專利名稱：跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)及其運作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與運動器材有關(guān)，特別是指一種應(yīng)用于跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)及其運作方法。
背景技術(shù)：
電動跑步機(jī)的性能與馬達(dá)的驅(qū)動能力息息相關(guān)，無論所設(shè)定速度是快或是慢，馬達(dá)都必須具有能夠驅(qū)動跑帶并使其穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的能力。詳而言之，當(dāng)使用者在跑步機(jī)上運動時，跑步機(jī)承受使用者體重倍數(shù)的負(fù)載，而且該負(fù)載會呈現(xiàn)波動變化，馬達(dá)必須具有在此環(huán)境下能夠提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動力以滿足使用者所設(shè)定的速度，讓使用者能夠隨心所欲地在跑步機(jī)上走跑自如。如果馬達(dá)性能不佳，例如驅(qū)動力不足或輸出不均勻，使用者在運動時便會感覺到跑步機(jī)反應(yīng)慢或有頓挫感，此外，當(dāng)體重較重的使用者在劇烈運動時，也有可能產(chǎn)生上述不良現(xiàn)象，因此，跑步機(jī)制造者在設(shè)計馬達(dá)時，除了確保馬達(dá)具有足夠的輸出，大多會設(shè)想一額外功能，即在特定時間內(nèi)允許馬達(dá)輸出大于安全驅(qū)動力的峰值驅(qū)動力，以維持運轉(zhuǎn)順暢，不過，要是沒有設(shè)計適當(dāng)?shù)呐涮状胧?，使用時間一長，馬達(dá)就容易發(fā)生故障。有鑒于此，具有保護(hù)功能的電動跑步機(jī)控制系統(tǒng)對于馬達(dá)而言是必不可少的，常見的保護(hù)功能是指過載保護(hù)，一般來說，過載保護(hù)功能涵蓋相當(dāng)普遍的“過電流保護(hù)”技術(shù)，是防止控制系統(tǒng)燒壞或馬達(dá)過熱毀損的必備防護(hù)機(jī)制，而在電動跑步機(jī)領(lǐng)域，過電流保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容大體而言是“單過流保護(hù)”，若跑步機(jī)遭受突如其來的大負(fù)載，使得跑帶運轉(zhuǎn)速度低于原先的運轉(zhuǎn)速度，當(dāng)跑步機(jī)的控制系統(tǒng)偵測到跑帶速度低于使用者所設(shè)定的速度時，便會開始增加馬達(dá)的驅(qū)動力，提供馬達(dá)較大的驅(qū)動電源電流，而此時馬達(dá)的負(fù)載電流可能會超過控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)的安全負(fù)載值，防護(hù)機(jī)制便會啟動，開始管控流入馬達(dá)的驅(qū)動電源電流，一方面，控制系統(tǒng)會將輸入馬達(dá)的電流峰值設(shè)定在一高于安全負(fù)載值的限制值，例如120%安全負(fù)載值，以應(yīng)付大負(fù)載,但是控制系統(tǒng)也會將電流最大值限制在120%的安全負(fù)載值，也就是控制系統(tǒng)最大只能給馬達(dá)供給120%安全負(fù)載值的電流(如以公知的PWM(脈沖寬度調(diào)變)技術(shù)進(jìn)行限制)，另一方面，控制系統(tǒng)允許馬達(dá)以高于安全負(fù)載值的狀態(tài)(即過流狀態(tài))運轉(zhuǎn)一特定時間，例如5秒鐘，當(dāng)5秒過后電流未下降到安全負(fù)載值以下，便切斷對馬達(dá)的供電，以此保護(hù)馬達(dá)不受毀損。而所謂單過流保護(hù)便是指此種保護(hù)機(jī)制具有單一峰值限制，如上述例子的電流峰值限制在120%安全負(fù)載值。為了進(jìn)一步說明使用者在一配備有習(xí)知單過流保護(hù)機(jī)制的跑步機(jī)上運動時馬達(dá)的驅(qū)動電源電流變化狀況，請參閱圖6及圖7，圖6揭示了使用者運動時馬達(dá)的驅(qū)動電源電流的長時間變化狀況，其中，驅(qū)動電源電流的變化與馬達(dá)負(fù)載電流相關(guān)，負(fù)載電流升高時驅(qū)動電源電流也會升高，而驅(qū)動電源電流會呈現(xiàn)如圖中所示的狀態(tài)的原因在于跑步機(jī)使用者的運動型態(tài)無法持續(xù)且長時間的施加一固定負(fù)載給馬達(dá)，即便使用者突然重踩跑步機(jī)，其所施加的大負(fù)載持續(xù)時間也相當(dāng)短暫，所以設(shè)計者在設(shè)計馬達(dá)控制以及過流保護(hù)時，需將此特殊的負(fù)載特性考慮在內(nèi)。而圖7為一對應(yīng)于圖6中B處的放大圖，此外，圖7中的橫坐標(biāo)處有一作用時間t4，此為本例習(xí)知單過流保護(hù)的作用時間。
