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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Prothesenglied,
wobei die Einheit dazu ausgelegt ist, ein Prothesenglied, wie etwa
eine Armprothese oder eine Beinprothese, mit Kraft zu bewegen.
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Als
Antriebstypen einer solchen Antriebseinheit für ein Prothesenglied sind bekannt
geworden eine hydraulische Bauart (siehe japanische Patentschrift
Nr. Sho 62-13017), eine Linearmotor-Bauart (siehe japaniche Patent-Offenlegungsschrift
Nr. Sho 63-3855) sowie eine pneumatische Bauart (siehe japanische
Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. Sho 63-102420).
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Auch
im Falle der Anwendung einer herkömmlichen Antriebseinheit einer
der oben beschriebenen Bauarten ist eine Batterie als Antriebsquelle der
Antriebseinheit verwendet worden. Da im Bezug auf die Anwendung
einer Batterie die Energiedichte der vorhandenen Batterie ziemlich
klein ist, wie etwa 50 bis 100 wh/kg, ist die Batterie nicht in
der Lage, einen langfristigen Betrieb der Antriebseinheit zu gewährleisten.
Zur Überwindung
dieses Problems könnte
man daran denken, zur Krafterzeugung eine Innenbrennkraftmaschine
zu verwenden; jedoch ist die Verwendung der Innenbrennkraftmaschine
im Hinblick auf das Auspuffgeräusch,
Schwingungen etc. nachteilig.
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Im
Hinblick auf das Vorstehende ist die vorliegende Erfindung durchgeführt worden,
und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Antriebseinheit
für ein
Prothesenglied bereitzustellen, die in der Lage ist, ein Prothesenglied
für eine lange
Zeit komfortabel anzutreiben.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgaben wird gemäß einem
ersten Merkmal der vor liegenden Erfindung eine Antriebseinheit für ein Prothesenglied
angegeben, die dazu ausgelegt ist, erste und zweite Prothesengliedkörper, die
miteinander über
ein Gelenk verbunden sind, relativ zueinander biegend/streckend
anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthält: einen
Stirling-Motor, zusammengesetzt aus einer Verdrängereinheit, die an einem beliebigen anderen
Abschnitt als den Prothesengliedkörpern angebracht ist, und einer
Antriebszylndereinheit, die zwischen den Prothesengliedkörpern angebracht
ist, um die Prothesengliedkörper
relativ zueinander zu biegen/zu strecken; wobei eine Kompressionskammer
der Verdrängereinheit
mit einer Arbeitskammer der Antriebszylindereinheit über eine
flexible Druckleitung verbunden ist; ein Brenner zum Erhitzen einer Brennkammer,
die in einem Verdrängerzylinder
der Verdrängereinheit
angeordnet ist, um einen Kopfabschnitt des Verdrängerzylinders herum vorgesehen ist;
ein Brennstoffzuführmittel
mit dem Brenner verbunden ist; und ein Aktuator zum beliebigen Antrieb eines
Verdrängerkolbens
der Verdrängereinheit
mit dem Verdrängerkolben
verbunden ist. Anzumerken ist, dass in einer später zu beschreibenden Ausführung der
vorliegenden Erfindung die ersten und zweiten Prothesengliedkörper jeweils
einen Oberschenkelabschnitt 2 und einem Unterschenkelabschnitt 4 entsprechen,
die eine Beinprothese darstellen, und das Brennstoffzuführmittel
einer Brennstoffpatrone 38 entspricht.
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Da
mit diesem Merkmal eine Arbeitsgeschwindigkeit des Verdrängerkolbens
von Null bis zu einem beliebigen Wert mittels des Aktuators gesteuert
werden kann, kann eine Biege/Streckgeschwindigkeit des zweiten Prothesengliedkörpers relativ zum
ersten Prothesengliedkörper
von Null bis zu einem beliebigen Wert gesteuert werden. Im Ergebnis kann
das Prothesenglied gemäß dem Wunsch
des Benutzers bewegt werden.
