CN210629386U - 马达控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种马达控制装置。马达控制装置用于控制至少一马达且包括电路板、检测模块、驱动电路、信号处理电路与控制电路。检测模块、驱动电路、信号处理电路与控制电路都装设于电路板上。检测模块电性连接马达，用以检测马达的运作电流。信号处理电路电性连接检测模块，用以根据马达的运作电流产生至少一检测信号。控制电路电性连接信号处理电路，且根据检测信号计数运作电流的纹波数目以获得至少一物体被马达移动后的位置信息。驱动电路根据来自控制电路的控制信号对马达提供运作电流。本实用新型的马达控制装置具有利用单一控制电路来控制一个或多个马达的功效。

Description

马达控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种电子控制技术，尤其涉及一种马达控制装置。

背景技术

随着科技的进步，马达取代了人力，电动物体移动装置已经普遍应用于日常生活中。举例来说，车辆的电动窗就是靠电子装置控制升降。虽然电子装置可以控制马达来带动负载，但是如何精确的掌握负载被马达移动的距离仍是目前的需要改善的问题。此外，当电子装置具备多个马达时，如果每个马达都需要一个控制电路，将会造成马达装置的成本增加。

实用新型内容

本实用新型提供一种马达控制装置，可以利用单一控制电路来控制一个或多个马达，因而具有简化结构且降低成本的功效。

本实用新型的一种马达控制装置，用于控制至少一马达且包括电路板、检测模块、驱动电路、信号处理电路与控制电路。检测模块装设于电路板上且电性连接至少一马达，用以检测马达的运作电流。信号处理电路装设于电路板上，用以根据至少一马达的运作电流产生至少一检测信号。控制电路装设于电路板上且电性连接信号处理电路。控制电路装设于电路板上，根据检测信号计数至少一马达的运作电流的纹波数目以获得至少一物体被至少一马达移动后的位置信息。驱动电路装设于电路板上且电性连接马达与控制电路，用以根据来自控制电路的至少一控制信号对至少一马达提供运作电流。

基于上述，本实用新型的实施例提供一种马达控制装置。本实用新型的控制电路接收对应马达的运作电流而产生的检测信号，并根据检测信号获得物体被马达移动后的位置信息，尤其是纹波数目，进而控制马达移动物体。本实用新型的控制电路还可以电性连接多个马达，并个别控制各马达的操作，使得该马达控制装置可以仅利用一个控制电路完成操作，简化所需要的控制元件数目，具有低成本生产优势。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本实用新型的一实施例的一种马达控制装置的方块示意图；

图2是依照本实用新型的一实施例的一种原始检测信号以及检测信号的波形图；

图3是依照本实用新型的一实施例的一种控制电路的方块图；

图4是依照本实用新型的一实施例的一种马达控制方法的流程图；

图5是依照本实用新型的另一实施例的一种马达控制装置的方块示意图。

附图标记说明：

100、100’：马达控制装置 DS：检测信号

104：传动装置 DSA：第一检测信号

106：定位检测器 DSB：第二检测信号

110：电路板 M：马达

120：信号处理电路 M1：第一马达

122：放大电路 M2：第二马达

124：比较器 OB：物体

130：控制电路 OB1：第一物体

132：处理器 OB2：第二物体

134、136：逻辑电路模块 P：移动轨迹

140：检测模块 PS、PS1、PS2：定位信号

150：驱动电路 P1～P4：检测位置

152：驱动器 T：时间区间

154：继电器 t：脉冲期间

210、220：曲线 S410～S480：马达控制方法的步骤。

CS、CS1、CS2：控制信号

DS0、DS1：原始检测信号

具体实施方式

图1是依照本实用新型的一实施例的一种马达控制装置的方块示意图。请参照图1，马达控制装置100用于控制至少一马达(图1显示1个马达M作为示例)沿移动轨迹P移动物体OB。马达M例如是直流马达，但本实用新型不限制于此。马达控制装置100电性连接马达M以控制马达M并监控物体OB被马达M移动后的位置信息。马达控制装置100还包括传动装置104。传动装置104耦接马达M与物体OB，包括例如滑轨、齿轮、皮带、链条、传动轴等，本实用新型并不限制。马达M通过带动传动装置104以使物体OB沿移动轨迹P移动。

