Самодвижущийся узел тележки
Изобретение относится к электрическим тяговым системам тележек. Самодвижущийся узел тележки содержит аккумуляторную батарею, колесо, выполненное с возможностью приведения в движение с помощью электродвигателя, датчик углового положения или скорости вращения, интерфейс пользователя и блок управления, выполненный с возможностью регулирования электродвигателя на основе входного сигнала от указанного интерфейса пользователя. Блок управления выполнен с возможностью выполнения ездовой модели поступательного движения, ездовой модели свободного хода и ездовой модели покачивания. Причем все указанные ездовые модели выполняются с использованием различных моделей управляющего напряжения для указанного электродвигателя. Причем электродвигатель относится к такому типу электродвигателя, в котором статор содержит некоторое количество полюсов статора, которое не является целым кратным соответствующего количества полюсов ротора, и в котором полюсы статора подразделяются по меньшей мере на три магнитно и электрически идентичных подгруппы, установленные одна за другой вокруг углового направления электродвигателя. Технический результат заключается в улучшении маневрирования тележек. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к самодвижущемуся узлу тележки, в частности детской коляске или транспортной тележке для жидких образцов.
Уровень техники
Пользователи тележек часто сталкиваются с тем, что маневрирование может представлять проблему. Когда тележки толкают или тянут вверх, или даже при перевозке тяжелых грузов на существенно ровной поверхности, пользователи могут испытывать большие нагрузки. Аналогичным образом, при толкании тележек вниз может потребоваться приложить существенное усилие для предотвращения свободного хода тележки и набора скорости. Часто бывает трудно или невозможно тянуть или толкать тележку с помощью тела в правильном с эргономической точки зрения и безопасном положении, или же пользователь тележки может не обладать достаточной силой для сохранения такого положения.
В частности, в случае детских колясок и транспортных тележек для жидких образцов, например, используемых в медицинской или фармакологической промышленностях, риски, связанные с безопасностью, значительны, если пользователь такой тележки не в состоянии удержать ее, и она теряет управление.
Также желательно, чтобы была возможность толкать или тянуть такую тележку, прилагая меньше усилий в целом, за счет самодвижущейся тележки, для уменьшения необходимого толкающего усилия.
В случае детских колясок и транспортных тележек для жидких образцов также желательно обеспечить возможность покачивать перевозимого ребенка или жидкие образцы, - в первом случае с целью успокоения ребенка, а во втором - для предотвращения отстаивания образцов. Желательно, чтобы была возможность такого покачивания с использованием различных программ покачивания так, чтобы подходящее покачивающее движение можно было выбрать в зависимости от обстоятельств.
Одновременно с этим, существует необходимость в обеспечении рабочего режима свободного движения, т.е. свободного хода, в котором тележка работает как обычная немоторизованная тележка на колесном ходу, например, когда пользователь желает потренироваться или при маневрировании в небольших пространствах.
Все эти цели должны быть достигнуты с помощью простой, прочной, а кроме того энергоэффективной конструкции, обеспечивающей как гибкость, так и соответствие высочайшим стандартам безопасности, и в то же время узел тележки не должен наносить вреда окружающей среде и быть рентабельным при производстве.
Было предложено большое количество самодвижущихся тележек, в которых решены некоторые из указанных проблем. Для примера можно привести следующие документы: US 8499898 В2, раскрывающий детскую коляску с возможностью управления скоростью; WO 2014013482 А1, раскрывающий функциональные возможности покачивания для использования с детской коляской; US 5937961 А и US 8033348 В1, раскрывающие соответствующий расцепной электродвигатель для тележки; и ЕР 2019016 А2, описывающий электродвигатель, предусмотренный на ведомом валу.
Раскрытие сущности изобретения
Настоящее изобретение решает вышеуказанные проблемы.
Таким образом, изобретение относится к самодвижущемуся узлу тележки, содержащему аккумуляторную батарею; по меньшей мере одно колесо, выполненное с возможностью приведения в движение с помощью электродвигателя, причем электродвигатель выполнен с возможностью получения энергии от указанной аккумуляторной батареи; датчик углового положения или скорости вращения, выполненный с возможностью измерения углового положения или скорости вращения по меньшей мере одного колеса тележки; интерфейс пользователя; и блок управления, выполненный с возможностью регулирования электродвигателя на основе входного сигнала от указанного интерфейса пользователя для воздействия на вращение указанного колеса согласно конкретным ездовым моделям, причем узел тележки отличается тем, что блок управления выполнен с возможностью исполнения по меньшей мере ездовой модели поступательного движения по обратной связи на основе показания от указанного датчика положения или скорости; ездовой модели свободного хода; ездовой модели покачивания, причем все указанные ездовые модели выполняются с использованием различных моделей управляющего напряжения для указанного электродвигателя, причем электродвигатель относится к такому типу электродвигателя, в котором статор содержит некоторое количество полюсов статора, которое не является целым кратным соответствующего количества полюсов ротора, и в котором полюсы статора подразделяются по меньшей мере на три магнитно и электрически идентичных подгруппы, установленные одна за другой вокруг углового направления электродвигателя.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение раскрыто более подробно со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления изобретения и на приложенные чертежи, на которых изображено следующее.
На фигуре 1 представлен схематический вид сбоку электродвигателя в узле тележки согласно изобретению; и
На фигуре 2 представлен общий вид тележки согласно изобретению.