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Da
die Verbrennungsform in dem Brenner der Verdrängereinheit eine kontinuierliche
Verbrennung ist, ist es möglich,
den Verbrennungswirkungsgrad zu verbessern und jegliche Verbrennungsschwingung
zu beseitigen, und da das Brennstoffzuführmittel verwendet wird, ist
es möglich,
das Prothesen glied für
eine lange Zeit biegend/streckend anzutreiben.
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Da
nur die Antriebszylindereinheit an den Prothesengliedkörpern vorgesehen
ist und die relativ schwere Verdrängereinheit und das Brennstoffzuführmittel
an beliebigen anderen Abschnitten als den ersten und zweiten Prothesengliedkörpern angeordnet
sind, ist es möglich,
beide Prothesengliedkörper leichtgewichtig
und schlank zu machen, während eine
glattgängige
Biege-/Streckbewegung der beiden Prothesengliedkörper gewährleistet wird.
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Gemäß einem
zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zum ersten Merkmal, ist
ein hydraulischer Konverter zum Umwandeln eines Drucks in der Kompressionskammer
in Hydraulikdruck und zum Übertragen
des Hydraulikdrucks zu der Arbeitskammer der Antriebszylindereinheit
zwischen der Kompressionskammer und der Druckleitung vorgesehen.
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Da
mit diesem zweiten Merkmal der Druck in der Kompressionskammer der
Verdrängereinheit durch
den hydraulischen Konverter in hydraulischen Druck umgewandelt wird,
und der hydraulische Druck zu der Arbeitskammer des Antriebszylinders übertragen
wird, ist es möglich,
das Auftreten einer bei Arbeitsgas auftretenden elastischen Kompression
in der Druckleitung und der Arbeitskammer zu beseitigen, und daher
den Druckübertragungswirkungsgrad
zu verbessern.
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Gemäß einem
dritten Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zum ersten Merkmal,
ist ein Stromerzeugungsmittel, das von einem zweiten Stirling-Motor
angetrieben ist, mit sowohl einer Speicherbatterie als auch einer
elektronischen Steuereinheit zum Steuern/Regeln des Aktuators verbunden.
Anzumerken ist, dass in der später
zu beschreibenden Ausführung
der vorliegenden Erfindung das Stromerzeugungsmittel einer Stromerzeugungsspule 73 entspricht.
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Da
mit dem dritten Merkmal das Stromerzeugungsmittel durch den zweiten Stirling-Motor
betrieben wird und hierdurch die Speicherbatterie gewöhnlich automatisch
mit ausreichender Energie geladen wird, können die elektronische Steuereinheit
und der Aktuator mittels der Speicherbatterie normalerweise sicher
betrieben werden. Im Ergebnis ist es möglich, die Antriebszylindereinheit
für eine
längere
Zeitdauer zu betreiben.
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Gemäß einem
vierten Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu einem der ersten, zweiten
und dritten Merkmale, sind die Verdrängereinheit und der Aktuator
an einem vom Benutzer getragenen Gurt angebracht.
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Mit
dem vierten Merkmal kann ein Benutzer die Verdrängereinheit leicht, rasch und
einfach anbringen/abnehmen, indem der Gurt am Körper des Benutzers angebracht
bzw. davon abgenommen wird.
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Gemäß einem
fünften
Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu einem der ersten, zweiten
und dritten Merkmale, dienen die ersten und zweiten die ersten und
zweiten Prothesengliedkörper jeweils
als Oberschenkelabschnitt und Unterschenkelabschnitt, die eine Beinprothese
darstellen, und die Verdrängereinheit
ist in einem hohlen Abschnitt eines Fußabschnitts aufgenommen, der
mit einem Unterende des Unterschenkelabschnitts verbunden ist. Mit
dem fünften
Merkmal ist es möglich,
die Verdrängereinheit
anzuordnen, während
ein Totraum in dem Fußabschnitt
der Beinprothese effizient genutzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen Ausführungen
der vorliegenden Erfindung gezeigt sind.
