능 테스트 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PERFORMANCE TESTING OF ROTATING MACHINES}

전기 모터의 성능 테스트에 대한 종래의 접근 방식은 과도 효과가 없어진 후에 모터의 안정 상태 성능을 측정하는 것이 일반적이다. 이를 위해, 모터 속력 데이터가 시간 함수로서 수집되고, 이 데이터는 필터링을 통해 변동 성분을 제거하여, 예컨대 적당한 IEEE 표준에 제시된 표준 모터 성능 특성을 도출해 낸다. 이와 같은 특성은 모터가 무부하 조건 하의 정지 상태에서부터 가속되고, 토크는 뉴튼의 운동 제2 법칙에 따라서 속력 곡선의 시간 도함수 함수로서 도출되는 무부하 시의 모터의 토크-속력 성능에 불가피하게 관련된다. 게다가, 변동 효과가 제거된 모든 경우에서도 부하 테스트는 물론 소위 "시그너쳐(signature)" 테스트가 실시된다.

시그너쳐 테스트는 특정 모터의 무부하 성능과 생산 라인 모터가 평가될 수 있는 척도로서 기능하는 사전 측정 "마스터" 모터의 무부하 성능을 비교하기 위하여 고속 측정 기법과 프로세싱을 활용하는 무부하 테스트의 확장이다. 부하 테스트는 특정 토크가 테스트 중의 운행 모터에 인가되어 최종적인 속력, 전류, 및 전력이 측정되는 동작 조건 하에서 모터의 성능을 측정한다.

통상적으로, 모터 속력은 모터 축에 결합된 타코미터를 이용하여 측정된다. 따라서 모터 속력은 아날로그 형태로 얻어지게 되어 정밀도가 낮을 뿐만 아니라 잡음도 심각한 수준이다. 이런 이유로 해서, 디지털 방식이 선호되며, 지난 이삼십년 동안에 모터 축의 회전 속도 등의 더욱 정밀한 디지털 샘플링을 얻고자하는 많이 노력해 왔었다. 이와 같은 많은 방법들은 여전히 기본적으로 아날로그 트랜스듀서를 채용하여 속도 신호를 도출한 다음에 후속 처리 시에 디지털 방식의 처리를 위해 이 속도 신호를 A/D 컨버터를 이용하여 디지털 형태로 바꾸고 있다.

R.Szabados 등은 「Transation on Energy Conversion, Vol. 5, No. 3, September 1990 」에 나오는 "Measurement of the Torque-Speed Characteristic of Induction Motor using an improved new digital approach"에서 그와 같은 기술에 대해서 개시하고 있다. 이들 방법에서는 고속 데이터 획득 시스템을 이용하여 d.c. 타코미터의 출력은 물론 라인 전류 및 전압과 같은 다른 관련 파라미터를 샘플링한다. 그 다음, 측정된 데이터는 디지털 방식으로 처리되어 잡음을 제거하고, 다이나믹 평균 필터링을 수행하여 외부로부터의 커플링 진동을 제거하고 뉴튼 법칙을 이용하는 속력 곡선의 시간 도함수로부터 상대 토크 프로필을 결정한다. 잡음을 제거해도 변동이 없어지므로, 가공되지 않은 속력 데이터를 필터링함으로써 변동을 없애는 것이 상기 논문에서 제시된 방법의 본래적인 특징임이 드러나게 된다.

실제로, 미가공 데이터는 오염되어 있으며 데이터 프로세싱 단계의 첫 번째 작업은 속력 프로필의 왜곡없이 외부 신호를 제거하는 것이다. 상기 논문의 주요공헌은 필터링 알고리즘을 개선한데에 있다.

Automation Technology, Inc에 양도된 미국 특허 제5,218,860호(Storar)에는 대안적인 접근 방식이 개시되어 있는데, 이 방식에서는 아날로그 트랜스듀스가 아니라 디지털 그레이 스케일 (증분) 인코더를 이용하여 속력을 측정한다. 도 1은 모터(11)가 고품질 베어링(13)에 지지된 회전축(12)으로 구성된 테스트 고정구를 통해 미국 특허 제5,218,860호 따른 테스트 시스템에 기계적으로 결합되어 있는 모터 테스트 베드(10)를 도시ㅣㅣ한 것이다. 축(12)에는 그 관성이 알려져 있는 플라이휘일(14)과 고정밀 회전식 디지털 인코더가 장착되어 있다. 플라이휘일(14)은 다음의 수학식에 따라 토크가 결정될 수 있는 관성 부하로서 작용한다.

여기서, T = 토크

I = 플라이휘일의 관성

ν = 속력

t =시간

미국 특허 제5,218,860호에서 설명된 바와 같이, 토크-속력 특성은 모터가 정지 상태에서 최대 속도에 도달하는데 걸리는 시간 동안에 규칙적인 기지의 시구간에서 샘플링된다. 측정 시간 구간은 수정 발진기에 의해 고정되는데 통상적으로 16.67 ms이며, 이는 하나의 60 Hz 전력 라인 싸이클의 기간에 해당한다. 속력 변화는 0.0072°정도로 작은 각 변위를 해상할 수 있는 회전 인코더에 의해 결정된다. 토크와 속력은 전력 인가 시부터 최대 무부하 속력 도달 시까지 16.67 ms 기간 마다 계산된다. 모터에 부착된 플라이휘일의 관성은 모터가 정지 상태에서 최대 속력까지의 전체 토크-속력 곡선을 기술하는데 충분한 약 4초( 이 시간은 대략 토크 속력 결과를 대략 240번 샘플링하는데 걸리는 시간임) 내에 최대 속도에 도달하도록 선택된다.

미국 특허 제5,218,860호에 개시된 디지털 회전 인코더는 아날로그 트랜스듀서보다 크게 개선된 것으로서, 이전에는 쉽게 얻을 수 없었던 특정의 모터 특성을 측정할 수 있다. 그러나, 실제로 각 샘플링 기간 중에 수 많은 펄스가 평균되므로 이 디바이스의 정밀도는 여전히 비교적 낮은 편이다. 구체적으로 설명하면, 미국 특허 제5,218,860호에는 증분 인코더가 모터축의 각각의 완전 회전 동안에 25,000개의 펄스를 생성한다고 기재되어 있다. 이것은, 평균 모터 속력이 10,000 rpm이라고 가정하면, 16.67 ms 기간 당 생성된 펄스수가 거의 70,000개라는 것을 의미한다. 이 실제 펄스수는 모터의 각 속력의 정확한 표시를 위해 바이너리 카운터에 의해 카운트된다. 그러나, 16.67 ms 정도의 큰 샘플링 기간 동안에는 변동은 더 이상 측정될 수 없고, 따라서 단지 평탄화된 특성만을 결정할 수 있을 뿐이다. 더욱이, 그와 같은 고정밀의 회전 인코더를 채용한다고 해서 특별한 이점이 있는 것도 아니며, 또 그와 같이 개략적인 샘플링 구간이 채용되는 경우에도 가격면에서 특별한 이점이 있는 것도 아닌 것으로 보인다. 이론적으로는, 단순히 샘플링 기간을 짧게 할수록 정밀도는 높아질 수 있지만, 실제로 현 기술을 이용해서는 이것을정확하고 저렴하게 달성하기가 어렵다.

더욱이, 모터축에 부착된 플라이휘일은 모터에 부하를 주고 있으며, 이것은 모터의 정적 성능을 저하시키지는 않는다 하더라도, 과도 효과가 받게 되는 변동을 실질적으로 없애게 된다. 그 결과, 미국 특허 제5,218,860호가 교시하는 바와 같이 모터에 부하를 주게 되면 모터의 동적 성능을 측정할 수가 없게 된다.

본 발명자는 모터의 동적 성능에 대해서 알지 못하고서는 모터의 기본 동작을 알아내기가 불가능할 정도로 모터의 동적 성능은 모터에 대해 무한한 가치의 정보를 제공해 준다는 것을 알았다. 그러나, 상술한 바와 같은 이유로 해서, 16 ms 정도로 큰 샘플링 기간 동안에는 동적 성능 데이터를 얻을 수가 없는데, 이것은 이 기간 동안에는 곡선의 과도 부분 상의 변동의 대부분이 없게되기 때문이다. 샘플링 기간의 실제 크기에 상관없다 하더라도, 또, 널리 보급된 기술을 가지고서 그리고 가격의 제한을 갖고서 샘플링 기간을 줄이므로써 어느 정도는 개선될 수 있음은 분명하지만, 개선의 범위가 한정되어 있다. 이것은 고정된 기간 동안에 펄스를 카운트하는 것이, 비록 작다하더라도, 결코 최적의 결과를 얻을 수 없다는 사실로부터 당연한 것이다. 따라서, 샘플링 기간을 무한정으로 줄일 수 있다 하더라도(물론 그럴 수 없지만), 그와 같은 경우에 샘플링 기간 동안에 데이터가 얻어질 수 없기 때문에 결코 펄스 한 개의 기간보다 더 작게 되도록 줄어들 수는 없다. 반면에 샘플링 기간을 늘이게 되면 샘플링 데이터를 얻을 수는 있겠지만, 이것은 샘플당 다수 데이터의 생성 비용을 보아가면서 그렇게 하는 것이다. 이것은 얻어지는 정밀도가 이론적인 최대치보다 작게되는 것이 불가피하다는 것을 의미한다.

더욱이, 미국 특허 제5,218,860호에 개시된 방식을 이용하여 충분한 수의 샘플점을 얻기 위해서는, 모터가 최대 속력에 도달하는데 드는 시간이 수 초 정도로 연장되도록 할 필요가 있다. 이것은 모터의 안정 상태 응답을 지연시킬 정도로 충분한 관성을 가진 플라이휘일에 의해서 달성된다. 확실히 적절한 속력 특성이 보다 작은 시간에서 도출될 수 있도록 하는 것이 바람직한데, 물론 이때 샘플점 수가 줄어들어서도 안되며, 또 모터에 부하가 걸릴 때 사라지는 과도 성능에 변동을 주어서는 안된다.

