JP3789754B2 - 電気モータ推進装置の制御操作システム - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は電動力で推進される装置、特に、電気トロリーおよび自己推進装置用ドライブシステム部門の技術分野に関する。
【０００２】
（発明に係る先行技術）
現在、電気モータによって動力を供給される装置は、トロリー、輸送荷物、商品、パレット、木枠等のためのフォークリフトあるいはプラットフォーム、ジャッキ、および、移動式Ｘ線ユニットのような自己推進機器のように、多数の産業および商業分野において適用を見出せる。
【０００３】
このような装置は、通常、始動／停止、前進／後退、および、場合よっては、移動速度の機能からオペレータの選択が容易な、電気モータによって操作される複数の駆動ホイールで推進される。このタイプの装置は、前述の機能に対応する制御手段によって方向、および、ふさわしい場合、移動速度を制御する床に立つオペレータによって操作される。制御手段は、通常、装置を左右に回転するため、通常、フレームあるいはプラットフォームに取り付けたレバーあるいはバーに位置する。前記フレームあるいはプラットフォームは、自由に回転し、かつ、装置本体の前方あるいは後方に旋回結合された複数のホイールを有するので、右または左へのバーあるいはレバーの変位が右または左への装置の回転を可能にする。
【０００４】
これらの便利な装置は、非常に便利であるが、幾つかの欠点を持っている。
【０００５】
ある意味で、便利な装置の第１の欠点は、左右に回転させる操作が自由ホイールの方向を手動で位置決めして行うことであり、閉じ込められた空間内で行う回転の実現が難しい。さらに、このタイプの装置によれば、また、適切な速度で移動することが比較的難しく、その結果、安全で正確な操作のために操作の練習が必要である。
【０００６】
ヨーロッパ特許出願ＥＰ第０２５３３３３号は、医療診断器具を搬送する動力駆動カートの独立した駆動ホイールに電力を供給するための制御システムを記述している。手動のハンドルは、カートを移動しようとする方向へ人がハンドルに人力を働かせることができる位置で、カートに設けられている。圧力センサは、カートが移動する平面と平行な平面に、それに負荷される人力を検知するようにハンドルに取り付けられている。圧力センサは、前方、後方および回転方向にハンドルに負荷される人力の大きさと方向とを表す信号を送信する。電子回路は、カートの移動の速度および方向を独立して制御するためにカートのホイールを駆動するモータに制御信号を送信する圧力センサに接続されている。
【０００７】
このヨーロッパ特許と組み合わせて判る特徴は、独立請求項１の前文に記載されている。
【０００８】
（発明の目的）
本発明の目的は、厳しい練習を必要とせず、操作が簡単であり、狭い空間で回転でき、積極的な動作であるにもかかわらず、直感的で、非常に正確で簡単かつ迅速な装置に対するオペレータ操作に寄与するオペレータのための重量感に変換するある種の手応えのなさで動作する電気モータ推進装置の制御操作を可能にするシステムによって前述の欠点を解消することである。
【０００９】
（発明の記載）
本発明によれば、電気モータ推進装置の制御操作システムにより、前述の目的が達成される。前記電気モータは、軸の対向端部に取り付けられ、電動手段で推進される少なくとも２つの駆動ホイールと、前記駆動ホイールの推進を制御する制御手段とからなり、各駆動ホイールは独立した電気モータで推進され、各電気モータは独立した制御手段に設けられている。本発明によれば、各電気モータ用のこれらの制御手段はセンサ手段から発信された電気信号を増幅し、前記電気モータに電力を供給する独立した電力増幅器からなる。前記センサ手段はユーザによって押圧および引張要素に負荷される押圧および引張の機械力を検出するとともに、前記機械力を、前記押圧および引張要素に作用する機械力の方向（前方あるいは後方）で力（例えば、強い、非常に強いあるいは弱い）の角度を表示する電気信号に変換する。前記増幅器は装置重量の条件に基づく増幅率に従って信号を増幅するとともに、センサ手段から発信された移動に対応するトルクに従って駆動ホイールに動力を供給するように電気モータに送る。各電気モータを指図する前記センサ手段は各駆動ホイールを選択して推進できるように選択して操作できる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態として、前記システムは、第１電気モータ用の第１制御手段および第２電気モータ用の第２独立制御手段と同様に、それ自身の電気モータによってそれぞれ推進される２つのホイールを付属している。