CN203617947U

CN203617947U - 跑步机调速控制装置

Info

Publication number: CN203617947U
Application number: CN201320829187.7U
Authority: CN
Inventors: 汪起富
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2023-12-17

Abstract

跑步机调速控制装置，包括供电模块、与所述的供电模块顺序相连的功率开关IGBT、取样电阻、电机，电机负极与该供电模块的低压输出端相连，其中，该跑步机调速控制装置还包括与功率开关IGBT输出端电性连接的取样信号处理电路、控制电路、控制信号电源及驱动电路。本实用新型在电机与功率开关IGBT之间设置取样电阻，从而避免功率开关IGBT的导通对跑步机负载的变化采样产生影响，确保采样的准确性，同时，通过控制电路一端与功率开关IGBT的输出端相连，并将控制电路的参考地线与电机的正极相连，且该控制电路的输出端通过驱动电路与功率开关IGBT的输入端相连，从而实现对功率开关IGBT的低压控制，通过控制功率开关IGBT导通关断的时间比值，实现对电机转速的恒定控制。

Description

跑步机调速控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种跑步机调速控制装置。

背景技术

由于直流电机启动转矩大，调速简单，因此在跑步机行业中被普遍应用。目前，一般跑步机均采用180V直流有刷电机，理论上，直流电机电压从0V到180V线性变化的时候，电机转速也呈线性由慢到快的变化。但是，在实际情况下，当电机线圈绕组有电流流过的时候，有一部分功率消耗在了线圈的电阻上，做了无用功。特别是加上负载后，电机电流比较大，这个情况变的很明显。例如：电机线圈绕组电阻为4R，电机转子常数为30的时候（转子常数为线圈励磁电压和转速的一个固定数据），给电机供10V的电压。这个时候电机空载，电流为0。2A。那么电机转速为：[10-(0.2*4)]*30=276rpm/Min，如果给电机加上负载，使其电流达到2A。电压不变，则转速为[10-(2*4)]*30 = 60rpm/Min；从276转下降到了60转，转速变化太大，而在跑步机应用中，由于跑步过程中，人体是时而踩在跑带上，时而离开跑带，即负载是在不断的变大变小，因此，如果不加以控制，速度变化太大，人体适应不过来，就会摔倒，造成安全隐患。

针对上述的技术问题,在调整电机速度的时候必须加以控制，时刻检测电机负载的变化（即电流的变化）对绕组电阻消耗的电压加以补偿，使的转速满足要求。而现有的跑步电机的调速装置，一方面，其虽然能够起到一定的调速功能，但是其尚不能完全实现在负载变化的同时，保持速度恒定的功能；另一方面，其电路结构复杂，制造成本高。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种电路结构简单、制造成本低廉的且能够实现随着跑步机上负载变化保证跑步机的速度恒定的跑步机调速控制装置。

为实现上述目的，本实用新型之一种跑步机调速控制装置，其包括供电模块、与所述的供电模块顺序相连的功率开关IGBT、取样电阻、电机，所述的电机负极与该供电模块的低压输出端相连，其特征在于：所述的跑步机调速控制装置还包括与功率开关IGBT输出端电性连接的取样信号处理电路、控制电路、控制信号电源及驱动电路，所述的控制电路的输入端与取样信号处理电路的输出端相连，其输出端与所述的驱动电路的输入端相连，所述控制电路的参考地线与电机的正极相连，且所述的控制信号电源分别与所述的控制电路和电机的负极电性连接。

在上述方案的基础上优选，所述的供电模块包括供电输入端口与所述供电输入端口的输出端电性连接的整流滤波电路。

在上述方案的基础上优选，所述的供电输入端口与所述的整流滤波电路之间设有一保险丝。

在上述方案的基础上优选，所述的控制信号电源还包括一分压电路，该分压电路的输出端与所述的控制电路相连，其一端与所述的电机负极相连。

在上述方案的基础上优选，所述的功率开关IGBT为N沟道IGBT。

在上述方案的基础上优选，所述的驱动电路包括一驱动芯片，该驱动芯片的输入端与所述控制电路的输出端相连，其输出端与所述功率开关IGBT相连。

在上述方案的基础上优选，所述的驱动芯片为集成的IGBT/MOS管驱动芯片。

在上述方案的基础上优选，所述的驱动电路包括一双运算放大器LM358。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：

