DE4131632A1 - Motorbetriebene massageeinrichtung mit variabler geschwindigkeitssteuerung - Google Patents
Motorbetriebene massageeinrichtung mit variabler geschwindigkeitssteuerungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung ist auf ein motorbetriebenes Mas
sagegerät gerichtet, und näher auf ein Massagegerät, das
einen Applikator aufweist, der von einem Motor mit variabler
Betriebsgeschwindigkeit angetrieben wird, um auf den Körper
eines Benutzers eine Massagewirkung aufzubringen.
Frühere Massagegeräte sind bekannt, die einen Elektromotor
zum Antreiben eines Applikators mit einer variablen Be
triebsgeschwindigkeit so aufweisen, daß der Benutzer eine
geeignete Betriebsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den
Abschnitten des Körpers wählen kann, die massiert werden
sollen. Beispielsweise schlägt die frühere, nicht geprüfte
japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 61-2 47 456 ein
motorbetriebenes Massagegerät vor, das imstande ist, eine
optimale Betriebsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einem
speziellen Abschnitt des Körpers zu wählen, der massiert
werden soll, um eine wohltuende Massagewirkung mit der opti
malen Betriebsgeschwindigkeit zu erreichen. Jedoch wird,
selbst wenn eine optimale Betriebsgeschwindigkeit gewählt
ist, die Betriebsgeschwindigkeit sich unvermeidlich mit den
sich ändernden Lastanforderungen ändern, die vom Motor in
folge der sich stets ändernden Andruckkräfte empfangen wer
den, unter denen der Applikator gegen den Körper des Be
nutzers angedrückt wird. D.h. die Betriebsgeschwindigkeit
wird normalerweise mit der Zunahme der Lastanforderung ab
nehmen, wobei es nicht gelingt, die Massagewirkung mit der
optimalen Betriebsgeschwindigkeit fortzusetzen, die für den
beabsichtigten Abschnitt gewählt ist. Um die obige Unzuläng
lichkeit zu vermeiden, wird in Betracht gezogen, die Be
triebsgeschwindigkeit zu steuern bzw. zu regeln, die bei der
gewählten Geschwindigkeit konstant gehalten wird, ungeachtet
der sich ändernden Lastanforderungen. Es hat sich jedoch
herausgestellt, daß eine solche Einrichtung alleine zu einem
ziemlich unwirksamen Massagevorgang führen würde, besonders
dann, wenn eine hohe Betriebsgeschwindigkeit gewählt wird.
D.h., wenn die Last bis über ein bestimmtes Niveau erhöht
wird, dann wird die Fortsetzung des Massagevorgangs mit der
Betriebsgeschwindigkeit, die noch immer bei der hohen Ge
schwindigkeit gehalten wird, für den Benutzer eine unange
nehme und unnatürliche Massagewirkung liefern. Ferner erhebt
der obige Vorschlag ein anderes Problem dahingehend, daß der
Motor eine hohe Leistungsfähigkeit aufweisen muß und deshalb
sperrig ist, um den Betrieb bei hoher Geschwindigkeit selbst
unter erhöhter Lastanforderung zu ermöglichen.
Die obigen Probleme und Unzulänglichkeiten wurden bei einem
motorbetätigten Massagegerät der vorliegenden Erfindung aus
geräumt. Das Massagegerät in Übereinstimmung mit der vorlie
genden Erfindung weist einen Elektromotor und einen Applika
tor auf, der vom Motor bei einer variablen Betriebsgeschwin
digkeit angetrieben wird. Der Applikator ist dazu eingerich
tet, beim Gebrauch gegen den Körper des Benutzers angedrückt
zu werden, um hierauf eine Massagewirkung auszuüben, während
welcher vom Motor erwartet wird, daß er eine unterschiedli
che Last als Funktion der Andruckkraft des Applikators auf
nimmt. Eine Steuer- bzw. Regelschaltung ist vorgesehen, um
den Motor durch eine erste Regelstufe und eine zweite Regel
stufe zu steuern bzw. zu regeln, wenn die Last bis zu einer
vorbestimmten Maximalgrenze zunimmt. Bei der ersten
Regelstufe wird eine Regelung so vorgenommen, daß die
Betriebsgeschwindigkeit bei einer gewählten Höhe gehalten
wird, ungeachtet der Laständerung innerhalb einer vorbe
stimmten, tolerierbaren Grenze der Last. Wenn die Last über
die tolerierbare Grenze hinaus zunimmt, dann geht die Rege
lung auf die zweite Regelstufe über, um die Betriebsge
schwindigkeit mit der Lastzunahme zu verringern. Wenn die
Last die Maximalgrenze erreicht, wird der Motor so geregelt,
daß er zum Stillstand gelangt. Die obige Regelung ist re
versibel, so daß man die erste bzw. zweite Regelstufe je
weils in Abhängigkeit von der Lastabnahme von er Maximal
grenze aus sowie von der tolerierbaren Grenze aus erhält.