如圖6所示，圖中縱坐標(biāo)處有一安全負(fù)載值P1，所述安全負(fù)載值Pl是指設(shè)計者依其需求(例如使用壽命、出力大小等等)定義馬達(dá)的負(fù)載電流超過一特定數(shù)值即屬于自定義的過流狀態(tài)，此特定數(shù)值即是安全負(fù)載值P1，而負(fù)載電流與驅(qū)動電源電流正相關(guān)，當(dāng)負(fù)載電流升高到超過安全負(fù)載值Pi時，所接收的驅(qū)動電源電流值也會超過安全負(fù)載值P1，進(jìn)一步而言，定義安全負(fù)載值的目的之一在于設(shè)定何時啟動過流保護(hù)機(jī)制，而安全負(fù)載值Pi為一可自由定義的數(shù)值，此領(lǐng)域的技術(shù)人士可依實際需求自由設(shè)定馬達(dá)安全負(fù)載值Pi的高低，例如，可將安全負(fù)載值Pl設(shè)定在該馬達(dá)的額定電流值。此外，縱坐標(biāo)處還有一高于安全負(fù)載值Pl的限制值D1，其目的在于設(shè)定當(dāng)過流保護(hù)啟動時馬達(dá)所能獲得的驅(qū)動電源電流必須被限制在一數(shù)值，且為適應(yīng)大負(fù)載，此數(shù)值通常會高于安全負(fù)載值Pi，例如上述例子中的電流峰值限制在120%安全負(fù)載值。當(dāng)使用者開始運動，負(fù)載變化隨著時間進(jìn)行到圖6中A處時，此時負(fù)載小幅度增加，馬達(dá)的負(fù)載電流也隨之升高而使得驅(qū)動電源電流升高到大于安全負(fù)載值P1，此時，過流保護(hù)功能啟動，但A處的驅(qū)動電源電流最大值仍未到達(dá)限制值D1，且其電流下降到安全負(fù)載值Pl以下時所經(jīng)過的時間t3小于所述單過流保護(hù)的作用時間t4，因此，限制值Dl沒有參與過流保護(hù)，馬達(dá)也沒有停止，馬達(dá)仍然可以獲得電流而繼續(xù)進(jìn)行運轉(zhuǎn)；而當(dāng)驅(qū)動電源電流大幅升高到大于限制值Dl時，如圖6中B處及圖7所示，此時因為單過流保護(hù)已啟動(如圖7所示，第二弧線C2突破a點時，單過流保護(hù)即啟動)，驅(qū)動電源電流因而無法沿著第二弧線C2、C2-2繼續(xù)升高到波峰，而是會被代表限制值Dl的水平線所截斷，只能沿水平線段C2-1進(jìn)行；鑒于所述跑步機(jī)的負(fù)載特性，隨著時間繼續(xù)進(jìn)行，馬達(dá)所需的驅(qū)動電源電流會逐漸降低，當(dāng)驅(qū)動電源電流降低到限制值Dl以下時，驅(qū)動電源電流即可隨著弧線段C2-3變化，持續(xù)降低，此例中，驅(qū)動電源電流下降到安全負(fù)載值Pl以下時所經(jīng)過的時間t5小于所述單過流保護(hù)的作用時間t4，因此，同樣地，馬達(dá)仍然可以獲得驅(qū)動電源電流而繼續(xù)進(jìn)行運轉(zhuǎn)。然而設(shè)計單過流保護(hù)機(jī)制的難處在于峰值的高低選擇,峰值的設(shè)定影響到跑步機(jī)的實際表現(xiàn)，如圖7所示，若將峰值設(shè)定在一超過安全負(fù)載值Pl較多的限制值D2，雖然在實際表現(xiàn)上，配備有此保護(hù)機(jī)制的跑步機(jī)驅(qū)動力較強(qiáng)，但是馬達(dá)壽命就可能縮短。若將峰值設(shè)定在一接近安全負(fù)載值Pl的限制值D3，雖然馬達(dá)可以得到較好的保護(hù)，但配備此保護(hù)機(jī)制的跑步機(jī)在遭受大負(fù)載時可能會顯得捉襟見肘、應(yīng)付不來。類似地，如果為了保護(hù)馬達(dá)而將單過流保護(hù)的作用時間t4縮短到一時間區(qū)段t6，同樣有難以選擇的問題，原因在于基于保護(hù)馬達(dá)的前提下，時間區(qū)段t6越短越好，但考慮到跑步機(jī)的負(fù)載特性，若時間區(qū)段t6過短，則可能出現(xiàn)跑步機(jī)動不動就停止運轉(zhuǎn)的惱人狀況，而且跑步機(jī)的負(fù)載特性是難以預(yù)測的，因為每位使用者的體重、踩踏力道都不同，由此就會產(chǎn)生設(shè)計上的困難，因此，習(xí)知的單過流保護(hù)在馬達(dá)保護(hù)與跑步機(jī)效能上可能會出現(xiàn)無法兼顧的狀況。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種應(yīng)用于跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)及其運作方法，可使跑步機(jī)具有足夠的驅(qū)動力并同時減少馬達(dá)的耗損。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所提供的一種應(yīng)用于跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)，所述跑步機(jī)具有一用于驅(qū)動跑帶以預(yù)期速度繞轉(zhuǎn)的馬達(dá)，所述控制系統(tǒng)能監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載狀況并且參考所述負(fù)載狀況調(diào)整供給所述馬達(dá)的驅(qū)動電源，其特征在于當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載電流值大于一預(yù)定的安全負(fù)載值時，會依據(jù)所述負(fù)載電流值的大小調(diào)整所述驅(qū)動電源的電流值，但所述驅(qū)動電源的電流值能達(dá)到的最大值小于等于一大于所述安全負(fù)載值的第一限制值；進(jìn)而，當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值維持一預(yù)定的第一時間長度后，會依據(jù)所述負(fù)載電流值的大小調(diào)整所述驅(qū)動電源的電 流值，但所述驅(qū)動電源的電流值能達(dá)到的最大值小于等于一大于所述安全負(fù)載值且小于所述第一限制值的第二限制值。