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1 ist
eine Vorderansicht eines Benutzers, der eine Antriebseinheit für ein Prothesenglied gemäß einer
ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung trägt.
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2 ist
eine Rückansicht
des Benutzers.
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3 ist
eine allgemeine Ansicht der Antriebseinheit für ein Prothesenglied, wobei
deren wesentlicher Abschnitt entlang der Längsrichtung aufgeschnitten
ist.
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4 ist
eine schematische Ansicht, die eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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5 ist
eine schematische Ansicht, die eine dritte Ausführung der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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6 ist
eine schematische Ansicht, die eine vierte Ausführung der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Zuerst
wird eine erste Ausführung
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
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In
Bezug auf die 1 und 2 enthält eine
Beinprothese 1 einen Oberschenkelabschnitt 2, der
mit einem Sockel 2a integriert ist, indem der verbleibende
Oberschenkelabschnitt eines Benutzers einzusetzen ist; einen Unterschenkelabschnitt 4,
der mit dem Unterende des Oberschenkelabschnitts 2 über ein
Gelenk 3 biegbar/streckbar verbunden ist; sowie einen Fußabschnitt 5,
der mit einem Unterende des Unterschenkelabschnitts 4 verbunden
ist. Eine Antriebseinheit A für
ein Prothesenglied der vorliegenden Erfindung wird für das Biegen/Strecken
des Unterschenkelabschnitts 4 relativ zum Oberschenkelabschnitt 2 verwendet.
Die Antriebseinheit A enthält
eine Verdrängereinheit 6 und
eine Steuereinheit 7, die an einem Gurt B angebracht sind,
der um den Hüftabschnitt
eines Benutzers herum gelegt ist; eine Antriebszylindereinheit 8,
die an der Beinprothese 1 angebracht ist; sowie eine Druckleitung 22 zur Übertragung
eines in der Verdrängereinheit 6 erzeugten Drucks
zur Antriebszylindereinheit 8. Eine Konfiguration einer
solchen An triebseinheit A für
ein Prothesenglied wird in Bezug auf 3 weitergehend
beschrieben.
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Die
Verdrängereinheit 6 enthält einen
Verdrängerzylinder 10;
einen Verdrängerkolben 13,
der in den Zylinder 10 verschiebbar eingesetzt ist, um den
Innenraum des Zylinders 10 in eine Expansionskammer 11 an
einer Kopfseite des Zylinders 10 und eine Kompressionskammer 12 an
einer Bodenseite des Zylinders 10 zu unterteilen; einen
Brenner 14, der an einem Kopfabschnitt des Verdrängerzylinders 10 vorgesehen
ist, um die Expansionskammer 11 zu erhitzen; einen Kühler 15,
der am Bodenabschnitt des Verdrängerzylinders 10 vorgesehen
ist, um die Kompressionskammer 12 zu kühlen; einen Wärmeregenerator 17,
der in einen Verbidnungsdurchgang 16 zum Verbinden der
Expansionskammer 11 mit der Kompressionskammer 12 eingefügt ist;
sowie einen motorbetriebenen Aktuator 20 zum Antreiben
des Verdrängerkolbens 13 über eine
Stange 18, die den Bodenabschnitt des Verdrängerzylinders 10 durchsetzt.
Ein Verdrängerkolbensensor 21 zum
Erfassen einer Position des Verdrängerkolbens 13 ist
an de Aktuator 20 vorgesehen.
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Der
Brenner 14 hat eine Katalysatorbauart, worin ein Brennergehäuse 25,
das an einer Außenoberfläche des
Kopfabschnitts des Verdrängerzylinders
ausgebildet ist, mit einem Katalysator 26 zur Verbrennung
gefüllt
ist. Ein Brennstoff-/Luftmischer 27 ist am einen Endabschnitt
des Brennergehäuses 25 vorgesehen,
und ein Auspuffrohr 28 ist am anderen Ende des Gehäuses 25 vorgesehen.