Deshalb ist es bei geeigneter Auswahl der tolerierbaren
Grenze als eine solche Grenze, innerhalb der eine wohltuende
Massage mit der ausgewählten Betriebsgeschwindigkeit erwar
tet werden kann, möglich, die Massage mit der konstanten Be
triebsgeschwindigkeit fortzusetzen, wie vom Benutzer ge
wünscht, um eine wohltuende und wirksame Massage zu er
halten, und die Betriebsgeschwindigkeit bei zunehmender Last
über die wohltuende Grenze hinaus zu verringern, um zu ver
meiden, daß die Betriebsgeschwindigkeit selbst bei einer
höheren Last konstant bleibt und deshalb eine unangenehme
Kombination der Betriebsgeschwindigkeit und der erhöhten
Last verhindert. Da ferner die Betriebsgeschwindigkeit ver
anlaßt wird, abzunehmen, wenn die Last über die tolerierbare
Grenze hinaus zunimmt, muß der Motor nicht eine besondere
Leistung aufweisen, wie sie sonst erforderlich wäre, wenn
die Betriebsgeschwindigkeit selbst dann konstant gehalten
würde, wenn die Last über die tolerierbare Grenze hinaus zu
nimmt.
Es ist dementsprechend ein Hauptziel der vorliegenden Erfin
dung, eine motorbetriebenes Massagegerät vorzusehen, das im
stande ist, eine wohltuende und wirksame Massagewirkung si
cherzustellen, aber an den Motor geringere Leistungsanforde
rungen stellt.
Das Massagegerät umfaßt einen Geschwindigkeitswähler zum
Wählen der Betriebsgeschwindigkeit aus einem vorbestimmten
Geschwindigkeitsbereich. Die tolerierbare Lastgrenze ist so
festgesetzt, daß sie in Abhängigkeit von der gewählten Ge
schwindigkeit variiert, so daß sie größer ist, wenn die
niedrigere Betriebsgeschwindigkeit gewählt wird. Dies steht
in Übereinstimmung mit einer natürlichen Massageleistung, so
daß der Benutzer die Massage mit konstanter
Betriebsgeschwindigkeit bis zu einer größeren Last mit einer
niedrigeren Betriebsgeschwindigkeit als mit einer höheren
erwarten kann.
Es ist deshalb ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung,
ein motorbetriebenes Massagegerät vorzusehen, welches eine
reproduzierbare Regelung vorsieht, um eine natürliche und
wohltuende Massagewirkung über einen wählbaren Betriebsge
schwindigkeitsbereich zu erreichen.
Es wird ein Gleichstrommotor als Motor verwendet, der die
Charakteristik hat, mit der Zunahme in der Antriebsspannung,
mit der der Motor erregt wird, auch die Last zu erhöhen. Die
Regelschaltung umfaßt einen Geschwindigkeitsregler, einen
Spannungsbegrenzer, einen Strombegrenzer und einen Anhalte
fühler. Der Geschwindigkeitsregler, der dafür verantwortlich
ist, die Betriebsgeschwindigkeit bei der gewählten Geschwin
digkeit während der ersten Regelstufe zu halten, überwacht
die Geschwindigkeit des Motors und regelt die Einstellung
der Antriebsspannung auf der Grundlage der überwachten Ge
schwindigkeit, um die Betriebsgeschwindigkeit bei der ge
wählten Geschwindigkeit innerhalb der tolerierbaren Last
konstant zu halten. Der Spannungsbegrenzer überwacht die An
triebsspannung, die an den Motor angelegt wird, und bewirkt
die Begrenzung der Antriebsspannung bei einem vorbestimmten
Niveau, solange die Last die tolerierbare Grenze überschrei
tet, wobei es der Betriebsgeschwindigkeit ermöglicht wird,
bei Zunahme der Last von der tolerierbaren Grenze aus bis
zur maximalen Grenze während der zweiten Regelstufe langsa
mer zu werden. Der Strombegrenzer ist vorgesehen, um den Mo
torstrom zu überwachen, der zum Antrieb des Motors zugeführt
wird, und um den Motorstrom so zu regeln, daß er bei dem
kritischen Niveau gehalten wird, das die maximale Lastgrenze
bestimmt, wenn der Motorstrom das kritische Niveau erreicht,
was darüber eine Aussage liefert, daß die Last die maximale
Grenze erreicht hat. Bei diesem Ereignis wird der Motor so
gehalten, daß er ein entsprechendes Drehmoment erzeugt, das
lediglich durch den Motorstrom bestimmt ist, ungeachtet, ob
sich der Motor dreht oder ob er stillsteht. Der Anhaltefüh
ler ist vorgesehen, um zu erkennen, daß der Motor angehalten
ist, wenn die überwachte Geschwindigkeit bis zu einer Min
destgeschwindigkeit oder Null abgenommen hat, so daß der Mo
tor veranlaßt wird, zu stoppen, nachdem ermittelt wurde, daß
er angehalten hat. Bevorzugt ist der Anhaltefühler so ausge
bildet, daß er das Anhalten des Motors erkennt, wenn die
überwachte Geschwindigkeit bis zu einer Mindestgeschwindig
keit abgenommen hat, und ein solcher Zustand einen vorbe
stimmten Zeitraum andauert. Somit kann die obige reprodu
zierbare Geschwindigkeit-/Lastregelung bis zur maximalen
Lastgrenze erfolgreich durch die Kombination aus Geschwin
digkeitsregler, Spannungsbegrenzer, Strombegrenzer und An
haltefühler erreicht werden, was deshalb ein weiteres Ziel
der vorliegenden Erfindung ist. Der Gleichstrommotor ist
bevorzugt ein bürstenloser Motor, der Hall-Effekt-Elemente
umfaßt, die die Läufergeschwindigkeit des Motors als reprä
sentativen Wert der Betriebsgeschwindigkeit messen.