Осуществление изобретения
В настоящем изобретении используется конкретный тип электродвигателя, а именно бесщеточный электродвигатель, в котором статор содержит некоторое количество полюсов статора, и ротор содержит некоторое количество полюсов ротора. В электродвигателе этого типа статор содержит некоторое количество полюсов статора, которое не является целым кратным соответствующего количества полюсов ротора, причем полюсы статора подразделяются по меньшей мере на три магнитно и электрически идентичные подгруппы, установленные одна за другой вокруг углового направления электродвигателя. Предпочтительно, полюсы статора размещены с равными промежутками вдоль периферии статора. Соответственно, полюсы ротора предпочтительно размещены с равными промежутками вдоль периферии ротора.
Предпочтительно, электродвигатель выполнен с возможностью непосредственно приводить в движение соответствующее колесо тележки. Например, электродвигатель может быть установлен на колесной оси и приводить в движение колеса относительно указанной оси, и в этом случае два, предпочтительно существенно идентичных, электродвигателя могут быть установлены с каждой стороны оси, приводя в движение одно соответствующее колесо. В этом случае желательно, чтобы раскрытый ниже механизм управления по обратной связи выполнялся индивидуально на каждом таком ведомом колесе с использованием данных датчика положения, относящегося к соответствующему рассматриваемому колесу, что обеспечивает адекватное автоматическое движение, в том числе при повороте тележки. Альтернативно, электродвигатель указанного типа может быть установлен с возможностью приведения в движение колесной оси и тем самым приводить в движение одновременно два колеса. Колеса на более чем одной колесной оси также могут быть приведены в движение соответствующим образом. Поэтому, предполагается, что на одной тележке могут использоваться от 1 до по меньшей мере 4 электродвигателей. Предпочтительно, все электродвигатели управляются одним и тем же блоком управления (см. ниже) и сообщаются с ним.
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что использование такого электродвигателя для приведения в движение узла тележки представленного типа позволяет достичь нескольких преимуществ.
Во-первых, такой электродвигатель имеет очень низкую величину изменения мгновенной скорости вращения и момента электродвигателя, что обеспечивает плавное вращение колеса.
Во-вторых, электродвигателем можно точно управлять на основе алгоритма обратной связи с учетом обратной связи об угловом положении от самого электродвигателя в широком спектре скоростей вращения и моделей вращения.
В-третьих, электродвигатель может использоваться в качестве генератора для торможения двигателем тележки и одновременной перезарядки аккумуляторной батареи посредством генерируемого электрического тока.
В-четвертых, электродвигатель также может функционировать в режиме свободного хода, как раскрывается ниже в настоящей заявке.
В то же время существует множество типов электродвигателей, которые как таковые в целом пригодны для использования в самодвижущемся узле тележки, например, традиционный шаговый электродвигатель или традиционный бесщеточный электродвигатель любого другого типа. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в противоположность им, электродвигатель указанного конкретного типа очень хорошо подходит для различных функциональных возможностей тележки, раскрытых в настоящей заявке, и обеспечивает очень простую и одновременно прочную конструкцию с минимальным количеством подвижных элементов и изнашивающихся деталей.
Электродвигатель раскрытого выше типа как таковой известен из документа ЕР 0996217 В1, на который специально приведена ссылка для предоставления информации, относящейся к электродвигателю как таковому. На фигуре 2 документа ЕР 0996217 В1, которая также показана в скорректированном виде как фигура 1 настоящей заявки, схематично проиллюстрирован такой электродвигатель 1, содержащий статор 2 и ротор 3. На фигуре ротор 3 окружает статор 2, однако можно представить противоположную ситуацию.
Статор 2 выполнен с полюсами 7 статора, а ротор 3 выполнен с полюсами 6 ротора. Между полюсами 6, 7 предусмотрен промежуток, например воздушный промежуток, так чтобы полюсы 6, 7 не контактировали физически друг с другом. Это позволяет поворачивать электродвигатель 1 по существу без трения.
Полюсы 7 ротора разделены на пары чередующихся положительных полюсов 4 и отрицательных полюсов 5 ротора, предпочтительно в виде постоянных магнитов.
Электродвигатель предпочтительно выполнен с возможностью питания от переменного электрического тока, с использованием или встроенного в электродвигатель выпрямителя, или выпрямителя, являющегося элементом устройства управления или внешним элементом, управляемым устройством управления (см. ниже). В примерном случае, показанном на фигуре 1, электродвигатель представляет собой трехфазный электродвигатель переменного тока.
Более конкретно, на полюсы 7 статора от указанного выпрямителя (который может содержать схему сдвига фаз) подведено напряжение постоянного тока в соответствии с нижеследующим:
В целом, в документе ЕР 0291219 А1, на который сделана специальная ссылка касательно подробностей структуры полюсов и подачи электропитания на полюсы электродвигателя 1, раскрыто то, как выбрать такие значения фаз, количество полюсов 7 статора и количество полюсов 6 ротора.
Все полюсы с одинаковым ссылочным обозначением (А1, A3, А2 и т.д.) могут быть соединены последовательно или, предпочтительно, параллельно.