本実施形態によれば、第１制御手段が第１押圧および引張要素によって必要とされる第１センサ手段からなり、第２制御手段が第２押圧および引張要素によって必要とされる第２センサ手段からなる。第１および第２押圧および引張要素は、第１あるいは第２押圧要素を選択して操作できるユーザによって接続要素を引張あるいは押圧するように結合した接続要素を介し、相互に接続されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態として、前記接続要素は、先端が各センサに順に働く各押圧および引張要素にそれぞれ働くハンドルである。この配置により、ハンドルを押圧あるいは引張することにより、オペレータはとりわけ容易かつ気持ち良く操作できる。したがって、ハンドルが装置の後方に配置され、オペレータが前進するように始動したい場合に、オペレータは、ハンドルの左部分に片手を、ハンドルの右部分に他の片手を、両手でハンドルを握り、両手でハンドルを幾分かの力で押すだけである。これにより、ハンドルの先端は、同じスピードで両電気モータが作動するように各制御手段に対応する電気信号に変換する２つのセンサに同じ圧力で作用する。オペレータが右に回転したい場合、オペレータが左手でより強くハンドルを押すと、左側の制御手段が左の電気モータに右の電気モータよりも速いスピードで回転するように指示し、この結果、左駆動ホイールが右駆動ホイールよりも速く回転する。もしも、左に回転しようとする場合には、オペレータは右側の制御手段に被せた右手でより強く押圧し、この結果、右側の電気モータおよび右側の駆動ホイールは右回転操作について前述したと同様に動作する。オペレータが後方に始動したい場合に、前進について前述したと同じ方法で、オペレータはハンドルを押す代りに引く。
【００１２】
オペレータが装置の周囲を回転したい場合、オペレータは回転方向の方向と反対の手でハンドルを押し、同時に残る手でハンドルを引く。この場合、モータ、この結果、オペレータがハンドルを引く側の駆動ホイールは後方に回転するが、オペレータがハンドルを押す側の駆動ホイールは反対方向に回転し、これにより、装置を完全に回転させることができる。
【００１３】
同様に、オペレータは、異なる強さでハンドルを押圧あるいは引っ張ることにより、移動速度を選択できる。
【００１４】
本発明のシステムにかかる好ましい実施形態として、また、各制御手段は検出された押圧あるいは引張力の関数としてセンサ手段から発信された電気信号を増幅し、駆動ホイールに動力を供給する電力増幅器にプリアンプ信号を供給する第１プリアンプ手段からなる。この好ましい実施形態において、各制御手段は各電力増幅器、フィードバック回路からなり、特に有益である。前記フィードバック回路は、比較器手段により、電気モータに供給される電力の真値を、駆動ホイールのその移動を達成するのに必要な電力の予め設定された値に比較する。そして、前記フィードバック回路は、真値と予め設定された値との間から（例えば、駆動ホイールが上方あるいは下方に傾斜する傾斜路にある場合に生じる）検出した差分を、後者がセンサ手段によって出された移動を行うのに必要とされるトルクの基準で回転させるために電気モータに必要な電力を供給するために電力増幅器への入力電気信号が変えられることによって、誤差信号に変換する。この方法によれば、装置が移動する表面の凹凸は装置の変位に起こりうる効果が関連する範囲で自動的に相殺し、それゆえ、移動は均一である。適切なことに、各フィードバック回路は誤差信号を増幅する第２プリアンプ手段からなる。
【００１５】
本発明にかかるシステムの特に好ましい実施形態として、後者は移動Ｘ線ユニットに組み込まれている。これらのユニットは非常に重く（通常、４００〜６００ｋｇ）、この種の機器を自由に操作することに慣れない人により、非常に狭い空間でしばしば操作できなければならないことは広く知られている。
【００１６】
本発明によれば、電力増幅器に適用される増幅率は、関連が推進装置の重量とユーザによって押圧および引張要素に負荷される適切な力との間で維持されるように、計算される。
【００１７】
オペレータによって負荷される押圧力あるいは引張力を検出するセンサとして、ロードセル（例えば、伸び計測ゲージのような）、圧力検出器、および、圧電式、光学式、磁石式、容量式、抵抗センサからなるものを使用できる。
【００１８】
電力増幅器としては、アナログデバイス社によって市販されているような、入力信号用の標準的な増幅器、プリアンプ機器を使用できる。
【００１９】
（発明の好ましい実施形態の説明）
以下、本発明は、明細書の必須部分を構成する添付図面に図示した実施形態に基づいて記載される。
【００２０】