Bevorzugt umfaßt die Regelschaltung eine Sicherheitseinheit,
die in Abhängigkeit vom Messen des Anhaltezustands des Mo
tors wirksam ist, den Motor kurzzeitig umzukehren, bevor er
gestoppt wird, um hierbei das Ausräumen einer möglichen Ge
fahr zu erleichtern, die darin liegt, daß ein Teil des Kör
pers unerwarteterweise vom Applikator festgehalten wird,
wenn der Motor angehalten hat. Dies ist besonders vorteil
haft und sicher, wenn der Applikator so ausgebildet ist, daß
er ein Paar Polster aufweist, welche in der Richtung hin-
und herschwingen, in der sie den Abstand zwischeneinander
verengen und erweitern, wenn sich der Motor dreht, mit einer
Neigung, den Abschnitt des Körpers zwischen den Polstern
einzuzwicken.
Es ist deshalb ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Er
findung, ein motorbetriebenes Massagegerät vorzusehen, wel
ches einen Sicherheits-Gefahrenschutz umfaßt, so daß der Be
nutzer die gewünschte Massage sicher genießen kann.
Die obigen und noch andere Ziele und vorteilhafte Merkmale
der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Be
schreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorlie
genden Erfindung noch näher ersichtlich, wenn diese in Ver
bindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird.
In der Zeichnung ist:
Fig. 1 eine Perspektivansicht eines motorbetriebenen Mas
sagegeräts, dargeboten in Form eines Massagestuhls
und in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Aus
führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein Schaltbild, das die Regelschaltung des Massage
gerätes darstellt,
Fig. 3 ein Diagramm, das die typischen Drehzahl-Drehmo
ment-Charakteristiken für einen Gleichstrommotor
darstellt, der im Massagegerät verwendet wird,
Fig. 4 ein Diagramm, das den geregelten Betrieb der Motor
geschwindigkeit in Zuordnung zu einer sich ändern
den Last darstellt, die an den Motor angelegt
wird, und
Fig. 5 ein Flußdiagramm, das die Wirkungsweise der Regel
schaltung darstellt.
Es erfolgt nun die detaillierte Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels.
Es wird nun auf Fig. 1 bezug genommen; dort ist ein motorbe
triebenes Massagegerät gezeigt, das als Stuhl-Massagegerät
dargeboten ist, in Übereinstimmung mit einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Massage
gerät umfaßt eine Massageeinheit 10, die in einem zurück
lehnbaren Stuhl 1 so angebracht ist, daß sie längs der Lehne
2 des Stuhls beweglich ist. Die Massageeinheit 10 umfaßt ein
Paar Applikatorpolster 13, welche so angetrieben sind, daß
sie sich in verschiedenartige Richtungen bewegen, um vielfa
che Massagewirkungen auf dem Rücken des Benutzers von der
Hüfte bis zum Hals auszuüben. Zu diesem Zweck umfaßt die
Massageeinheit 10 einen Elektromotor (in Fig. 1 nicht zu se
hen), der beispielsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor
ist, der durch einen Kraftübertragungsmechanismus (ebenfalls
nicht zu sehen) und ein Paar Arme 12 so verbunden ist, daß
er die Applikatorpolster 13 in verschiedenartigen Richtungen
schwingen läßt. Der Kraftübertragungsmechanismus umfaßt eine
Antriebswelle (nicht gezeigt), die zur Drehung um ihre Achse
durch den Motor angetrieben ist, ein Paar mit Axialabstand
angeordneter Scheiben (nicht gezeigt), die von der Antriebs
welle zu dieser exzentrisch und geneigt getragen sind, und
ein entsprechendes Paar äußerer Ringe, die jeweils rund um
die Scheiben passend angebracht sind, so daß sie relativ zu
diesen frei drehbar sind. Jeder der Arme 12 ist schwenkbar
an seinem einen, dem Applikatorpolster 13 entgegengesetzten
Ende an einem Rahmen 11 der Einheit getragen und steht mit
dem äußeren Ring an einem Abschnitt zwischen den Enden so in
Eingriff, daß das Applikatorpolster 13 veranlaßt wird, sich
in verschiedenartigen Richtungen zu bewegen, wenn sich die
Scheiben um die Achse der Antriebswelle zu dieser exzen
trisch und geneigt drehen. Die Scheiben sind symmetrisch so
geneigt, daß die Applikatorpolster 13 in einer Richtung hin-
und herschwingen können, in der sie den Abstand zwischenein
ander verengen und aufweiten, um eine knetende Massagewir
kung auf den Körper des Benutzers auszuüben. Der detaillier
te Mechanismus der Übertragung der Drehbewegung des Motors
auf die Schwingbewegung der Applikatorpolster 13 ist bekannt
durch die japanische Patentveröffentlichung (KOKOKU) Nr.
01-48 771, die am 20. Oktober 1989 veröffentlicht wurde, und
deshalb wird hier keine weitere Erläuterung für notwendig
erachtet. Die Massageeinheit 10 ist zwischen einem Paar
Zahnstangen 3 gehalten und von dem gemeinsamen Motor oder
einem separaten Motor so angetrieben, daß sie sich nach oben
und unten bewegt.