马达控制装置100可广泛的应用在各种产品上。举例来说，马达控制装置100可适于安装在车辆上而物体OB是汽车的动件，例如天窗、遮阳器件(比如说遮阳帘)、电动窗、车顶盖、电动车门或是电动尾门等。马达控制装置100控制汽车天窗的开阖或是车窗或尾门的升降。在另一实施例中，马达控制装置100可以安装在电动椅或电动床，物体OB例如是椅垫、椅背或是床垫等等。在另一实施例中，马达控制装置100可以安装机器人中，物体OB例如是机械手臂等等。本实用新型并不限制马达控制装置100的用途，也不限制物体OB的种类。

马达控制装置100包括电路板110、信号处理电路120、控制电路130、检测模块140与驱动电路150，其中检测模块140、驱动电路150、信号处理电路120与控制电路130都装设于电路板110上。检测模块140电性连接马达M，用以检测马达M的运作电流。信号处理电路120电性连接检测模块140，用以根据马达M的运作电流产生检测信号DS。控制电路130例如是以芯片模块的方式实施，电性连接信号处理电路120，用以控制马达M移动物体OB并且根据检测信号DS计数马达M的运作电流的纹波数目以获得物体OB被马达M移动后的位置信息。驱动电路150电性连接马达M与控制电路130，用以根据来自控制电路130的控制信号CS对马达M提供运作电流。

具体来说，检测模块140例如是分流电阻/电流传感器。检测模块140在此以分流电阻为例。检测模块140检测马达M的运作电流以输出原始检测信号DS0。信号处理电路120接收原始检测信号DS0以输出经过处理的原始检测信号DS0(以检测信号DS表示)至控制电路130。驱动电路150例如包括驱动器152与继电器(relay)154。驱动器152接收来自控制电路130的控制信号CS以通过继电器154控制马达M的转动。本实施例中，原始检测信号DS0是模拟信号，但从信号处理电路120输出的检测信号DS可以是数字信号。控制电路130可以根据检测信号DS获得物体OB的位置信息，并适应性利用驱动电路150来控制马达M的运作。位置信息例如是纹波数目或者基于纹波数目推算的物体OB的移动距离。

图1的信号处理电路120包括放大电路122与比较器124。放大电路122例如包括放大器、差分放大器或上述的元件组合。放大电路122仅放大原始检测信号DS0的振幅并输出放大后的原始检测信号DS0(以原始检测信号DS1表示)。接着，比较器124接收原始检测信号DS1以对应输出检测信号DS。比较器124会将原始检测信号DS1与参考电压阈值进行比较以输出逻辑电平“0”或“1”。

图2是依照本实用新型的一实施例的一种原始检测信号以及检测信号的波形图。请参照图2，曲线210例如是模拟信号形式的原始检测信号DS1的波形图，曲线220例如是数字信号形式的检测信号DS的波形图。原始检测信号DS1的振幅不小于参考电压阈值Vref的部分被转换成逻辑电平“1”，原始检测信号DS1的振幅小于参考电压阈值Vref的部分被转换成逻辑电平“0”。