Joseph L.Vitulli, Jr의 미국 특허 제4,535,288호에는 공간적으로 한정된 환경에서 가동축의 회전 속력을 결정하는 방법에 대해 개시되어 있는데, 이 방법에서는 순차적으로 연속한 한 쌍의 인코더(트랜스듀서) 펄스들 간의 시간이 속력을 결정하는데 이용된다. 갱신된 회전 속력은 상기 펄스에 대해 비순차적인 다른 한 쌍의 순차적으로 연속한 펄스로부터 계산된다. Vitulli 특허에 개시된 회전 인코더는 60개의 균등 이격된 이빨(teeth)(각 이빨은 회전이 픽업을 지날 때에 제1 전압 레벨을 가진 출력 신호를 발생시킴)을 가진 치형 휘일에 비견될 수 있다. 인접한 이빨 사이의 공간이 픽업을 통과하면 제2 전압 레벨을 가진 출력 신호가 생성된다. 통상적으로는, 제1 및 제2 전압 레벨은 펄스열이 생성되도록 각각 논리 하이와 로우 레벨을 가진 디지털 신호로 변환된다. 따라서, 하이 및 로우 레벨에 대해 동일한 각도를 주는 60개의 균등 이격된 이빨이 있다고 가정하면, 각각의 논리 하이 레벨에 대응하는 회전각은 2π/120 라디안이다. 각각의 논리 하이 레벨의 지속 시간을 측정함으로써 각 속력이 계산될 수 있다.

그러나, 실제에 있어서는, 가장 좋은 회전 인코더라 하더라도 단지 ±10%의 듀티 싸이클 정밀도를 갖고 있는데, 이것은 인접 이빨들의 개시 간의 거리(펄스열의 주기에 해당)가 일정하다면 각 이빨의 폭은 ±10%의 정밀도에 종속된다는 것을 의미한다. 픽업을 통과하는 각 이빨에 대한 측정 시간에 기초하여 각속력이 계산되기 때문에, 각속력은 각 이빨의 실제 폭에 따라 달라지며 따라서 최대 오차는 20%가 된다.

본 발명은 일반적으로 회전각의 정밀 측정에 관한 것으로, 특히 회전 기기의 성능 테스트에 관한 것이다.

본 발명을 이해하고 이것이 실제로 어떻게 실시될 수 있는가를 보기 위하여, 첨부 도면을 참조로 비한정적인 예시로서만 바람직한 실시예에 대해서 설명한다.

도 1은 종래의 모터 테스트 베드를 도시한 도면;

도 2는 본 발명에 따른 모터 테스트 시스템의 기능 블록도;

도 3은 도 2에 도시된 모터 테스트 시스템의 상세 블록도;

도 4는 도 2에 도시된 모터 테스트 시스템을 동작시키기 위한 주요 단계를 나타낸 흐름도;

도 5 내지 13은 본 발명에 따른 모터 테스트 시스템으로 측정 또는 계산된 통상적인 a.c. PSC 유도 모터 특성을 그래픽으로 도시한 도면;

도 14 내지 19는 안정 상태 조건에서의 결함을 부각시키기 위한 본 발명의 다른 적용을 그래픽으로 도시한 도면;

도 20 내지 23은 공조 팬에서의 결함을 부각시키기 위한 본 발명의 또 다른 적용을 그래픽으로 도시한 도면; 및

도 24는 본 발명에 따라 도출된 회전축의 속력 또는 토크 특성을 표시하기 위한 동적 토크 및 속력 분석기의 기능 블럭도.

<발명의 개요>

따라서, 본 발명의 목적은 지금까지 제시된 방법과 관련된 결점들이 실질적으로 개선되거나 제거될 수 있는 회전 속도 측정 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적은 본 발명의 포괄적 양상에 따라서, 회전축의 회전각을 측정하는 방법에 있어서,

(a) 임의의 쌍의 순차 논리 상태가 상기 회전축의 기지의 회전각에 대응하도록 반대되는 2진 논리 상태를 연속적으로 발생시키는 디지털 회전 인코더를 상기 회전축에 부착시키는 단계,

(b) 상기 회전축을 회전시키는 단계, 및

(c) 상기 회전축의 회전각 또는 그 함수를 도출하기 위하여 상기 디지털 회전 인코더에 의해 발생된 연속한 쌍의 논리 상태들 간의 누적 경과 기간을 측정하는 단계

를 포함하는 회전축의 회전각 측정 방법을 제공함으로써 실현된다.

따라서, 본 발명에 따라서 회전축의 기지의 회전각 동안에 경과된 시간에 따라서 모터 또는 엔진 속력을 테스트하는 방식이 개선될 수 있다. 이와 같은 방식에 따라서, 로우에서 하이로 다시 로우로 또는 그 반대로 변하는 논리 상태로서 경과 시간이 측정된다. 논리 상태가 로우나 하이로 유지되는 기간이 듀티 싸이클 에러를 받는다 하더라도, 순차 논리 상태로서 조합된 기간은 기지의 회전각을 정확히 반영하고 있다. 따라서, 연속한 쌍의 논리 상태들 간의 누적 경과 기간을 측정하면, 비행 중의 속력 변화를 반영하면서 속력 결과에 영향을 미치는 듀티 싸이클 에러를 피할 수 있다. 예컨대, 회전 당 60 펄스를 발생시키는 회전 인코더를 생각해 본다. 미국 특허 제4,535,288호의 경우에는 분당 축회전(rpm)은 1초 정도의 기간 내에 결정될 수 있으며, 매우 고질의 인코더(±10%정도의 듀티 싸이클 에어를 가짐)의 경우에는 ±10%의 측정 속력 부정확성을 발생시킬 것이다.

본 발명의 특정한 양상에 따라서, 회전 기기나 그 부품의 성능을 테스트하는 방법에 있어서,

(a) 전기 기기의 기지의 회전각에 대해 반대되는 2진 논리 상태를 발생시키는 디지털 회전 인코더를 상기 회전 기기의 축에 부착시키는 단계,

(b) 특정 시간에 상기 회전 기기에 전력을 공급하는 단계, 및

(c) 상기 회전 기기의 동적 속력 특성을 도출하기 위하여 상기 회전 기기로의 전력 인가 시부터 상기 회전 기기가 원하는 속력에 도달할 때까지 상기 디지털 회전 인코더에 의해 발생된 연속적 논리 상태의 각각의 기간을 측정하고 축적하는단계

를 포함하는 회전 기기나 그 부품의 성능 테스트 방법이 제공된다.

바람직하게는, 이 테스트 방법은,

(d) 상기 회전 기기의 회전자의 소정의 관성 모멘트와 상기 회전 기기의 상기 측정된 속력 특성을 참조하여 상기 회전 기기의 토크를 계산하는 단계를 더 포함한다.

본 발명은 또한 회전 기기나 그 부품의 동적 및 정적 속력-시간, 토크-시간, 및 속력-토크 특성을 결정하는 장치도 제공한다. 사전 측정된 회전자를 이용하여, 여러 가지 고정자를 이용하는 동일한 기기에 대해 테스트를 실시하여 그 여러 가지 고정자의 상대적 성능 데이터(정적 및 동적 모두 다)를 제공할 수 있다. 마찬가지로, 사전 측정된 고정자를 이용하여, 여러 가지 회전자를 이용하는 동일한 기기에 대해 테스트를 실시하여 그 여러 가지 회전자의 상대적 성능 데이터(정적 및 동적 모두 다)를 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 방법과 장치는 기기의 축에 외부의 관성 부하를 연결하지 않더라도 동적 및 정적 성능 데이터를 도출해 낼 수 있음이 잘 이해될 것이다. 이에 따라 기기는 안정 상태(즉, 무과도) 동작에 더욱 신속히 도달할 수 있으며, 기기의 측정이 더욱 신속히 실시될 수가 있다. 이것은 소형 기기가 대량 생산되어 생산 라인에서 바로 측정되어야 하는 경우에는 특히 중요하다. 더욱이, 지금까지는 측정이 곤란하였던 변동의 측정이 가능하게 된다.

미국 특허 제5,218,860호[컬럼 1, 라인 29]에는 더 큰 모터에 있어서 전기자의 질량이 적당한 관성 부하를 제공하도록 충분히 클 수 있다고 제시되어 있다. 즉, 미국 특허 제5,218,860호에 따라서도 비록 큰 모터 만에 대해서이지만 외부 관성 모터가 없어도 된다. 그러나, 이것은 본래 큰 관성을 가진 큰 모터가 어떤 경우에도 안정 상태 속력에 도달하는데 비교적 시간이 오래 걸리므로 충분한 샘플점을 얻을 수가 있기 때문에 가능한 것 일 수 있을 뿐이다. 이것은 크기가 작고 관성이 작은 모터에 대해서는 적용되지 않는다. 미국 특허 제5,218,860호에서는 안정 상태 속력에 도달하는 시간을 느리게 하여 충분한 샘플점을 얻을 수 있도록 하기 위하여 이 작은 모터에 외부 관성 부하를 갖추는 것이 필수적이다. 따라서, 본 발명의 주 목적이 안정 상태 속력에 도달하는 시간을 늘리는 것이 아니라 줄이는 것이기 때문에, 미국 특허 제5,218,860호는 작은 모터라 하더라도 플라이휘일을 필요로 하지 않는 본 발명과는 차이가 명백하다.

본 발명은 또한 안정 상태 동안에 진동하는 토크와 속력을 측정할 수도 있기 때문에 시간과 주파수 영역 모두에서 속력-시간과 토크-시간 특성을 도출할 수가 있다. 이와 같은 경우에, 플라이휘일은 기기가 안정 상태에 도달하는데 걸리는 시간을 늦추는데 사용될 수 있으며, 따라서 가속 중에도 안정 상태 진동 토크와 속도 현상을 발생시킬 수가 있다. 이에 의해서 기기가 갖는 결함이 부각될 수가 있다.

본 발명은 또한 회전 기기를 아주 유연한 방식으로 테스트할 수 있다. 사용자는 샘플링 시간과 샘플링 개시 시간을 제어할 수 있다. 사용자는 또 x-축(시간과 주파수)과 y-축(토크와 속력)을 제어할 수 있으므로 기기는 회전 기기 분석기로서도 이용될 수가 있다.

도 2는 공지의 디지털 축 인코더(23)에 축(22)이 결합된 유도 모터(21)를 포함하는 도면 부호 20으로서 총괄 표시한 모터 테스트 시스템의 기능 블록도를 도시한 것이다. 축 인코더(23)는 고정밀도를 요하지는 않으며 실제로 모터축의 회전당 5,000 펄스를 발생해도 된다. 모터(21)가 회전하면 축 인코더(23)는 논리 상태가 로우로부터 하이로 그리고 다시 로우로 또는 그 반대로 변하는데 경과된 시간을 측정하는 샘플링부(24)에 의해 샘플링된 논리 레벨을 생성한다. 연속한 기간들은 시간 데이터를 처리하는 컴퓨터(25)에 공급되어 모터(21)의 동적 속력 특성을 경과 시간 함수로서 도출하고 이것을 메모리에 저장한다. 모터(21)는, 예컨대 모터(21)가 최대 안정 상태 속력에 도달할 때마다 모터(21)에 인가되는 전력이 차단되고, 그에 따라 테스트 과정의 완료를 표시할 수 있도록, 컴퓨터(25)에 결합된 제어부(26)를 통해 작동된다. 컴퓨터(25)에는 디스플레이 모니터나 플로터와 같은 디스플레이 장치(27)가 연결되어 있다. 모터(21)는 정확히 알려진 시간에서 작동될 수 있는 전원 장치(28)에 의해 전력을 공급받는다.

