专利名称：可检测马达运转状态的方法、控制器及马达装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制器及具有该控制器的马达装置，特别是涉及一种具有可检测马达运转状态的控制器及具有该种可检测马达运转状态的控制器的马达装置。
背景技术：
运转中的马达在遇到阻碍物或外力作用而使马达不能正常运转而呈卡死状态时，若人们未能及时关闭或降低供应马达的电源，则会使流经马达的电流持续上升且使温度升高，最后将导致马达烧毁。
参阅图1，现有一种马达装置，包含一个电池91、一个马达92、一个保险丝93、一个电晶体94及一个驱动器95。
该电池91可供应一个直流电压给该马达92与该驱动器95，且该驱动器95可输出一个具有脉冲宽度调制的电压给该电晶体94，以驱动该电晶体94的开启与关闭。而该马达92与该保险丝93串联，且该保险丝93又与该电晶体94电连接。当运转中的马达92呈卡死状态时，因流经保险丝93的电流过大，造成保险丝93烧毁而使电路中断，所以也终止了供应至该马达92的电能，因此可达到避免马达92烧毁的作用。
但现有的马达装置没有一个有效的控制器来检测马达92的运转状态而只是在硬件上面作改进，即，现有的马达装置在每次保险丝93烧毁时，就重新安装新的保险丝93，但这在使用上相当不便，且等到保险丝93过热至线路完全中断的过程中，流经马达92的电流可能已损伤马达92部份元件，所以现有的马达装置没有一个有效的控制器来达到实时保护马达的目的。
发明内容
本发明的主要目的，在于以硬件配合软件的方式提供一种可准确检测马达运转状态的控制器。
本发明的另一目的，在于提供一种马达装置，该马达装置具有一个可检测马达运转状态的控制器以达到保护马达的目的。
本发明的又一目的，在于提供一种检测马达运转状态的方法，该方法可有效地实时检测马达是否正常运转，以避免马达过热烧毁的情形。
本发明的一种具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，包含一个可输出电压的电池、一个与该电池电连接且包括至少一个马达的马达单元及一个控制器。
该控制器包括一个功率模块、一个电流检测器及一个控制单元。该功率模块与该电池电连接，且可产生一个输出电流并驱动该马达单元运转。
该电流检测器与该功率模块电连接，并可将该功率模块输出的电流转成一个电压信号。
该控制单元与该功率模块及该电流检测器电连接，并可将由该电流检测器输出呈模拟形式的电压信号转成一个数字电压值，且可将该数字电压值与一个预设的标准值比较，并当该控制单元判断该数字电压值大于该标准值时，降低该功率模块输出的电流大小以防止该马达过热，且直到该控制单元检测到该数字电压值小于该标准值时，才控制该功率模块恢复输出的电流值。
而该控制单元也与该电池及该马达电连接，并可检测该电池的电压变化，且根据该电池的电压大小适时调整该标准值及该功率模块的输出电流值，即当电池提供的电压较小时，就增加该功率模块输出的电流值，而当该电池提供的电压较大时，就减少该功率模块输出的电流值，且该控制单元也可根据该马达的类型，以软件方式优化调整该马达的启动时间、该马达完成启动阶段时的工作脉冲宽度的值，及调整等待该马达转速稳定的时间。
而且上述所提到的控制器也可以单独存在与销售，以用来检测一个原来就具有马达的装置其内部马达的运转状态。
本发明的一种可检测马达运转状态的方法适用于检测至少一个马达的运转状态，且包含以下步骤检测与该马达电连接的电池的输出电压准位。
根据该电池的电压准位设定一个判断马达锁死的标准值、马达的启动脉冲宽度(PWM Duty Cycle)及启动输出斜率，且根据该电压准位设定一个由一个功率模块输出以用来启动该马达的电流大小。
根据预设的马达启动程序控制该功率模块输出的电流大小。
启动检测程序，并将该功率模块输出的电流转成一个模拟电压信号。
将该模拟电压信号转成一个数字电压值，并判断该数字电压值是否比该标准值大，若否，则表示该马达启动成功，若是，则表示该马达启动运转不顺或有锁死的情形发生。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明图1是现有马达装置的系统架构图；图2是本发明具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置的较佳实施例的系统方块图；图3是该较佳实施例的示意图，说明一个具有工作脉冲宽度为40％的脉冲宽度调制电压；图4是一个示意图，说明该较佳实施例的驱动器输出呈脉冲宽度调制的电压的工作脉冲宽度随时间变化的情形；图5是本发明可检测马达运转状态的方法的流程图；图6是一个与图2类似的视图，说明该较佳实施例的一个电流检测器与一个功率调整单元的电连接位置互换的情形；图7是一个与图6类似的视图，说明一个飞轮二极管电连接位置改变的情形；图8是一个与图2类似的视图，说明该较佳实施例的控制器不包括一个滤波器及一个放大模块的情形。