當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值維持所述第一時間長度并接續(xù)維持一預(yù)定的第二時間長度后，會停止給所述馬達(dá)供給所述驅(qū)動電源。所述第二時間長度長于所述第一時間長度。所述第一時間長度小于等于2秒，所述第二時間長度小于等于4秒。所述第一限制值介于I. 4倍所述安全負(fù)載值到I. 6倍所述安全負(fù)載值之間，所述第二限制值介于I. I倍所述安全負(fù)載值到I. 3倍所述安全負(fù)載值之間。本發(fā)明還提供了另一技術(shù)方案一種應(yīng)用于跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)，所述跑步機(jī)具有一用于驅(qū)動跑帶以預(yù)期速度繞轉(zhuǎn)的馬達(dá)，所述控制系統(tǒng)能監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載狀況并且參考所述負(fù)載狀況調(diào)整供給所述馬達(dá)的驅(qū)動電源，形成一過流保護(hù)機(jī)制，其特征在于當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載電流值大于一預(yù)定的安全負(fù)載值時，所述控制系統(tǒng)會依據(jù)所述負(fù)載電流值的大小調(diào)整所述驅(qū)動電源的電流值，但所述驅(qū)動電源的電流值能達(dá)到的最大值小于等于一大于所述安全負(fù)載值的限制值；進(jìn)而，當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值維持一預(yù)定的第一時間長度后，會對所述限制值進(jìn)行至少一次調(diào)整，但仍使其大于等于所述安全負(fù)載值。所述過載保護(hù)機(jī)制具有一作用時間，當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值維持超過所述作用時間時，會停止給所述馬達(dá)供給所述驅(qū)動電源。所述作用時間包含所述第一時間長度及接續(xù)其后的一第二時間長度，且所述第二時間長度長于所述第一時間長度。所述控制系統(tǒng)對所述限制值進(jìn)行的所述調(diào)整為將所述限制值降低。本發(fā)明還提供了跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)的運作方法，所述跑步機(jī)具有一用于驅(qū)動跑帶以預(yù)期速度繞轉(zhuǎn)的馬達(dá)，所述控制系統(tǒng)能監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載狀況并且參考所述負(fù)載狀況調(diào)整供給所述馬達(dá)的驅(qū)動電源，所述馬達(dá)具有一預(yù)定的安全負(fù)載值，所述方法包含下列步驟步驟一、設(shè)置一第一限制值，所述第一限制值大于所述安全負(fù)載值，所述控制系統(tǒng)所供給的所述驅(qū)動電源電流值小于等于所述第一限制值；步驟二、監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值；步驟三、監(jiān)控到所述負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值維持一第一時間長度；步驟四、切換至一第二限制值，所述第二限制值大于所述安全負(fù)載值且小于所述第一限制值，所述控制系統(tǒng)所供給的所述驅(qū)動電源電流值小于等于所述第二限制值。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的控制系統(tǒng)對馬達(dá)的負(fù)載電流采用雙過流保護(hù)機(jī)制，相對于習(xí)知技術(shù)，可同時兼顧跑步機(jī)的效能及壽命，不但具備在短暫的時間內(nèi)能夠讓馬達(dá)發(fā)揮出極大的出力的能力，而且能讓跑步機(jī)具備長久的使用壽命。


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I是本發(fā)明一較佳實施例的立體圖，取除了部分殼罩，以方便觀察；2是本發(fā)明一較佳實施例的方塊3是本發(fā)明一較佳實施例的流程4是本發(fā)明一較佳實施例的電流波形示意5是本發(fā)明在其它可能狀態(tài)時的電流波形示意6是習(xí)知技術(shù)電流波形示意7是對應(yīng)于圖6的放大示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)舉以下實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及功效進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I所示，為本發(fā)明的一較佳實施例應(yīng)用在一跑步機(jī)I上的立體圖，圖中跑步機(jī)I的部分殼罩已取除，以利后續(xù)說明；跑步機(jī)I主要具有一運動平臺10、一操作接口 20、以及位于運動平臺10前方的驅(qū)動裝置30。