Для целей настоящего изобретения важно, чтобы статор 2 содержал некоторое количество полюсов 7 статора (в данном случае - 45 полюсов 7), которое не является целым кратным соответствующего количества полюсов 6 ротора (в данном случае - 40 полюсов 6), и чтобы полюсы 7 статора подразделялись по меньшей мере на три магнитно и электрически идентичные подгруппы 8 или связанные зоны, которые установлены одна за другой вокруг углового направления электродвигателя 1. Это может быть также выражено тем, что статор 2 выполнен с пятикратной вращательной симметрией относительно своих полюсов 7. На фигуре 1 количество подгрупп 8 равно пяти, но понятно, что их может быть больше или меньше этого количества, но не меньше трех.
Сочетание использования таких различных количеств полюсов 6, 7 при размещении полюсов 7 статора в таких подгруппах 8 обеспечивает малую величину изменения мгновенной скорости вращения и момента электродвигателя 1 при поддержании всех требуемых свойств такого электродвигателя для целей настоящего изобретения, что было доказано авторами настоящего изобретения в ходе практических испытаний, которые выявили весьма благоприятный эффект данного решения, особенно в плане кпд, плавности, уровней шума и точности.
Кроме того, электродвигатель 1 может быть использован совместно с датчиком 9 положения на эффекте Холла, схематически показанным на фигуре 1. Датчик 9 положения может быть выполнен с возможностью измерения углового положения электродвигателя, или содержать логику для непосредственного получения величины текущей скорости вращения.
На фигуре 2 проиллюстрирован простой общий вид тележки 100 согласно настоящему изобретению. Как упоминалось выше, тележка 100 может представлять собой детскую тележку или коляску, альтернативно может представлять собой транспортную тележку для жидких образцов, например биологических или химических образцов в пробирках для использования в медицинской, фармакологической или биохимической отраслях. Понятно, что в первом случае основной корпус 120 тележки 100 может содержать детское сиденье или люльку; а во втором случае основной корпус 120 может содержать отсеки для пробирок или подобных емкостей.
Тележка 100 представляет собой самодвижущийся узел тележки по настоящему изобретению, содержащий аккумуляторную батарею 156; по меньшей мере одну колесную ось 110, приводимую в движение с помощью по меньшей мере одного соответствующего электродвигателя 151, 512, причем электродвигатель (электродвигатели) 151, 152 получает питание от аккумуляторной батареи 156. На фигуре 2, представляющей вид с задней стороны тележки 100, показана только одна колесная ось 110. Тем не менее, понятно, что, как правило, могут присутствовать две колесные оси, каждая из которых может приводиться в движение с помощью одного или более электродвигателей. Как раскрыто выше, один электродвигатель может также приводить в движение всю ось 110.
Раскрытый выше датчик 9 углового положения или скорости вращения предпочтительно установлен по меньшей мере в одном из указанных электродвигателей 151, 152, предпочтительно в каждом электродвигателе 151, 152, для измерения положения или скорости отдельно в каждом из электродвигателей 151, 152 способом, раскрытым выше, и выполнен с возможностью измерения углового положения или скорости вращения по меньшей мере одного колеса 111, 112 или оси 110 тележки 100.
Интерфейс 153 пользователя, который предпочтительно содержит переключатель 157 режимов, аварийный переключатель 154 и орган 155 настройки скорости пользователем, предпочтительно установлен на рукоятке 130 тележки 100. Аварийный переключатель 154 предпочтительно должен быть прикреплен или прижат к тележке, приводимой в движение энергией электродвигателя 151, 152, как раскрывается ниже. Орган 155 настройки скорости пользователем, который может представлять собой рычаг, поворотную рукоятку или подобное устройство, предназначен для того, чтобы позволять пользователю настраивать требуемую скорость тележки 100, например, до конкретного значения в пределах непрерывного допустимого интервала или одного значения из набора дискретных значений заданных скоростей.
Тележка 100 также содержит указанный основной корпус 120 и шасси 101.
Блок 150 управления тележки 100 выполнен с возможностью регулирования электродвигателя 151, 152 на основе входного сигнала от указанного интерфейса 153 пользователя для воздействия на вращения указанного колеса или колес 111, 112 в соответствии с одной конкретной или набором ездовых моделей, причем количество данных ездовых моделей предпочтительно равно трем.
Точнее, в соответствии с настоящим изобретением, блок 150 управления выполнен с возможностью исполнения по меньшей мере ездовой модели поступательного движения по обратной связи на основе показаний от указанного датчика положения или скорости или датчика 9; ездовой модели свободного хода; и ездовой модели покачивания. Также могут иметь место другие ездовые модели, как объясняется ниже.
Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением, все указанные ездовые модели исполняются блоком 150 управления путем управления моделью напряжения, подводимой к электродвигателю 151, 152, так что разные модели управляющего напряжения подаются на электродвигатель 151, 152 для различных ездовых моделей. Такие модели управляющего напряжения предпочтительно реализованы в программном обеспечении в обычной программируемой аппаратной схеме, встроенной в блок 150 управления, содержащей память, микропроцессор и средства электросвязи. Понятно, что блок 150 управления сообщается с интерфейсом 153 пользователя, электродвигателями 151, 152 и т.д., с помощью традиционных средств связи, таких как беспроводной или проводной цифровой интерфейсы.