具体实施例方式
参阅图2，本发明具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置的较佳实施例包含一个控制器1、一个马达单元2及一个电池3。该控制器1包括一个控制单元11、一个滤波器12、一个放大模块13、一个电流检测器14、一个功率模块15及一个飞轮二极管16(Freewheel diode)。
该马达单元2可接收该电池3提供的电压，且在本实施例中，该马达单元2包括一个马达21，但并不以此为限，也可包括多个呈并联形式的马达21。
该功率模块15包括一个驱动器151及一个功率调整单元152。该驱动器151与该电池3、控制单元11及功率调整单元152电连接，且该驱动器151可接收该电池3输出的电压及该控制单元11输出的控制信号，而该驱动器151可输出一个呈脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation)的电压至该功率调整单元152，且由该控制单元11输出的控制信号可控制该脉冲宽度调制电压的工作脉冲宽度(Duty Cycle)，如图3即是一个脉冲宽度调制电压的工作脉冲宽度为40％的情形。
参阅图2，该功率调整单元152与该马达单元2电连接且可产生一个输出电流至该马达单元2，且在本实施例中，该功率调整单元152是一个电晶体，而该电晶体的闸极接收该驱动器151传来的脉冲宽度调制电压，使该电晶体可在开启或关闭状态中轮流切换。
该飞轮二极管16与该马达21并联，并在该功率调整单元152呈关闭状态时，该飞轮二极管16可以导通以提供一个供电流流过的回路。
该电流检测器14与该功率调整单元152及该放大模块13电连接，可检测电流的大小并将该功率调整单元152输出的电流转成电压，且在本实施例中，该电流检测器14是一个电阻，但值得注意的是，该电流检测器14也可是一个霍尔(Hall)元件，或其他可将一个电流信号转成一个电压信号的元件。
该放大模块13可接收该电流检测器14输出的电压，并将该电压放大，且将放大后的电压送入该滤波器12进行滤波。而该滤波器12是一个可将高频噪声滤除的低通滤波器，且该滤波器12可将处理后的信号送至该控制单元11。
该控制单元11中可根据实际应用情形预设一个标准值(Criteria)，且该控制单元11可将由该滤波器12输入的模拟电压信号先转成一个数字电压值，再将该数字电压值与该标准值比较。当该控制单元11判断该数字电压值小于该标准值时，就表示马达21在一个正常运转的状态，该控制单元11将不会送出要求该驱动器151调整输出至该功率调整单元152输出电压的工作脉冲宽度的命令，所以马达21仍是保持正常动作状态。
而当该控制单元11判断该数字电压值大于该标准值时，就表示流经马达21的电流太大，所以推测马达21目前可能呈卡死状态，所以该控制单元11就控制该驱动器151，使该驱动器151停止或降低输出至该功率调整单元152的电压的工作脉冲宽度以预防该马达21过热。且直到该控制单元11检测到该数字电压值小于该标准值时，才控制该驱动器151恢复输出到该功率调整单元152的电压的工作脉冲宽度。
实际上，马达装置内的电池3其输出的电压可能会随着时间变动，如电池3的电压可能会介于9伏特～16伏特之间，无法维持在一个固定值。而本发明的控制单元11也与该电池3电连接并可检测该电池3的电压变化，并根据该电池3目前的电压大小适时调整该标准值及该驱动器151输出至该功率调整单元152的电压的工作脉冲宽度。即，当电池3提供的电压较小时，就增加该驱动器151输出电压的工作脉冲宽度，使该功率调整单元152的输出电流变大。而当电池3提供的电压较大时，就减少工作脉冲宽度。如此，即可降低因电池3的电压不稳产生的影响，也可避免因电池3的电压稍有变动，而使该控制单元11在比较该标准值与该数字电压值时发生误判的情形。
如图2与图4所示，一个简单例子说明马达21启动后，该驱动器151输出呈脉冲宽度调制的电压的工作脉冲宽度随时间变化的情形。在启动该马达21时的启动马达阶段，该控制单元11会控制该驱动器151，使该驱动器151增加输出电压的工作脉冲宽度，直到该马达21达到预设的启动脉冲宽度，才停止增加工作脉冲宽度的大小并维持工作脉冲宽度为一个固定值。而在该马达21在稳定速度运转阶段时，该控制单元11就会开始判断接收到的数字电压值是否大于该标准值，并在该数字电压值较大，即发现马达21有运转不顺而有锁死的情形时，就减少工作脉冲宽度。