Das Massagegerät umfaßt eine Regelschaltung zum Antrieb des
Motors und deshalb auch der Applikatorpolster 13 mit unter
schiedlicher Betriebsgeschwindigkeit oder unterschiedlichem
Ausgangsdrehmoment auf geregelte Weise. Wie in Fig. 2 ge
zeigt, umfaßt die Regelschaltung einen Voll-Wellen-Gleich
richter 21, der durch ein Filter 20 an eine Stromquelle an
geschlossen ist, um eine gleichgerichtete Gleichspannung an
einen Wechselrichter bzw. Wandler 30 zu liefern. Der Wandler
30 umfaßt einen Transformator 31 und einen Transistor 34,
der in Reihe mit der Primärwicklung 32 des Transformators 31
angeschlossen ist. Der Schalttransistor 34 wird mit einer
Frequenz von etwa 100 kHz an- und ausgeschaltet, um über
eine Sekundärwicklung 33 hinweg eine entsprechende Wechsel
spannung herzustellen, die an einen Wechselstrom-/Gleich
strom-Wandler 40 geglättet und gleichgerichtet wird, der zu
sammengesetzt ist aus einem Kondensator 41 und Dioden 42 und
43, um eine geglättete Gleichspannung vorzusehen, die dann
durch einen Treiber (driver) 50 an den Gleichstrommotor M
angelegt wird. D.h., die Gleichspannung wird durch einen
Treiber 50 so eingespeist, daß ein Motorstrom durch Spulen L
des Gleichstrommotors M zum Antrieb des Motors M strömt. Der
Schalttransistor 34 ist über einen Photokoppler 35 mit einem
Impulsbreitenmodulator (PWM) 36 so gekoppelt, daß er
hierdurch gesteuert wird, um die resultierende
Ausgangswechselspannung des Wandlers 30 zu ändern, und
deshalb auch die antreibende Gleichspannung, die an den
Motor M angelegt wird, und zwar in Übereinstimmung mit
äußeren Steuersignalen, die in den Impulsbreitenmodulator 36
eingegeben werden. D.h., der Impulsbreitenmodulator 36 ist
wirksam, den Arbeitszyklus eines Impulssignals schrittweise
zu erhöhen oder zu vermindern, das den Schalttransistor 34
antreibt, und zwar in Abhängigkeit von externen
Steuersignalen, so daß der Wandler 30 eine sich ändernde
Ausgangswechselspannung erzeugt, welche ihrerseits wieder
umgewandelt wird, um eine sich entsprechend ändernde
Gleichspannung zu liefern, die an den Motor M angelegt wird.
Der Motor M umfaßt Hall-Effekt-Elemente H, die die Läuferge
schwindigkeit des Motors als repräsentativen Wert der Be
triebsgeschwindigkeit des Massagegeräts messen, und liefert
einen entsprechenden Ausgang an den Treiberregler 52. Der
Treiberregler 52 spricht auf den Ausgang an, um an den Trei
ber 50 ein Antriebssignal abzugeben, welches bestimmt, wel
che der Spulen L erregt werden soll. In diesem Zusammenhang
umfaßt der Treiber 50 Transistorschalter 51 für die wahlwei
se Erregung der Spulen L. Der Treiberregler 52 ist auch mit
einem Frequenz-Spannungs-(F-V)-Wandler 60 gekoppelt, in dem
die gemessene Läuferdrehzahl in ein entsprechendes Span
nungssignal V1 umgewandelt wird, das eine Aussage über die
Läuferdrehzahl oder die Arbeitsgeschwindigkeit liefert. Das
Spannungssignal V1 wird einem Geschwindigkeitsregler 70 zu
geführt, der einen Vergleicher 71 aufweist, wo es mit einer
Bezugsspannung VREF1 vergleichen wird, die eine Aussage über
eine gewählte Betriebsgeschwindigkeit liefert, um das Regel
signal an den Impulsbreitenmodulator 36 abzugeben. Die Be
zugsspannung VREF1 wird bei einer Geschwindigkeits-Wählein
richtung 80 so erzeugt, daß sie proportional zu jener Be
triebsgeschwindigkeit ist, die innerhalb eines vorbestimmten
Geschwindigkeitsbereichs vom Benutzer gewählt ist. Wenn das
Spannungssignal V1 gemäß der Messung geringer ist als die
Bezugsspannung VREF1, dann gibt der Vergleicher 71 das
Regelsignal an den Impulsbreitenmodulator 36 ab, welcher so
anspricht, daß er schrittweise den Arbeitszyklus des
Impulses für den Schalttransistor 34 erhöht, um hierdurch
die antreibende Gleichspannung für den Motor M zu erhöhen
und deshalb die Motordrehzahl oder die Arbeitsgeschwin
digkeit zu erhöhen. Wenn andererseits das Spannungssignal V1
größer ist als die Bezugsspannung VREF1, dann gibt der
Vergleicher 71 ein solches Regelsignal ab, daß der Impuls
breitenmodulator 36 so anspricht, daß er den Arbeitszyklus
schrittweise vermindert, um hierbei die antreibende Gleich
spannung zu vermindern und deshalb auch die Motordrehzahl
oder die Arbeitsgeschwindigkeit zu senken. Somit bewirkt der
Vergleicher 71 in Zusammenwirkung mit dem Impulsbreiten
modulator 36 die Regelung der Betriebsgeschwindigkeit auf
rückgekoppelte Weise auf der Grundlage der überwachten Läu
ferdrehzahl, um die Betriebsgeschwindigkeit bei der gewähl
ten Geschwindigkeit zu halten, die durch VREF1 definiert
ist. Eine solche Geschwindigkeitsregelung ist jedoch nur in
nerhalb eines begrenzten Lastbereiches verfügbar, der am Mo
tor M aufgenommen wird, oder dessen Ausgangsdrehmoment, wie
nachfolgend erläutert wird.