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Eine
Wärmetauscherwand 29 zum
Abdecken des Brennergehäuses 25 und
eines Basisabschnitts des Auspuffrohrs 28 ist um das Brennergehäuse 25 herum
ausgebildet. Eine Abschirmung 30 zum Abdecken der Wärmetauscherwand 29 ist
um die Wärmetauscherwand 29 herum
ausgebildet. Eine Lufteinlassöffnung 31,
die in der Abschirmung 30 ausgebildet ist, steht mit einem
Lufteinlass an dem Brennstoff-/Luftmischer 27 über einen
Luftka nal 32 in Verbindung, der in jedem Raum zwischen
zweien des Brennergehäuses 25,
der Wärmetauscherwand 29 und
der Abschirmung 30 mäandriert.
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Eine
thermoelektrische Konvertervorrichtung 34 ist zusätzlich an
der Abschirmung 30 an einer Position in der Nähe der Wärmetauscherwand 29 vorgesehen.
Die thermoelektrische Konvertervorrichtung 34 wandelt Wärme, die
von der Wärmetauscherwand 29 übertragen
wurde, in Elektrizität
um, um eine Speicherbatterie 39 mit Elektrizität zu laden.
Eine Trägerwand 35 zur
Aufnahme des Aktuators 20, während sie einen festen Abschnitt
des Aktuators 20 hält, ist
derart vorgesehen, dass sie sich an die Abschirmung 30 anschließt.
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Die
Steuereinheit 7 enthält
eine elektronische Steuereinheit 37, eine Brennstoffpatrone 38,
die Speicherbatterie 39 als Stromquelle für die elektronische
Steuereinheit 37 sowie einen manuell betätigten Controller 40 wunschgemäßen Betätigung der elektronischen
Steuereinheit 37. Die elektronische Steuereinheit 37,
die Brennstoffpatrone 38 und die Speicherbatterie 39 sind
in einem Steuerkasten 31 untergebracht. Die Brennstoffpatrone 38 ist
mit einem Brennstoff gefüllt,
wie etwa Benzin, Alkohol oder Butan.
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Ein
Brennstoffauslass der Brennstoffpatrone 38 ist mit einem
Brennstoffeinlass der Brennstoffluftmischers 27 über eine
Brennstoffleitung 42 verbunden. Ein Brennstoffeinsteller 44 zum
Einstellen einer Strömungsrate
des Brennstoffs ist in die Brennstoffleitung 42 eingefügt. Eine
Zündkerze 45 ist
an dem Brennergehäuse 25 an
einer dem Mischer 27 benachbarten Position vorgesehen.
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Die
Antriebszylindereinheit 8 stellt im Zusammenwirken mit
der Verdrängereinheit 6,
einen Stirling-Motor E dar. Die Antriebszylindereinheit 8 enthält einen
Antriebszylinder 47, die mit einem des Oberschenkelabschnitts 2 und des
Unterschenkelabschnitts 4 schwenkbar verbunden ist, sowie
einen Antriebskolben 48, der mit dem anderen des Oberschenkelabschnitts 2 und
des Unterschenkelabschnitts 4 schwenkbar verbunden ist,
während
er in den Antriebszylinder 47 verschiebbar eingesetzt ist. Eine
Arbeitskammer 49, die in dem Antriebszylinder 47 mittels
des Antriebskolbens 8 definiert ist, steht mit der Kompressionskammer 12 der
Verdrängereinheit 6 in
Verbindung. Auf diese Weise stellt die Antriebszylindereinheit 8 im
Zusammenwirken mit der Verdrängereinheit 6 den
Stirling-Motor E vom Typ mit freiem Kolben dar.
