CN105490589B - 直流马达静态顺势启动装置、控制方法及直流马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直流马达静态顺势启动装置、控制方法及直流马达，装置包括启动控制模块、初始转动电动势检测电路、放大电路、转向判断模块；初始转动电动势检测电路连接于直流马达的正电极与负电极之间、以检测直流马达由静止到转动瞬间在正电极与负电极之间产生的电压；初始转动电动势检测电路的输出端与放大电路的输入端电连接、以放大直流马达在转动瞬间产生的电压；转向判断模块的输入端连接放大电路的输出端、以根据直流马达在转动瞬间产生的电压判断直流马达是正向启动还是反向启动；启动控制模块的输入端连接转向判断模块的输出端、以根据直流马达的启动方向顺势启动直流马达。本发明通过自动判断马达转向，使其性能更加稳定、智能化程度更高。

Description

直流马达静态顺势启动装置、控制方法及直流马达

技术领域

本发明涉及直流马达技术领域，更具体地说，涉及一种直流马达静态顺势启动装置、控制方法及直流马达。

背景技术

直流电机(direct current machine)是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机，当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

目前很多机械产品中都带有直流电机，或称为直流马达。其中，有些产品需要采用外力先旋转直流马达，然后采用控制软件控制直流马达根据外力旋转马达的方向顺势启动直流马达，该过程为直流马达静态顺势启动。当前实现直流马达静态顺势启动的主要方式是采用机械开关，当机械开关处于不同位置时，提供给主控芯片不同的信号，从而控制马达向需要的方向启动。该启动方式中，由于需要采用机械开关给主控芯片提供转向信号，很多应用中需要从控制板上引线连接至机械开关，使得产品存在较多故障隐患，不利于产品的稳定性。而且，由于马达启动时的转向必须提前与机械开关的状态相互关联，操作时需要人员主观判断操作方向，给操作带来了较多的不便利，不利于产品的操控智能化。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种使得产品性能更加稳定、操作智能化程度更高的直流马达静态顺势启动装置及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种直流马达静态顺势启动装置，包括启动控制模块，其中，以及包括初始转动电动势检测电路、放大电路、转向判断模块；所述初始转动电动势检测电路连接于直流马达的正电极与负电极之间、以检测所述直流马达由静止到转动瞬间在所述正电极与所述负电极之间产生的电压；所述初始转动电动势检测电路的输出端与所述放大电路的输入端电连接、以放大所述直流马达在转动瞬间产生的电压；所述转向判断模块的输入端连接所述放大电路的输出端、以根据所述直流马达在转动瞬间产生的电压判断所述直流马达是正向启动还是反向启动；所述启动控制模块的输入端连接所述转向判断模块的输出端、以根据所述直流马达的启动方向顺势启动所述直流马达。

本发明所述的直流马达静态顺势启动装置，其中，所述转向判断模块包括：

用于将所述初始转动电动势检测电路检测到的电压值转换成数字信号的ADC转换单元；以及，

用于将转换后的电压数字信号与所述放大电路的静态偏置电压相比较、在所述转换后的电压数字信号大于所述放大电路的静态偏置电压时输出正向启动判断结果、以及在所述转换后的电压数字信号小于所述放大电路的静态偏置电压时输出反向启动判断结果的比较单元。

本发明所述的直流马达静态顺势启动装置，其中，所述初始转动电动势检测电路包括连接于所述直流马达的正电极与电源之间的第一电阻和连接于所述直流马达的负电极与地之间的第二电阻。