図１から明らかなように、オベレータに負荷される機械的な押圧力（＋ＦＩ）、あるいは、引張力（−ＦＩ）を検出し、電力増幅器２に検出した力を表示する信号を発信する圧力サンサ１からなる。増幅器２はファクターＫＩで信号を増幅し、その結果として電力を左の、左駆動ホイールに動力を供給する直流モータ３に供給する。トルクに比例するモータ電流を測定するフィードバック回路５は公称値と真値との差を検出し、これらの値に差がある場合に、圧力センサ１から受信した信号に加えて増幅器２に供給される誤差信号を発信する。また、図１は、右ホイールを制御し、かつ、推進するための要素の配置を示す。前記ホイールは、オペレータに負荷される押圧力（＋ＦＤ）または引張力（−ＦＤ）を検出する右圧力センサ６、右増幅器７、右電気モータ８、右駆動ホイール９、および、右フィードバック回路１０からなる。左ホイールの推進のため、要素の全体として類似する配置が提供されている。
【００２１】
左側フィードバック回路５は、誤差信号のためのプリアンプ１１と、圧力センサ１から受信した信号用のプリアンプ１２とからなることは図２から明らかである。左側のために図２に示した配置は、右側の要素の配置（図２に図示されない）に全体的に類似する。
【００２２】
図３は、
− 伸び計測ゲージ（VISHAY）１ａ，６ａからなる圧力センサ１，６、
− 電気モータ３，８、
− 移動Ｘ線ユニット１３の駆動ホイール４，９、
− 弾性金属バンドからなり、フレームワークのユニット１３の各留め具１６，１７に固定され、押圧および引張要素がハンドル１８により、外側に突き出た端部を、相互に連結した押圧および引張要素１４，１５、
の物理的配置を図示する。
【００２３】
図３で示した実施形態において、電力供給は１組の再充電可能なバッテリー１９であることは明確である。
【００２４】
図４は、ハンドル１８と同様、圧力センサ１ａ、押圧および引張要素１４、および、その留め具１６の配置を拡大して詳細に図示している。
【００２５】
図３および図４から、ユーザがハンドル１８を引くか、押すと、１４，１５に対応するバンドの前方あるいは後方に弾性歪みを生じ、歪みは各伸び計測ゲージ１ａ，６ａによって検出され、前述したように電気信号に変換される。バンド１４，１５の可撓性のため、ユーザがハンドルを押したり、引いたりしていない場合、意図的あるいは偶然のいずれかで解放されると、バンドはその停止位置に復帰し、その結果、ユニットの動作は停止する。
【００２６】
図示された実施形態は、例として、重量約４００ｋｇの自己推進移動式Ｘ線ユニットに適用できる。この場合、電力各５００Ｗ、トルク１５Ｎｍの２台のＧＳＣ電気モータ３，８と、左フィードバック回路５のプリアンプ１１，１２、および、右フィードバック回路１０のプリアンプ（図示せず）を組み込んだ各５００Ｗの２台のアナログデバイスの電力増幅器とが使用される。ユーザがより安全にユニットを押圧および引張できるようにユーザに重量感を与えるため、各ハンドの関し、圧力センサ１，６によって押圧＋ＦＩ，＋ＦＤ、引張−ＦＩ，−ＦＤを検出できる場合に、ゼロ（停止）から４ｋｇの間の力をユーザが負荷するように計算されている。電力増幅器２，７は、必要な力＋ＫＩＦＩ，−ＫＩＦＩ，＋ＫＤＦＤ，−ＫＤＦＤでホイール４，９を推進できるように、電気モータ３，８に対応する電力を供給し、例えば、１１内で始めることができるファクターＫＩ，ＫＤによって押圧力、あるいは、引張力を増大させる。オペレータが最大４ｋｇの力で押し、下りのスロープでユニットを移動させる場合、最大到達スピードでユニットが移動することを意味する。平坦な床あるいは登りスロープ上をユニットが移動する場合、最大スピードはより大きな駆動力に達するために減少する。それゆえ、作用する力に応じ、オペレータは各表面上の移動スピードを調節できる。
【００２７】
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２つの駆動ホイールによって推進される装置に適用された実施形態にかかる発明のシステムの基本的な電子的あるいは電気的要素を示す概略ブロック図である。
【図２】 図１に対応し、左側駆動ホイールの制御に関連する基本要素の概略ブロック図である。
【図３】 図１で図示した実施形態においてシステムの最も重要なコンポーネントの概略正面図である。
【図４】 図３に示したハンドル、左側圧力センサおよび左側押圧,引張要素にかかる配置の概略図である。
【符号の説明】
１，１ａ，６，６ａ…センサ手段、２，７…電力増幅器、３，８…電気モータ、４，９…駆動ホイール、５，１０…フィードバック回路、１１，１２…プリアンプ手段、１３…装置、１４，１５…押圧および引張要素、１６，１７…留め具、１８…接続要素。

Claims (8)

1. 同一軸芯上で対向するように設けられ、かつ、駆動ホイールの推進を制御する制御手段を備え、各駆動ホイール（４，９）が独立した電気モータ（３，８）、および、各電気モータに設けた独立した制御手段によって推進される少なくとも２つの駆動ホイールからなり、前記制御手段が、