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Eine
Biege-/Streckwinkelsensor 51 zum Erfassen eines Biege-/Streckwinkels
zwischen dem Oberschenkelabschnitts 2 und dem Unterschenkelabschnitt 4 ist
an einer Position zwischen dem Oberschenkelabschnitt 2 und
dem Unterschenkelabschnitt 4 angebracht. Ein Ausgangssignal
von dem Biege-/Streckwinkelsensor 51 und Ausgangssignal von
dem manuell betätigten
Controller 40 und dem Verdrängerkolbensensor 51 werden
in die elektronische Steuereinheit 37 eingegeben. Auf der
Basis dieser Signale steuert/regelt die elektronische Steuereinheit 37 den
Aktuator 20 und den Brennstoffeinsteller 44.
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Nachfolgend
wird die Funktion der ersten Ausführung beschrieben.
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Von
der Brennstoffpatrone 38 wird Brennstoff zugeführt. Die
Strömungsrate
des Brennstoffs wird durch den Brennstoffeinsteller 44 eingestellt.
Der Brennstoff wird dann dem Brennstoffluftmischer 27 zugeführt, zur
Vermischung mit Luft, die von dem Lufteinlassdurchgang 31 über den
Luftkanal 32 in dem Brennstoff-/Luftmischer 27 geflossen
ist. Das Brennstoff-/Luftgemisch wird durch die Zündkerze 45 einmal
gezündet,
und danach wird die Verbrennung des Brennstoff-/Luftgemischs durch
den Katalysator 26 fortlaufend beschleunigt, um die Expansionskammer 11 von
seitens des Kopfabschnitts des Verdrängerzylinders 10 auf
eine bestimmte hohe Temperatur zu erhitzen. Durch die Verbrennung
erzeugtes Abgas wird durch das Aus puffrohr 28 nach außen abgegeben.
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Der
Kühler 15 hält die Kompressionskammer 12 in
einem bestimmten Niedertemperaturzustand. Der Wärmeregenerator 17 erhält Wärme von
dem Arbeitsgas, das sich zwischen der Expansionskammer 11 und
der Kompressionskammer 12 über den Verbindungsdurchgang 16 bewegt.
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Der
Aktuator 20 wird auf der Basis eines Befehls von der elektronischen
Steuereinheit 37 betätigt,
um den Verdrängerkolben 13 hin
und her zu bewegen und hierdurch eine Druckamplitude in der Kompressionskammer 12 zu
erzeugen. Der Druck wird zur Arbeitskammer 49 des Antriebszylinders 47 über eine
flexible Druckleitung 22 übertragen, damit sich der Kolben 48 hin
und her bewegt, um hierdurch den Unterschenkelabschnitt 4 relativ
zum Oberschenkelabschnitt 2 zu biegen/zu strecken. Die
Biege-/Streckbewegung des Unterschenkelabschnitts 2 relativ
zum Oberschenkelabschnitt 4 unterstützt den Gang des Benutzers.
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Um
den Antriebskolben 48 effizient anzutreiben, identifiziert
hierbei die elektronische Steuereinheit 37 die Position
des Antriebskolbens 48 auf der Basis eines Ausgangssignals
von dem Biege-/Streckwinkelsensor 51 und betreibt den Aktuator 20 derart,
dass der Verdrängerkolben 13 dem
Antriebskolben 48 um einen umgewandelten Kurbelwinkel von
90° voraus
läuft.
Ferner kann die elektronische Steuereinheit 37 die Arbeitsgeschwindigkeit des
Verdrängerkolbens 13 von
Null bis zu einem beliebigen Wert steuern, um die Biege-/Streckgeschwindigkeit
des Unterschenkelabschnitts 4 relativ zum Oberschenkelabschnitt 2 von
Null bis zu einem beliebigen Wert zu steuern. Mit dieser Konfiguration kann
die Beinprothese 1 auf der Basis des Wunschs des Benutzers
bewegt werden.