도 3은 제1 카운터(32)와 제2 카운터(33)의 클럭 입력(CLK)에 공급되는 발진기(31)를 포함하는 샘플링부(24) 내의 타이밍 회로(30)를 도시한 것이다. 축 인코더(22)의 출력은 제1 카운터(32)의 인에이블 입력(ENABLE)에 공급되고, 제1 카운터(32)의 출력은 컴퓨터(25)에 공급된다. 축 인코더(22)의 출력은 인버터(34)에 의해 반전되어 제2 카운터(33)의 인에이블 입력(ENABLE)에 공급되고, 제2 카운터(33)의 출력은 컴퓨터(25)에 공급된다. 마찬가지로, 제1 카운터(32)의 리셋 단자(RST)와 제2 카운터(33)의 리셋 단자(RST)도 컴퓨터(25)에 연결되어 제1 카운터(32)와 제2 카운터(33)가 리셋될 수 있도록 한다. 이에 대해서 설명한다.

타이밍 회로(30)의 동작은 다음과 같다. 수정 발진기(31)는 기지의 안정된 주파수를 갖는 고주파 펄스를 발생시킨다. 축 인코더(23)는 모터축과 함께 회전하면, 발진기(31)의 주파수보다 낮은 주파수의 순차 반대 바이너리 논리 로우 및 하이 상태를 발생시킨다. 축 인코더(23)에 의해 발생된 상대적으로 낮은 주파수의 논리 레벨은 제1 카운터(32)의 인에이블 입력에 공급되고, 반전된 후에, 제2 카운터(33)의 인에이블 입력에 공급된다. 그 결과, 연속한 인에이블 신호들 간에서 제1 카운터(32)는 인코더가 논리 하이에 있을 때에 발진기(31)에 의해 생성된 상대적으로 고주파의 펄스 수를 측정하고, 제2 카운터(33)는 인코더가 논리 로우에 있을 때에 발진기(31)에 의해 생성된 상대적으로 고주파의 펄스 수를 측정하고, 이 두 측정 결과는 컴퓨터(25)에 공급된다. 컴퓨터(25)는 제1 카운터 인에이블 신호의 상태 변화에 응답하여 제1 카운터(32) 및 제2 카운터(33)의 각 출력 상의 데이터를 포착하여 이 카운터들의 각 RST 입력에 리셋 신호를 공급한다. 이것은 인코더가 논리 로우에 있을 때 제1 카운터(32)를 클리어시키고 인코더가 논리 하이에 있을 때 제2 카운터(33)를 클리어시킨다. 따라서 연속한 인에이블 신호들 간의 제1 카운터(32)의 출력은 축 인코더(23)가 논리 하이를 유지하는데 걸리는 시간을 정확하게 나타낸다. 마찬가지로, 연속한 인에이블 신호들 간의 제2 카운터(33)의 출력은 축 인코더(23)가 논리 로우를 유지하는데 걸리는 시간을 정확하게 나타낸다.

축 인코더(23)가 회전당 단지 5,000개의 펄스를 가지고 있고 또 모터(21)의 속력이 1,000 rpm 정도로 낮다고 가정하더라도 축 인코더(23)는 분당 5백 만개의 펄스를 출력할 것이다. 따라서, 각 펄스는 대략 10 ㎲의 주기를 갖게 되는데, 이것은 정확하게 측정할 카운터(32)의 용량 내에 있는 것이다. 더욱이, 16.67 ms 기간 내에 있는 상기 미국 특허 제5,218,860호에 개시된 시스템과 비교해서도, 축 인코더(23)는 거의 1,667개의 펄스를 출력할 것이고, 각 펄스는 샘플링점이며, 이것은 미국 특허 제5,218,860호에서 설명된 단일 샘플링점과는 크게 다른 것이다.

미국 특허 제5,218,860호는 수 많은 펄스를 이용하는 시간 측정과 관련된 것이기 때문에, 축의 누적 회전각을 측정하는데 훨씬 긴 기간을 필요로 하지만, 각 펄스와 관련된 듀티 싸이클 에러는 실질적으로 무효가 된다. 상술한 바와 같이, 이것은 기기의 동적 응답의 결정에 영향을 미친다.

한편, Joseph L.Vitulli, Jr의 미국 특허 제4,535,288호는 단일 펄스만의 시간 측정을 제안하고 있으며, 따라서 일견해서 보면 동적 응답의 결정을 가능하게 한다. 그러나, 설명한 바와 같이, 이 방식은 더욱 명료하게 하기 위하여 현재는 더욱 정교하게 된 듀티 싸이클 에러를 받게 된다. 회전 인코더의 제조업자는 회전 인코더의 회전당 펄스 수를 특정하고 또 듀티 싸이클도 특정한다. 듀티 싸이클이 50%로 특정되면, Vitulli,Jr에 의해 측정된 각 펄스에 대한 시간은 실제로 인코더의 각 펄스 동안의 명목상의 각증분의 절반에 해당한다. 예컨대, 회전당 3,600개의 펄스가 있다면, 이것은 인코더의 회전당 10개의 펄스에 해당한다. Vitulli,Jr는 단일 펄스의 하나의 명목상 반주기 싸이클을 측정하여 이로부터 제조자에 의해 특정된 듀티 사이클에 기초하여 각 인코더 펄스의 명목상 기간을 계산한다. 그러나, 이것은 제조자에 의해 특정된 듀티 싸이클에서의 불가피한 에러(현재 ±10% 정도임)로 인해 부정확하다.

따라서, Vitulli, Jr는 회전 인코더의 단일 펄스에서 명목상의 회전각을 제공하여 단일 펄스 동안에 각속도의 계산을 가능하게 하고 있지만 실제 결과는 부정확하다.

도 4는 모터 테스트 시스템(20)의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다. 따라서, 초기에는 모터(21)에 전력이 공급되고, 축 인코더(23)의 출력은 상술한 바와 같이 샘플링된다. 샘플링된 데이터는 수집되어 컴퓨터(25)에 의해 처리되고, 처리된 데이터는 디스플레이 장치(26) 상에 표시된다. 허용된 성능 범위를 벗어나는 것도 계산되어 컴퓨터(25)에 의해 경보 신호를 출력하여 잘못된 모터를 경보할 수 있다. 이와 같은 경보 신호는 물론 공지의 방식으로 듣거나 보이게 할 수 있다. 선택적으로, 다음에서 더 자세히 설명하겠지만, 모터(21)의 가속 중에 생긴 과도 효과에 대한 변동이 제거되어 종래의 정적 속력 특성을 발생시킬 수 있다.

도 5는 축 인코더(23)에 의해 생성된 펄스의 측정된 연속 기간으로부터 계산된 a.c. PSC 유도 모터에 대한 동적 모터 속력 특성을 그래픽으로 도시한 것이다. 따라서, 연속한 펄스들 간의 증분 모터 속력은 각 펄스에 상응하는 회전각이 알려져 있기 때문에 계ㅔㅔ산될 수 있다. 모터 속력과 그에 따른 토크는 시간에 따라 연속적으로 증가하지 않고, 짧은 시간 동안에 상승했다가 하강하고 다시 상승한다는 것에 유의한다. 대략 0.04초 후에, 이 효과는 없어지고 모터 속력과 토크는 안정 상태에 도달할 때까지 시간에 따라 증가한다. 특히, 모터가 안정 상태에 도달하더라도 그 속력에는 여전히 연속적인 변동이 있음에 유의해야 한다. 이런 변동은 모터의 회전각을 회전 인코더의 펄스 주기 함수로서 측정할 때만 나타나고, 지금까지 제시된 방법들에서는 수 많은 펄스 동안의 데이터 평균에 따라 사라진다.

모터(21)에 플라이휘일이 연결될 필요가 없다는 것은 이미 설명된 바이다. 대신에, 뉴튼 법칙에 따라서 회전자의 관성 모멘트로부터 모터 토크가 다음과 같이 계산될 수 있다.

여기서, M(t) = 시간 t에서의 순간 토크

Q = 회전자의 관성 모멘트

ω = 모터의 각속력

L(t) = 시간 t에서의 순간 외부 부하

모터(21)에는 부하가 연결되어 있지 않으므로, L(t)는 제로이고, 수학식 2는 다음과 같이 간단화된다.

도 6은 다음과 같이 모터(21)의 속력 특성으로부터 도출된 상승(run-up) 토크 특성을 그래픽으로 도시한 것이다. 모터(21)는 외부 부하 없이 동작하며, 동적 속력 특성이 도출되어 컴퓨터(25)에 저장된다. 그 다음, 동적 속력 특성의 시간 도함수가 계산되고, 그 결과에 회전자의 관성 모멘트가 곱해진다. 속력의 단위는 rpm이므로, 그 결과에 계수 2π/60이 더 곱해져, 무부하 모터의 기동에서부터 최대 속력 도달까지의 동적 토크에 관련된 초당 라디안 단위의 등가 각속력으로 변환되어야 한다. 공급 전압의 a.c. 싸이클에서의 미리 정해진 시각에서 모터를 기동시킨다면 이 특성은 반복될 수 있다. 예컨대, 실제의 특정 시스템에서는 모터는 전압이 0 볼트를 통해 상승하였던 a.c. 싸이클에서의 시각에서 기동하였다.

도 6에 도시된 모터의 런 업 무부하 토크 특성은 정적 속력 및 토크 특성만을 제공하는 종래의 시스템으로는 얻을 수 없는 동적 모터 특성의 결정을 가능하게 한다. 동적 특성은 정적 데이터만으로는 검출할 수 없는 모터 고장을 검출해 낼 수 있게 할 뿐만 아니라 모터 특성의 분류도 가능하게 한다. 더욱이, 다음과 같은 것을 알게 되었다.

(ⅰ) 동적 토크 특성은 모터 가속 중의 모터 토크의 잡음 진폭을 알려주며, 모터 가속 중의 토크 변화로부터 일어나는 모터의 기계적 잡음의 강도를 알려준다.

(ⅱ) 동적 토크 특성은 모터의 회전 부품의 불균형를 알려준다.

(ⅲ) 동적 토크 특성은 모터 고장을 알아내기 위한 고감도의 진단 도구를 제공한다.