Важно, что электродвигатели 151, 152 и, в частности, все электродвигатели, используемые для приведения в движение одного или нескольких колес 111, 112 тележки 100 относятся к раскрытому выше типу, в котором статор содержит некоторое количество полюсов статора, которое не является целым кратным соответствующего количества полюсов ротора, и в котором полюсы статора подразделяются по меньшей мере на три магнитно и электрически идентичные подгруппы, установленные одна за другой вокруг углового направления электродвигателя 151, 152.
Такой узел тележки обладает очень простой и прочной конструкцией, которая имеет гибкий и широкий диапазон ездовых функциональных возможностей и поэтому удобна для пользователя. В то же время, она безопасна в использовании и может без труда использоваться как традиционная, тележка без привода, когда это требуется. В частности, электродвигатель 151, 152 не требует использования коробки передач, что является предпочтительным.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, датчик 9 положения или скорости представляет собой датчик на эффекте Холла, выполненный с возможностью предоставления блоку 150 управления информации об угловом положении или скорости вращения электродвигателя.
Как раскрыто выше, блок 150 управления выполнен с возможностью исполнения некоторого количества ездовых моделей тележки 100 путем сообщения усилий на колеса 111, 112 тележки 100 посредством указанного по меньшей мере одного электродвигателя 151, 152.
Одна такая ездовая модель представляет собой ездовую модель настраиваемой пользователем скорости. Предпочтительно, в этой модели пользователь настраивает, посредством органа 155 управления, требуемую скорость или темп движения тележки. При активировании, например, посредством настройки указанного органа 155 управления, и/или посредством включения отдельного регулятора мощности, блок 110 управления будет постоянно измерять скорость тележки 100 с помощью датчика 9 и сравнивать ее с указанной настроенной пользователем скоростью путем регулирования напряжения, приложенного к электродвигателю 151, 152 от аккумуляторной батареи 156 в соответствии с цепью обратной связи, для достижения указанной настроенной пользователем скорости или темпа движения. Настроенная пользователем скорость может быть задана с помощью контроллера 155 как численное значение, такое как «5 м/с», или пользователем, например, посредством выбора из значений «низкая», «средняя», «высокая», которые затем преобразуются в конкретную скорость тележки 100.
Эта цепь управления с обратной связью ездовой модели настраиваемой пользователем скорости предпочтительно содержит увеличение напряжения, приложенного к каждому электродвигателю 151, 152, когда показание скорости уменьшается и/или ниже настроенной пользователем скорости, и наоборот. Предпочтительно, цепь управления, такая как цепь ПИД-регулирования, реализуется с помощью вышеупомянутого программного обеспечения, реализованного в блоке 150 управления, причем цепь управления предназначена для поддержания скорости тележки 100 как можно ближе к настроенной пользователем скорости. Реализация такой цепи с обратной связью может быть как таковая общеизвестна.
Однако блок 150 управления управляет электродвигателем 151, 152 путем регулирования напряжения, приложенного к каждому из полюсов 7 статора 2, как раскрыто выше, с использованием регулируемого напряжения с разностью фаз, прикладываемой к различным полюсам, как раскрыто выше. Это обеспечивает плавное и постоянно регулируемое управления с обратной связью, что приводит к положительному впечатлению пользователя.
Одновременно с этим или, предпочтительно, последовательно с указанной цепью управления с обратной связью и регулированием напряжения, например, ниже указанной цепи управления с обратной связью и регулированием напряжения, цепь управления с обратной связью ездовой модели настраиваемой пользователем скорости дополнительно содержит цепь с обратной связью, регулирующую потребляемую мощность электродвигателя 151, 152 на основе текущего определенного потребления электрического тока электродвигателем 151, 152, так чтобы увеличение потребления тока приводило к увеличению потребления мощности. Эта дополнительная цепь управления с обратной связью, которая как таковая также может быть общеизвестной, предпочтительно реализуется в схеме управления электродвигателя 151, 152 внутри самого электродвигателя 151, 152.
Поэтому, блок 150 управления постоянно регулирует напряжение, подводимое к электродвигателю 151, 152 для достижения настроенной пользователем скорости. В то же время, контролируют потребление тока электродвигателем 151, 152, а мгновенную потребляемую мощность электродвигателя 151, 152 регулируют на основе мгновенного потребляемого тока. Комбинация этих двух цепей управления с обратной связью обеспечивает очень эффективное и плавное регулирование скорости тележки 100. Предпочтительно, чтобы последняя цепь управления с обратной связью потребляемой мощностью электродвигателя 151, 152 использовалась также в других ездовых моделях, пока питание электродвигателя 151, 152 включено. Эта же цепь с обратной связью ток/мощность электродвигателя фактически может быть включена тем же способом независимо от типа ездовой модели, реализуемой в настоящий момент блоком 150 управления.
Поэтому, управление с обратной связью настраиваемой пользователем скорости будет автоматически достигать и поддерживать настроенную пользователем скорость тележки 100. Однако когда пользователь пытается толкать тележку 100 быстрее, чем настроенная пользователем скорость, или при движении вниз, когда тележка 100 набирает скорость выше настроенной пользователем скорости, предпочтительно, чтобы цепь управления с обратной связью в указанной ездовой модели настраиваемой пользователем скорости также содержала включение тормозного механизма. Этот тормозной механизм предпочтительно автоматически активируется, когда настроенная пользователем скорость превышается на заданную относительную или абсолютную величину. В некоторых вариантах осуществления заданная величина может быть абсолютной величиной «ноль», что означает, что тормозной механизм автоматически активируется, как только обнаружено превышение скорости тележки 100 настроенной пользователем скорости. Понятно, что скорость тележки, опять же, может быть измерена с помощью датчика 9.