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Als
Ergebnis von Experimenten ist erkannt worden, dass dann, wenn ein
durch den Einsatz von 30 cm3 Brennstoff
(Flüssigbutan)
mit der Hilfe des Katalysators 26 ein Leistungsäquivalent
von 60 W erzeugt wurde, die Antriebs einheit der vorliegenden Erfindung
für sechs
Stunden betrieben werden konnte.
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Da
die Verbrennungsform durch den Katalysator-Brenner 14 eine
kontinuierliche Verbrennung ist, ist es möglich, den Verbrennungswirkungsgrad
zu verbessern und eine etwaige Verbrennungsschwingung zu beseitigen,
und da die Brennstoffpatrone 38 verwendet wird, ist es
möglich,
Brennstoff rasch nachzufüllen
und auch die Antriebseinheit zur Gangunterstützung des Benutzers für eine lange
Zeit zu betreiben.
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Da
der Stromverbrauch der Speicherbatterie 39 als der Stromquelle
für die
elektronische Steuereinheit 37 sehr gering ist und ferner
ein Teil der von dem Brenner 14 erzeugten Wärme durch
die thermoelektrische Konvertervorrichtung 34 in elektrische Energie
umgewandelt wird, zur Speicherung in der Speicherbatterie 39,
wird die Lebensdauer der Speicherbatterie länger.
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Da
nur die Antriebszylindereinheit 8 an der Beinprothese 9 vorgesehen
ist, während
die relativ schwere Verdrängereinheit 8,
die Brennstoffpatrone 38, die elektronische Steuereinheit 37 etc.
an dem Gurt B angebracht sind, der um den Hüftabschnitt des Benutzers herum
getragen wird, und die Verdrängereinheit 6 mit
der Antriebszylindereinheit 8 über die Druckleitung 22 verbunden
ist, ist es möglich,
die Beinprothese 1 leichtgewichtig und schlank zu machen,
während
eine glattgängige
Biege-/Streckbewegung der Beinprothese 1 sichergestellt
wird. Es ist auch möglich,
dass der Benutzer die Verdrängereinheit 6 leicht,
rasch und einfach anbringt/ablegt, indem er den Gurt B um den Hüftabschnitt
herum anbringt bzw. davon ablegt.
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Gemäß einer
in 4 gezeigten zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung
ist ein hydraulischer Konverter 53 zum Umwandeln des Drucks
in der Kompressionskammer 12 in Hydraulikdruck an der Verdrängereinheit 6 vorgesehen,
und ein Ausgangsdurchgang des hydraulischen Konverters 53 ist
mit der Arbeitskammer 49 des Antriebszylinders 47 über die
Druckleitung 22 verbunden. Die anderen Konfigurationen
sind die gleichen wie jene der ersten Ausführung, und daher sind jene
Teile in 4, die denen in der ersten Ausführung entsprechen,
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine überschneidende
Beschreibung davon wird weggelassen.
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Da
gemäß der zweiten
Ausführung
der Druck in der Kompressionskammer 12 der Verdrängereinheit 12 durch
den hydraulischen Konverter 53 in Hydraulikdruck umgewandelt
wird, und der Hydraulikdruck zur Arbeitskammer 49 des Antriebszylinders 47 überführt wird,
ist es möglich,
das Auftreten von bei Arbeitsgas auftretender elastischer Kompression in
der Druckleitung 22 und der Arbeitskammer 49 zu vermeiden,
und daher den Druckübertragungswirkungsgrad
zu verbessern.