지금까지는 런 업 중의 모터의 동적 특성에 집중하여 설명하였다. 그러나, 만일 원한다면, 과도 효과에서 변동을 제거하여, 도 7에 그래픽으로 도시한 평탄한 속력-시간 특성을 제공할 수 있으며, 이 특성으로부터 종래의 토크-속력 특성(도 11에 도시됨)이 도출될 수 있다. 과도 효과에서 변동을 제거하는 것은 여러 가지 방식으로 실시될 수 있다. 모터 축은 고정자 전류가 안정 상태 값에 있을 때에만 기계적으로 잠기고 풀릴 수 있다. 이와 달리, 모터(21)가 고정자가 주코일과 이 주코일과 병렬로 스위치될 수 있는 보조 코일을 포함하는 영구 스플릿커패시터(PSC)형 유도 모터라면, 회전자는 전류가 양 코일에 공급될 때에만 회전할 것이다. 따라서, 초기에는 전류는 주 코일에만 공급되고, 주 코일 내의 전류가 안정화될 때에만 회로에서 보조 코일이 스위치된다. 다시, a.c. 공급 전압이 그 상승에 따라 제로가 될 때에만 회로 내에서 주 및 보조 고정자 코일이 스위치된다는 것에 유의해야 한다. 더 일반적으로는, a.c. 전압 공급 싸이클에서 다른 임의의 알려진 각도에서 전력을 공급함으로써 반복 가능성이 보장될 수 있다.

과도의 변동을 중화시키는 또 다른 방법은 적당한 알고리즘을 이용하여 모터의 동적 속력 특성을 처리하는 것이다. 이를 위해서, 도 5에 도시된 동적 속력 특성을 샘플링하여 속도 변화를 모터의 가속 중의 시간 함수로서 결정한다. 이 결과로서 도출된 신호를 시간 영역으로부터 주파수 영역으로 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 도출한다. 이 주파수 스펙트럼을 필터링하여 고조파를 제거하고 난 뒤에 다시 시간 영역으로 역변환한다. 이와 관련하여, 시간 영역에서 시간 해상도가 충분히 높다는 사실에 의해서 주파수 스펙트럼을 얻는 것이 가능하게 된다는 점에 유의해야 한다. 개략적인 시간 해상도를 이용하는 지금까지 제시된 방법들은 주파수 스펙트럼을 해결할 수 없다.

그러나 고정자 전류의 과도 효과에서 변동(fluctuations)을 상쇄시키기 위한 다른 접근은 통상 회전 방향의 반대 방향으로 축을 회전시키는 것이며, 다음에 모터가 방향을 변화시키는 시간 동안에 가속(즉, 속도-시간) 특성의 샘플링을 시작하는 것이다. 그런 기술은 잘 알려져 있고, 예를 들면, 발명의 명칭이 "마찰 토크 측정을 위한 장치 및 방법" 이며 또한 Automation Technology, Inc에 양도된 미국특허 제5,440,915호에서 설명된다. 미국 특허 제5,218,860 및 5,440,915 양자 모두의 내용은 참조로서 여기에 반영된다. 차후의 처리는 동적 속도 특성을 유도하기 위해 상술된 것과 유사하나, 과도 성분은 더 이상 존재하지 않기 때문에 정적 속도 특성을 만들어낸다.

도 8은 그래픽적으로 안정 상태에서 휴지하는(idling) 무부하 4-극(pole) PSC 유도 모터에 대한 속도에서의 변화를 도시한다. 도 9는 모터의 속도 특성을 주파수 영역으로 변환시키는 결과를 도시한다. 도 9에서 도시된 주파수 스펙트럼은 시간 영역에서 해결될 수 있는 모터를 고려하여 더 명백한 정보를 제공한다. 구체적으로 더 명백한 정보는 토크 및 속도 변동을 고려하면서 유도된다.

회전자의 관성 모멘트는 두 개의 분리된 속도 특성을 유도함에 의해 결정될 수 있는데, 하나는 무부하 모터에 대한 것이고, 다른 하나는 알려진 관성 부하가 모터축에 인가된 경우이다. 따라서, 다음 단계가 수행된다.:

(i) 무부하 모터의 속도-시간 특성을 유도하고 그로부터 과도에 있어 변동 효과를 제거하는 단계,

(ii) 알려진 관성 모멘트의 관성 부하를 모터에 결합시키는 단계,

(iii) 부하 모터의 속도-시간 특성을 유도하고 그로부터 과도에 있어 변동 효과를 제거하는 단계, 및

(iv) 회전자의 관성 모멘트를 결정하기 위해 (i) 및 (iii)에서 유도된 각각의 속도 특성을 처리하는 단계

계산은 다음 방정식에 기초한다. :

무부하 모터에 대해

여기서 Mmax는 모터 토크의 최대값이다.

Q는 모터 회전자의 관성 모멘트이고(계산될 것),

ω는 모터의 각속도이다.

알려진 관성 부하를 갖는 부하 모터에 대해

모터 토크 최대값(Mmax)은 상수이고 거기에 인가된 어떤 부하와 독립적이다. 그러므로,

그것은 다음으로부터 유도될 수 있다.

모터 테스트 시스템(10)은 또한 휴지할때, 즉 무부하 안정 상태 조건 하에서 모터의 리플(ripple) 토크 유도를 허용한다. 예를 들면, 휴지할때 교류 PSC 유도 모터에 의해 생성된 자기적 잡음의 강도 크기의 표시는 이로써 결정될 수 있다. 휴지동안, 모터는 회전하는 자기장을 변화시킴에 의해 생성된 가변 토크 때문에 사소한 리플 위에 중첩된 기본적으로 상수 속도에서 실행된다.

도 10은 안정 상태 조건하에서 휴지할때 모터에 의해 생성된 변하는 토크 강도를 나타내는 회전자의 관성 모멘트와 속도-시간 특성의 시간 도함수를 곱한 것을 그래픽으로 도시한다.

모터 테스트 시스템(10)은 동작 속도에서 실행될 때, 예를 들면, 모터에 의해 생성된 자기적 잡음 강도의 크기 표시를 주는 동작 속도에서 로드된 모터의 변하는 토크의 유도를 또한 허용한다. 마찬 가지로, 이것은 모터 토크에서의 변동으로부터 초래된 부하에 대한 충격으로부터 초래된 기계적 잡음 강도의 크기 표시를 제공한다. 모터와 인가된 부하의 속도는 다음에 기인한 토크에서의 변동 때문에 변한다.

(i) 모터,

(ii) 부하, 및

(iii) 둘 사이의 느슨한 결합.

외부 부하의 것에 부가된 회전자의 관성 모멘트와 속도 특성의 시간 도함수의 곱은 작동 속도에서 실행할 때 부하 모터에 의해 생성된 가변 토크 강도를 표시한다. 가변 토크는 또한 부하 모터의 작동 조건에서 전기적 및 기계적 잡음의 강도 크기 표시를 제공한다.

도 11은 무부하 모터의 정적 토크-속도 특성을 그래픽적으로 도시한다. 모든 생산 주기의 끝에서, 외부 부하는 모터에 결합되고 부하 모터의 속도-시간 특성이 결정된다. 과도 효과의 제거 후에, 이 곡선의 시간 도함수와 회전자와 외부 부하의 총 관성 모멘트가 곱해진 것은 더 작은 부하의 모터의 정적 토크-속도 특성을 준다. 이것은 수학식 8에서 보여진다.

여기서: M은 무부하 모터 토크,

Q1은 회전자의 관성 모멘트,

QL은 외부 부하의 관성 모멘트,

ML은 부하 토크.

도 12는 공조기 팬인 부하, ML의 속도-토크 특성과 함께 도 11에서 도시된 정적 토크-속도 특성을 그래픽적으로 보여준다. 그런 부하에 대해, 속도-토크 특성은 일반적으로 형태에 있어 포물선이고, 원점을 관통하여 모터의 실제 작동 속도에서 모터의 토크-속도 특성과 교차한다. 도 13은 수학식 9를 유도하기 위해 도 11에서 도시된 모터의 토크-속도 특성과 도 12에서 도시된 부하의 토크-속도 특성 간의 차이를 작도한다.

도 13에서 보여진 그래프는 개시부터 부하 하에서 모터의 전 작동 속도까지 모터의 가속 동안 유도된다. 이 특성은 모터가 공급 전압의 교류 주기에서 똑같은 지점으로부터 시작된 점을 제공하는 같은 부하 모터에 관하여 반복될 수 있다. 예를 들면, 실행하기 위해 축소된 특별 시스템에서, 모터는 전압이 0볼트를 통하여 오르는 교류 주기의 한 지점에서 시작된다. 따라서, 도 13에 보여진 특성은 어느 모터-부하 커플(공조기, 물 펌프,등)이 디자인 명세서와 접촉하는 지를 표시하기 위해 일군의 유사한 로드된 모터의 GO-NOGO 테스트를 실행하기 위한 훌륭한 도구로서 역할을 한다. 도 13에서 도시된 특성의 이전 용도는 부하 기기의 기능성 확립을 위해 알려져 있다는 점을 명심해야 한다.

도 13에서 도시한 부하 모터의 토크-속도 특성을 계산하면, 도 11과 도 12에서 도시된 모터의 정적 토크-속도 특성은 도 12에서 그래픽적으로 보여진 부하의 토크-속도 특성을 유도하기 위해 공제될 수 있다.

부하 모터의 준비 기간 상태 토크-속도 특성은 그 특성의 과도 부분상의 변동을 제거하기 전에 도 6에서 보여진 것과 같은 무부하 모터의 것과 일반적으로 유사한 형태를 가지며, 이하에서 유도된다. 동적 속도 특성은 이상에서 설명된 것과 같이 직접 유도되고, 그것의 시간 도함수가 계산된다. 수학식 9로부터 명백하지만, 회전자 총 관성 모멘트와 시간 도함수의 곱 및 외부 부하는 다같이 작은 부하의 모터의 동적 토크-속도 특성을 준다. 따라서, 이 특성은 일군의 유사한 모터의 동적 성능을 비교하기 위한 훌륭한 도구로서의 역할을 한다.

이 특성의 이전 용도는 개시로부터 가속 동안 모터와 부하 합의 자기적 잡음 표시를 얻기 위해서이거나 부하 기기의 기능성 확립을 위해서 알려져 있지 않다는 점을 명심해야 한다. 마찬가지로, 이 특성의 종래 용도는 개시로부터 토크 가속에서의 변동에 기인한 기계적 잡음 표시를 얻기 위해 알려져 있지 않다.

부하 모터의 통상 작동 조건 동안에, 모터와 부하는 다음에 기인한 토크에서의 변동 때문에 사소하게 변하는 속도에서 움직인다.

(i) 모터,

(ii) 부하, 및

(iii) 둘 사이의 느슨한 결합.

