JP2001095288A - 電動アクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動アクチュエータ駆動装置において省電力
化を向上すると共にＡＭラジオノイズを防止する。 【解決手段】 電源ユニット２からコントロールユニッ
ト１に接続された電源ライン２ａに大容量コンデンサ６
を接続し、手元スイッチボックス５からの操作信号に応
じてＣＰＵ１ａにより駆動素子ＦＥＴ１ｂを制御してモ
ータ６を駆動する。 【効果】 電源としてコンデンサを用いることにより、
電源ユニットを低容量化でき、装置の小型化を向上し得
ると共に、ＡＭノイズを低減し得るのみならず、待機時
に充電完了したらそれ以上電流を流す必要がないことに
よる電力の削減や、高調波電流対策が容易になり、また
自動的に電源出力が制限されることにより、安全性が向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動アクチュエー
タ駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば電動ベッドや電動ソファにあって
は、その電源プラグを家庭用１００Ｖのコンセントに差
し込み、ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）及びドライバ
内蔵のコントロールユニットに手元スイッチによる操作
信号を入力することにより、ＣＰＵによりドライバを駆
動して、ベッドの高さや角度を調節する電動モータアク
チュエータを動作させるようにしている。

【０００３】そのような電動ベッドにおける電源ユニッ
トには、最大負荷時のモータ駆動に必要な電源容量（例
えば１５０Ｗ）が必要であるが、商品の特性上、連続動
作する必要はない（１動作３０秒程度）ため、ＣＰＵで
動作時間を制限（例えば１０分／１時間）することによ
り、電源ユニットに熱容量の小さいものを使用するよう
にすると共に、モータも低容量化して、無駄を無くすよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
省エネルギ化に伴って、より一層の省電力化が求めら
れ、消費者も少しでも省電力化された製品を望むように
なってきた。上記電動ベッドにあっては、１日の内でほ
とんどの時間が待機状態であると推測され、一般的に定
格電力の１％程度が待機時電力の消費となるため、電源
ユニットの定格電力を上記最大負荷に対応させるように
設計すると、待機時電力が少ないとは言い難い。

【０００５】その対策として、電源ユニットを間欠発振
方式にすることが考えられるが、上記したような１５０
Ｗの電源ユニットを用いた場合には、１発振当たりの出
力が大きくなり、ＡＭラジオに対するノイズが増えると
いう問題が発生する。そのため、電源ユニットをシール
ドケースで囲った場合には、重量や製造コストが増大す
るという欠点がある。

【０００６】また、電源ユニットの定格出力が大きい
と、対環境性の中で近年問題となっている高調波電流対
策やＥＭＣ対策のために、コストや重量が増大するとい
う問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、省電力化を向上すると共に、ＡＭラジオノイズも防
止し得ることを実現するために、本発明に於いては、操
作スイッチと、電動アクチュエータと、前記操作スイッ
チからの操作信号に応じて前記電動アクチュエータを駆
動する駆動制御回路と、前記駆動制御回路に電力を供給
するための電源ユニットとを有する電動アクチュエータ
駆動装置であって、前記電源ユニットと前記駆動制御回
路との間の電源ラインに電力供給用コンデンサを接続
し、前記電力供給用コンデンサを、前記電動アクチュエ
ータの停止時に充電すると共に、前記電動アクチュエー
タの動作時に電力を供給するべく放電させるものとし
た。

【０００８】これによれば、電動アクチュエータの電源
としてコンデンサの充電電力を用いることができ、その
分に応じて電源ユニットを低容量化し得るため、ＡＭノ
イズを低減し得るのみならず、待機時に充電完了したら
それ以上電流を流す必要がないことによる電力の削減
や、高調波電流対策が容易になると共に、自動的に電源
出力が制限されることにより、安全性が向上する。