本发明所述的直流马达静态顺势启动装置，其中，所述放大电路包括一双极型三极管，所述双极型三极管的基极通过第四电阻连接所述直流马达的正电极；

所述双极型三极管的集电极通过第三电阻连接电源，同时所述双极型三极管的集电极通过第四电容接地；

所述双极型三极管的发射极接地；

所述放大电路的输出端从所述第三电阻与所述第四电容的连接点引出。

本发明所述的直流马达静态顺势启动装置，其中，所述直流马达的正电极与负电极之间连接有第三电容。

本发明所述的直流马达静态顺势启动装置，其中，所述静态偏置电压为所述直流马达在静止状态时所述第三电阻提供的电压。

本发明还提供了一种直流马达静态顺势启动控制方法，其中，包括以下步骤：

获取所述直流马达由静止到转动瞬间在所述正电极与所述负电极之间产生的电压；

对所述直流马达在转动瞬间产生的电压进行放大处理；

根据所述直流马达在转动瞬间产生的电压判断所述直流马达是正向启动还是反向启动；

根据所述直流马达的启动方向顺势启动所述直流马达。

本发明所述的直流马达静态顺势启动控制方法，其中，所述获取所述直流马达由静止到转动瞬间在所述正电极与所述负电极之间产生的电压的步骤具体包括：

通过连接在所述直流马达的正电极与电源之间的第一电阻和连接于所述直流马达的负电极与地之间的第二电阻来检测所述直流马达在转动瞬间产生的电压。

本发明所述的直流马达静态顺势启动控制方法，其中，所述根据所述直流马达在转动瞬间产生的电压判断所述直流马达是正向启动还是反向启动的步骤具体包括：

将检测到的电压值转换成数字信号；

将转换后的电压数字信号与在所述直流马达处于静止状态时检测到的所述放大电路的静态偏置电压相比较、在所述转换后的电压数字信号大于所述直流马达处于静止状态时检测到的所述放大电路的静态偏置电压时输出正向启动判断结果、以及在所述转换后的电压数字信号小于所述直流马达处于静止状态时检测到的所述放大电路的静态偏置电压时输出反向启动判断结果。

本发明还提供了一种直流马达，其中，包括如前述任一项所述的直流马达静态顺势启动装置。

本发明的有益效果在于：利用直流马达由静止到转动时，在直流马达的正负电极上产生的一个微小电压（电动势）判断出直流马达当前的转向，从而给直流马达施加同向驱动电压，顺势启动马达；由于该启动方式中不需要采用机械开关给主控芯片提供转向信号，避免了从控制板上引线连接至机械开关，使得产品稳定性更好；而且，由于直流马达启动时的转向是由装置自动判断，不需要操作人员主观判断操作方向，操作更加便利，使得产品操控更加智能化。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明较佳实施例的直流马达静态顺势启动装置原理框图；

图2是本发明较佳实施例的直流马达静态顺势启动装置中转向判断模块原理框图；

图3是本发明较佳实施例的直流马达静态顺势启动装置中初始转动电动势检测电路和放大电路图；

图4是采用示波器测得直流马达M1在静态下通过机械方式正向转动时产生的电压（电动势）信号图；

图5是采用示波器测得直流马达M1在静态下通过机械方式反向转动时产生的电压（电动势）信号图；

图6是本发明较佳实施例的直流马达静态顺势启动控制方法流程图。

具体实施方式

本发明较佳实施例的直流马达静态顺势启动装置10原理如图1所示，包括启动控制模块14、初始转动电动势检测电路11、放大电路12、转向判断模块13；初始转动电动势检测电路11连接于直流马达M1的正电极与负电极之间、以检测直流马达M1由静止到转动瞬间在正电极与负电极之间产生的电压；初始转动电动势检测电路11的输出端与放大电路12的输入端电连接、以放大直流马达M1在转动瞬间产生的电压；转向判断模块13的输入端连接放大电路12的输出端、以根据直流马达在转动瞬间产生的电压判断直流马达M1是正向启动还是反向启动；启动控制模块14的输入端连接转向判断模块13的输出端、以根据直流马达M1的启动方向顺势启动直流马达。这样利用直流马达M1由静止到转动时，在直流马达M1的正负电极上产生的一个微小电压（电动势）判断出直流马达M1当前的转向，从而给直流马达M1施加同向驱动电压，顺势启动马达；由于该启动方式中不需要采用机械开关给主控芯片提供转向信号，避免了从控制板上引线连接至机械开关，使得产品稳定性更好；而且，由于直流马达M1启动时的转向是由装置自动判断，不需要操作人员主观判断操作方向，操作更加便利，使得产品操控更加智能化。

进一步地，上述直流马达静态顺势启动装置10中，如图2所示，转向判断模块13包括：用于将初始转动电动势检测电路检测到的电压值转换成数字信号的ADC（模/数）转换单元131；以及，用于将转换后的电压数字信号与放大电路的静态偏置电压相比较、在转换后的电压数字信号大于放大电路的静态偏置电压时输出正向启动判断结果、以及在转换后的电压数字信号小于放大电路的静态偏置电压时输出反向启动判断结果的比较单元132。在以上电路的基础上，采用示波器测得直流马达M1在静态下通过机械方式正向转动时产生的电压（电动势）信号如图4所示，该信号大于直流马达M1静止时放大电路的静态偏置电压；反向转动时产生的电压（电动势）信号如图5所示，该信号小于直流马达M1静止时放大电路的静态偏置电压。