외부 부하의 것에 부가된 회전자의 관성 모멘트와 속도 특성의 시간 도함수를 곱한 것은 작동 속도에서 실행할 때 부하 모터에 의해 생성된 가변 토크 강도를 표시한다. 가변 토크는 또한 부하 모터의 작동 조건에서 전기적 및 기계적 잡음의 강도 크기 표시를 제공한다.

상술된 테스트의 대부분은 부하 또는 무부하 중의 하나인 완전한 모터에 관련한다. 그러나, 본 발명은 명목상의 "이상적인" 기기와 비교하여 기기의 구성 요소를 테스트 하는데 또한 심사숙고 한다. 예를 들면, 다른 회전자를 테스트하기 위해, 사전 측정되고 고성능을 가진 고정자가 사용되고 상기 테스트는 모터의 정적 및 동적 성능 양자를 유도하기 위해서 수행될 수 있다. 다른 회전자를 사용하는똑같은 모터에 관해 이들 테스트를 반복함에 의해, 회전자의 성능은 비교될 수 있다. 마찬가지로, 사전 측정되고 고성능을 가진 회전자를 사용하고 다른 고정자를 대체함에 의해, 고정자의 성능은 비교될 수 있다.

지금 까지, 설명된 방법은 안정 상태에 도달할 때까지 기기의 개시로부터 속도-시간 또는 속도-토크 특성의 과도 부분 측정에 관련된다. 따라서, 각 펄스의 실제 시간을 측정함에 의해, 속도-시간 또는 속도-토크 특성은 고정 시간 주기에서 평균 회전을 측정함에 의해 해결될 수 있는 것보다 훨씬 더 훌륭한 해결책을 가지고 결정될 수 있다는 것을 증명했다. 그 결과로서 모터 특성의 과도 부분동안 일어나는 변동도 또한 해결될 수 있음에 의해, 지금까지 제안된 접근을 회피했던 모터 성능을 고려하여 정보를 제공한다.

심지어 무부하 기기가 안정 상태에 도달할 때, 명목상으로 상수 속도 또는 토크는 또한 본 발명에 따라 특성이 결정될 때 측정 가능하게 되는 변동 또는 리플에 종속된다는 점이 또한 설명되었다.

그러나, 심지어 부하 기기가 실제 작동 조건 하에서 안정 상태에 도달할 때, 명목상으로 상수 속도 또는 토크는 또한 본 발명에 따라 특성이 결정될 때 측정 가능하게 되는 변동 또는 리플에 종속된다는 점이 발명자에 의해 발견되었다. 이것은 또한 속도-시간 또는 속도-토크 특성이 종래 방법을 사용하여 유도될 때 완전히 놓쳐버리게 되는 매우 귀중한 정보를 제공한다. 이 경우에, 물론, 교류 전압 주기에서 전력이 기기에 공급될 때, 개시로부터 기기의 속도를 측정할 필요가 없고 교류 기기에 대해 더 이상 아는 것도 적절하지 않다. 요구되는 모든 것은 사실상 안정 상태에서 기기의 실시간 동적 속도-시간 특성인 것을 유도하기 위해서 실시간에서 안정 상태에 도달 후 기기의 속도-시간 특성을 측정하는 것이다. 명목상으로 상수 속도는 모터 및 인가된 부하의 유용한 성능 척도로서의 역할을 하는 동적 리플 성분을 가지기 위해 발견된다. 구체적으로, 너무 많은 리플은 적당하게 기능하지 못하며 작동하는 모터를 지시하므로, 리플의 양은 작동 모터의 성능이 용인할 수 있는지 여부에 관한 판단 기준으로서 역할을 한다. 그러므로, 끊임없이 작동 조건 하에서 부하 모터의 안정 상태 성능을 모니터링 하거나 리플 성분의 크기와 사전 설정된 임계값과 비교함에 의해, 경고는 부하 모터 또는 그것으로부터 어떤 성분이 디자인 명세서에 접촉하지 않는 경우에 주어질 수 있다.

본 발명은 또한 양 시간 및 주파수 영역에서 속도-시간 및 토크-시간 특성을 유도하기 위해 안정 상태 조건 동안에 진동하는 토크 및 속도의 측정을 허용한다. 그런 경우에, 신중하게 안정 상태에 도달하는 시간을 늦추기 위해서, 회전축이 안정 상태 속도에 도달할 때까지 기다리는 것, 또는 양자 택일적으로 회전축에 고 관성 플라이휘일을 결합시키는 것 중의 어느 하나가 가능하다. 그런 경우에, 안정 상태 진동 토크 및 속도 현상은 가속동안 나타날 것이며, 이것들은 지금까지 제안된 테스트 베드(bed)에서 보다 많은 샘플링 점들이 좀더 이용 가능하다는 사실 때문에 식별될 수 있다. 동적 리플은 그렇지않으면 명백하지 않았을 것인 기기가 가진 결점을 돋보이게 한다는 사실이 발견되었다.

도 14는 고 관성 모멘트를 가지는 플라이휘일이 그 축에 결합될 때 모터의 속도-시간 특성을 도시한다. 모터 속도는 플라이휘일 없는 0.1초와 비교하여 대략0.35초 후에 휴지 속도에 도달하여 0으로부터 천천히 올라간다. 모터의 안정 상태 속도에서 조그만 변화로 묘사된 진동이 전상 상태 속도-시간 특성상에 첨가된다는 점을 명심해야할 것이다. 모터 속도가 빠르게 안정 상태 속도로 상승할 때 이들은 항상 존재하나 중요하지 않다.

도 15는 1,260 rpm의 속도에 중심을 둔 도 14에 도시된 모터의 속도-시간 특성의 줌(zooming) 효과를 도시하며, 안정 상태 모터 속도에서 주기적인 상승 및 하강을 좀더 명백히 보여준다. 이 곡선은 1,260 rpm의 속도에서 부하 모터의 안정 상태 성능을 분류하기 위한 척도로서의 역할을 한다.

도 16은 1,260 rpm의 속도 주위에 중심을 둔 도 15에 도시된 속도-시간 특성으로부터 유도된 속도 스펙트럼을 도시한다. 속도 스펙트럼이 기본적인 100Hz의 주파수를 지시하며, 이것은 교류 공급 주파수의 2배에 해당한다.

도 17은 시간에 광하여 도 14에 도시된 속도-시간 특성을 미분화하거나 플라이휘일 및 모터의 결합된 관성 모멘트를 곱함에 의해 유도된 토크-시간 특성을 도시한다. 이 도면은 도 14의 속도-시간 곡선에서 관찰된 바와 같이 토크에서의 유사한 진동을 보여준다.

도 18은 1,260 rpm의 속도에 중심을 둔 도 17에 도시된 모터의 토크-시간 특성의 줌(zooming) 효과를 도시하며, 안정 상태 모터 토크에서 주기적인 상승 및 하강을 좀더 명백히 보여준다. 도 14에서 보여진 바와 같이, 모터는 시간 t=0.3 초에서 1,260rpm의 속도에 도달한다. 도 18은 이로써 t=0.3초 주위에 집중된 모터의 토크-시간 특성 상에 줌인(zooming in)에 의해 유도된다. 이 곡선은 1,260 rpm의 속도에서 부하 모터의 안정 상태 성능을 분류하기 위한 척도로서의 역할을 한다.

도 19는 1,260 rpm의 속도 주위에 중심을 둔 도 18에 도시된 토크-시간 특성으로부터 유도된 토크 스펙트럼을 도시한다. 토크 스펙트럼이 기본적인 100Hz의 주파수를 지시하며, 이것은 교류 공급 주파수의 2배에 해당한다.

도 20은 거스트(gust) 문제를 표시하는 공조기에 대한 안정 상태 주파수 속도 스펙트럼 곡선을 도시하며, 이것은 큰 3Hz 성분으로서 그자체를 명백히 한다.

도 21은 조그만 3Hz 성분을 보여주는 양호한 공조기에 대한 안정 상태 주파수 속도 스펙트럼 곡선을 도시한다.

도 22는 반복적으로 셔터를 조정하거나 다른 셔터 위치에 대하여 팬의 속도-시간 특성을 유도하여 표시함에 의해 생산된 공조기를 위한 정규적인 안정 상태 속도-시간 특성을 도시한다. 이것은 팬의 속도에서 동요가 작다는 것을 보여주며 공조기의 고 품질 성능을 나타낸다.

도 23은 반복적으로 셔터를 조정하거나 다른 셔터 위치에 대하여 팬의 속도-시간 특성을 유도하여 표시함에 의해 생산된 결함 있는 공조기에 대한 속도-시간 특성을 도시한다. 이 경우에 팬의 속도에서 가파른 동요가 보여지며, 공조기의 저 품질 성능을 나타낸다.

도 24는 본 발명에 따라 유도되는 바와 같이, 회전축(41)의 속도 또는 토크 특성을 표시하기 위해 동적 토크 및 속도 분석기(40)를 기능적으로 보여주는 블록도이다. 동적 토크 및 속도 분석기(40)는 시간 간격 위에 및 사용자에 의해 양자모두에 선택된 초기 샘플링 시간으로부터 측정된 속도 또는 토크를 샘플링 하기 위한 샘플링 장치(42)를 포함한다. 표시 장치(43)는 샘플된 속도 및 /또는 토크 특성을 표시하기 위해 샘플링 장치(42)에 결합된다. 제어 패널(44)은 시간 또는 주파수에 관한 제1 x축 제어 및 토크 또는 속도에 관한 제2 수직 y축 제어를 허용한다. 전형적으로, x축은 수평이고, y축은 수직이다. 비록 이것이 편의상의 문제이나 원한다면 축들이 역으로 바뀔 수 있다. 제어 패널(44)은 샘플링 장치(42)의 샘플링 시간 간격이 사용자에 의해 조정될 수 있도록 하며, 이로써 더 큰 유연성을 제공한다. 왜냐하면 샘플링 시간 간격이 더 길면 길수록 더 많은 샘플이 얻어진다.

본 발명의 정신으로부터 출발함이 없이 바람직한 실시예에서 변경들이 만들어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서 바람직한 실시예가 특히 교류 PSC 유도 모터에 관해 설명되었지만, 본 발명은 다른 형태의 교류 및 직류 모터에 대한 용도에도 똑같이 잘 적용된다. 명백하게도 비록 주어진 형태의 기기의 특성이 제조자의 디자인 명세서로부터 수용할수 없는 출발의 양호한 지시자로서의 역할을 할수 있지만, 다른 형태 기기의 실제 속도-시간 및 속도-토크 특성은 다를 것이다.