В одном предпочтительном примере такого тормозного механизма электродвигатель 151, 152 выполнен с возможностью работы в режиме генератора. Режим генератора предусматривает активное управление посредством схемы управления электродвигателя 151, 152, соединенной с электродвигателем 151, 152, и/или с помощью блока 150 управления, активное управление которого предусматривает активное управление направлением индуцированных электрических токов, вызванных вынужденным вращением ротора 3 электродвигателя 151, 152 относительно статора 2 электродвигателя 151, 152 и подачи указанного электрического тока на аккумуляторную батарею 156 для перезарядки аккумуляторной батареи 156. Другими словами, блок 150 управления выполнен с возможностью настройки направлений тока на полюсы 7 статора 2 и от полюсов в зависимости от вращения электродвигателя 151, 152, соответствующего подаче тока при приведении в движение электродвигателя 151, 152, так что полный ток может отводится с полюсов 7 статора 2 и может подаваться на аккумуляторную батарею 156 для ее перезарядки. Поэтому указанный тормозной механизм в этом предпочтительном случае предусматривает, что блок 150 управления переключает электродвигатель 151, 152 в режим генератора и использует генерируемое электрическое напряжение для перезарядки аккумуляторной батареи 156.
Другой предпочтительный пример такого тормозного механизма состоит в том, что тележка 100 содержит механический тормоз (не показан на фигурах), выполненный с возможностью активации с помощью блока 150 управления, причем указанный тормозной механизм предусматривает активацию указанного механического тормоза, когда скорость тележки 100 превысит настроенную пользователем скорость. Одним предпочтительным примером такого механического тормоза является спринт (англ. sprint) или подобный, который, будучи выжатым за счет электромеханической силы, обусловленной напряжением, подводимым указанным блоком 150 управления, переходит в положение, в котором он механически препятствует вращению по меньшей мере одного колеса 111, 112, например, путем предотвращения вращения ротора 3 относительно статора 2 по меньшей мере в одном приводном электродвигателе 151, 152. Таким образом, достигается немедленная остановка, если обнаружено превышение скоростью тележки 100 некоторой максимальной скорости, которая может зависеть от настроенной пользователем скорости. Механический тормоз может также содержать фрикционный тормоз.
Предпочтительно, тормозной механизм с режимом генератора объединен с механическим тормозом, так что механический тормоз активируется в том случае, если тормозной механизм с режимом генератора активируется, но скорость тележки 100 продолжает быть выше некоторой заданной величины, которая может зависеть от настроенной пользователем скорости.
Другой ездовой моделью является ездовая модель свободного хода, в которой блок 150 управления выполнен с возможностью не сообщать движущее усилие колесам 111, 112, и в то же время минимизировать внутреннее трение электродвигателя (электродвигателей) 151, 152. Тем самым, тележка становится похожей на традиционную не оснащенную электродвигателем тележку. Ездовая модель свободного хода предпочтительно активируется блоком 150 управления, реализуя в электродвигателе (электродвигателях) 151, 152 соответствующий режим свободного хода, предпочтительно путем простого выключения подачи напряжения на электродвигатель 151, 152.
В частности, предпочтительно, чтобы ездовая модель свободного хода не могла инициироваться механическим отсоединением какой-либо части, например, самого электродвигателя 151, 152. Наоборот, ротор 3 предпочтительно выполнен с возможностью вращения относительно статора 2, когда тележка 100 движется по инерции.
В соответствии с частным предпочтительным вариантом осуществления, ездовая модель свободного хода активирована, пока отключена подача основной мощности на блок 150 управления. Это достигается за счет электродвигателя вышераскрытого типа, который обеспечивает свободный ход с низким трением при отсутствии подачи напряжения на полюсы 6, 7. Ездовая модель свободного хода может быть также активирована путем активного воздействия на переключатель также, когда включена подача основной мощности на блок 150 управления. Также предпочтительно, чтобы ездовая модель с обратной связью автоматически активировалась в результате включения подачи мощности на блок 150 привода.
В целом, в том случае, если настроенная пользователем скорость равна нулю, блок 150 управления предпочтительно выполнен с возможностью применения по меньшей мере одного из указанных тормозных механизмов тележки 100 для недопущения ее перемещения без толкания или тяги с некоторым усилием, или установки настроенной пользователем скорости на ненулевое значение.
Предпочтительно, в том случае, если по меньшей мере одна колесная ось 110 содержит по одному электродвигателю 151, 152 для каждого колеса 111, 112 на такой оси 110, каждый такой электродвигатель 151, 152 отдельно управляется блоком 150 управления для поддержания указанной настроенной пользователем скорости для рассматриваемых колес 111, 112 во время работы в режиме поступательного движения по обратной связи.
Могут быть ездовые модели поступательного движения по обратной связи различных типов, например, выбираемых с помощью органа 157 управления. Например, ездовая модель минимальной скорости может также быть реализована с помощью блока 150 управления аналогично раскрытой выше ездовой модели настраиваемой пользователем скорости.