   センサ手段（１，１ａ，６，６ａ）によって命令された電気信号を増幅し、対応する電気モータ（３，８）に電力を供給する独立した電力増幅器（２，７）と、
   ユーザによって押圧および引張要素（１４，１５）に作用する押圧（＋ＦＩ，＋ＦＤ）および引張（−ＦＩ，−ＦＤ）の機械力（＋ＦＩ，−ＦＩ，＋ＦＤ，−ＦＩ）を検出し、前記機械力（＋ＦＩ，−ＦＩ，＋ＦＤ，−ＦＩ）を、押圧および引張要素（１４，１５）に作用する機械力の角度および方向を示す電気信号に変換するための前記センサ手段（１，１ａ，６，６ａ）とからなり、
   各駆動ホイール（４，９）が選択的に電力を供給されるように、前記センサ手段（１，１ａ，６，６ａ）が別々に操作可能であり、
   前記増幅器（２，７）が装置（１３）の重量関数としての増幅率（ＫＩ，ＫＤ）に従って信号を増幅し、センサ手段（１，１ａ，６，６ａ）によって命令された移動に対応するトルクに従って駆動ホイール（４，９）を推進するように電気モータに供給する電気モータ推進装置の制御操作システムにおいて、
   各制御手段は、各電力増幅器（２，７）に対し、比較手段により、電気モータに供給される電力の真値を、駆動ホイールの移動を達成するのに必要な電力の予め設定された公称値と比較し、そして、真値および予め設定された値との間で検出された差分を誤差信号（＋ＩＩ，−ＩＩ，＋ＩＤ，−ＩＤ）に変換し、電力増幅器が、電気モータ（３，８）に必要な電力（＋ＫＩＦＩ，−ＫＩＦＩ，＋ＫＤＦＤ，−ＫＤＦＤ）を供給し、これにより、電気モータが、センサ手段（１，１ａ，６，６ａ）により命令された移動を実現するのに必要なトルクに基づいて回転できるように、前記誤差信号を用いて電力増幅器への電気的入力信号を変更するフィードバック回路（５，１０）を更に備えたことを特徴とする電気モータ推進装置の制御操作システム。
2. 第１電気モータ（３）用の第１独立制御手段および第２電気モータ（８）用の第２独立制御手段と同様に、少なくとも第１および第２電気モータ（３，８）を有し、前記第１制御手段が第１押圧および引張要素（１４）によって必要とされる第１センサ手段（１，１ａ）からなり、前記第２制御手段が第１押圧および引張要素（１５）によって必要とされる第２センサ手段（６，６ａ）からなることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 制御手段のそれぞれが、検出された押圧または引張力（＋ＦＩ，−ＦＩ，＋ＦＤ，−ＦＤ）の関数としてセンサ手段（１，１ａ，６，６ａ）によって発信された電気信号を増幅するとともに、駆動ホイールに給電する電力増幅器（２，７）にプリアンプ信号を作用させる第１プリアンプ手段（１２）からなることを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
4. フィードバック回路（５，１０）が、誤差信号（＋ＩＩ，−ＩＩ）を増幅する第２プリアンプ手段（１１）からなることを特徴とする請求項１，２または３に記載のシステム。
5. 第１および第２圧力センサ（１，１ａ，６，６ａ）に接続される第１および第２押圧および引張要素（１４，１５）が、接続要素（１８）を介して相互に結合され、ユーザによる接続要素（１８）の引張または押圧が第１押圧要素（１４）または第２押圧要素（１５）に選択的に動作できる結合であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
6. 第１および第２圧力センサ（１，１ａ，６，６ａ）に接続された第１および第２押圧および引張要素（１４，１５）、および、接続要素（１８）がハンドルとしての形をなしたアセンブリーを形成することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 押圧および引張要素（１４，１５）が、第１端部を接続要素（１８）に結合し、第２端部を留め具（１６，１７）に固定支持されたバンドで形成されているとともに、第１および第２圧力センサ（１，１ａ，６，６ａ）が、接続要素が押圧あるいは引張られる場合に、対応するバンドに歪みが生じ、その伸びが関連するゲージ（１ａ，６ａ）によって検出されるように、前記バンド（１４，１５）上に配置された伸び計測ゲージ（１ａ，６ａ）であることを特徴とする請求項５または６に記載のシステム。
8. 推進装置（１３）が移動Ｘ線ユニットであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のシステム。

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