此外，在图4中，当马达21的类型不同时，本发明的控制单元11可以软件方式调整下列三个参数的设定值，以提升该控制器1的检测能力，该三个参数分别是启动阶段时间、完成启动阶段时的工作脉冲宽度的值，及调整等待马达21转速稳定的时间。将该三个参数再配合原来就已经能依据电池3电压变化所做的判断标准调整，而将这些参数做优化调整处理，就能获得最佳效果，所以本发明不会因马达21类型改变而使该控制单元11误判马达21的运转状态。
如图2、4、5所示，本发明检测马达运转状态的方法包含以下步骤步骤51是该控制单元11检测该电池3输出的电压准位。
步骤52是该控制单元11根据电池3的电压准位决定该用来判断马达21锁死的标准值的大小，及根据电池3的电压准位决定该驱动器151输出至该功率调整单元152的电压的启动脉冲宽度值、启动输出斜率大小。
步骤53是该控制单元11依据预设的马达启动程序，如判断该马达21是在启动马达阶段或是以稳定速度运转的阶段，控制该驱动器151输出至该功率调整单元152的电压的脉冲宽度。
步骤54是该控制单元11启动检测程序，并取得经由该电流检测器14、放大模块13、滤波器12处理后的模拟电压信号。
步骤55是该控制单元11将该模拟电压信号转成该数字电压值，并判断该数字电压值是否比该标准值大。若否，则表示马达21启动成功。若是，则表示马达21启动运转不顺或有锁死的情形发生，且在此情形下将跳到步骤56。
步骤56是该控制单元11控制该驱动器151停止或降低输出至该功率调整单元152的电压的工作脉冲宽度大小，以防止该马达21过热。且直到该控制单元11检测到该数字电压值小于该标准值时，才控制该驱动器151恢复输出到该功率调整单元152的电压的工作脉冲宽度。
值得注意的是，如图6所示，本实施例中的电流检测器14与功率调整单元152的电连接位置也可互换，而且在互换后仍可达到上述所提到的效果。此外，如图7所示，当该电流检测器14与功率调整单元152的电连接位置互换时，该飞轮二极管16的电连接位置也可由跨接在该马达21两端，变为一端与该马达21电连接，但另一端是接在该电流检测器14与该功率调整单元152之间。
此外，如图8所示，若环境或处理过程中的噪声不大，本发明的控制器1也可不包含该滤波器12而存在，此外，当该电流检测器14输出的电压足够大时，本发明的控制器1也可不包含该放大模块13，所以由该电流检测器14输出的电压可直接送入该控制单元11处理。
在此需强调的是，本发明的控制器1可单独销售，即不需与该马达单元2及该电池3一同销售。所以可将本发明的控制器1安装在一个原来已具有该马达单元2及该电池3的装置上，如加装本控制器1在现有的汽车引擎内，使原来即具有该马达单元2及电池3的汽车引擎具有可检测汽车内部的马达21运转状态的功能，以及时检测汽车引擎内与该马达单元2连接的扇叶是否有卡住等运转不顺的情形。
综上所述，本发明可检测马达运转状态的控制器及马达装置除了一些硬件设施外，也配合该控制单元11以软件反馈信号的方式来判断马达21目前的运转状态，所以可减少系统误判的情形，达到实时、准确的目的。
权利要求
1.一种具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，包含一个可输出电压的电池，及一个与该电池电连接且包括至少一个马达的马达单元，其特征在于该马达装置进一步包含一个控制器，该控制器包括一个功率模块，与该电池电连接，且可产生一个输出电流以驱动该马达单元的运转；一个电流检测器，与该功率模块电连接，并可将该功率模块输出的电流转成一个电压信号；及一个控制单元，与该电池、该功率模块及该电流检测器电连接，可检测该电池的电压大小并设定一个标准值，并可将由该电流检测器输出呈模拟形式的电压信号转成一个数字电压值，再将该数字电压值与该标准值进行比较，并当该数字电压值大于该标准值时，降低该功率模块输出的电流大小以防止该马达单元过热。
2.如权利要求1所述的具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，其特征在于当所述控制单元检测到的所述数字电压值由大于所述标准值转变为小于所述标准值时，所述控制单元将控制所述功率模块恢复输出的电流值。