本实用新型的供电模块通过功率开关IGBT与跑步机的电机相连，为其提供电压驱动，并在电机与功率开关IGBT之间设置一取样电阻，通过控制电路一端与功率开关IGBT的输出端相连，并将控制电路的参考地线与电机的正极相连，且该控制电路的输出端通过驱动电路与功率开关IGBT的输入端相连，从而实现对功率开关IGBT的快速导通关断控制，以通过控制功率开关IGBT导通关断的时间比值使得IGBT输出比值不同的高压直流电，从而实现对电机转速的恒定控制。

由于本实用新型将功率开关IGBT上置，即将功率开关IGBT设置在取样电阻之前，无论功率开关IGBT是否导通均不影响的取样电阻的电流信号采集的真实性，从而保证时刻准确监控跑步机上负载的变化，以做出正确响应，确保跑步机的速度恒定；同时，因为取样电阻与电机之间没有功率开关IGBT的隔离，所以采样也更加简单；采用了浮地为控制电路供电，即将控制电路的参考地线与电机的正极接在一起，这样在功率开关IGBT的控制上来说和低端控制的模式一样，即功率开关IGBT的控制采用低压控制，可有效的防止控制电路烧毁。

附图说明

图1是本实用新型的跑步机调速控制装置的电路原理框图。

图2是本实用新型的跑步机调速控制装置的电路原理图。

图3是现有技术的跑步机调速控制装置的第一种控制电路图。

图4是现有技术的跑步机调速控制装置的第二种控制电路图。

图5是本实用新型的跑步机调速控制装置的控制电路图。

图6是本实用新型的跑步机调速控制装置的驱动电路图。

具体实施方式

为详细说明本实用新型之技术内容、构造特征、所达成目的及功效，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，并结合参阅图2至6所示，本实用新型提供一种跑步机调速控制装置，包括供电模块10、与该供电模块10顺序电性连接的功率开关IGBT20、取样电阻30及电机70，其中，该跑步电机70调速装置还包括一取样信号处理电路40、控制电路50、控制信号电源80及驱动电路60，该电机70的负极72与供电模块10的低压输出端电性连接，所述的取样信号处理电路40的输入端与所述的功率开关IGBT20的输出端电性相连，该取样信号处理电路40的输出端与控制电路50的输入端相连，所述的驱动电路60的输入端与控制电路50的输出端相连，其输出端与功率开关IGBT20的输入端相连，用于控制并驱动功率开关IGBT20的导通与关闭，且该控制电路50的参考地线与电机70的正极71相连，所述的控制信号电源80分别与所述的控制电路50和电机70的负极72电性相连，其中，该供电模块10包括以供电输入端口11、用于保护电路的保险丝12及与所述保险丝12相连的整流滤波电路13。

工作时，市电220V电压经供电模块10的市电输入端口接入后，经保险丝12输入至整流滤波电路13，在整流滤波电路13的作用下，将220V的市电电压整流后变为310V的脉动直流电，并在滤波电路的作用下减小脉动的直流电压中的交流成分，从而获得输出电压纹波系数低，且波形平滑的直流电，输出的310V直流电通过功率开关IGBT20与电机70电性相连，通过控制功率开关IGBT20的导通时间，以调节控制跑步机电机70转速在跑步机负载变化时保持恒定，其中，由于跑步机在使用过程中，人体脚步作用在电机70上的作用力是在不停的变化，即跑步机的负载是随着人体步伐的运动是在变化的，为了克服负载的变化，所导致电机70转速变化过大，造成人体不适应引起安全事故，本实用新型在电机70与功率开关IGBT20之间设置取样电阻30，通过取样电阻30，采集电机70上因负载的变化所引起的电流变化信号，从而获取负载变化信息，并将电流信号通过取样信号处理电路40处理后，发送至控制电路50，通过控制电路50的比较分析，一方面可实时监控跑步机上的负载变化，另一方面，也可以通过实时动态监测取样电阻30上电流的变化，调节功率开关IGBT导通关断的时间比值使得IGBT输出比值不同的高压直流电，从而实现对电机转速的恒定控制,且当电流忽然变的很大，芯片采样来不及反映的时候，及时关掉驱动电路60，从而断开功率开关IGBT20，以保证电路不会烧毁。