像普通的跑步機(jī)一樣，運動平臺10為跑步機(jī)I的主要機(jī)構(gòu)，可供使用者在其上跑步或走路，運動平臺10主要包含一架體11、一前滾輪12、一后滾輪(圖中未示)及一跑帶13，前滾輪12及后滾輪分別位于運動平臺10的前端及后端，且以左、右軸向樞設(shè)于架體11，另外，前滾輪12還受驅(qū)動裝置30驅(qū)轉(zhuǎn)。跑帶13則套繞于前滾輪12及后滾輪，當(dāng)前滾輪12被驅(qū)動而開始旋轉(zhuǎn)時，跑帶13 —并被帶動開始繞轉(zhuǎn)。此外，在環(huán)形的跑帶13中間還設(shè)有一支撐板(圖中未示)設(shè)于架體11，用以支撐使用者。因本發(fā)明的重點不在于運動平臺10，且應(yīng)用本實施例的跑步機(jī)I的運動平臺10其結(jié)構(gòu)和組成與一般跑步機(jī)相同，因此僅就重點零件簡要描寫，細(xì)節(jié)不多贅述。操作接口 20作為使用者與跑步機(jī)I之間的溝通媒介，可處理使用者輸入的各種參數(shù)或指令，并傳達(dá)至驅(qū)動裝置30，以控制跑步機(jī)I的運動平臺10，例如跑帶13的繞轉(zhuǎn)速度、運動平臺10的坡度，并且可輸出各種視覺及聽覺信息，讓使用者可掌握跑步機(jī)I的運作內(nèi)容，此外，操作接口 20還具有一緊急開關(guān)21，當(dāng)使用者危險時，可按下緊急開關(guān)21，跑步機(jī)I會在短時間內(nèi)停止運作，以此保護(hù)使用者的安全。驅(qū)動裝置30設(shè)于運動平臺10前方，主要具有一與運動平臺10的前滾輪12連接的馬達(dá)31、一坡度馬達(dá)32及控制系統(tǒng)33，馬達(dá)31及坡度馬達(dá)32均與控制系統(tǒng)33電連接，控制系統(tǒng)33除了可提供馬達(dá)31及坡度馬達(dá)32驅(qū)動電源，使馬達(dá)31及坡度馬達(dá)32獲得所需電壓外，控制系統(tǒng)33還與操作接口 20電連接，當(dāng)使用者經(jīng)由操作接口 20輸入指令時，指令轉(zhuǎn)換為訊號，并傳遞到控制系統(tǒng)33進(jìn)而對馬達(dá)31或坡度馬達(dá)32作相應(yīng)控制，例如當(dāng)使用者按下緊急開關(guān)21，控制系統(tǒng)33即控制馬達(dá)31停止輸出，使跑帶13逐漸停止；或者輸入提高速度的指令，控制系統(tǒng)33就使馬達(dá)31提高轉(zhuǎn)速，以此帶動前滾輪12增加轉(zhuǎn)速進(jìn)而提高跑帶13的繞轉(zhuǎn)速度；又如輸入提高坡度的指令，控制系統(tǒng)33即命令坡度馬達(dá)32開始動作，并通過與坡度馬達(dá)32連接的升降機(jī)構(gòu)調(diào)整運動平臺10相對于地面的角度，其中，升降機(jī)構(gòu)為跑步機(jī)領(lǐng)域常見的公知技術(shù)，例如滾輪與滑軌的組合或利用螺桿、伸縮桿等等，因非本發(fā)明重點，因此圖中未詳示，以上也僅作簡要敘述?？刂葡到y(tǒng)33除了可根據(jù)使用者命令對馬達(dá)31做出相對應(yīng)的控制，本實施例的控
7制系統(tǒng)33還具有主動監(jiān)視及主動控制馬達(dá)31運轉(zhuǎn)狀況的能力，也就是控制系統(tǒng)33可以監(jiān)控馬達(dá)31的負(fù)載電流值是否超過馬達(dá)31的安全負(fù)載值，以及控制馬達(dá)31在超出安全負(fù)載值的情形下的運轉(zhuǎn)時間，并且在馬達(dá)超出安全負(fù)載值的狀況中運轉(zhuǎn)時，可以多次限制馬達(dá)31所能獲得的最大驅(qū)動電源電流，以此保護(hù)馬達(dá)31、控制系統(tǒng)33自身、甚至整個驅(qū)動裝置30不受毀損。必須先說明的是，安全負(fù)載值Pl是指設(shè)計者依其需求選定馬達(dá)在以超過一特定數(shù)值運轉(zhuǎn)時即屬于其所定義的過流狀態(tài)，而所述特定數(shù)值即為所述安全負(fù)載值，舉例來說，設(shè)計者可能將其所設(shè)計的跑步機(jī)定位為一效能機(jī)種，則此機(jī)種可能就被設(shè)定一較高的安全負(fù)載值；設(shè)計者也可能將其所設(shè)計的跑步機(jī)定位為一家用機(jī)種，則此機(jī)種可能就具有較低的安全負(fù)載值，以延長馬達(dá)的使用壽命。進(jìn)一步而言，設(shè)定安全負(fù)載值的目的之一在于設(shè)計過電流保護(hù)，而何時啟動過電流保護(hù)取決于各可能實施例的設(shè)計者的考慮，因此，安全負(fù)載值為馬達(dá)過流保護(hù)機(jī)制中的概念，而非一固定數(shù)值，即使兩臺跑步機(jī)具有相同的馬達(dá)，可能因為設(shè)計者不同，而使得設(shè)定的過流狀態(tài)不同，因此可能具有相異的安全負(fù)載值。