图3是依照本实用新型的一实施例的一种控制电路的方块图。请参照图3，控制电路130是芯片模块，至少包括处理器132与逻辑电路模块134、136。处理器132例如为微控制器(micro controller unit，MCU)、中央处理单元(central processing unit，CPU)、任何可编程的微处理器或数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、可编程的控制器、专用集成电路(application specific integrated circuits，ASIC)、可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)或其他具备运算能力的装置。逻辑电路模块134可以是任何型态的固定式或可移动式随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、闪存(Flash memory)或类似元件或上述元件的组合。逻辑电路模块134存储执行马达控制装置100所需要的数据，例如查找表或程序码。处理器132电性连接逻辑电路模块134以载入程序码并执行程序码。逻辑电路模块136用来执行模拟转数字(Analog to Digital Converter，ADC)操作，例如参考图2，逻辑电路模块136将来自放大电路122的原始检测信号DS1(如曲线210所示)转换成数字信号(如曲线220所示)。

在本实施例中，处理器132可以执行至少一个程序码来实现计数功能和/或滤波功能。举例来说，在计数纹波数目之前，处理器132执行滤波功能的程序码来预先滤除检测信号DS中的噪声以提升纹波数目的正确度。在图2中，当代表检测信号DS的曲线220通过两个相邻的上升沿(rising edge)(例如时间区间T)后，处理器132还执行计数功能的程序码来将纹波数目累计加1。

在另一实施例中，信号处理电路120可以不需要包括比较器124，而由处理器132通过算法的方式执行程序码来计算马达M的运作电流的纹波数目。处理器132可以直接接收模拟信号形式的原始检测信号DS1，并且取得原始检测信号DS1的多个采样值以计算纹波数目。本实用新型并不限制计算纹波数目的实施方式。

在本实施例中，马达控制装置100还包括至少一定位检测器106，用以检测物体OB是否通过移动轨迹P上的至少一检测位置(例如检测位置P1～P4)并对应产生定位信号PS。定位检测器106例如是光电传感器(其中光源例如可见光、红外光或其他非可见光并搭载图像传感器，或结合如激光或光纤等实施方式)、压力式传感器、红外线传感器、磁力传感器或电阻式传感器的其中一个或至少任两个的组合，非用以限制本实用新型的范畴。定位检测器106可以设置在传动装置104中且对应设置在移动轨迹P至少一个检测位置P1～P4上，其中检测位置P1～P4是移动轨迹P上的固定位置，而传动装置104的位置例如可搭配物体OB的功能或尺寸，对应设置于车辆的窗框、门框、窗体或门体上，然非用以限制本实用新型的范畴。图1以4个定位检测器106为例，分别对应移动轨迹P上4个不同的检测位置P1～P4，然本实用新型并未限制检测位置及其对应定位检测器的数量。

处理器132会接收定位信号PS。当物体OB通过检测位置P1～P4的其中一个时，处理器132可以根据定位信号PS实时确定物体OB目前的位置。

逻辑电路模块134可以预先存储检测位置P1～P4的参考位置信息，其中参考位置信息例如是检测位置P1～P4在移动轨迹P上的坐标和/或对应的参考纹波数目。处理器132还可以将检测位置P1～P4上的位置信息与参考位置信息进行比对以校正位置信息。当处理器132判断目前的位置信息与参考位置信息不符合时，处理器132将位置信息更新为参考位置信息。简单来说，控制电路130可以判断对应于检测位置P1～P4的位置信息与参考位置信息是否符合以更新目前的位置信息。

以下将进一步详细说明马达控制装置100如何利用定位检测器106实现位置补偿的实施方式。

图4是依照本实用新型的一实施例的一种马达控制方法的流程图。请参照图4，图4的马达控制方法可适用于上述的实施例，以下即搭配图1与图3的元件符号来说明马达控制方法的步骤。在一实施例中，图4的马达控制方法可以以程序码的形式存储在逻辑电路模块134中，由处理器132载入并执行此程序码来实现位置补偿功能。

在步骤S410中，马达控制装置100控制马达M以开始移动物体OB。在步骤S420中，检测模块140检测马达M的运作电流，并由信号处理电路120产生对应的检测信号DS。在步骤S430中，控制电路130根据检测信号DS计数纹波数目以取得换算位置。详细来说，在处理器132获得目前运作电流的纹波数目后，可以通过查找表查找目前纹波数目对应物体OB应该移动的距离(在本文中称为换算距离)作为物体OB的位置信息。