【０００９】また、前記電力供給用コンデンサを前記操
作スイッチが操作された際に充電し、その充電により満
充電した後に前記駆動制御回路による前記電動アクチュ
エータの駆動制御を開始することによれば、操作スイッ
チが操作されていない間の充電を必要最小限にして電力
消費の低減を向上でき、それにより、より一層の電源ユ
ニットの小型化及びノイズ低減を向上し得る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【００１１】図１は、本発明が適用された電動ベッドに
用いられる電動アクチュエータ駆動装置の概略回路ブロ
ック図である。本装置の電源は家庭用１００Ｖ電源であ
って良く、図１に示されるように、本装置の駆動制御回
路としてのコントロールユニット１への電力供給用の電
源ユニット２には家庭用コンセントに差し込み可能なプ
ラグ３が接続されている。また、コントロールユニット
１には、電動ベッドの図示されない例えばマットを上下
動させるための電動アクチュエータを構成するモータ４
と、ベッドを動かしたい時に操作するための操作スイッ
チとしての手元スイッチボックス５が接続されている。

【００１２】コントロールユニット１内には、マイコン
制御用のＣＰＵ１ａと、ＣＰＵ１ａにより駆動制御され
るＦＥＴ１ｂとが設けられている。ＣＰＵ１ａは、手元
スイッチボックス５からの操作信号が入力したら、その
操作信号に応じた駆動信号をアクチュエータ駆動素子と
してのＦＥＴ１ｂに出力する。また、ＣＰＵ１ａでは電
源ユニット２からの電源ライン２ａの電圧（電源電圧）
Ｖを検出すると共に、ＣＰＵ１ａには、手元スイッチボ
ックス５に設けられた省エネスイッチ５ａからの省エネ
信号が入力するようになっている。さらに、ＣＰＵ１ａ
から電源ユニット２に対して起動／停止信号が出力され
るようになっている。

【００１３】そして、電源ライン２ａには、電力供給用
コンデンサとしての例えば電気二重層コンデンサであっ
て良い大容量型コンデンサ６が接続されている。このコ
ンデンサ６は、電源ユニット２が起動した際の出力電圧
により充電され、その充電電圧によりコントロールユニ
ット１に対して電力供給を行うものである。これによ
り、本装置の電源ユニット２には低容量のものを用いる
ことができる。本実施の形態で示している電動ベッドの
場合には、稼働率を１０分／時間とし、最大電力を１５
０Ｗとすると、コンデンサ６に７Ｆ／４０Ｖのものを用
いることにより、電源ユニット２を従来例のものに対し
て１／６の容量である２５Ｗまで小さくすることができ
る。これにより、従来例で述べたＡＭノイズを低減し得
るのみならず、待機時電力の削減や、高調波電流対策が
容易になる。また、自動的に電源出力が制限されること
により、安全性が向上する。

【００１４】このようにして構成された電動アクチュエ
ータ駆動装置の制御要領について、図２のフロー図に基
づいて以下に示す。図２の第１ステップＳＴ１では、省
エネモードが選択（省エネスイッチ５ａのオン）されて
いるか否かを判別し、省エネモードではない場合には第
２ステップＳＴ２に進む。第２ステップＳＴ２では、コ
ンデンサ６の充電電圧を常に４０Ｖにするように電源ユ
ニット２を起動状態にしておき、第３ステップＳＴ３に
進む。この状態は、図３のＡ１の範囲である。

【００１５】第３ステップＳＴ３では、手元スイッチボ
ックス５の操作スイッチがオンしているか否かを判別
し、操作スイッチがオンされていたら第４ステップＳＴ
４でモータ４を駆動する制御を行う（図３の範囲Ａ
２）。次の第５ステップＳＴ５で、電源電圧Ｖがしきい
値Ｖｄ以上であるか否かを判別し、電源電圧Ｖがしきい
値Ｖｄより低下していたら、コンデンサ６の放電が進ん
だことになるため、第６ステップＳＴ６で、例えば手元
スイッチボックス５に設けたブザー５ｂによりアラーム
を発すると共にモータ４の駆動を停止しする。そして、
次の第７ステップＳＴ７で、電源電圧Ｖが満充電値Ｖｆ
以上であるか否かを判別し、コンデンサ６が満充電され
るまで充電する（図３の範囲Ａ３）。