在某些情況下，馬達(dá)31為了達(dá)到使用者所定義的速度要求，有可能發(fā)生以高于通常能力的出力進(jìn)行運轉(zhuǎn)，例如體重較高的使用者在運動過程中突然重踩跑步機(jī)時，此時，驅(qū)動裝置30為了不讓跑帶13的繞轉(zhuǎn)速度明顯變慢，需要加大馬達(dá)31出力、提高轉(zhuǎn)速，因此也必須提供馬達(dá)31更大的驅(qū)動電源電流，然而，為了避免馬達(dá)31長時間以高于安全負(fù)載值的負(fù)載電流運轉(zhuǎn)，本發(fā)明的控制系統(tǒng)33具有“多重過流保護(hù)機(jī)制”，而本實施例中的多重過流保護(hù)機(jī)制為一 “雙過流保護(hù)機(jī)制”，換言之，本實施例的過流保護(hù)有兩個階段，也就是一旦監(jiān)控到馬達(dá)的負(fù)載電流值超過安全負(fù)載值時，即因應(yīng)負(fù)載電流值的提高，一并提高馬達(dá)的驅(qū)動電源電流，而第一階段過流保護(hù)會限制馬達(dá)的驅(qū)動電源電流值使其不超過一預(yù)設(shè)的第一限制值，換句話說，此時，所述第一限制值就是馬達(dá)的驅(qū)動電源電流的可被提高而到達(dá)的最大值，而在第一階段進(jìn)行一預(yù)定的第一時間長度后，若過流狀態(tài)仍存在，即進(jìn)入到第二階段過流保護(hù)，此時，控制系統(tǒng)33將所述第一限制值改為一第二限制值，且令驅(qū)動電源電流值不超過所述第二限制值，同理，所述第二限制值就是此時驅(qū)動電源電流所能達(dá)到的最大值，其中，各限制值為電流峰值，且第一限制值大于第二限制值，此外，第一及第二限制值都大于安全負(fù)載值，如此一來，采用本實施例的跑步機(jī)I可以用較大的第一限制值應(yīng)付突如其來的大負(fù)載，并且在大負(fù)載鮮少連續(xù)發(fā)生的前提下，在過載階段的后期采用相對較小的第二限制值對比于習(xí)知單過流保護(hù)的機(jī)制而言顯得更有效率，因此，相對于習(xí)知的單過流保護(hù)，多重過流保護(hù)較能同時兼顧跑步機(jī)I的效能及馬達(dá)31、控制系統(tǒng)33的壽命。如圖2所不,控制系統(tǒng)33包含一控制電路34、一第一開關(guān)34a、一第二開關(guān)34b、一限制值切換電路35以及一電流檢測電路36，控制電路34、限制值切換電路35、馬達(dá)31、以及電流檢測電路36通過電性連接形成一封閉回路，電流檢測電路36可檢測馬達(dá)36的負(fù)載電流是否超過所述安全負(fù)載值，而控制電路34則可根據(jù)電流檢測電路36的檢測結(jié)果對第一開關(guān)34a及第二開關(guān)34b進(jìn)行操作，進(jìn)而控制限制值切換電路35，其中，限制值切換電路35具有一第一限制電路35a與第一開關(guān)34a電連接,一第二限制電路35b與第二開關(guān)34b電連接，第一限制電路35a及第二限制電路35b分別對應(yīng)于所述第一限制值及所述第二限制值，當(dāng)?shù)谝换虻诙拗齐娐?5a、35b導(dǎo)通時，可限制馬達(dá)31所獲得驅(qū)動電源電流不超過第一或第二限制值，其中，限制驅(qū)動電源電流可利用習(xí)知的脈沖寬度調(diào)變(Pulse widthmodulation)技術(shù)配合限制值切換電路進(jìn)行斬波，此非本發(fā)明重點且為公知技術(shù)，因此圖中未示。進(jìn)一步而言，圖2所示第一開關(guān)34a為導(dǎo)通狀態(tài)，而第二開關(guān)34b為斷開狀態(tài)，此時，驅(qū)動電源電流的最大值為第一限制值，若電流檢測電路36檢測到馬達(dá)31負(fù)載電流高
于安全負(fù)載值時，如前所述，本實施例先進(jìn)行第一階段過流保護(hù)，以圖2中的回路對馬達(dá)31供電，并在所述第一時間長度后，控制電路34控制第一開關(guān)34a斷開、第二開關(guān)34b導(dǎo)通，切換到第二限制電路35b，改以第二限制值抑制驅(qū)動電源電流，以此完成所述雙過流保護(hù)機(jī)制。如圖3所示，顯示的是本實施例中有關(guān)雙過流保護(hù)機(jī)制的處理流程，大體而言，從控制系統(tǒng)33開始執(zhí)行雙過流保護(hù)機(jī)制到停止供給馬達(dá)31驅(qū)動電壓會在數(shù)秒以內(nèi)完成，以本實施例而言，作業(yè)時間約為4秒。步驟I (SI)開始后，即使用者啟動跑步機(jī)I后，接著對應(yīng)于圖中的步驟2 (S2)，控制系統(tǒng)33采用第一限制電路37，此時電流預(yù)設(shè)的限制值為所述第一限制值，也就是說此時驅(qū)動電源的電流值最大能提升到相等于第一限制值，因為此時尚未進(jìn)入過流狀態(tài)，程序進(jìn)行到步驟3 (S3)時使過流計時歸零，接著，控制系統(tǒng)33會進(jìn)行步驟4 (S4)，不斷地監(jiān)控負(fù)載電流值是否超過安全負(fù)載值，一旦控制系統(tǒng)33監(jiān)控到負(fù)載電流值高于安全負(fù)載值，即進(jìn)行步驟5(S5)，開始計時，并接著進(jìn)行步驟6 (S6)，判斷時間是否已超過所述第一時間長度，本實施例的第一時間長度為I秒，當(dāng)時間長度未到達(dá)I秒時，控制系統(tǒng)33進(jìn)行步驟6-1 (S6-1)，會不斷地監(jiān)測過流狀態(tài)是否消失，若負(fù)載電流值下降到安全負(fù)載值以下，即過流狀態(tài)消失，程序就回到步驟2(S2)，否則，若時間長度到達(dá)I秒后，負(fù)載電路仍高于安全負(fù)載值，控制系統(tǒng)33接著進(jìn)行步驟7 (S7)，切換為第二限制電路38，此時電流的上限值由第一限制值調(diào)整為第二限制值，并接著進(jìn)行步驟8 (S8)，開始進(jìn)行第二階段的計時，接著進(jìn)行步驟9 (S9)，監(jiān)控馬達(dá)31以一介于安全負(fù)載值跟第二限制值的電流值運行的時間是否超過第二時間長度，本實施例的第二時間長度為3秒，換言之，步驟9 (S9)為判斷步驟7 (S7)開始執(zhí)行后時間是否已超過3秒，同樣的，當(dāng)時間長度還未到達(dá)3秒時，控制系統(tǒng)33進(jìn)行步驟9-1 (S9-1)，不斷地監(jiān)測所述過流狀態(tài)，若負(fù)載電流值下降到安全負(fù)載值以下，即過流狀態(tài)消失，程序就回到步驟2 (S2)，將限制值調(diào)整回第一限制值，接著進(jìn)行步驟3 (S3)將計時歸零，并繼續(xù)進(jìn)行步驟4 (S4)，否則，當(dāng)時間長度到達(dá)3秒后，控制系統(tǒng)33進(jìn)行步驟10 (SlO)，切斷對馬達(dá)31的供電，以此保護(hù)馬達(dá)31及控制系統(tǒng)33。大體而言，步驟2 (S2)到步驟6 (S6)可視為本實施例雙過流保護(hù)的第一階段，步驟7(S7)到步驟9(S9)可視為第二階段。本實施例中若步驟6-l(S6-l)檢測的結(jié)果是未過流，程序便回到步驟2 (S2)，但在其它可能的實施例中，也可能將程序設(shè)計成回到步驟3 (S3)，兩者具有實質(zhì)相同的結(jié)果。另外，本實施例的程序在第一階段及第二階段的計時是采用步驟3及步驟8的分開計時，在其它可能的實施例中，也可能采用單一連續(xù)計時，也就是當(dāng)過流保護(hù)機(jī)制啟動后，即開始計時一預(yù)定連續(xù)作用時間，舉例而言，所述作用時間可能為5秒，而在第2秒時進(jìn)入第二階段，第5秒時切斷對馬達(dá)的供電，仍然屬于本實施例均等的技術(shù)手段。如前所述，實際上本實施例中的第一時間長度tl計時起點是在負(fù)載電流超出安全負(fù)載值時即開始，但因作圖方便以及驅(qū)動電源電流隨負(fù)載電流升高而超出安全負(fù)載值的落后時間以使用者的角度而言幾可忽略，因此，為了方便解釋圖4 圖7，圖中第一時間長度tl計時起點是以驅(qū)動電源電流的角度而言。如圖4所示，圖4類似圖7，不同之處在于圖4中的波形變化為本實施例的雙過流保護(hù)機(jī)制示意圖，其中縱坐標(biāo)處有一安全負(fù)載值P1、第一限制值LI、以及第二限制值L2，橫坐標(biāo)處有第一時間長度tl、第二時間長度t2，當(dāng)負(fù)載電流上升時，驅(qū)動電源電流隨之上升到大于安全負(fù)載值P1，也就是圖中第一弧線Cl突破a點時，雙過流保護(hù)機(jī)制即啟動，第一時間長度tl也開始計時，此時，若無過流保護(hù)機(jī)制存在，第一弧線Cl將上升到弧線頂點，但因過流保護(hù)機(jī)制的作用，第一限制值LI及第二限制值L2使驅(qū)動電源電流無法自由變化。第一弧線Cl上升到第一限制值LI時，也就是第一弧線Cl上升到與第一限制值LI的水平線交會在b點時，第一弧線Cl即因過流保護(hù)機(jī)制的作用，而無法沿弧線段C1-4繼續(xù)上升，而僅能沿線段Cl-I繼續(xù)進(jìn)行，在經(jīng)過第一時間長度tl后，驅(qū)動電源電流的值由c點降到d點，也就是所述控制電路在此時控制限制值切換電路切換到第二限制電路，以第二限制值L2進(jìn)行對驅(qū)動電源電流的限制，此時，原本第一弧線Cl該以曲線C1-5進(jìn)行變化，但因第二限制值L2的緣故，僅能沿線段C1-2進(jìn)行；當(dāng)時間進(jìn)行到第二時間長度t2即將結(jié)束時，第一弧線Cl下降到圖中f點，此時因雙過流保護(hù)機(jī)制的作用時間尚未結(jié)束驅(qū)動電源電流即低于安全負(fù)載值P1，此時，雙過流保護(hù)機(jī)制從步驟9-1回到步驟2(如圖3所示)。如圖5所示，圖中所示為不同的負(fù)載大小在本實施例中影響驅(qū)動電源電流的波形變化示意圖，第三弧線C3為一相對于第四弧線C4較小的變化，而第三弧線C3及第四弧線C4均在圖中a點處突破安全負(fù)載值P1，并在此時開始計時。其中，第三弧線C3在第一時間長度tl結(jié)束前，均未能上升到第一限制值LI，因此，在第一時間長度tl內(nèi)，第三弧線C3以其原先的電流波動進(jìn)行變化，而當(dāng)?shù)谝粫r間長度tl結(jié)束后，限制值切換電路35改以第二限制電路35b限制驅(qū)動電源電流，第三弧線C3隨即被強(qiáng)制以線段C3-1截斷，而無法繼續(xù)以弧線段C3-2變化，隨著時間進(jìn)行，第三弧線C3在第二時間長度t2結(jié)束前即下降到安全負(fù)載值Pl之下，雙過流保護(hù)機(jī)制重新開始監(jiān)控。而第四弧線C4相對于圖4而言，唯一不同之處在于其負(fù)載太大，以致于在第二時間長度t2結(jié)束之前，第四弧線C4無法與安全負(fù)載值Pl交會，因此，在第二時間長度t2結(jié)束時，第四弧線C4直接由圖中g(shù)點降低到f點，無法繼續(xù)沿弧線段C4-6變化，此時，視同控制電路34停止對馬達(dá)31供電，以此保護(hù)馬達(dá)31。