在过程中，物体OB依旧在移动轨迹P上移动，控制电路130根据马达M的运作状态(尤其是运作电流)实时监控物体OB的位置信息，并且根据定位信号PS判断物体OB是否通过检测位置P1～P4的其中一个位置。在步骤S440中，如果控制电路130判断物体OB还没移动到任何一个检测位置P1～P4，回到步骤S420，检测模块140继续检测马达M的运作电流。如果控制电路130判断物体OB移动到其中一个检测位置P1～P4，则执行步骤S450。

在步骤S450中，处理器132判断目前的换算位置是否符合目前检测位置。如果是的话，表示马达控制装置100精确地掌握物体OB的位置，继续进入步骤S470。相反地，表示控制电路130目前所获得的纹波数目有误差，则执行步骤S460以进行位置补偿。在步骤S460中，处理器132以检测位置取代换算位置并将纹波数目更新为目前检测位置所对应的参考纹波数目。

在步骤S470中，控制电路130判断物体OB是否移动到目的地。如果抵达的话，执行步骤s480，控制电路130结束移动动作，相反地，回到步骤S420，检测模块140继续检测马达M的运作电流。

举例来说，若沿着移动轨迹P的方向定义水平坐标(相对于一起始点，数值由小到大依序为P1、P2、P3及P4)，当物体OB移动到检测位置P3时，控制电路130先根据检测信号DS获得目前的纹波数目(例如140个)并且根据纹波数目获得物体OB的换算位置(例如140mm)。另外，控制电路130也可以根据定位信号PS从逻辑电路模块134获得检测位置P3的坐标(例如150mm)或距离以及对应的参考纹波数目(例如150个)。接着，控制电路130比对检测位置P3与换算位置。当检测位置P3与换算位置不相符时，控制电路130更新物体OB的位置信息，具体来说，控制电路130会将目前的纹波数目更新为参考纹波数目(例如将140个替换为150个)并且以检测位置P3取代换算位置(例如将140mm替换为150mm)。藉此，控制电路130可以根据定位信号PS确认检测位置P1～P4上的位置信息，判断自检测信号DS取得的纹波数目是否能正确反应物体OB的实际位置，从而达到精准定位物体OB的功效，至于本实施例中所用的数值或距离/位置仅供参考，非用以限制本实用新型的范畴。

除此以外，马达控制装置100还可以具有保护功能。举例来说，当马达控制装置100应用于车辆中时，马达控制装置100可以提供防夹功能或是避免马达M的电流过载。由处理器132可以执行至少一个程序码来实现上述的保护功能。

逻辑电路模块134还可以预先存储查找表与运作临界值。查找表纪录了对应于各种马达型号的第一参考系数X与第二参考系数Y，其中X+Y＝1，且第一参考系数X小于第二参考系数Y。在每一个移动循环中，处理器132会根据运作临界值来判断马达M目前的运作状态是否符合正常操作标准。物体OB在移动路径P上来回一次可视为一个移动循环。举例来说，如果物体OB是汽车电动窗，汽车电动窗开阖一次可视为一个移动循环。

在本实施例中，控制电路130检测运作电流以确认马达M的运作状态。控制电路130自放大电路122接收原始检测信号DS1。当原始检测信号DS1的电流值不小于运作临界值(电流阈值)时，处理器132判断马达M不符合正常操作标准，据此，处理器132可以停止驱动或降速马达M以避免电流过载或是启动防夹功能。举例来说，请参考图2，当曲线220的脉冲期间t大于或等于运作临界值(时间阈值)时，处理器132判断马达M不符合正常操作标准，因此停止驱动或降速马达M以避免电流过载或对应启动防夹功能。