上述实施例中，启动控制模块14、转向判断模块13可以采用硬件或软件实现，初始转动电动势检测电路11、放大电路12可以采用集成电路或分立元件电路实现。

具体地，上述直流马达静态顺势启动装置10中，如图3所示，初始转动电动势检测电路11包括连接于直流马达M1的正电极与电源VDD之间的第一电阻R1和连接于直流马达的负电极与地之间的第二电阻R2。其中，第一电阻R1的优选取值为100K欧姆，第二电阻R2的优选取值为100K欧姆。

进一步地，上述直流马达静态顺势启动装置10中，放大电路12包括一双极型三极管Q5，双极型三极管Q5的基极通过第四电阻R4连接直流马达M1的正电极；双极型三极管Q5的集电极通过第三电阻R3连接电源VDD，同时双极型三极管Q5的集电极通过第四电容C4接地；双极型三极管Q5的发射极接地；放大电路12的输出端从第三电阻R3与第四电容C4的连接点引出。其中，第三电阻优选取值为510欧姆，第四电阻优选取值为10K欧姆，第四电容优选取值为101P，双极型三极管Q5为NPN管。经由上述实施例中的第一电阻和第二电阻对直流马达M1由静止到转动瞬间在正电极与负电极之间产生的电压进行采样，再经由上述双极型三极管Q5进行放大，并输出至转向判断模块13进行转向判断。

上述直流马达静态顺势启动装置10中，静态偏置电压为直流马达M1在静止状态时第三电阻R3提供的电压。

如图3所示，上述直流马达静态顺势启动装置10中，直流马达M1连接有马达驱动电路，其输入端连接有马达正反转控制信号PWM1、PWM2；直流马达M1的正电极与负电极之间连接有第三电容C3，以保证所采样的电压值稳定，并能保护电路。

在本发明的另一实施例中，还提供了一种直流马达静态顺势启动控制方法，如图6所示，包括以下步骤：步骤S1、获取直流马达M1由静止到转动瞬间在正电极与负电极之间产生的电压；步骤S2、对直流马达M1在转动瞬间产生的电压进行放大处理；步骤S3、根据直流马达M1在转动瞬间产生的电压判断直流马达M1是正向启动还是反向启动；步骤S4、根据直流马达M1的启动方向顺势启动直流马达。这样利用直流马达M1由静止到转动时，在直流马达M1的正负电极上产生的一个微小电压（电动势）判断出直流马达当前的转向，从而给直流马达M1施加同向驱动电压，顺势启动直流马达M1；由于该启动方式中不需要采用机械开关给主控芯片提供转向信号，避免了从控制板上引线连接至机械开关，使得产品稳定性更好；而且，由于直流马达M1启动时的转向是由装置自动判断，不需要操作人员主观判断操作方向，操作更加便利，使得产品操控更加智能化。

进一步地，上述直流马达静态顺势启动控制方法中，获取直流马达M1由静止到转动瞬间在正电极与负电极之间产生的电压的步骤具体包括：通过连接在直流马达M1的正电极与电源VDD之间的第一电阻R1和连接于直流马达的负电极与地之间的第二电阻R2来检测直流马达M1在转动瞬间产生的电压。

进一步地，上述直流马达静态顺势启动控制方法中，根据直流马达M1在转动瞬间产生的电压判断直流马达M1是正向启动还是反向启动的步骤具体包括：将检测到的电压值转换成数字信号；将转换后的电压数字信号与在直流马达M1处于静止状态时检测到的放大电路12的静态偏置电压相比较、在转换后的电压数字信号大于直流马达M1处于静止状态时检测到的放大电路12的静态偏置电压时输出正向启动判断结果、以及在转换后的电压数字信号小于直流马达M1处于静止状态时检测到的放大电路12的静态偏置电压时输出反向启动判断结果。其中，采用示波器测得直流马达M1在静态下通过机械方式正向转动时产生的电压（电动势）信号如图4所示，该信号大于直流马达M1静止时放大电路的静态偏置电压；反向转动时产生的电压（电动势）信号如图5所示，该信号小于直流马达M1静止时放大电路的静态偏置电压。