비록 명백히 전기 모터는 대부분 설명된 바와 같이 테스트에 수정 가능하지만 모터는 본 발명의 특별한 이점으로부터 이득을 얻기 위해 전기에 의한 전력 공급이 이루어질 필요는 없다. 따라서, 예를 들면 종래 방법을 이용하여 놓쳐버릴 수 있는 유용한 정보를 제공하기 위해서 가솔린, 디젤 및 다른 연료 엔진 뿐만 아니라증기 동력 엔진의 동적 성능이 본 발명을 이용하여 유리하게 측정될 수 있다.

마찬가지로, 바람직한 실시에에서 회전하는 축 인코더(encoder)에 의해 발생된 연속적인 펄스의 시간 주기가 측정된다. 그러나, 본 발명이 전형적으로 종래 방법 상의 속도 및 토크 특성의 동적 효과 해결에 1000배의 향상을 제공한다는 사실을 보면, 예를들면 설령 단지 매번 제2 또는 제3 펄스의 주기가 측정되더라도, 상당한 향상이 여전히 성취될 수 있다는 것이 명백하다.

마지막으로, 본 발명이 회전 기기의 성능 테스트의 특별한 예를 가지고 설명되었지만, 이것이 지향하는 어떤 특정의 응용에 관계없이 회전각 측정의 더 좋은 해결책을 제공하게 된다는 점을 이해할 것이다.

이하 방법의 청구항에 있어서, 청구항 단계를 가리키기 위해 사용된 알파벳 문자는 단지 편의를 위해 제공되며 단계를 수행하는 어던 특별한 지시를 의미하지 않는다.

Claims

회전축(22)의 회전각을 측정하는 방법에 있어서,

(a) 임의의 쌍의 순차 논리 상태가 상기 회전축의 기지의 회전각에 대응하도록 상반되는 2진 논리 상태들을 연속적으로 발생시키는 디지털 회전 인코더(23)를 상기 회전축에 부착시키는 단계,

(b) 상기 회전축을 회전시키는 단계, 및

(c) 상기 회전축의 회전각 또는 그 함수를 도출하기 위하여 상기 디지털 회전 인코더에 의해 발생된 연속한 쌍의 논리 상태들 간의 누적 경과 기간을 측정하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전축의 회전각 측정 방법.
회전 기기(21) 또는 그 부품의 성능을 측정하는 방법에 있어서,

(a) 임의의 쌍의 순차 논리 상태가 상기 회전 기기의 기지의 회전각에 대응하도록 상반되는 2진 논리 상태들을 발생시키는 디지털 회전 인코더(23)에 상기 회전 기기(21)의 축(22)을 부착시키는 단계, 및

(b) 상기 회전 기기의 속력-시간 특성 또는 그 함수를 도출하기 위하여 상기 회전 기기의 회전 중에 상기 디지털 회전 인코더에 의해 발생된 연속한 쌍의 논리 상태들 간의 누적 경과 기간을 측정하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제2항에 있어서, 상기 회전 기기의 동적 성능을 테스트하기 위하여,

(a) 특정 시간에 상기 회전 기기에 전력이 인가되고, 그리고

(b) 상기 디지털 회전 인코더에 의해 발생된 연속한 논리 상태들의 각각의 기간이 상기 회전 기기로의 상기 전력 인가 시부터 상기 회전 기기가 원하는 속력에 도달할 때까지 측정되는

것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,

(d) 상기 회전 기기의 소정의 관성 모멘트와 상기 회전 기기의 상기 측정된 속력-시간 특성을 참조로 상기 회전 기기의 토크를 계산하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제2항에 있어서, 상기 회전 기기가 안정 상태 속력에 도달한 후에 상기 회전 기기의 동적 성능을 결정하기 위하여,

(d) 상기 회전 기기의 소정의 관성 모멘트로부터 쌍기 회전 기기의 동적 토크-속력 특성 - 이 특성은 리플 성분이 중첩된 일정한 정적 레벨을 가짐 -을 결정하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제3항에 있어서,

(e) 상기 속력-시간 특성의 과도 부분의 변동을 제거하는 단계, 및

(f) 상기 회전 기기의 관성 모멘트로부터 상기 회전 기기의 정적 토크-속력 특성을 결정하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제6항에 있어서, 전기 기기가 안정 상태 속력에 도달할 때까지 전기 기기의 가속 중에 과도 효과의 변동을 제거하기 위하여,

(a) 상기 전기 기기의 축을 잠그는 단계,

(b) 상기 전기 기기의 고정자 전류를 감시하는 단계, 및

(c) 상기 고정자 전류가 안정 상태값에 도달할 때에 상기 전기 기기의 축을 해제하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제6항에 있어서, 주 코일과 상기 주 코일과 병렬로 스위치될 수 있는 보조코일을 포함하는 고정자를 갖는 PSC형 a.c. 유도 모터의 가속 중에 과도 효과의 변동을 제거하기 위하여,

(a) a.c. 공급 전압 싸이클에서 기지의 각도에서 초기에 상기 주 코일만에 전류를 공급하는 단계,

(b) 상기 주 코일 내의 고정자 전류를 감시하는 단계, 및

(c) 상기 주 코일 내의 상기 고정자 전류가 상기 a.c. 공급 전압 싸이클에서 상기 기지의 각도에서 안정 상태값에 도달할 때에 회로에서 상기 보조 코일을 스위치하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제6항에 있어서, 상기 회전 기기가 안정 상태 속력에 도달할 때까지 상기 회전 기기의 가속 중에 과도 효과의 변동을 제거하기 위하여,

(a) 상기 축을 정규 회전 방향과 반대의 방향으로 회전시키는 단계,

(b) 상기 회전 기기가 방향을 변화시키는 시간 동안에 상기 속력-시간 특성의 샘플링을 개시하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제6항에 있어서,

(a) 상기 정적 속력-시간 특성의 시간 도함수를 계산하는 단계,

(b) 상기 (a) 단계에서 얻어진 시간 도함수에 상기 회전 기기의 총 관성 모멘트와 총 외부 부하를 곱하여, 부하가 걸린 상기 회전 기기의 속력-토크 특성을 도출하는 단계, 및

(c) 상기 단계 (b)에서 도출된 회전 기기의 상기 속력-토크 특성으로부터 상기 회전 기기의 상기 정적 속력-토크 특성을 감산하여 상기 부하의 토크-속력 특성을 도출하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제6항에 있어서,

(a) 상기 정적 속력-시간 특성의 시간 도함수를 계산하는 단계,

(b) 상기 (a) 단계에서 얻어진 시간 도함수에 상기 회전 기기의 총 관성 모멘트와 총 외부 부하를 곱하여, 부하가 걸린 상기 회전 기기의 속력-토크 특성을 도출하는 단계, 및

(c) 상기 부하가 걸린 회전 기기의 GO-NOGO를 상기 속력-토크 특성의 함수로서 수행하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제3항에 있어서, 상기 회전 기기는 회전자와 사전 측정된 고정자를 구비한 전기 모터이고, 상기 단계 (a) 내지 (c)는 여러 가지 서로 다른 회전자에 대해서 반복되어 상기 회전자의 상대적 성능 특성을 테스트하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제3항 또는 제6항에 있어서, 상기 회전 기기는 회전자와 사전 측정된 고정자를 구비한 전기 모터이고, 상기 단계 (a) 및 (b)는 여러 가지 서로 다른 회전자에 대해서 반복되어 상기 회전자의 상대적 성능 특성을 테스트하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제3항에 있어서, 상기 회전 기기는 고정자와 사전 측정된 회전자를 구비한 전기 모터이고, 상기 단계 (a) 내지 (c)는 여러 가지 서로 다른 고정자에 대해서 반복되어 상기 고정자의 상대적 성능 특성을 테스트하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제3항 또는 제6항에 있어서, 상기 회전 기기는 고정자와 사전 측정된 회전자를 구비한 전기 모터이고, 상기 단계 (a) 및 (b)는 여러 가지 서로 다른 고정자에 대해서 반복되어 상기 고정자의 상대적 성능 특성을 테스트하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제3항에 있어서,

(c) 상기 회전 기기의 축에 관성 모멘트가 알려져 있는 관성 부하(14)를 부가하는 단계,

(d) 상기 관성 부하를 가진 회전 기기와 관성 부하를 갖지 않는 회전 기기의 각각의 속력 특성을 도출하는 단계, 및

(e) 상기 단계 (d)에서 도출된 상기 각각의 속력 특성을 처리하여 상기 회전 기기의 회전자의 관성 모멘트를 결정하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,

(f) 안정 상태 성능을 얻기 전에 상기 회전 기기의 동적 속력-시간 특성으로부터 상기 회전 기기의 가변 토크를 결정하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제5항 또는 제17항에 있어서, 속력 또는 토크의 변화가 기기 잡음의 척도로서 이용되는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제5항 또는 제17항에 있어서, 속력 또는 토크의 변화가 기기 불균형의 척도로서 이용되는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제3항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

(g) 상기 회전 기기의 속력-시간 특성을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제20항에 있어서, 상기 회전 기기가 안정 상태 속력에 도달할 때까지 상기 회전 기기의 가속 중에 과도 효과의 변동을 제거하기 위하여,

(h) 상기 주파수 스펙트럼을 필터링하여 고주파 성분을 제거하는 단계, 및

(i) 고주파 성분이 제거된 스펙트럼을 다시 시간 영역으로 변환하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제4항, 제5항, 제10항, 제11항, 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

(g) 상기 회전 기기의 상기 토크-시간 특성과 상기 속력-시간 특성을 푸리에 변환하여 토크 주파수 스펙트럼과 속력 주파수 스펙트럼을 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 기기의 안정 상태 속력에서 발진 속력 특성을 도출하는 단계를 포함하고,

(e) 상기 회전 기기를 안정 상태 속력에 도달시키는 단계, 및

(f) 상기 발진 속력 특성을 중첩시킨 안정 상태 속력 곡선을 도출하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 회전 기기의 안정 상태 속력으로의 상승 중에 발진 속력 특성을 도출하는 단계를 포함하고,

(g) 고관성 플라이휘일을 상기 회전축에 결합시켜 안정 상태에 도달하는 시간을 늦추는 단계,

(h) 안정 상태 성능을 얻은 다음에 상기 회전 기기의 안정 상태 속력-시간 특성을 도출하는 단계, 및

(i) 상기 회전 기기의 원하는 속력 범위에서 줌 인(zoom in)하여 상기 발진 속력 특성을 중첩시킨 속력-시간 특성을 제한된 시간 프레임에 대해서 도출하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제23항에 있어서, 상기 회전 기기의 안정 상태 속력에서 발진 토크 특성을 도출하기 위하여,