【００１６】なお、図１ではモータ４が１つのみ接続さ
れているが、電動ベッドにあっては、床の上下・膝部の
上下・背部の上下などのために複数のモータが設けられ
ており（図示省略）、それら各モータに対しても図１の
ＦＥＴ１ｂ及びモータ４と同様の組み合わせで制御可能
であり、例えば図３の範囲ａ１では高さ上げ動作を行
い、次に範囲ａ２では膝上げ動作を行い、さらに範囲ａ
３では背上げ動作を行っている。

【００１７】第５ステップＳＴ５で電源電圧Ｖがしきい
値Ｖｄ以上である（例えば図３の各範囲ａ１・ａ２・ａ
３）と判別された場合には、制御を続行しても問題が無
いため、第３ステップＳＴ３に戻り、操作スイッチ信号
の状態を見る。このしきい値Ｖｄは、上記各動作のそれ
ぞれに応じた値を決めておくと良く、コンデンサ６を上
記定格値で構成した場合には、高さ上げの時には２５
Ｖ、下げの時には１８Ｖとし、それ以外の時には２０Ｖ
などに設定すると良い。

【００１８】上記各動作の範囲ａ１・ａ２・ａ３にあっ
ては、例えば体重１５０ｋｇの人を想定した場合、それ
ぞれ２０秒・１０秒・１０秒の各動作を連続して行った
場合であり、そのような条件においても、電源電圧Ｖ
は、４０Ｖから２６Ｖ程度に低下するだけであった。ま
た、その後の範囲Ａ３における満充電値Ｖｆまで達する
時間は約２分であった。このように、通常使用に充分対
応し得る。

【００１９】なお、上記したように電源電圧としてのコ
ンデンサ６の充電電圧が低下するが、ＣＰＵ１ａにより
定速駆動制御が可能であることから、何ら問題が生じる
ことがない。また、コンデンサ６を使用することによ
り、電池を用いるものとは違い、サイクル寿命が無いに
等しいため交換が不要であり、充電状況を電圧で監視す
ることができるため、正確にかつＣＰＵの負担を少なく
して制御可能である。さらに、超急速充放電が可能であ
り、電力バッファとして適している等の特長がある。

【００２０】第３ステップＳＴ３で操作スイッチがオン
していないと判別された場合には第７ステップＳＴ７に
進み、上記したようにコンデンサ６が満充電されるまで
充電するため、図３の範囲Ａ３に示されるように満充電
値Ｖｆまでコンデンサ６が充電され、範囲Ａ１の状態に
なる。

【００２１】なお、充電状況を手元スイッチボックス５
に表示させることにより、充電完了後に直ちに次の動作
を開始させることができる。また、動作モード（高さ上
げ・膝上げ・背上げなど）により電力消費量が異なるた
め、操作可能表示を２段階程度に色分けなどして行うこ
とにより、例えば高さの上げは待機状態であるが、下げ
は可能であるとして表示することができ、操作性が向上
する。

【００２２】次に、省エネモードが選択された場合に
は、第１ステップＳＴ１から第８ステップＳＴ８に進
み、そこで電源電圧Ｖが下限値Ｖｏ（ＣＰＵ１ａの動作
に必要なだけの充電容量を確保する値）より低下したか
否かを判別する。電源電圧Ｖが下限値Ｖｏより低下して
いる場合には第９ステップＳＴ９に進み、そこで電源ユ
ニット２を起動し、次の第１０ステップＳＴ１０で電源
電圧Ｖが満充電値Ｖｆ以上になったら（コンデンサ６が
満充電されたら）、第８ステップＳＴ８に戻る。

【００２３】第８ステップＳＴ８で電源電圧Ｖが下限値
Ｖｏ以上である場合には、第１１ステップＳＴ１１に進
み、省エネモードが選択されていることから電源ユニッ
ト２を停止する。次の第１２ステップＳＴ１２では、手
元スイッチボックス５の操作スイッチがオンしているか
否かを判別し、操作スイッチがオンされていない場合に
は第８ステップＳＴ８に戻り、操作スイッチがオンされ
るまで第８ステップＳＴ８〜第１２ステップＳＴ１２を
繰り返す。従って、コンデンサ６は自然放電し、図４の
範囲Ｂ１に示されるように電源電圧Ｖが徐々に低減す
る。