另外，控制电路130还可根据马达M的运作电流来对应执行一自适应学习的算法。由于马达M会受到老化、温度、供应电压变动或震动等因素影响，因此运作临界值如果一直都是定值并无法真实反应马达M的操作实况。在本实施例中，因控制电路130可以直接接收原始检测信号DS1，使得控制电路130可实时监控马达M的状态而对应调整运作临界值，这方式可理解为控制电路130所执行的自适应学习算法。较佳地，处理器132可以在每一个移动循环中更新运作临界值，然非用以限制本实用新型的范畴。

于自适应学习中，处理器132通过查找表获得马达M对应的第一参考系数X与第二参考系数Y，并且在每一个移动循环中计算新的运作临界值An。新的运作临界值An满足An＝X*Bc+Y*Ap，其中Bc为马达M目前的运作状态的检测值(例如上述的运作电流的电流值或脉冲周期t)，Ap为上一个移动循环的运作临界值。处理器132将新的运作临界值An作为更新后的运作临界值，以取代出厂时的预设运作临界值或前一个运作临界值Ap。

举例来说，当控制电路130选择判断马达M的运作电流的电流值是否过高时，运作临界值An或Ap是一电流阈值。控制电路130可以根据原始检测信号DS1获得马达M目前的运作电流的电流值(作为上述的检测值Bc)，并且计算新的运作临界值An。在同一个移动循环中，控制电路130比较马达M的运作电流的电流值是否大于运作临界值An以判断马达M是否符合正常操作标准。

在另一实施例中，当控制电路130选择判断马达M的运作电流的脉冲时间是否过长时，运作临界值An或Ap是一时间阈值。控制电路130可以根据原始检测信号DS1或原始检测信号DS获得马达M目前的脉冲期间t(作为检测值Bc)，并且计算新的运作临界值An。在同一个移动循环中，控制电路130比较马达M的运作电流的脉冲期间t是否大于运作临界值An以判断马达M是否符合正常操作标准。

图5是依照本实用新型的另一实施例的一种马达控制装置的方块示意图。请参照图5，马达控制装置100’可以控制二个以上的马达，在此仅显示第一马达M1与第二马达M2，但不限于此。控制电路130可以根据第一检测信号DSA控制第一马达M1移动第一物体OB1，且根据第二检测信号DSB控制第二马达M2移动第二物体OB2，其中第一检测信号DSA是根据第一马达M1的运作状态而产生，第二检测信号DSB是根据第二马达M2的运作状态而产生。控制电路130可以同时或分时接收第一检测信号DSA与第二检测信号DSB，进而产生第一物体OB1与第二物体OB2对应的第一位置信息与第二位置信息并输出对应第一马达M1与第二马达M2的控制信号CS1、CS2。也就是说，马达控制装置100’的控制电路130可以同时或分时控制多个马达。上述的第一检测信号DSA、第二检测信号DSB以及对应的第一位置信息与第二位置信息的产生方式与图1至图4的实施例的检测信号DS与位置信息类似，本领域的技术人员可依据上面的说明获致足够的建议或教示，因此不再赘述。

补充说明的是，控制电路130可以控制第一马达M1与第二马达M2来先后移动第一物体OB1跟第二物体OB2，也可以让第一物体OB1跟第二物体OB2同时进行移动，本实用新型并不限制。

在一实施例中，第一物体OB1为遮阳帘，第二物体OB2为汽车天窗，如果控制电路130要执行遮阳帘与汽车天窗的打开动作，控制电路130会根据第一检测信号DSA判断遮阳帘的打开动作是否已经完成，当遮阳帘开启动作结束后，控制电路130再控制第二马达M2让汽车天窗完全打开。在遮阳帘的打开动作完成前，控制电路130输出控制信号CS1以开启遮阳帘，并接收定位信号PS1以确认遮阳帘的开启程度。直到遮阳帘打开到一定位置时，汽车天窗再开始动作。控制电路130输出控制信号CS2以开启汽车天窗，并根据第二检测信号DSB以及定位信号PS2判断汽车天窗的打开动作是否完成。控制电路130输出控制信号CS2以关闭汽车天窗。直到汽车天窗完全关闭后，控制电路130才输出控制信号CS1以关闭汽车天窗遮阳帘，当然，在此针对第一物体OB1与第二物体OB2的描述方式仅作为本实用新型的概念性理解，而本领域技术人员自然可依据实际需求来调整第一物体OB1与第二物体OB2间的相对操作方式，非用以限制本实用新型的范畴。