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Gemäß einer
in 5 gezeigten dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung
sind die Verdrängereinheit 6,
die Brennstoffpatrone 38, die elektronische Steuereinheit 37 und
die Speicherbatterie 39, und ferner eine Kommunikationseinheit 54b,
die mit der elektronischen Steuereinheit 37 verbunden ist,
in einem hohlen Abschnitt 5a des Fußabschnitts 5 der Beinprothese 1 aufgenommen,
während
der manuell betätigte
Controller 40, eine allgemeine Steuereinheit 55 zum
Verarbeiten eines Ausgangssignals von dem manuell betätigten Controller 40 sowie
eine Kommunikationseinheit 45a zum Erzeugen einer Funkwelle, die
einem Ausgangssignal von der allgemeinen Steuereinheit 55 entspricht,
an dem Gurt B angebracht sind. Die Antriebszylindereiheit 8 wird
durch eine Funkwelle betätigt,
die zwischen den beiden Kommunikationseinheiten 54a und 54b übertragen
wird. Die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie jene der
zweiten Ausführung,
und daher sind jene Teile in 5, die denen
in der zweiten Ausführung
entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und die überschneidende
Beschreibung davon wird weggelassen.
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Gemäß der dritten
Ausführung
ist es möglich,
die Verdrängereinheit 6 etc. durch
effektive Nutzung eines Totraums um Fußabschnitt 5 der Beinprothese 1 anzuordnen.
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Eine
vierte Ausführung
der Erfindung wird nun in Bezug auf 6 beschrieben.
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Eine
erste Verdrängereinheit 6 und
eine zweite Verdrängereinheit 60 sind
an einem Gurt B angebracht. Die erste Verdrängereinheit 6 hat
die gleiche Konfiguration wie jene der Verdrängereinheit 6 in der
ersten Ausführung,
und deren Kompressionskammer 12 ist mit einer Arbeitskammer 49 eines
Antriebszylinders 8 einer Beinprothese 1 über eine Druckleitung 22 verbunden.
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Ein
Permanentmagnet 63 ist zusätzlich in einem Verdrägerkolben 62 vorgesehen,
der in einen Verdrängerzylinder 61 der
zweiten Verdrängereinheit 60 eingesetzt
ist, und eine Antriebsspule 64 zum Antrieb des Verdrängerkolbens 62 im
Zusammenwirken mit dem Permanentmagneten 63 ist am Bodenabschnitt
des Verdrängerzylinders 61 fest
angebracht. Ein Antriebszylinder 65 ist am Bodenabschnitt
des Verdrängerzylinders 61 derart
vorgesehen, dass er zum Verdrängerzylinder 61 koaxial
ist. Ein Antriebskolben 66, der einen Permanentmagneten 62 aufweist,
ist in den Antriebszylinder 65 verschiebbar eingesetzt.
Der Innenraum des Antriebszylinders 65 ist in eine Arbeitskammer 67 an
einer Kopfseite und eine Federkammer 68 an einer Bodenseite
mittels eine Antriebskolbens 66 unterteilt. Die Arbeitskammer 67 steht
mit einer Kompressionskammer 77 des Verdrängerzylinders 61 in
Verbindung. Eine Feder 69 zum Vorspannen des Antriebskolbens 66 zu
der Arbeitskammer 67 hin ist in der Federkammer 68 untergebracht.
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Ein
Brenner 14, der gemeinsam für die erste Verdrängereinheit 6 und
die zweite Verdrängereinheit 60 verwendet
wird, ist an einer Kopfseite des Verdrängerzylinders 61 vorgesehen,
und ein Kühler 80 ist
zusätzlich
an einem Bodenabschnitt des Verdrängerzylinders 61 vorgesehen.
Ein Wärmeregene rator 79 ist
in einem Verbindungsdurchgang 78 zur Verbindung der Expansionskammer 76 mit
einer Kompressionskammer 77 eingefügt.
