[发明专利]跑步机的马达控制系统及其运作方法

说明书

技术领域

本发明与运动器材有关，特别是指一种应用于跑步机的马达控制系统及其运作方法。

背景技术

电动跑步机的性能与马达的驱动能力息息相关，无论所设定速度是快或是慢，马达都必须具有能够驱动跑带并使其稳定运转的能力。详而言之，当使用者在跑步机上运动时，跑步机承受使用者体重倍数的负载，而且该负载会呈现波动变化，马达必须具有在此环境下能够提供适当的驱动力以满足使用者所设定的速度，让使用者能够随心所欲地在跑步机上走跑自如。如果马达性能不佳，例如驱动力不足或输出不均匀，使用者在运动时便会感觉到跑步机反应慢或有顿挫感，此外，当体重较重的使用者在剧烈运动时，也有可能产生上述不良现象，因此，跑步机制造者在设计马达时，除了确保马达具有足够的输出，大多会设想一额外功能，即在特定时间内允许马达输出大于安全驱动力的峰值驱动力，以维持运转顺畅，不过，要是没有设计适当的配套措施，使用时间一长，马达就容易发生故障。

有鉴于此，具有保护功能的电动跑步机控制系统对于马达而言是必不可少的，常见的保护功能是指过载保护，一般来说，过载保护功能涵盖相当普遍的“过电流保护”技术，是防止控制系统烧坏或马达过热毁损的必备防护机制，而在电动跑步机领域，过电流保护的技术内容大体而言是“单过流保护”，若跑步机遭受突如其来的大负载，使得跑带运转速度低于原先的运转速度，当跑步机的控制系统侦测到跑带速度低于使用者所设定的速度时，便会开始增加马达的驱动力，提供马达较大的驱动电源电流，而此时马达的负载电流可能会超过控制系统预设的安全负载值，防护机制便会启动，开始管控流入马达的驱动电源电流，一方面，控制系统会将输入马达的电流峰值设定在一高于安全负载值的限制值，例如120％安全负载值，以应付大负载，但是控制系统也会将电流最大值限制在120％的安全负载值，也就是控制系统最大只能给马达供给120％安全负载值的电流(如以公知的PWM(脉冲宽度调变)技术进行限制)，另一方面，控制系统允许马达以高于安全负载值的状态(即过流状态)运转一特定时间，例如5秒钟，当5秒过后电流未下降到安全负载值以下，便切断对马达的供电，以此保护马达不受毁损。而所谓单过流保护便是指此种保护机制具有单一峰值限制，如上述例子的电流峰值限制在120％安全负载值。

为了进一步说明使用者在一配备有习知单过流保护机制的跑步机上运动时马达的驱动电源电流变化状况，请参阅图6及图7，图6揭示了使用者运动时马达的驱动电源电流的长时间变化状况，其中，驱动电源电流的变化与马达负载电流相关，负载电流升高时驱动电源电流也会升高，而驱动电源电流会呈现如图中所示的状态的原因在于跑步机使用者的运动型态无法持续且长时间的施加一固定负载给马达，即便使用者突然重踩跑步机，其所施加的大负载持续时间也相当短暂，所以设计者在设计马达控制以及过流保护时，需将此特殊的负载特性考虑在内。而图7为一对应于图6中B处的放大图，此外，图7中的横坐标处有一作用时间t4，此为本例习知单过流保护的作用时间。