3.如权利要求1所述的具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，其特征在于所述控制单元能根据所述电池的电压大小调整所述功率模块的输出电流值。
4.如权利要求1所述的具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，其特征在于所述控制单元能根据所述马达单元的类型，以软件方式优化调整所述马达单元的启动时间与所述马达单元完成启动阶段时的工作脉冲宽度的值。
5.如权利要求1所述的具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，其特征在于所述控制器进一步包括一个滤波器，该滤波器可以先滤除所述电流检测器输出的电压信号的噪声，再将已滤除噪声后的电压信号送至所述控制单元。
6.如权利要求5所述的具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，其特征在于所述滤波器是一个低通滤波器。
7.如权利要求1所述的具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，其特征在于所述控制器进一步包括一个放大模块，该放大模块可先将所述电流检测器输出的电压信号放大，再将放大后的电压信号送至所述控制单元。
8.如权利要求1所述的具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，其特征在于所述功率模块包括一个驱动器及一个功率调整单元，该功率调整单元与所述马达单元电连接，而该驱动器与所述电池、控制单元及功率调整单元电连接，且该驱动器可接收所述电池输出的电压及所述控制单元输出的控制信号，并输出一个呈脉冲宽度调制的电压到该功率调整单元，且该控制信号可控制该脉冲宽度调制电压的工作脉冲宽度以进而控制该功率调整单元的输出电流值。
9.如权利要求8所述的具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，其特征在于当所述控制单元判断所述数字电压值大于所述标准值时，将控制所述驱动器，使所述驱动器降低输出至所述功率调整单元的电压的工作脉冲宽度以防止所述马达单元的马达过热，且直到所述数字电压值小于所述标准值时，才控制所述驱动器恢复输出到所述功率调整单元的电压的工作脉冲宽度。
10.如权利要求8所述的具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，其特征在于所述功率调整单元是一个电晶体，而该电晶体的闸极接收所述驱动器传来的输出电压，该输出电压可控制该电晶体在开启或关闭状态中轮流切换。
11.如权利要求8所述的具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，其特征在于所述控制器进一步包括一个与所述马达并联的飞轮二极管，该飞轮二极管可在所述功率调整单元呈关闭状态时导通，以提供一个供电流流过的回路。
12.如权利要求1所述的具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，其特征在于所述电流检测器是一个电阻。
13.一种可检测马达运转状态的控制器，适用在至少一个马达及一个电池上，该控制器包含一个与该电池电连接，且可产生一个输出电流以驱动该马达运转的功率模块，其特征在于该控制器进一步包含一个电流检测器，与该功率模块电连接，并可将该功率模块输出的电流转成一个电压信号；及一个控制单元，与该电池、该功率模块及该电流检测器电连接，可检测该电池的电压大小并设定一个标准值，并可将由该电流检测器输出呈模拟形式的电压信号转成一个数字电压值，再将该数字电压值与该标准值进行比较，并当该控制单元判断该数字电压值大于该标准值时，降低该功率模块输出的电流大小以防止该马达过热。
14.如权利要求13所述的可检测马达运转状态的控制器，其特征在于当所述控制单元检测到的所述数字电压值由大于所述标准值转变为小于所述标准值时，所述控制单元将控制所述功率模块恢复输出的电流值。
15.如权利要求13所述的可检测马达运转状态的控制器，其特征在于所述控制单元可根据所述电池的电压大小适时调整所述功率模块的输出电流值。
16.如权利要求13所述的可检测马达运转状态的控制器，其特征在于所述控制单元也可根据所述马达的类型，以软件方式优化调整所述马达的启动时间与所述马达完成启动阶段时的工作脉冲宽度的值。