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Eine
Stromerzeugungsspule 73 zum Erzeugen von Strom im Zusammenwirken
mit einem Permanentmagneten 72, der zusätzlich um den Antriebskolben 66 herum
vorgesehen ist, ist um einen Außenumfang
des Antriebszylinders 65 herum vorgesehen. Eine Verdrängerantriebsschaltung 75 ist
in einen Stromkreis 74 zum Verbinden der Stromerzeugungsspule 73 mit
der Antriebsspule 64 eingesetzt. Der Stromkreis 74 ist
auch mit einer Speicherbatterie 39 verbunden. Der Antriebszylinder 65 und
der Antriebskolben 66 stellen in Zusammenwirken mit der zweiten
Verdrängereinheit 66 einen
zweiten Stirling-Motor E2 dar.
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Die
anderen Konfigurationen sind die gleichen wie jene der ersten Ausführung, und
daher werden jene Teile in 6, die denen
in der ersten Ausführung
entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und eine überschneidende
Beschreibung davon wird weggelassen.
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Nachdem,
gemäß der vierten
Ausführung, der
Verdrängerkolben 62 durch
Antrieb der Antriebswicklung der Antriebsspule 64 über die
Verdrängertreiberschaltung 75 einmal
hin und her bewegt worden ist, wird eine in der Kompressionskammer 77 erzeugte
Druckamplitude zur Arbeitskammer 67 des Antriebszylinders 65 übertragen,
um hierdurch den Antriebskolben 66, der den Permanentmagneten 72 aufweist,
im Zusammenwirken mit der Feder 69 frei schwingen zu lassen,
so dass von der Stromerzeugungsspule 73 elektrische Energie
abgenommen wird und der Speicherbatterie 39 und der elektronischen
Steuereinheit 37 zugeführt
wird.
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Da
mit dieser Konfiguration die Speicherbatterie 39 gewöhnlich automatisch
mit ausreichender Elektrizität
geladen wird, kann sie den Aktuator 20 der ersten Verdrängereinheit 60 normalerweise
sicher antreiben. Im Ergebnis ist es möglich, die Antriebszylindereinheit 8 der
Antriebseinheit zur Gangunter stützung
des Benutzers für
eine längere
Zeit anzutreiben.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen
beschränkt,
und es versteht sich, dass verschiedene konstruktive Veränderungen
vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel
kann die vorliegende Erfindung auch zum Antrieb einer Armprothese
verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auch so modifiziert
werden, dass die ersten und zweiten Prothesengliedkörper an
einem Bein oder einem Arm eines normalen Arbeiters angebracht sind,
um Patienten zu pflegen oder schwere Arbeit durchzuführen, und
sie durch die Antriebseinheit A der vorliegenden Erfindung angetrieben
sind, um hierdurch das Mühsal
des Arbeiters zu reduzieren.
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Die
Erfindung sieht eine Antriebseinheit für ein Prothesenglied vor, die
in der Lage ist, ein Prothesenglied für eine lange Zeit komfortabel
anzutreiben.
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Um
dies zu erreichen, ist ein Stirling-Motor E zusammengesetzt aus
einer Verdrängereinheit 6,
die an einem beliebigen anderen Abschnitt als den Prothesengliedkörpern 2 und 4 angebracht
ist, und einer Antriebszylindereinheit 8, die zwischen
den Prothesengliedkörpern 2 und 4 angebracht
ist, um die Prothesengliedkörper 2 und 4 relativ
zueinander zu bieten/zu strecken. Eine Kompressionskammer 12 der Verdrängereinheit 6 ist
mit einer Arbeitskammer 49 der Antriebszylindereinheit 8 über eine
flexible Druckleitung 22 verbunden. Ein Brenner 14 zum
Erhitzen einer Expansionskammer 11, die in einem Verdrängerzylinder 10 der
Verdrängereinheit 6 angeordnet
ist, ist um einen Kopfabschnitt des Verdrängerzylinders 10 herum
vorgesehen. Ein Brennstoffzuführmittel 38 ist
mit dem Brenner 14 verbunden. Ein Aktuator 20 zum
beliebigen Antrieb des Verdrängerkolbens 13 der
Verdrängereinheit 6 ist
mit dem Verdrängerkolben 13 verbunden.