Кроме того, в предпочтительном варианте осуществления, посредством блока 150 управления, приводное усилие электродвигателя 151, 152 применяется по меньшей мере частично на основе информации от датчика крутящего момента, поступающей в блок 150 управления, относительно ненулевого крутящего момента, прикладываемого к органу управления пользователя, такому как поворотная рукоятка, содержащаяся в интерфейсе 153. В этом случае блок 150 управления управляет электродвигателем 151, 152 для подачи ненулевого приводного усилия, пока датчиком обнаруживается ненулевой крутящий момент. Предпочтительно, такой прикладываемый (пользователем) крутящий момент преобразуется в выбранную скорость с помощью алгоритма преобразования в блоке 150 управления, который переводит больший крутящий момент в более высокую скорость, чем текущая скорость тележки 100. Другими словами, пользователь может управлять настраиваемой скоростью тележки в относительном выражении по сравнению с измеренной в текущий момент скоростью тележки, посредством приложения большего или меньшего крутящего момента.
В качестве альтернативы или в дополнении к этому, датчик толкающего усилия, такой как размещенный в рукоятке 130 тележки 100, может быть выполнен с возможностью непосредственного измерения толкающего усилия, прикладываемого пользователем к тележке 100, и позволяет блоку 150 управления только прикладывать приводное усилие к колесам 111, 112, посредством электродвигателя (электродвигателей) 151, 152, в том случае, если такое ненулевое толкающее усилие приложено пользователем. Датчик толкающего усилия может быть таким же, как и аварийный переключатель, или может использоваться вместо последнего. Раскрытый выше тормозной механизм может также активироваться в случае отсутствия такого крутящего момента или приложения толкающего усилия по меньшей мере заданной минимальной величины, в качестве предохранительного механизма, когда тележка 100 припаркована.
В предпочтительном варианте осуществления указанный датчик крутящего момента выполнен с возможностью различения между направленным назад и вперед крутящим моментом, за счет чего указанный/каждый электродвигатель 151, 152 выполнен с возможностью приведения в движение назад или вперед во время указанной ездовой модели поступательного движения по обратной связи, в зависимости от направления, определенного датчиком крутящего момента.
В качестве альтернативы или в дополнении к этому, блок 150 управления может предпочтительно быть выполнен с возможностью измерения направления качения тележки 100 на основе информации от указанного датчика 9 положения или скорости и выполнения указанной ездовой модели поступательного движения по обратной связи в указанном измеренном направлении качения.
Предпочтительно, модель настраиваемого пользователем поступательного движения по обратной связи выполняется полностью или существенно идентично поступательному движению вперед или назад. Поэтому, если пользователь перемещает тележку 100 вперед и, используя тяговое усилие, заставляет тележку 100 остановиться, а затем тянет дальше для продвижения тележки 100 назад, блок 150 управления будет автоматически обнаруживать это изменение направления качения и регулировать электродвигатель 151, 152 с целью достижения и поддержания движения тележки 100 в обратном направлении. Достигаемая скорость движения в обратном направлении может быть равна настроенной пользователем скорости движения в направлении вперед или меньшей скорости, которая может быть задана или быть пропорциональной настроенной пользователем скорости для случая поступательного движения вперед. Соответственно, когда пользователь снова останавливает тележку 100 и начинает толкать ее вперед, блок 150 управления снова автоматически обнаруживает это и опять переключается к регулированию с целью поддержания настроенной пользователем скорости движения вперед, как раскрыто выше.
Предпочтительно, чтобы программный переключатель 157 мог использоваться пользователем для переключения между различными ездовыми моделями. Одной такой дополнительной ездовой моделью является также раскрытая выше ездовая модель покачивания, которая выполняется блоком 150 управления, управляющим по меньшей мере одним электродвигателем 151, 152, для продвижения тележки 100 назад и вперед в соответствии с заданной моделью вращения в виде функции от времени.
Предпочтительно, чтобы было доступно несколько таких ездовых моделей покачивания, например, выбираемых с помощью переключателя 157 при остановке тележки. Каждая такая ездовая модель покачивания предпочтительно содержит приведение в движение тележки 100 в одном направлении вперед или назад на некоторое расстояние, а затем приведение в движение тележки 100 в противоположном направлении на некоторое расстояние и так далее, в течение неопределенного времени, или в течение заданного максимального периода времени до тех пор, пока пользователь не завершит ездовую модель покачивания, например, с помощью переключателя 157.
Предпочтительно, различные такие ездовые модели покачивания предусматривают различные комбинации расстояний перемещения в обоих направлениях, ускорения, при переключении направлений движения и скоростей движения. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, имеет место по меньшей мере три различные ездовые модели покачивания, постепенно варьирующиеся от модели плавного, медленного покачивания, предпочтительно с относительно длинными расстояниями перемещения в обоих направлениях, до модели более жесткого, быстрого и толчкового покачивания, предпочтительно с относительно короткими расстояниями движения в обоих направлениях. Предпочтительно, может быть выполнен ряд программ покачивания, варьирующихся от движения вперед/назад на менее чем 5 см, до движения вперед/назад на более чем 20 см, предпочтительно с соответствующим уменьшением частоты покачивания и предпочтительно также с изменением скорости качения между поворотами.