Die Steuerschaltung umfaßt auch einen Spannungsbegrenzer 90,
der spannungsteilende Widerstände 92 und 93 aufweist, die in
Reihe quer zum Ausgang des Wechselstrom-/Gleichstrom-
Wandlers 40 angeschlossen sind, um ein Spannungssignal V2
vorzusehen, welches ein Bruchteil der Antriebsgleichspannung
ist, die an den Motor M angelegt wird, und deshalb für diese
repräsentativ ist. Das Spannungssignal V2 wird in einen Ver
gleicher 91 eingegeben, wo es mit einer festen Bezugsspan
nung VREF2 verglichen wird, die einer maximalen Spannungs
grenze entspricht, die für den Motor M zugelassen ist, und
eine tolerierbare Lastgrenze oder Drehmomentgrenze bestimmt,
innerhalb deren es dem Motor M gestattet ist, konstant mit
der gewählten Betriebsgeschwindigkeit zu rotieren. Bei der
Verwendung der festen Bezugsspannung VREF2 kann die tole
rierbare Drehmomentgrenze so festgesetzt werden, daß sie
sich umgekehrt proportional zur Betriebsgeschwindigkeit än
dert. Wie später unter Bezugnahme auf Fig. 4 erörtert wird,
ist die tolerierbare Drehmoment- oder Lastgrenze T1, T2, ...
so ausgebildet, daß sie mit dem Absenken der gewählten Be
triebsgeschwindigkeit über einen hohen Betriebsgeschwindig
keitsbereich hinweg von SMID bis SMAX innerhalb eines wähl
baren Betriebsgeschwindigkeitsbereichs von SMIN bis SMAX zu
nimmt, wobei die tolerierbare Last- und Drehmomentgrenze T1
bis TMAX in Zuordnung zum Hochgeschwindigkeitsbereich SMAX
bis SMID variiert wird. Eine solche tolerierbare Drehmoment
grenze kann jedoch auch so festgesetzt werden, daß sie sich
über den gesamten Betriebsgeschwindigkeitsbereich SMAX bis SMIN ändert.
Wenn ermittelt wird, daß das Spannungssignal V2 größer ist
als die feste Bezugsspannung VREF2, dann gibt der Verglei
cher 91 ein Spannungsgrenzensignal an den Impulsbreitenmodu
lator 36 ab, der so darauf anspricht, daß er den Arbeits
zyklus des Impulses für den Schalttransistor 34 schrittweise
vermindert, um hierdurch den Ausgang des Wandlers 30 und so
mit auch die Gleichspannung zum Antreiben des Motors abzu
senken. Ansonsten gibt der Vergleicher 91 ein Regelsignal
ab, das den Impulsbreitenmodulator 36 nicht erforderlich
macht, um den Arbeitszyklus schrittweise zu mindern oder die
den Motor antreibende Gleichspannung zu senken. Somit be
wirkt der Spannungsbegrenzer 90 die Begrenzung der Erhöhung
der Motorantriebsgleichspannung bis zu der festen Spannungs
grenze VREF2.
Ein Strombegrenzer 100 ist in der Schaltung mit enthalten
und weist einen Vergleicher 101 und einen Stromfühler 102
auf, der den dem Motor M zugeführten Motorstrom mißt und ein
entsprechendes Spannungssignal V3 an den Vergleicher 101 ab
gibt. Das Spannungssignal V3 wird verglichen mit einer fe
sten Bezugsspannung VREF3, die dem maximalen Motorstrom ent
spricht, der zulässigerweise dem Motor zugeführt werden
darf, und deshalb auch der maximalen Drehmoment- oder Last
grenze Tmax, die der Motor M aufbringen kann. Wenn gemessen
wird, daß der Motorstrom größer ist als der maximale Motor
strom, d. h. V3 < VREF3, dann erzeugt der Vergleicher 101 ein
Strombegrenzungssignal, das erforderlich macht, daß der Im
pulsbreitenmodulator 36 schrittweise den Arbeitszyklus in
einer Richtung zum Absenken der Antriebsgleichspannung
senkt, oder den Motorstrom senkt. Ansonsten erzeugt der Ver
gleicher 101 ein Unwirksamkeitssignal, das vom Impulsbrei
tenmodulator 36 anfordert, daß er den Arbeitszyklus nicht
ändert.
Ferner umfaßt die Steuerschaltung eine Sicherheitseinheit
110, die einen Vergleicher 111 aufweist, bei dem ein Span
nungssignal V1, das repräsentativ ist für die Motordrehzahl,
verglichen wird mit einer festen Bezugsspannung VREF4, die
der Hälfte der minimalen Betriebsgeschwindigkeit SMIN oder
weniger entspricht. Wenn sich herausstellt, daß das Span
nungssignal V1 kleiner ist als die Bezugsspannung VREF4, als
Ergebnis des Umstandes, daß die Betriebsgeschwindigkeit bis
auf die Hälfte der minimalen Geschwindigkeit oder auf weni
ger abgesunken ist, dann gibt der Vergleicher 111 ein Anhal
te-Wahrscheinlichkeitssignal an eine Notstoppschaltung 120
ab. Die Notstoppschaltung 120 umfaßt einen Zähler, der nach
Empfang des Anhalte-Wahrscheinlichkeitssignals eine Zählung
beginnt, um einen Zeitraum T zu messen, innerhalb dessen das
Anhalte-Wahrscheinlichkeitssignal anhält (V1 < VREF4). Wenn
der Zeitraum einen kritischen Wert überschreitet, beispiels
weise 10 Sekunden (T < 10 Sekunden), dann nimmt die Not
stoppschaltung 120 zur Kenntnis, daß der Motor M anhält, und
gibt ein Notstoppsignal ab, das vom Treiber 50 anfordert,
den Motor M für zwei oder drei Umdrehungen umzukehren und
den Motor unmittelbar nachher zu stoppen.