在本发明的另一实施例中，还提供了一种直流马达，包括如前述任一实施例中所述的直流马达静态顺势启动装置10，参阅图1、图2和图3，其控制方法参阅图6，由于直流马达静态顺势启动装置10中不需要采用机械开关给主控芯片提供转向信号，避免了从控制板上引线连接至机械开关，使得产品稳定性更好；而且，由于直流马达M1启动时的转向是由装置自动判断，不需要操作人员主观判断操作方向，操作更加便利，使得产品操控更加智能化。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种直流马达静态顺势启动装置，包括启动控制模块，其特征在于，以及包括初始转动电动势检测电路、放大电路、转向判断模块；

所述初始转动电动势检测电路连接于所述直流马达的正电极与负电极之间、以检测所述直流马达由外力旋转带动从静止到转动瞬间在所述正电极与所述负电极之间产生的电压；

所述初始转动电动势检测电路的输出端与所述放大电路的输入端电连接、以放大所述直流马达在转动瞬间产生的电压；

所述转向判断模块的输入端连接所述放大电路的输出端、以根据放大的所 述直流马达在转动瞬间产生的电压以及所述放大电路的静态偏置电压判断所述直流马达是正向启动还是反向启动；

所述启动控制模块的输入端连接所述转向判断模块的输出端、以根据所述直流马达的启动方向顺势启动所述直流马达；

所述转向判断模块包括：

用于将所述放大电路放大后的所述直流马达在转动瞬间产生的电压值转换成数字信号的ADC转换单元；以及，

用于将转换后的电压数字信号与所述放大电路的静态偏置电压相比较、在所述转换后的电压数字信号大于所述放大电路的静态偏置电压时输出正向启动判断结果、以及在所述转换后的电压数字信号小于所述放大电路的静态偏置电压时输出反向启动判断结果的比较单元；

其中，所述启动控制模块（14）、所述转向判断模块（13）采用硬件或软件实现，所述初始转动电动势检测电路（11）、所述放大电路（12）采用集成电路或分立元件电路实现。

2.根据权利要求1所述的直流马达静态顺势启动装置，其特征在于，所述初始转动电动势检测电路包括连接于所述直流马达的正电极与电源之间的第一电阻和连接于所述直流马达的负电极与地之间的第二电阻。

3.根据权利要求2所述的直流马达静态顺势启动装置，其特征在于，所述放大电路包括一双极型三极管，所述双极型三极管的基极通过第四电阻连接所述直流马达的正电极；

所述双极型三极管的集电极通过第三电阻连接电源，同时所述双极型三极管的集电极通过第四电容接地；

所述双极型三极管的发射极接地；

所述放大电路的输出端从所述第三电阻与所述第四电容的连接点引出。

4.根据权利要求3所述的直流马达静态顺势启动装置，其特征在于，所述直流马达的正电极与负电极之间连接有第三电容。

5.根据权利要求3所述的直流马达静态顺势启动装置，其特征在于，所述静态偏置电压为所述直流马达在静止状态时所述第三电阻提供的电压。

6.一种用于上述权利要求1-5中任一项所述的直流马达静态顺势启动装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取所述直流马达由外力旋转带动从静止到转动瞬间在所述正电极与所述负电极之间产生的电压；

对所述直流马达在转动瞬间产生的电压进行放大处理；

根据放大的所述直流马达在转动瞬间产生的电压以及所述放大电路的静态偏置电压判断所述直流马达是正向启动还是反向启动；

根据所述直流马达的启动方向顺势启动所述直流马达；

所述根据所述直流马达在转动瞬间产生的电压判断所述直流马达是正向启动还是反向启动的步骤具体包括：

将所述放大电路放大后的所述直流马达在转动瞬间产生的电压值转换成数字信号；

将转换后的电压数字信号与在所述直流马达处于静止状态时检测到的所述放大电路的静态偏置电压相比较、在所述转换后的电压数字信号大于所述直流马达处于静止状态时检测到的所述放大电路的静态偏置电压时输出正向启动判断结果、以及在所述转换后的电压数字信号小于所述直流马达处于静止状态时检测到的所述放大电路的静态偏置电压时输出反向启动判断结果。

7.根据权利要求6所述的直流马达静态顺势启动装置的控制方法，其特征在于，所述获取所述直流马达由静止到转动瞬间在所述正电极与所述负电极之间产生的电压的步骤具体包括：

通过连接在所述直流马达的正电极与电源之间的第一电阻和连接于所述直流马达的负电极与地之间的第二电阻来检测所述直流马达在转动瞬间产生的电压。

8.一种直流马达，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的直流马达静态顺势启动装置。