當(dāng)使用者突然重踩時，此時馬達(dá)31需要較大的出力，因此，需要瞬間提高馬達(dá)驅(qū)動電源的電流以此提高跑帶的速度以消弭重踩帶來的速度頓挫感，此時馬達(dá)31的負(fù)載電流值和所需的驅(qū)動電源電流值都會上升，一旦進(jìn)入過流狀態(tài)，本實施例的雙過流機(jī)制即進(jìn)行第一階段過流保護(hù)，以一第一限制值相當(dāng)于I. 5倍安全負(fù)載值的數(shù)值進(jìn)行限流；當(dāng)時間進(jìn)行了 I秒以后，也就是控制系統(tǒng)33以介于安全負(fù)載值跟I. 5倍安全負(fù)載值之間的電流供給馬達(dá)31，或者以相當(dāng)于I. 5倍安全負(fù)載值的電流持續(xù)供電I秒，即進(jìn)行了所述第一時間長度之后，若負(fù)載電流仍然高于安全負(fù)載值，控制系統(tǒng)33就會接著進(jìn)行第二階段，從第一限制電路37切換到第二限制電路38，以第二限制值抑制隨負(fù)載電流升高的驅(qū)動電源電流，在本實施例中，第二限制值為I. 2倍安全負(fù)載值，換言之，對于馬達(dá)31的驅(qū)動電源電流而言，可達(dá)到的電流值上限由I. 5倍安全負(fù)載值調(diào)整為I. 2倍安全負(fù)載值，而第二階段可持續(xù)進(jìn)行3秒(第二時間長度)；若負(fù)載電流值持續(xù)高于安全負(fù)載值3秒，則停止對馬達(dá)31供電，防止馬達(dá)毀損；若3秒內(nèi)，負(fù)載電流值下降到安全負(fù)載值之下，則流程回到步驟2，切換回第一限制電路37，重新執(zhí)行保護(hù)程序，換言之，整個過流保護(hù)的作用期間為4秒。此外，無論是在第一階段進(jìn)行期間，或是在第二階段進(jìn)行期間，只要負(fù)載電流值降低到安全負(fù)載值以下，過流保護(hù)程序就從頭開始，如圖3所示，程序?qū)牟襟E2 (S2)開始。需要補(bǔ)充說明的是，所述第二時間長度長于第一時間長度，且雙過流保護(hù)機(jī)制的全部作用時間達(dá)到4秒，此設(shè)計的用意在于考慮到所述跑步機(jī)的負(fù)載特性，一般而言，跑步機(jī)所需承受的最大負(fù)載出現(xiàn)于使用者踩踏下去的一瞬間，此時，跑步機(jī)不僅需承受體重負(fù)載，還需承受沖量變化，但使用者無法持續(xù)維持此大負(fù)載，因此，以較高的限制值及較短的時間適應(yīng)大負(fù)載，而以相對較小的限制值及較短的時間適應(yīng)大負(fù)載的消退階段，而不是在較高的限制值及其作用時間后馬上停止對馬達(dá)供電，不僅可顧及到使用者的操作感受，同時也能較好地保護(hù)馬達(dá)。良好的跑步機(jī)不但需要具備在短暫的時間內(nèi)能夠讓馬達(dá)發(fā)揮出極大的出力的能力，并且，良好的跑步機(jī)也需要具備長久的使用壽命，本實施例的控制系統(tǒng)33對馬達(dá)31的負(fù)載電流采用雙過流保護(hù)機(jī)制，相對于習(xí)知技術(shù)，可同時兼顧跑步機(jī)I的效能及壽命，且本實施例中采用一作用時間較短的大限制值，如上述I. 5倍安全負(fù)載值，以及一作用時間相對較長的小限制值，如上述I. 2倍安全負(fù)載值，其限制峰值的參數(shù)設(shè)計即是考慮到實際情形所配置，但在其它可能實施例中，也可能因為操作環(huán)境不同，而有不同的參數(shù)配置；另外，本發(fā)明的控制系統(tǒng)多重過流保護(hù)技術(shù)不限定于雙過流保護(hù)，雖然本實施例僅公開了雙過流保護(hù)技術(shù)，然而該領(lǐng)域的一般技術(shù)人士應(yīng)能輕易地依據(jù)本發(fā)明及其實際需求，設(shè)計出三重甚至更多的過流保護(hù)技術(shù)，但是仍不脫離本發(fā)明多重過流保護(hù)技術(shù)的范疇。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)，所述跑步機(jī)具有一用于驅(qū)動跑帶以預(yù)期速度繞轉(zhuǎn)的馬達(dá)，所述控制系統(tǒng)能監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載狀況并且參考所述負(fù)載狀況調(diào)整供給所述馬達(dá)的驅(qū)動電源，其特征在于當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載電流值大于一預(yù)定的安全負(fù)載值時，會依據(jù)所述負(fù)載電流值的大小調(diào)整所述驅(qū)動電源的電流值，但所述驅(qū)動電源的電流值能達(dá)到的最大值小于等于一大于所述安全負(fù)載值的第一限制值；進(jìn)而，當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值維持一預(yù)定的第一時間長度后，會依據(jù)所述負(fù)載電流值的大小調(diào)整所述驅(qū)動電源的電流值，但所述驅(qū)動電源的電流值能達(dá)到的最大值小于等于一大于所述安全負(fù)載值且小于所述第一限制值的第二限制值。
2.如權(quán)利要求I所述的跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值維持所述第一時間長度并接續(xù)維持一預(yù)定的第二時間長度后，會停止給所述馬達(dá)供給所述驅(qū)動電源。
3.如權(quán)利要求2所述的跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)，其特征在于所述第二時間長度長于所述第一時間長度。
4.如權(quán)利要求2所述的跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)，其特征在于所述第一時間長度小于等于2秒，所述第二時間長度小于等于4秒。