17.如权利要求13所述的可检测马达运转状态的控制器，其特征在于所述控制器进一步包含一个滤波器，该滤波器可先滤除所述电流检测器输出的电压信号的噪声，再将已滤除噪声后的电压信号送至所述控制单元。
18.如权利要求17所述的可检测马达运转状态的控制器，其特征在于所述滤波器是一个低通滤波器。
19.如权利要求13所述的可检测马达运转状态的控制器，其特征在于所述控制器进一步包含一个放大模块，该放大模块可先将所述电流检测器输出的电压信号放大，再将放大后的电压信号送至所述控制单元。
20.如权利要求13所述的可检测马达运转状态的控制器，其特征在于所述功率模块包括一个驱动器及一个功率调整单元，该功率调整单元与所述马达电连接，而该驱动器与所述电池、控制单元及功率调整单元电连接，且该驱动器可接收所述电池输出的电压及所述控制单元输出的控制信号，并输出一个呈脉冲宽度调制的电压到该功率调整单元，且该控制信号可控制该脉冲宽度调制电压的工作脉冲宽度以进而控制该功率调整单元的输出电流值。
21.如权利要求20所述的可检测马达运转状态的控制器，其特征在于当所述控制单元判断所述数字电压值大于所述标准值时，将控制所述驱动器，使所述驱动器降低输出至所述功率调整单元的电压的工作脉冲宽度以防止所述马达过热，且直到所述数字电压值小于所述标准值时，才控制所述驱动器恢复输出到所述功率调整单元的电压的工作脉冲宽度。
22.如权利要求20所述的可检测马达运转状态的控制器，其特征在于所述功率调整单元是一个电晶体，而该电晶体的闸极接收所述驱动器传来的输出电压，该输出电压可控制该电晶体在开启或关闭状态中轮流切换。
23.如权利要求20所述的可检测马达运转状态的控制器，其特征在于进一步包含一个与所述马达并联的飞轮二极管，该飞轮二极管可在所述功率调整单元呈关闭状态时导通，以提供一个供电流流过的回路。
24.如权利要求13所述的可检测马达运转状态的控制器，其特征在于所述电流检测器是一个电阻。
25.一种可检测马达运转状态的方法，适用于检测至少一个马达的运转状态，该方法包含以下步骤检测与该马达电连接的电池的输出电压准位；根据该电池的电压准位设定一个标准值，且根据该电压准位设定该马达的启动脉动宽度与启动输出斜率；控制一个功率模块输出的电流大小以启动该马达；启动检测程序，并将该功率模块输出的电流转成一个模拟电压信号；及将该模拟电压信号转成一个数字电压值，并判断该数字电压值是否比该标准值大，若否，则表示该马达启动成功，若是，则表示该马达启动运转不顺或有锁死的情形发生。
26.如权利要求25所述的可检测马达运转状态的方法，其特征在于当所述马达启动运转不顺或有锁死的情形发生时，就停止或降低所述功率模块输出至所述马达的电流，以防止所述马达过热，且直到检测到所述数字电压值小于所述标准值时，才恢复所述功率模块输出至所述马达的电流。
27.如权利要求25所述的可检测马达运转状态的方法，其特征在于所述功率模块包括一个驱动器及一个功率调整单元，且该功率调整单元与该马达电连接，而该驱动器可接收所述电池输出的电压，并输出一个呈脉冲宽度调制的电压到该功率调整单元，且可通过控制该脉冲宽度调制电压的工作脉冲宽度以进而控制该功率调整单元的输出电流值。
28.如权利要求25所述的可检测马达运转状态的方法，其特征在于将所述功率模块输出的电流转成所述模拟电压信号的方法是将所述电流通过一个电流检测器。
29.如权利要求25所述的可检测马达运转状态的方法，其特征在于所述功率模块输出的电流依次通过一个电流检测器及一个放大模块以分别将该电流信号转成一个电压信号，再将该电压信号放大以得到所述模拟电压信号。
30.如权利要求25所述的可检测马达运转状态的方法，其特征在于所述功率模块输出的电流依次通过一个电流检测器、一个放大模块及一个滤波器，以分别将该电流信号转成一个电压信号，并将该电压信号放大再滤除噪声以得到所述模拟电压信号。
全文摘要
一种具有可检测马达运转状态的控制器的马达装置，包含一个电池、一个马达单元及一个包括一个功率模块、一个电流检测器及一个控制单元的控制器，功率模块可产生一个电流并驱动马达单元的工作，电流检测器可将功率模块输出的电流转成电压信号，控制单元可将电流检测器输出的电压信号转成数字形式并将数字电压值与一个标准值比较，且当控制单元判断数字电压值大于标准值时，就控制功率模块停止或调整驱动马达单元的电流以达到保护马达的效果。
文档编号H02H3/26GK1801563SQ20051000371
公开日2006年7月12日 申请日期2005年1月6日 优先权日2005年1月6日
发明者林启宗, 陈永发, 陈龙桔 申请人:环隆电气股份有限公司