(g) 상기 속력-시간 곡선을 시간에 대해 미분하고, 이것에 상기 회전 기기의 관성 모멘트를 곱하여 가변 토크를 시간 함수로서 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제24항에 있어서, 상기 회전 기기의 안정 상태 속력에서 발진 토크 특성을 도출하기 위하여,

(h) 상기 속력-시간 곡선을 시간에 대해 미분하고, 이것에 상기 회전 기기의 관성 모멘트를 곱하여 가변 토크를 시간 함수로서 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제23항 또는 제24항에 있어서,

(j) 상기 회전 기기의 토크-시간 또는 속력-시간 특성을 푸리에 변환하여 주파수 토크 스펙트럼 또는 주파수 속력 스펙트럼을 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제25항 또는 제26항에 있어서,

(k) 상기 회전 기기의 토크-시간 또는 속력-시간 특성을 푸리에 변환하여 주파수 토크 스펙트럼 또는 주파수 속력 스펙트럼을 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제3항에 있어서, 회전 기기 또는 그 부품의 안정 상태 성능을 실시간으로 테스트하기 위하여,

(a) 상기 축은 원하는 기간 동안 상기 디지털 회전 인코더에 결합되어 있고,

(b) 상기 회전 기기의 회전 중에 상기 디지털 회전 인코더에 의해 발생된 상기 각각의 펄스 기간은 상기 원하는 기간 중에 실시간으로 일정하게 측정되는

것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제29항에 있어서,

(a) 상기 기간은 짧도록 선택되어 허용될 수 있는 설계 조건에서 동작할 때에 상기 회전 기기의 초기 성능 특성을 얻는 단계, 및

(b) 상기 회전 기기의 실제 동작 중에 상기 기간은 무한정으로 선택되어 허용될 수 있는 설계 조건으로부터 벗어난 것을 검출하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 공조기의 동작 특성을 테스트하기 위하여, 상기 회전 기기는 상기 공조기의 팬과 결합된 모터이고,

(a) 상기 팬을 안정 상태 속력에 도달시키는 단계,

(b) 상기 팬의 속력-시간 특성을 도출하는 단계, 및

(c) 상기 회전 기기의 토크-시간 또는 속력-시간 특성을 푸리에 변환하여 주파수 토크 스펙트럼 또는 주파수 속력 스펙트럼을 도출하는 단계

를 포함하고,

고진폭을 갖는 상기 팬의 속력 또는 토크에서의 저성능을 나타내는 고조파가 부각되는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 공기 흐름의 방향을 조정하기 위한 조정가능한 셔터를 구비한 공조기의 동작 특성을 테스트하기 위하여, 상기 회전 기기는 상기 공조기의 팬이고,

(a) 상기 팬을 안정 상태 속력에 도달시키는 단계, 및

(b) 상기 셔터를 반복적으로 조정하고, 여러 가지 셔터 위치에 대해 상기 팬의 속력-시간 특성을 도출하여 표시하는 단계

를 포함하고,

저성능을 나타내는 상기 팬의 속력의 가파른 변동이 부각되는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 방법.
선행 항 중 어느 한 항에 따라 도출된 회전축의 속력 또는 토크 특성을 표시하기 위한 방법에 있어서,

(a) 기지의 초기 샘플링 시간으로부터 규칙적인 기간에서 측정된 속력 또는 토크를 샘플링하는 단계,

(b) 측정된 속력 또는 토크 샘플 대 시간 또는 주파수를 표시하는 단계,

(c) 시간 또는 주파수에 대해 제1 x-축 척도를 제어하는 단계, 및

(d) 토크 또는 속력에 대해 제2 직교 y-축 척도를 제어하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전축의 속력 또는 토크 특성 표시 방법.
회전축(22)의 회전각을 측정하는 장치(20)에 있어서,

(a) 임의의 쌍의 순차 논리 상태가 상기 회전축의 기지의 회전각에 대응하도록 상반되는 2진 논리 상태들을 연속적으로 발생시키는 디지털 회전 인코더(23)를 상기 회전축에 부착시키는 커플링 장치, 및

(b) 상기 회전축의 회전각 또는 그 함수를 도출하기 위하여 상기 디지털 회전 인코더에 의해 발생된 연속한 상반 2진 논리 상태들의 각각의 기간을 측정하여 축적하는 타이머(31, 32)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전축의 회전각 측정 장치.
회전 기기(21) 또는 그 부품의 성능을 테스트하는 장치(20)에 있어서,

(a) 임의의 쌍의 순차 논리 상태가 상기 회전 기기의 기지의 회전각에 대응하도록 상기 기지의 회전각에 대해 상반되는 2진 논리 상태들을 발생시키는 디지털 회전 인코더(23)에 상기 회전 기기의 축을 부착시키는 커플링 장치,

(b) 특정 시간에 상기 회전 기기에 전력을 공급하는 전원 장치(28),

(c) 상기 회전 기기로의 전력 인가 시부터 상기 회전 기기가 원하는 속력에 도달할 때까지 상기 디지털 회전 인코더에 의해 발생된 연속한 상반되는 2진 논리 상태들의 각각의 기간을 측정하는 타이머(31, 32), 및

(d) 상기 타이머에 결합되어, 상기 회전 기기의 동적 속력 특성을 도출하기 위하여 상기 디지털 회전 인코더에 의해 발생된 상기 연속한 상반되는 2진 논리 상태들의 각각의 기간을 축적하고, 후속 처리를 위해 메모리에 저장하기 위한 컴퓨터(25)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.
제35항에 있어서, 상기 컴퓨터에 결합되어, 처리 후에 상기 회전 기기의 동적 속력 특성 또는 그 함수를 그래픽으로 표시하기 위한 표시 장치(27)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.
제35항 또는 제36항에 있어서, 상기 회전 기기의 정적 속력 특성을 도출하기 위하여 과도 효과를 제거하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.
제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타이머는,

기지의 주파수의 고주파 클럭 펄스를 출력에서 발생하기 위한 발진기(31), 및

상기 발진기의 출력에 결합되어 클럭 입력(CLK)을 갖는 제1 및 제2 카운터(32, 33) - 각각의 카운터는, 상기 축 인코더(23)에 결합되어 상기 인코더의 순차 논리 상태 중에 연속한 인코더 펄스를 수신하고 상기 컴퓨터에 결합되어 상기 축 인코더의 각각의 논리 상태를 상기 컴퓨터에 공급하기 위한 인에이블 입력(ENABLE)과, 상기 컴퓨터에 결합되어 상기 제1 및 제2 카운터가 리셋될 수 있게 하는 리셋 단자(RST)를 구비함 -

를 포함하며,

상기 카운터 각각은 상기 인코더의 각각의 논리 상태 중에 연속한 인코더 펄스들 간의 클럭 펄스 수를 카운트하고, 상기 컴퓨터는 각각의 연속한 논리 상태 중의 각 논리 상태 중의 상기 클럭 펄스 수에 클럭 주파수를 곱하여 상기 인코더의 연속한 논리 상태 중의 각각의 기간을 축적하는

것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.
제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 회전축의 속력 또는 토크 특성을 표시하기 위하여,

기지의 초기 샘플링 시간으로부터 규칙적 기간에서 측정된 속력 또는 토크를 샘플링하기 위한 샘플링부(41),

샘플링된 속력 및/또는 토크 특성을 표시하기 위한 디스플레이(42), 및

시간 또는 주파수에 대해서는 제1 x-축 척도의 제어를 가능하게 하고, 토크 또는 속력에 대해서는 제2 직교 y-축 척도의 제어를 가능하게 하기 위한 제어 패널(43)

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.
제39항에 있어서, 상기 제어는 상기 기간 조정 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.
제39항에 있어서, 상기 제어는 초기 샘플링 시간 조정 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.
무부하 회전 기기(21)의 동적 테스트 방법에 있어서,

(a) 상기 회전 기기의 동적 속력-시간 특성을 도출하는 단계, 및

(b) 상기 회전 기기의 성능 특성을 도출하기 위하여 상기 회전 기기의 동적 속력-시간 특성을 분석하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제42항에 있어서, 상기 단계 (a)는 정지 상태에서부터 안정 상태 속력까지 무부하 조건 하에서 상기 회전 기기(21)를 가속시키면서 수행되는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제42항에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 회전 기기(21)가 안정 상태 속력에 도달한 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제43항 또는 제44항에 있어서,

(c) 상기 회전 기기의 소정의 관성 모멘트와 상기 회전 기기의 상기 측정된 속력-시간 특성을 참조로 상기 회전 기기의 토크를 계산하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제44항에 있어서, 상기 회전 기기가 안정 상태 속력에 도달한 후에 상기 회전 기기의 동적 성능을 결정하기 위하여,

(c) 상기 회전 기기의 소정의 관성 모멘트로부터 쌍기 회전 기기의 동적 토크-속력 특성 - 이 특성은 리플 성분이 중첩된 일정한 정적 레벨을 가짐 -을 결정하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제43항에 있어서,

(c) 상기 속력-시간 특성의 과도 부분의 변동을 제거하는 단계, 및

(d) 상기 회전 기기의 관성 모멘트로부터 상기 회전 기기의 정적 토크-속력 특성을 결정하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제47항에 있어서, 전기 기기가 안정 상태 속력에 도달할 때까지 전기 기기의 가속 중에 과도 효과의 변동을 제거하기 위하여,

(e) 상기 전기 기기의 축을 잠그는 단계,

(f) 상기 전기 기기의 고정자 전류를 감시하는 단계, 및

(g) 상기 고정자 전류가 안정 상태값에 도달할 때에 상기 전기 기기의 축을 해제하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제47항에 있어서, 주 코일과 상기 주 코일과 병렬로 스위치될 수 있는 보조 코일을 포함하는 고정자를 갖는 PSC형 a.c. 유도 모터의 가속 중에 과도 효과의 변동을 제거하기 위하여,

(e) a.c. 공급 전압 싸이클에서 기지의 각도에서 초기에 상기 주 코일만에 전류를 공급하는 단계,

(f) 상기 주 코일 내의 고정자 전류를 감시하는 단계, 및

(g) 상기 주 코일 내의 상기 고정자 전류가 상기 a.c. 공급 전압 싸이클에서 상기 기지의 각도에서 안정 상태값에 도달할 때에 회로에서 상기 보조 코일을 스위치하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제47항에 있어서, 상기 회전 기기가 안정 상태 속력에 도달할 때까지 상기 회전 기기의 가속 중에 과도 효과의 변동을 제거하기 위하여,

(e) 상기 축을 정규 회전 방향과 반대의 방향으로 회전시키는 단계,

(f) 상기 회전 기기가 방향을 변화시키는 시간 동안에 상기 속력-시간 특성의 샘플링을 개시하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제47항에 있어서,