关于控制电路130控制第一马达M1与第二马达M2的实施细节也与上述实施例中控制电路130控制马达M的过程相似，在此不再赘述。

特别说明的是，在本实施例中，马达控制装置100’是利用同一个控制电路130来控制多个马达。因此马达控制装置100’能够降低使用的元件数量，简化结构以达到低生产成本的优点。

综上所述，本实用新型提出一种是用于控制至少一马达的马达控制装置。马达控制装置能够电性连接一个或多个马达并且再分别控制每一个马达，而且多个马达之间的检测信号不会彼此干扰。本实用新型能够以单一马达控制装置实现多马达控制技术，因而具有低生产成本的优点。除此以外，本实用新型通过定位检测器进一步校正所计算的位置信息，可以克服外在干扰所造成的纹波计数误差，因此提升了定位精确度。本实用新型的控制电路还可以在每一个移动循环中实时对应马达的运作状态来调整运作临界值，能到提供灵敏的保护功能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种马达控制装置，其特征在于，用于控制至少一马达且包括：

电路板；

检测模块，装设于所述电路板上且电性连接所述至少一马达，用以检测所述至少一马达的运作电流；

信号处理电路，装设于所述电路板上且电性连接所述检测模块，用以根据所述至少一马达的运作电流产生至少一检测信号；

控制电路，装设于所述电路板上且电性连接所述信号处理电路，用以根据所述至少一检测信号计数所述运作电流的纹波数目，以获得至少一物体被所述至少一马达移动后的位置信息；以及

驱动电路，装设于所述电路板上，电性连接所述至少一马达与所述控制电路，用以根据来自所述控制电路的至少一控制信号对所述至少一马达提供所述运作电流。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，所述控制电路包括：

逻辑电路模块，用以存储至少一检测位置上的参考位置信息；以及

处理器，电性连接所述逻辑电路模块，用以将所述至少一检测位置上的所述位置信息与所述参考位置信息进行比对以校正所述位置信息。

3.根据权利要求2所述的马达控制装置，其特征在于，所述至少一检测位置是所述至少一物体的移动轨迹上的固定位置。

4.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，所述控制电路包括：

逻辑电路模块，用以存储查找表与运作临界值；以及

处理器，电性连接所述逻辑电路模块，用以在每一个移动循环中更新所述运作临界值。

5.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，所述至少一马达包括第一马达与第二马达，其中所述控制电路根据第一检测信号控制所述第一马达移动第一物体，且根据第二检测信号控制所述第二马达移动第二物体，其中所述第一检测信号是根据所述第一马达的运作状态而产生，所述第二检测信号是根据所述第二马达的运作状态而产生，其中所述控制电路同时接收所述第一检测信号与所述第二检测信号，进而产生所述第一物体与所述第二物体对应的第一位置信息与第二位置信息。

6.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，还包括：

至少一定位检测器，电性连接所述控制电路，用以检测所述至少一物体是否通过移动轨迹上的至少一检测位置并对应产生定位信号；

其中所述控制电路根据所述定位信号获得所述至少一检测位置的参考位置信息。

7.根据权利要求6所述的马达控制装置，其特征在于，所述至少一定位检测器设置于所述至少一检测位置上，且所述至少一定位检测器包括光电传感器、压力式传感器、红外线传感器、磁力传感器与电阻式传感器的其中一个或任两个的组合。

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