【００２４】そして、操作スイッチがオンされた場合に
は第１３ステップＳＴ１３に進み、そこで省エネモード
状態からモータ４を駆動することから電源ユニット２を
起動し、次の第１４ステップＳＴ１４では電源電圧Ｖが
満充電値Ｖｆ以上であるか否かを判別し、コンデンサ６
が満充電されるまで充電する（図４の範囲Ｂ２）。コン
デンサ６が満充電されたら第１５ステップＳＴ１５に進
む。

【００２５】第１５ステップＳＴ１５ではコンデンサ６
が満充電されたことを、上記したブザー５ｂによりメロ
ディーを変えたアラームを発することにより通知し、第
３ステップＳＴ３に進む。使用者はアラームにより動作
可能になったことを認識し、手元スイッチボックス５に
より任意の操作スイッチを押す。それに応じて上記と同
様の動作を行う（図４の範囲Ａ２）。

【００２６】この省エネモードにあっては、動作終了後
に図４の範囲Ａ３に示されるように一旦コンデンサ６を
満充電させた後に、待機状態（範囲Ｂ１）にすると良
い。このようにしても、上記条件による動作後の範囲Ａ
３の時間は２分程度であり、電動ベッドの場合には少な
くとも１日に２回程度の動作が考えられ、その間におけ
るＣＰＵ等の消費エネルギーはコンデンサ６でまかなう
ことができ、電源ユニット２は停止状態であることか
ら、見かけ上、待機電力及び待機時間のＡＭラジオノイ
ズを皆無にし得る。

【００２７】なお、本発明は、実施の形態で示した電動
ベッドに限られるものではなく、動作時のパワーが大き
いが、動作時間及び頻度が少ない装置に好適である。例
えば、電動ソファや電動リフトがある。

【００２８】

【発明の効果】このように本発明によれば、電源として
コンデンサを用いて、電源ユニットを低容量化したこと
から、装置の小型化を向上し得ると共に、ＡＭラジオノ
イズを低減し得るのみならず、待機時に充電完了したら
それ以上電流を流す必要がないことによる電力の削減
や、高調波電流対策が容易になり、また自動的に電源出
力が制限されることにより、安全性が向上する。さら
に、操作スイッチが操作された際に充電し、満充電後に
駆動制御を開始することによれば、操作スイッチが操作
されていない間の充電を必要最小限にして電力消費の低
減を向上でき、それにより、より一層の電源ユニットの
小型化及びノイズ低減を向上し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された電動ベッドに用いられる電
動アクチュエータ駆動装置の概略回路ブロック図。

【図２】本発明に基づく制御要領を示すフロー図。

【図３】本発明に基づくアクチュエータ駆動による電源
電圧の変化を示す図。

【図４】省エネモード時の図３に対応する図。

【符号の説明】

１ コントロールユニット １ａ ＣＰＵ ２ 電源ユニット ３ プラグ ４ モータ ５ 手元スイッチボックス ６ コンデンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操作スイッチと、電動アクチュエータ
   と、前記操作スイッチからの操作信号に応じて前記電動
   アクチュエータを駆動する駆動制御回路と、前記駆動制
   御回路に電力を供給するための電源ユニットとを有する
   電動アクチュエータ駆動装置であって、 前記電源ユニットと前記駆動制御回路との間の電源ライ
   ンに電力供給用コンデンサを接続し、前記電力供給用コ
   ンデンサを、前記電動アクチュエータの停止時に充電す
   ると共に、前記電動アクチュエータの動作時に電力を供
   給するべく放電させることを特徴とする電動アクチュエ
   ータ駆動装置。
2. 【請求項２】 前記電力供給用コンデンサを前記操作ス
   イッチが操作された際に充電し、その充電により満充電
   した後に前記駆動制御回路による前記電動アクチュエー
   タの駆動制御を開始することを特徴とする請求項１に記
   載の電動アクチュエータ駆動装置。