为了更好说明本实用新型的工作原理，以下将对比现有技术的控制电路50以作说明，请参阅图2和图3所示，图2是传统通过PWM信号控制IGBT的控制电路50，该电路也可以得到和本电路相同的输出结果，即调节跑步机的电机70转速在负载发生变化时保持恒定，但是由于该电路只有在IGBT导通的时候才能在取样电阻30上形成压降，在IGBT关断的时候就把取样电阻30和电机70断开了，这样当IGBT断开时，其采样到的电流信号并不是真实的信号，特别是在PWM占比很小的时候，比如一般电机70控制使用15K到20K的PWM载波，PWM占比为1%的时候，实际导通时间只有0.6US,所以这种电路需要在后面加上很复杂的同步电路，从而实现信号的准确采样，以保证实时监控跑步机上负载的变化。而图3中的，该电路因为将IGBT上置，所以，IGBT的控制信号和控制信号的地线上要加上超过的电压才能使得IGBT导通，一般采用使用IR2103的上桥臂控制，这样连接的弊端是IR2103上承受了高压，一旦IR2103出现问题，则烧毁的是全部的控制电路。

请继续参阅图4所示，本实用新型的控制电路50包括一双运算放大器LM358，该一双运算放大器LM358设有1.2.3.4.5.6.7.8脚，其中，2脚和5脚分别与取样信号处理电路40相连，4脚接地，8脚与控制信号电源80相连，且该双运算放大器LM358的低电位端与电机70的正极71相连，这样，与图2所示的传统控制电路50相比较，由于取样信号处理电路40是设置在功率开关的输出端与取样电阻30和电机70之前，因此，无论IGBT是否导通，均不影响取样电阻30所采集的跑步机上负载变化的信息，可有效的保证采样数据的准确性，同时，将双运算放大器的低电位端与电机70的正极71相连，那么，在功率开关IGBT20的控制上，采用了图3中所采取的IGBT上置的做法，对功率开关IGBT20采用底压控制。

请继续参阅图6所示，由于电网电压是波动的，即供电输入端口11输入的电压并不是始终220V，而IGBT的输出反映的是占比关系，因此当电网电压出现波动的时候，IGBT的输出占比不变，那么电机70的实际工作电压也会出现变化，为了排除供电电压的波动变化对电机70转速的影响，所述的控制信号电源80还包括一分压电路，该分压电路的输出端与所述的控制电路50相连，其一端与所述的电机70负极相连。

作为本案的优选方案，所述的功率开关IGBT20为N沟道IGBT，由于N沟道IGBT其制造简单、性能稳定且成本低廉，因此，可在保证其性能的前提下，有效的降低制造成本。

请继续参阅图5所示，所述的驱动电路60包括一驱动芯片，其输入端与所述控制电路50的输出端相连，其输出端与所述功率开关IGBT20相连，所述的驱动芯片为集成的IGBT/MOS管驱动芯片，该驱动电路60的IGBT/MOS管驱动芯片不仅可将信号电压放大，增加了驱动能力，而且，相比较以前的三极管驱动电路60来说，采用IGBT/MOS管驱动芯片，且集成度更高，信号延时及失真也更小。

综上所述，仅为本实用新型之较佳实施例，不以此限定本实用新型的保护范围，凡依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本实用新型专利涵盖的范围之内。

Claims

1.跑步机调速控制装置，其包括供电模块、与所述的供电模块顺序相连的功率开关IGBT、取样电阻、电机，所述的电机负极与该供电模块的低压输出端相连，其特征在于：所述的跑步机调速控制装置还包括与功率开关IGBT输出端电性连接的取样信号处理电路、控制电路、控制信号电源及驱动电路，所述的控制电路的输入端与取样信号处理电路的输出端相连，该控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端相连，所述控制电路的参考地线与电机的正极相连，且所述的控制信号电源分别与所述的控制电路和电机的负极电性连接。

2.如权利要求1所述的跑步机调速装置，其特征在于：所述的供电模块包括供电输入端口与所述供电输入端口的输出端电性连接的整流滤波电路。

3.如权利要求2所述的跑步机调速装置，其特征在于：所述的供电输入端口与所述的整流滤波电路之间设有一保险丝。

4.如权利要求1所述的跑步机调速装置，其特征在于：所述的控制信号电源还包括一分压电路，该分压电路的输出端与所述的控制电路相连，其一端与所述的电机负极相连。

5.如权利要求1所述的跑步机调速装置，其特征在于：所述的功率开关IGBT为N沟道IGBT。

6.如权利要求1所述的跑步机调速装置，其特征在于：所述的驱动电路包括一驱动芯片，所述驱动芯片的输入端与该控制电路的输出端相连，其输出端与所述功率开关IGBT相连。

7.如权利要求6所互的跑步机调速装置，其特征在于：所述的驱动芯片为集成的IGBT/MOS管驱动芯片。

8.如权利要求1所述的跑步机调速装置，其特征在于：所述的驱动电路包括一双运算放大器LM358。