Eine Hilfsstromschaltung 130 ist vorgesehen, um aus der ge
meinsamen Wechselstromquelle eine stabilisierte Spannungs
quelle zu erzeugen, die den einzelnen Stromkreisen zuzufüh
ren ist, die den Impulsbreitenwandler 36, den Treiber 50,
den Frequenz-Spannungs-Wandler 60, den Geschwindigkeitsreg
ler 70, die Geschwindigkeits-Wähleinrichtung 80, den Span
nungsbegrenzer 90, den Strombegrenzer 100, die Sicherheits
einheit 110 und die Notstoppschaltung 120 umfaßt.
Es wird zu diesem Zeitpunkt vermerkt, daß der Impulsbreiten
wandler 36 so ausgebildet ist, daß er auf das Signal in ab
fallender Reihenfolge der Priorität von dem Strombegrenzer
100, dem Spannungsbegrenzer 90 und dem Geschwindig
keitsregeler 70 anspricht. Beispielsweise steht der Span
nungsbegrenzer 90 nur dann zur Verfügung, solange der Strom
begrenzer 70 nicht den Impulsbreitenmodulator 36 veranlaßt,
den Arbeitszyklus schrittweise zu mindern, und der Ge
schwindigkeitsregeler 70 steht nur dann zur Verfügung, so
lange der Spannungsbegrenzer 90 den Impulsbreitenmodulator
36 nicht veranlaßt, den Arbeitszyklus schrittweise zu min
dern, wie aus der nachfolgenden Erörterung der Wirkungsweise
der Steuerschaltung ersichtlich wird.
Vor der Erörterung der Wirkungsweise der Steuerschaltung
wird bekräftigt, daß, wie in Fig. 3 gezeigt, der Gleich
strommotor typische Drehzahl-Drehmoment-Charakteristiken
aufweist, wonach das Ausgangsdrehmoment oder die Last mit
der Zunahme in den Antriebsgleichspannungen von VA bis VD
erhöht wird, während die konstante Drehzahl beibehalten
wird, und daß die Drehzahl mit einer Zunahme im Ausgangs
drehmoment oder der Ausgangslast bei konstanter Treiber-
Gleichspannung abnehmen wird. Nun wird die Wirkungsweise im
einzelnen unter spezieller Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5
erörtert. Wenn das Massagegerät gestartet wird, wobei die
Betriebsgeschwindigkeit so ausgewählt wird, daß sie inner
halb der Hochgeschwindigkeitszone SMID bis SMAX liegt, dann
wird der Motor M so gesteuert, daß er die Betätigung des
Applikators bei der gewählten Betriebsgeschwindigkeit beibe
hält, ungeachtet der Lastenänderungen bis zur tolerierbaren
Lastgrenze hin. Wenn beispielsweise die maximale Drehzahl SMAX
gewählt wird, wird die Betriebsgeschwindigkeit konstant
gehalten, bis die Last bis zur entsprechenden tolerierbaren
Grenze T1 erhöht wird, und wenn eine mittlere Betriebsge
schwindigkeit SSEL gewählt wird, wird die Betriebsgeschwin
digkeit konstant gehalten, bis die Last bis zu der entspre
chenden tolerierbaren Grenze T2 erhöht wird, wie in Fig. 4
gezeigt. Wenn andererseits die Betriebsgeschwindigkeit so
gewählt ist, daß sie innerhalb einer niedrigeren Geschwin
digkeitszone SMIN bis SMID liegt, dann wird die Betriebsge
schwindigkeit konstant gehalten, bis die Last bis zur maxi
malen Grenze TMAX erhöht wird.
Während dieser ersten Regelstufe zum Konstanthalten der Be
triebsgeschwindigkeit bewirkt der Impulsbreitenmodulator 36
in Abhängigkeit von der überwachten Motordrehzahl die Ände
rung der antreibenden Gleichspannung in Übereinstimmung mit
der Laständerung. Wenn beispielsweise die Last infolge der
zunehmenden Andruckkraft zunimmt, mit welcher der Applikator
gegen den Körper des Benutzers angedrückt wird, mit einer
damit einhergehenden Absenkung der Betriebsgeschwindigkeit,
dann spricht der Impulsbreitenmodulator 36 unmittelbar auf
eine solche absinkende Motordrehzahl an (V1 < VREF1), um die
antreibende Gleichspannung zu erhöhen, damit die Betriebsge
schwindigkeit konstant gehalten wird, während man es dem
Ausgangsdrehmoment gestattet, in Übereinstimmung mit der Zu
nahme der Belastung zuzunehmen. Es wird zu diesem Zeitpunkt
vermerkt, daß während der ersten Regelstufe der Motorstrom
bei einem Wert unter dem maximalen Motorstrom gehalten wird
(V3 VREF3) und das Notstoppsignal von der Notstoppschal
tung 120 nicht abgegeben wird, so daß der Impulsbreitenmodu
lator 36 nur vom Geschwindigkeitsregler 70 und dem Span
nungsbegrenzer 90 abhängig gehalten werden kann, wie durch
die Schritte 4 und 3 im Flußdiagramm der Fig. 5 angezeigt.