В нормальном случае ездовая модель покачивания будет предусматривать движения тележки 100 назад в вперед по прямой. Однако, согласно одному предпочтительному варианту осуществления, по меньшей мере одна ездовая модель покачивания содержит движение одного колеса 151 или колес на одной стороне тележки 100 в одном направлении, возможно во время движения противоположного колеса 151 или колес с другой скоростью и в другом направлении, для достижения движения с боковыми вращениями, предпочтительно в виде быстрого поворота тележки 100. Такие боковые вращения могут быть реализованы в самой ездовой модели покачивания, но предпочтительно реализованы в качестве части другой ездовой модели покачивания, основанной на простом движении вперед/назад. Например, каждые пять покачиваний вперед/назад или с нерегулярными интервалами, тележке 100 будут сообщаться один или несколько боковых поворотов, с помощью блока 150 управления. Это обеспечивает менее прогнозируемую и менее равномерную функцию покачивания, которая может иметь преимущество как в случае ребенка, так и в случае биологических образцов и т.д.
Предпочтительно, что указанные ездовые модели покачивания, как для случаем всех ездовых моделей, раскрытых в настоящей заявке, так и касательно различия в функциональных возможностях между этими программами, выполняются в программном обеспечении, предпочтительно только в программном обеспечении, и исполняются блоком 150 управления с помощью одного и того же аппаратного обеспечения.
Как раскрыто выше, тележка 100 предпочтительно оснащена аварийным переключателем 154. Блок 150 управления выполнен с возможностью применения тормозного механизма указанного типа в случае активации аварийного переключателя 154, когда блок 150 управления получает энергию, а информация от указанного датчика положения или скорости указывает на то, что в настоящий момент тележка движется.
Выше раскрыты предпочтительные варианты осуществления изобретения. Однако специалисту в данной области очевидно, что могут быть применены многочисленные модификации к раскрытым вариантам осуществления, без отступления от основной идеи изобретения.
Например, многие раскрытые выше функциональные возможности по меньшей мере аккумуляторной батареи 156, блока 150 управления и электродвигателей 151, 152 могут быть встроены в ось 110, которая затем соединяется подходящим образом с внешним интерфейсом 153 пользователя, устанавливаемым на рукоятке 130. Таким образом, существующая ось существующей тележки может быть заменена осью, обеспечивающей функциональные возможности настоящего изобретения. В результате этого существующая тележка может быть легко усовершенствована до тележки 100 по настоящему изобретению.
Могут быть предусмотрены еще многие ездовые модели, помимо раскрытых выше. Например, одна ездовая модель при активации может приводить в движение тележку 100 на заданное расстояние вперед и останавливать. Ездовые модели могут быть добавлены в тележку 100 путем обновления программного обеспечения посредством традиционного способа, например, беспроводным способом по интернет соединению WiFi и с помощью блока 150 управления.
С целью недопущения слишком большого смещения тележки 100 из ее припаркованного положения при реализации ездовой модели покачивания, такая ездовая модель покачивания предпочтительно всегда выполняется во время максимального периода времени, не превышающего 30 минут. Однако возможно использовать особый механизм для удержания тележки 100 в примерно одинаковом положении, в области которого выполняется покачивание. Примеры включают в себя размещение цифровой камеры, направленной вниз, захватывающей изображение пола, на котором движется тележка 100; для использования традиционных алгоритмов интерпретации изображения, непрерывно или периодически определяющих положение тележки 100 относительно заданного фиксированного опорного положения; и применения корректирующих регулировок к колесам 151, 152 при покачивающем движении для удержания тележки 100 примерно в одном и том же положении относительно указанного фиксированного опорного положения с течением времени.
Кроме того, возможно оснащать тележку 100 взаимозаменяемыми основными частями 120 на одинаковом шасси 101 для того, чтобы позволить пользователю производить замену между основной частью 120 для перевозки ребенка и основной частью 120 для покупательской тележки без необходимости установки поддержки различных наборов ездовых моделей.
В целом, предпочтительно совсем не устанавливать датчик крутящего момента в электродвигатель для измерения крутящего момента, прикладываемого снаружи к электродвигателю и для использования в механизме поступательного движения с обратной связью. Причина этому заключается в том, что раскрытая выше цепь обратной связи ток/мощность электродвигателя будет эффективно функционировать в качестве цепи обратной связи, действующей на основе косвенно измеренного приложенного снаружи крутящего момента электродвигателя, а именно косвенно измеренного через измеренный электрический ток электродвигателя.
Поэтому, изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, но может быть изменено в рамках объема приложенной формулы изобретения.
1. Самодвижущийся узел (100) тележки, содержащий аккумуляторную батарею (156); по меньшей мере одно колесо (111, 112), выполненное с возможностью приведения в движение с помощью электродвигателя (151, 152; 1), причем электродвигатель (151, 152; 1) выполнен с возможностью получения энергии от указанной аккумуляторной батареи (156); датчик (9) углового положения или скорости вращения, выполненный с возможностью измерения углового положения или скорости вращения по меньшей мере одного колеса (111, 112) тележки; интерфейс (153) пользователя; и блок (150) управления, выполненный с возможностью регулирования электродвигателя (151, 152; 1) на основе входного сигнала от указанного интерфейса (153) пользователя для воздействия на вращение указанного колеса (111, 112) согласно конкретным ездовым моделям, отличающийся тем, что блок (150) управления выполнен с возможностью выполнения по меньшей мере ездовой модели поступательного движения по обратной связи на основе показания от указанного датчика (9) положения или скорости; ездовой модели свободного хода; и ездовой модели покачивания, причем все указанные ездовые модели выполняются с использованием различных моделей управляющего напряжения для указанного электродвигателя (151, 152; 1), причем электродвигатель (151, 152; 1) относится к такому типу электродвигателя, в котором статор (2) содержит некоторое количество полюсов (7) статора (2), которое не является целым кратным соответствующего количества полюсов (7) ротора (3), и в котором полюсы (7) статора (2) подразделяются по меньшей мере на три магнитно и электрически идентичных подгруппы (8), установленные одна за другой вокруг углового направления электродвигателя (151, 152; 1).