(e) 상기 정적 속력-시간 특성의 시간 도함수를 계산하는 단계,

(f) 상기 (e) 단계에서 얻어진 시간 도함수에 상기 회전 기기의 총 관성 모멘트와 총 외부 부하를 곱하여, 부하가 걸린 상기 회전 기기의 속력-토크 특성을 도출하는 단계, 및

(g) 상기 단계 (f)에서 도출된 회전 기기의 상기 속력-토크 특성으로부터 상기 회전 기기의 상기 정적 속력-토크 특성을 감산하여 상기 부하의 토크-속력 특성을 도출하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제47항에 있어서,

(e) 상기 정적 속력-시간 특성의 시간 도함수를 계산하는 단계,

(f) 상기 (e) 단계에서 얻어진 시간 도함수에 상기 회전 기기의 총 관성 모멘트와 총 외부 부하를 곱하여, 부하가 걸린 상기 회전 기기의 속력-토크 특성을 도출하는 단계, 및

(g) 상기 부하가 걸린 회전 기기의 GO-NOGO를 상기 속력-토크 특성의 함수로서 수행하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제43항에 있어서, 상기 회전 기기는 회전자와 사전 측정된 고정자를 구비한 전기 모터이고, 상기 단계 (e) 내지 (g)는 여러 가지 서로 다른 회전자에 대해서 반복되어 상기 회전자의 상대적 성능 특성을 테스트하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제43항 또는 제47항에 있어서, 상기 회전 기기는 회전자와 사전 측정된 고정자를 구비한 전기 모터이고, 상기 단계 (e) 및 (f)는 여러 가지 서로 다른 회전자에 대해서 반복되어 상기 회전자의 상대적 성능 특성을 테스트하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제43항에 있어서, 상기 회전 기기는 고정자와 사전 측정된 회전자를 구비한 전기 모터이고, 상기 단계 (e) 내지 (f)는 여러 가지 서로 다른 고정자에 대해서 반복되어 상기 고정자의 상대적 성능 특성을 테스트하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제43항 또는 제47항에 있어서, 상기 회전 기기는 고정자와 사전 측정된 회전자를 구비한 전기 모터이고, 상기 단계 (e) 및 (f)는 여러 가지 서로 다른 고정자에 대해서 반복되어 상기 고정자의 상대적 성능 특성을 테스트하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제43항에 있어서,

(j) 상기 회전 기기의 축에 관성 모멘트가 알려져 있는 관성 부하(14)를 부가하는 단계,

(k) 상기 관성 부하를 가진 회전 기기와 관성 부하를 갖지 않는 회전 기기의 각각의 속력 특성을 도출하는 단계, 및

(l) 상기 단계 (d)에서 도출된 상기 각각의 속력 특성을 처리하여 상기 회전 기기의 회전자의 관성 모멘트를 결정하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제43항 또는 제44항에 있어서,

(m) 안정 상태 성능을 얻기 전에 상기 회전 기기의 동적 속력-시간 특성으로부터 상기 회전 기기의 가변 토크를 결정하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제46항 또는 제58항에 있어서, 속력 또는 토크의 변화가 기기 잡음의 척도로서 이용되는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제46항 또는 제58항에 있어서, 속력 또는 토크의 변화가 기기 불균형의 척도로서 이용되는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제43항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,

(n) 상기 회전 기기의 속력-시간 특성을 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼을 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제61항에 있어서, 상기 회전 기기가 안정 상태 속력에 도달할 때까지 상기 회전 기기의 가속 중에 과도 효과의 변동을 제거하기 위하여,

(o) 상기 주파수 스펙트럼을 필터링하여 고주파 성분을 제거하는 단계, 및

(p) 고주파 성분이 제거된 스펙트럼을 다시 시간 영역으로 변환하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제45항, 제46항, 제51항, 제52항, 및 제58항 중 어느 한 항에 있어서,

(h) 상기 회전 기기의 상기 토크-시간 특성과 상기 속력-시간 특성을 푸리에 변환하여 토크 주파수 스펙트럼과 속력 주파수 스펙트럼을 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제42항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회전 기기의 안정 상태 속력에서 발진 속력 특성을 도출하는 단계를 포함하고,

(j) 상기 회전 기기를 안정 상태 속력에 도달시키는 단계, 및

(k) 상기 발진 속력 특성을 중첩시킨 안정 상태 속력 곡선을 도출하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제43항 또는 제44항에 있어서, 상기 회전 기기의 안정 상태 속력으로의 상승 중에 발진 속력 특성을 도출하는 단계를 포함하고,

(l) 고관성 플라이휘일을 상기 회전축에 결합시켜 안정 상태에 도달하는 시간을 늦추는 단계,

(m) 안정 상태 성능을 얻은 다음에 상기 회전 기기의 안정 상태 속력-시간 특성을 도출하는 단계, 및

(n) 상기 회전 기기의 원하는 속력 범위에서 줌 인(zoom in)하여 상기 발진 속력 특성을 중첩시킨 속력-시간 특성을 제한된 시간 프레임에 대해서 도출하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제64항에 있어서, 상기 회전 기기의 안정 상태 속력에서 발진 토크 특성을 도출하기 위하여,

(i) 상기 속력-시간 곡선을 시간에 대해 미분하고, 이것에 상기 회전 기기의 관성 모멘트를 곱하여 가변 토크를 시간 함수로서 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제65항에 있어서, 상기 회전 기기의 안정 상태 속력에서 발진 토크 특성을 도출하기 위하여,

(j) 상기 속력-시간 곡선을 시간에 대해 미분하고, 이것에 상기 회전 기기의 관성 모멘트를 곱하여 가변 토크를 시간 함수로서 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제64항 또는 제65항에 있어서,

(l) 상기 회전 기기의 토크-시간 또는 속력-시간 특성을 푸리에 변환하여 주파수 토크 스펙트럼 또는 주파수 속력 스펙트럼을 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제66항 또는 제67항에 있어서,

(m) 상기 회전 기기의 토크-시간 또는 속력-시간 특성을 푸리에 변환하여 주파수 토크 스펙트럼 또는 주파수 속력 스펙트럼을 도출하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제43항에 있어서, 회전 기기 또는 그 부품의 안정 상태 성능을 실시간으로 테스트하기 위하여,

(e) 상기 축은 원하는 기간 동안 상기 디지털 회전 인코더에 결합되어 있고,

(f) 상기 회전 기기의 회전 중에 상기 디지털 회전 인코더에 의해 발생된 상기 각각의 펄스 기간은 상기 원하는 기간 중에 실시간으로 일정하게 측정되는

것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제70항에 있어서,

(e) 상기 기간은 짧도록 선택되어 허용될 수 있는 설계 조건에서 동작할 때에 상기 회전 기기의 초기 성능 특성을 얻는 단계, 및

(f) 상기 회전 기기의 실제 동작 중에 상기 기간은 무한정으로 선택되어 허용될 수 있는 설계 조건으로부터 벗어난 것을 검출하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제42항 또는 제43항에 있어서, 공조기의 동작 특성을 테스트하기 위하여, 상기 회전 기기는 상기 공조기의 팬과 결합된 모터이고,

(e) 상기 팬을 안정 상태 속력에 도달시키는 단계,

(f) 상기 팬의 속력-시간 특성을 도출하는 단계, 및

(g) 상기 회전 기기의 토크-시간 또는 속력-시간 특성을 푸리에 변환하여 주파수 토크 스펙트럼 또는 주파수 속력 스펙트럼을 도출하는 단계

를 포함하고,

고진폭을 갖는 상기 팬의 속력 또는 토크에서의 저성능을 나타내는 고조파가 부각되는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제42항 또는 제43항에 있어서, 공기 흐름의 방향을 조정하기 위한 조정가능한 셔터를 구비한 공조기의 동작 특성을 테스트하기 위하여, 상기 회전 기기는 상기 공조기의 팬이고,

(e) 상기 팬을 안정 상태 속력에 도달시키는 단계, 및

(f) 상기 셔터를 반복적으로 조정하고, 여러 가지 셔터 위치에 대해 상기 팬의 속력-시간 특성을 도출하여 표시하는 단계

를 포함하고,

저성능을 나타내는 상기 팬의 속력의 가파른 변동이 부각되는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기의 동적 테스트 방법.
제42항 내지 제73항 중 어느 한 항에 따라 도출된 회전축의 속력 또는 토크 특성을 표시하기 위한 방법에 있어서,

(e) 기지의 초기 샘플링 시간으로부터 규칙적인 기간에서 측정된 속력 또는 토크를 샘플링하는 단계,

(f) 측정된 속력 또는 토크 샘플 대 시간 또는 주파수를 표시하는 단계,

(g) 시간 또는 주파수에 대해 제1 x-축 척도를 제어하는 단계, 및

(h) 토크 또는 속력에 대해 제2 직교 y-축 척도를 제어하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전축의 속력 또는 토크 특성 표시 방법.
무부하 회전 기기(21) 또는 그 부품의 성능을 테스트하는 장치(20)에 있어서,

(a) 상기 회전 기기의 회전각을 정확하게 측정하기 위해 디지털 회전 인코더(23)에 상기 회전 기기의 축(22)을 부착시키는 커플링 장치,

(b) 특정 시간에 상기 회전 기기에 전력을 공급하는 전원 장치(28), 및

(c) 상기 디지털 회전 인코더에 결합되어, 상기 회전 기기의 성능 특성을 도출하기 위하여 상기 회전 기기의 동적 속력 특성을 도출하고 상기 회전 기기의 동적 속력-시간 특성을 분석하기 위한 컴퓨터(25)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.
제75항에 있어서, 상기 컴퓨터에 결합되어, 처리 후에 상기 회전 기기의 동적 속력 특성 또는 그 함수를 그래픽으로 표시하기 위한 표시 장치(27)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.
제75항 또는 제76항에 있어서, 상기 회전 기기의 정적 속력 특성을 도출하기 위하여 과도 효과를 제거하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.
제75항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서, 회전축의 속력 또는 토크 특성을 표시하기 위하여,

기지의 초기 샘플링 시간으로부터 규칙적 기간에서 측정된 속력 또는 토크를 샘플링하기 위한 샘플링부(41),

샘플링된 속력 및/또는 토크 특성을 표시하기 위한 디스플레이(42), 및

시간 또는 주파수에 대해서는 제1 x-축 척도의 제어를 가능하게 하고, 토크 또는 속력에 대해서는 제2 직교 y-축 척도의 제어를 가능하게 하기 위한 제어 패널(43)

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치(40).
제78항에 있어서, 상기 제어는 상기 기간 조정 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.
제78항에 있어서, 상기 제어는 초기 샘플링 시간 조정 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 무부하 회전 기기 또는 그 부품의 성능 테스트 장치.