5.如權(quán)利要求I所述的跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)，其特征在于所述第一限制值介于I.4倍所述安全負(fù)載值到I. 6倍所述安全負(fù)載值之間，所述第二限制值介于I. I倍所述安全負(fù)載值到I. 3倍所述安全負(fù)載值之間。
6.一種應(yīng)用于跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)，所述跑步機(jī)具有一用于驅(qū)動跑帶以預(yù)期速度繞轉(zhuǎn)的馬達(dá)，所述控制系統(tǒng)能監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載狀況并且參考所述負(fù)載狀況調(diào)整供給所述馬達(dá)的驅(qū)動電源，形成一過流保護(hù)機(jī)制，其特征在于當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載電流值大于一預(yù)定的安全負(fù)載值時，所述控制系統(tǒng)會依據(jù)所述負(fù)載電流值的大小調(diào)整所述驅(qū)動電源的電流值，但所述驅(qū)動電源的電流值能達(dá)到的最大值小于等于一大于所述安全負(fù)載值的限制值；進(jìn)而，當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值維持一預(yù)定的第一時間長度后，會對所述限制值進(jìn)行至少一次調(diào)整，但仍使其大于等于所述安全負(fù)載值。
7.如權(quán)利要求6所述的跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)，其特征在于所述過載保護(hù)機(jī)制具有一作用時間，當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值維持超過所述作用時間時，會停止給所述馬達(dá)供給所述驅(qū)動電源。
8.如權(quán)利要求7所述的跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)，其特征在于所述作用時間包含所述第一時間長度及接續(xù)其后的一第二時間長度，且所述第二時間長度長于所述第一時間長度。
9.如權(quán)利要求6所述的跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制系統(tǒng)對所述限制值進(jìn)行的所述調(diào)整為將所述限制值降低。
10.一種跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)的運作方法，所述跑步機(jī)具有一用于驅(qū)動跑帶以預(yù)期速度繞轉(zhuǎn)的馬達(dá)，所述控制系統(tǒng)能監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載狀況并且參考所述負(fù)載狀況調(diào)整供給所述馬達(dá)的驅(qū)動電源，所述馬達(dá)具有一預(yù)定的安全負(fù)載值，所述方法包含下列步驟步驟一、設(shè)置一第一限制值，所述第一限制值大于所述安全負(fù)載值，所述控制系統(tǒng)所供給的所述驅(qū)動電源電流值小于等于所述第一限制值；步驟二、監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值；步驟三、監(jiān)控到所述負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值維持一第一時間長度；步驟四、切換至一第二限制值，所述第二限制值大于所述安全負(fù)載值且小于所述第一限制值，所述控制系統(tǒng)所供給的所述驅(qū)動電源電流值小于等于所述第二限制值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種跑步機(jī)的馬達(dá)控制系統(tǒng)及其運作方法，當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述馬達(dá)的負(fù)載電流值大于一預(yù)定的安全負(fù)載值時，會依據(jù)所述負(fù)載電流值的大小調(diào)整所述驅(qū)動電源的電流值，但所述驅(qū)動電源的電流值能達(dá)到的最大值小于等于一大于所述安全負(fù)載值的第一限制值；進(jìn)而，當(dāng)所述控制系統(tǒng)監(jiān)控到所述負(fù)載電流值大于所述安全負(fù)載值維持一預(yù)定的第一時間長度后，會依據(jù)所述負(fù)載電流值的大小調(diào)整所述驅(qū)動電源的電流值，但所述驅(qū)動電源的電流值能達(dá)到的最大值小于等于一大于所述安全負(fù)載值且小于所述第一限制值的第二限制值。由此，本發(fā)明具有過載保護(hù)機(jī)制，當(dāng)馬達(dá)處于過載狀態(tài)時，控制系統(tǒng)可多階段的限制電流峰值，以保護(hù)馬達(dá)。
文檔編號H02H7/085GK102957379SQ20111023742
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者儲華, 趙曉東, 李芳 申請人:喬山健康科技股份有限公司