2. Самодвижущийся узел (100) тележки по п. 1, отличающийся тем, что датчик (9) положения или скорости представляет собой датчик на эффекте Холла, выполненный с возможностью предоставления блоку (150) управления информации об угловом положении или скорости вращения электродвигателя (151, 152; 1).
3. Самодвижущийся узел (100) тележки по п. 1 или 2, отличающийся тем, что узел (100) тележки представляет собой детскую коляску.
4. Самодвижущийся узел (100) тележки по п. 1 или 2, отличающийся тем, что узел (100) тележки представляет транспортную тележку для жидких образцов.
5. Самодвижущийся узел (100) тележки по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что блок (150) управления выполнен с возможностью выполнения ездовой модели настраиваемой пользователем скорости, в которой блок (150) управления выполнен с возможностью постоянного измерения скорости тележки (100) и сравнения ее с настроенной пользователем скоростью путем регулирования напряжения, приложенного к электродвигателю (151, 152; 1) от аккумуляторной батареи (156) в соответствии с цепью обратной связи, для достижения настроенной пользователем скорости.
6. Самодвижущийся узел (100) тележки по п. 5, отличающийся тем, что цепь управления с обратной связью в указанной ездовой модели настраиваемой пользователем скорости также предусматривает регулирование потребляемой электродвигателем (151, 152; 1) мощности на основе обнаруженного токопотребления электродвигателя (151, 152; 1), причем увеличение токопотребления приводит к увеличению потребляемой мощности.
7. Самодвижущийся узел (100) тележки по п. 5 или 6, отличающийся тем, что цепь управления с обратной связью в указанной ездовой модели настраиваемой пользователем скорости также предусматривает включение тормозного механизма, когда настроенная пользователем скорость превышена на заданную относительную или абсолютную величину.
8. Самодвижущийся узел (100) тележки по п. 7, отличающийся тем, что электродвигатель (151, 152; 1) выполнен с возможностью работы в режиме генератора, причем указанный тормозной механизм предусматривает переключение электродвигателя (151, 152; 1) в режим генератора с использованием генерируемого электрического напряжения для перезарядки аккумуляторной батареи (156).
9. Самодвижущийся узел (100) тележки по п. 8, отличающийся тем, что режим генератора выполняется с помощью блока (150) управления, выполненного с возможностью активного управления направлением индуцированных токов, вызванных вынужденным вращением ротора (3) электродвигателя (151, 152; 1) относительно статора (2) электродвигателя (151, 152; 1) и подачи указанного электрического тока на аккумуляторную батарею (156) для перезарядки аккумуляторной батареи (156).
10. Самодвижущийся узел (100) тележки по любому из пп. 7-9, отличающийся тем, что тележка (100) содержит механический тормоз, выполненный с возможностью активации с помощью блока (150) управления, причем указанный тормозной механизм выполнен с возможностью активации указанного механического тормоза.
11. Самодвижущийся узел (100) тележки по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что электродвигатель (151, 152; 1) выполнен с возможностью работы в режиме свободного хода, причем блок (150) управления выполнен с возможностью активации указанного режима свободного хода во время выполнения указанной ездовой модели свободного хода.
12. Самодвижущийся узел (100) тележки по п. 11, отличающийся тем, что режим свободного хода выполняется путем выключения подачи напряжения на электродвигатель (151, 152; 1).
13. Самодвижущийся узел (100) тележки по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что блок (150) управления выполнен с возможностью различения между прямым и обратным направлениями вращения узла тележки, причем электродвигатель (151, 152; 1) выполнен с возможностью приведения в движение в прямом или обратном направлении во время указанной ездовой модели поступательного движения по обратной связи в зависимости от измеренного направления вращения.
14. Самодвижущийся узел (100) тележки по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что блок (150) управления выполнен с возможностью измерения направления вращения тележки (100) на основе информации от указанного датчика (9) и выполнения указанной ездовой модели поступательного движения по обратной связи в указанном измеренном направлении вращения.
15. Самодвижущийся узел (100) тележки по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выполнение указанной ездовой модели покачивания предусмотрено с помощью блока (150) управления, выполненного с возможностью управления электродвигателем (151, 152; 1) для приведения в движение узла (100) тележки назад и вперед в соответствии с заданной моделью вращения в виде функции от времени.
16. Самодвижущийся узел (100) тележки по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что тележка (100) выполнена с аварийным переключателем, причем блок (150) управления выполнен с возможностью применения тормозного механизма в случае активации аварийного переключателя, когда блок управления получает энергию, а информация от указанного датчика (9) положения или скорости указывает на текущее движение тележки (100).
