德國薩爾蘭大學(Saarland University)的工程師正著手開發一種不需要外加感測器的智慧馬達系統。該系統可在馬達運轉的同時收集資料,並且計算參數——在其他的系統中,這部份的任務通常必須由增加更多的感測器進行測量。

由薩爾蘭大學教授Matthias Nienhaus帶領的研究團隊藉由將馬達本身打造成感測器的方法,創造出一款智慧馬達系統,不僅能分辨系統是否仍穩定運轉,還能與其他馬達通訊與互動,並能有效地加以控制。

研究人員們除了讓驅動器學會如何利用資料,目前還與該計劃夥伴共同研究與測試多種不同的步驟方法。終極目標在於使製造過程更具成本效益也更靈活,從而實現連續監控機械與設備是否出現故障或磨損的跡象。

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由薩爾蘭大學教授Matthias Nienhaus指導的研究團隊正致力於開發一種新的自動監控馬達,完全不需使用感測器

「我們目前正開發一種重要的新型感測器:即馬達本身,」Nienhaus說。「這種新方法的優點是工程師只需收集從馬達正常運轉而來的資料。因為不需要安裝任何額外的感測器,使得我們所採用的途徑十分具有成本效益。目前我們正著眼於更講究的方式——不僅能從馬達擷取資料,還能用這些資料進行馬達控制以及監測與管理程序。我們也正致力於與計劃夥伴合作,共同改善微型馬達的設計與建構,使其得以產生最大量的運轉資訊。」

就像醫生使用血液檢測資料即可作出如何改善患者健康的結論,Nienhaus與其研究團隊使用馬達資料來確定驅動系統的健康狀況。「我們檢查所測量的資料與馬達特定狀態的關係,以及當馬達未如預期運轉時特定的測試量如何變化,」Nienhaus說。

對於研究團隊來說,從馬達正常運轉時收集的資料極具價值;所擁有的馬達資料越多,就能更有效率地控制馬達。工程師分析大量的馬達資料,目的在於找出一些訊號模式,可用於推斷馬達當前狀況的資訊,或標示出由於磨損或故障所導致的變化。研究團隊正開發數學模型,以模擬各種馬達狀態、故障情況以及磨損程度。

研究結果會被饋送至該系統的大腦——即微控制器(MCU),進行資料的處理。如果出現某種訊號變化,該MCU就能即時找到潛在的故障或錯誤,並相應地加以反應。這款「有感知能力」的馬達可透過網路作業系統連接在一起,形成一套整合的複合式系統,從而為維修、品質保證和生產領域開啟更多機會。此外,開發人員還可以發揮創意,設計出一款當其中一個馬達故障,其他馬達隨時自動接管控制的系統。

為了收集從馬達而來的資料,Nienhaus與其研究團隊仔細地監測馬達附近磁場強度的精確分佈。當電流流過位於自旋永磁外環內的線圈時,即產生電磁場。研究人員記錄磁場如何隨馬達旋轉而變化。接著,這些資料可被用於運算該轉子的位置,並推論出馬達的狀態,讓馬達能夠更有效地被控制,更可靠地偵測出錯誤狀態。

Nienhaus目前正測試各種不同的方法,以確定最適於從馬達擷取資料的方式。該研究結果是「模組化感測系統實現即時流程控制與智慧狀態分析」(MoSeS-Pro)計劃的一部份,合作夥伴包括Bosch、Festo、Sensitec、Pollmeier、CANWAY與Lenord, Bauer & Co.等公司。該研究團隊正致力於確認在哪些馬達轉速範圍內可產生最佳的資料,以及哪一種馬達最適合這種類型的應用。MoSe-Pro計劃是由德國聯邦科技教育部(Federal Ministry of Education and Research;BMBF)贊助。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Networked self-analyzing electric motors offer continuous monitoring solution,by Paul Buckly)