Die obige Spannungszunahme wird ermöglicht, bis V2 VREF2
überschreitet, d. h. die Last bis zur tolerierbaren Grenze
zugenommen hat, beispielsweise T1 und T2. Infolge dieses Er
eignisses gelangt der Spannungsbegrenzer 90 zur Tätigkeit,
und zwar in Vorrang zum Geschwindigkeitsregler 70, um eine
weitere Spannungszunahme dadurch zu verhindern, daß der Ar
beitszyklus schrittweise verringert wird, sobald V2 VREF2
überschritten hat, wie durch den Schritt 3 der Fig. 5 be
zeichnet ist, wodurch die antreibende Gleichspannung bei dem
festen Niveau begrenzt wird, nachdem die Last die tole
rierbare Grenze überschritten hat. In dieser zweiten Regel
stufe der Begrenzung der antreibenden Gleichspannung bei
einer festen Höhe wird es der Betriebsgeschwindigkeit ge
stattet, sich gemeinsam mit der Laständerung längs einer
geneigten Linie in Fig. 4 zu ändern. D.h. wenn die Last noch
weiter zunimmt, dann nimmt die Betriebsgeschwindigkeit ab,
und umgekehrt, und zwar innerhalb des Drehmomentbereichs von
der tolerierbaren Grenze bis zur maximalen Grenze TMAX. Wenn
die Last bis unter die tolerierbare Grenze abnimmt, dann ge
langt der Geschwindigkeitsregler 70 wieder in Betrieb. Es
wird zu diesem Zeitpunkt vermerkt, daß das oben erwähnte,
feste Niveau, bei dem die treibende Spannung in der zweiten
Regelstufe begrenzt ist, so gewählt werden kann, daß sie
einer maximalen Leistung entspricht, die der Motor aufbrin
gen kann.
Wenn die Belastung die maximale Grenze TMAX erreicht, die
dadurch ,zur Kenntnis genommen wird, daß der Motorstrom dem
entsprechend bis zu einem solchen Ausmaß zunimmt, daß V3
VREF3 übersteigt, dann übernimmt es der Strombegrenzer 100,
den Motorstrom bei dem festen Niveau, das VREF3 entspricht,
dadurch zu begrenzen, daß er schrittweise den Arbeitszyklus
mindert, um die Antriebsgleichspannung zu senken, sobald V3
VREF3 übersteigt, wie durch den Schritt 2 in Fig. 4 darge
stellt. Hierbei wird das Ausgangsdrehmoment bei der maxima
len Lastgrenze TMAX solange gehalten, wie die maximale Bela
stung aufgenommen wird, wobei dem Motor M ermöglicht wird,
zum Stillstand zu gelangen oder sehr langsam bei diesem
Drehmoment zu rotieren. Deshalb übernimmt es, wenn die Last
von der maximalen Lastgrenze TMAX aus verringert wird, wie
der die zweite Regelstufe, die Antriebsspannung bei dem
Grenzniveau zu halten, und zwar durch die Wirkungsweise des
Spannungsbegrenzers 90. Wenn andererseits eine Last ständig
während eines vorbestimmten Zeitraumes, beispielsweise 10
Sekunden, aufgenommen wird, die gleich oder größer ist als
die maximale Lastgrenze TMAX1 wird die Notstoppschaltung 120
in Zusammenwirkung mit der Sicherheitseinheit 110 wirksam,
um zur Kenntnis zu nehmen, daß der Motor M unbeabsichtigt
blockiert ist, und um den Motor M zu stoppen, nachdem er um
ein paar Umdrehungen zurückgedreht wurde. Hierbei ist es
möglich, eine Gelegenheit zum Mildern der möglichen Gefahr
zu geben, daß beispielsweise ein Abschnitt des Körpers zwi
schen den Applikatorpolstern 13 festgehalten oder einge
zwickt ist.
Wenn die Betriebsgeschwindigkeit so gewählt ist, daß sie in
nerhalb einer niedrigeren Geschwindigkeitszone SMIN bis SMID
liegt, dann wird die gleiche Geschwindigkeitsregelung vorge
nommen, bis die Last bis zur maximalen Lastgrenze TMAX zu
nimmt, ohne daß man in die zweite Regelstufe eintritt, um
die Antriebsspannung zu begrenzen, wie in Fig. 4 gezeigt. Es
ist jedoch in gleicher Weise auch möglich, die zweite Regel
stufe über den gesamten Betriebsgeschwindigkeitsbereich von
SMIN bis SMAX vorzusehen, wie durch die gestrichelte geneig
te Linie der Fig. 4 gezeigt.
Die Erfindung betrifft ein motorbetriebenes Massagegerät mit
einem Gleichstrommotor und einem Applikator 12, 13, der von
diesen bei einer variablen Betriebsgeschwindigkeit angetrie
ben wird, um auf den Körper des Benutzers eine Massagewir
kung aufzubringen, während welcher der Motor eine variable
Belastung infolge des Umstandes erfährt, so daß die Appli
katoreinrichtung mit einer sich ändernden Kraft gegen den
Körper des Benutzers angedrückt wird. Es wird eine Regelung
vorgenommen, um die Betriebsgeschwindigkeit auf einem ge
wählten Niveau in Übereinstimmung mit den sich ändernden
Lasterfordernissen zu halten, bis die Last eine tolerierbare
Lastgrenze erreicht, die in Übereinstimmung mit der ge
wählten Betriebsgeschwindigkeit bestimmt ist. Wenn die Last
über die tolerierbare Grenze hinaus zunimmt, wird der Motor
in unterschiedlicher Weise geregelt, so daß die Betriebsge
schwindigkeit bis zu einem solchen Ausmaß abnimmt, daß der
Lastzunahme gefolgt wird, bis die Last eine vorbestimmte
maximale Lastgrenze erreicht. Nach Erreichen der maximalen
Lastgrenze wird der Motor zum Stillstand gebracht, während
man den Motorstrom bis auf ein festliegendes Niveau be
grenzt.
Claims (6)
1. Motorbetriebenes Massagegerät mit einer Einrichtung zur
Geschwindigkeitsregelung, gekennzeichnet durch die folgenden
Merkmale:
- - eine Elektromotoreinrichtung,
- - eine Applikatoreinrichtung (12, 13), die von der Elek tromotoreinrichtung mit einer variablen Betriebsge schwindigkeit angetrieben wird, um eine Massagewirkung auf den Körper eines Benutzers aufzubringen, wobei die Elektromotoreinrichtung eine variable Last als Ergebnis des Umstandes aufnimmt, daß die Applikatoreinrichtung gegen den Körper des Benutzers mit einer sich ändernden Andruckkraft angedrückt wird, und
- - eine Regeleinrichtung, um eine erste Regelstufe vorzu sehen, in der die Betriebsgeschwindigkeit bei einem ge wählten Niveau ungeachtet der Änderung der Last inner halb einer vorbestimmten tolerierbaren Grenze der Last gehalten wird, um eine zweite Regelstufe vorzusehen, in der die Betriebsgeschwindigkeit vermindert wird, wenn die Last über die tolerierbare Grenze hinaus zunimmt, und um den Stillstand der elektrischen Motoreinrichtung zu bewirken, wenn die Last eine vorbestimmte Maximalgrenze erreicht, wobei die genannte Steuer einrichtung in Abhängigkeit von einer Abnahme in der Last von der maximalen Grenze aus und von der tolerier baren Grenze aus die Wiederaufnahme der ersten bzw. zweiten Regelstufe bewirkt.
2. Massagegerät nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet
durch eine Geschwindigkeitswähleinrichtung (80) zum Wählen
der Betriebsgeschwindigkeit aus einem vorbestimmten Ge
schwindigkeitsbereich, wobei die tolerierbare Lastgrenze in
Übereinstimmung mit der gewählten Betriebsgeschwindigkeit
bestimmt wird, so daß sie größer wird, wenn die gewählte Be
triebsgeschwindigkeit gesenkt wird.
3. Massagegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrische Motoreinrichtung ein Gleichstrommotor
mit der Charakteristik ist, die Last mit der Zunahme in der
Antriebsspannung zu erhöhen, bei der der Motor erregt wird,
und daß die Regeleinrichtung die folgenden Merkmale auf
weist:
- - eine Geschwindigkeitsregeleinrichtung (70), welche die Geschwindigkeit des Motors überwacht und durch Regelung die Antriebsspannung auf der Grundlage der überwachten Geschwindigkeit einstellt, um die Betriebsgeschwindig keit bei der gewählten Geschwindigkeit innerhalb der tolerierbaren Lastgrenze konstant zu halten,
- - eine Spannungsbegrenzungseinrichtung (90), welche die Antriebsspannung überwacht, die an den Motor angelegt wird, und die Antriebsspannung bei einem bestimmten Spannungsniveau begrenzt, solange die Last die tole rierbare Grenze überschreitet, wobei es der Betriebsge schwindigkeit ermöglicht wird, abzusinken, wenn die Last von der tolerierbaren Grenze aus bis zur maximalen Grenze zunimmt,
- - eine Strombegrenzungseinrichtung (100), die den Motor strom überwacht, der zum Antrieb des Motors zugeführt wird, und die Begrenzung des Motorstroms auf ein kriti sches Niveau regelt, welches die maximale Grenze der Last festlegt, nachdem der Motorstrom das genannte kritische Niveau erreicht hat, und
- - eine Anhaltemeßeinrichtung, welche zur Kenntnis nimmt, daß der Motor angehalten ist, wenn die überwachte Ge schwindigkeit bis zu einer vorbestimmten Mindestge schwindigkeit abgesunken ist, und den Motor infolge der Tatsache zum Stillstand bringt, daß die Motoreinrich tung angehalten hat.
4. Massageeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Regeleinrichtung ferner eine Sicherheits
einrichtung (110) aufweist, welche nach dem Ermitteln des
Anhaltens des Motors die zeitweise Umkehrung des Motors und
dessen unmittelbar nachfolgendes Stoppen bewirkt.
5. Massageeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Gleichstrommotor ein bürstenloser Motor
ist, der Hall-Effekt-Elemente umfaßt, die die Läuferge
schwindigkeit als Repräsentativwert der Betriebsgeschwindig
keit messen.
6. Massageeinrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeich
net durch die folgenden Merkmale:
- - eine Wähleinrichtung (80) zum Auswählen der Betriebs geschwindigkeit aus einem vorbestimmten Geschwindig keitsbereich, der eine niedrige Geschwindigkeitszone und eine hohe Geschwindigkeitszone umfaßt,
- - die Regelschaltung sieht eine Regelbetriebsart für nied rige Geschwindigkeit und eine Regelbetriebsart für hohe Geschwindigkeit vor, wenn sich die gewählte Betriebsge schwindigkeit innerhalb der niedrigen Geschwindig keitszone bzw. der hohen Geschwindigkeitszone befindet,
- - die Regelbetriebsart für niedrige Geschwindigkeit ermög licht die erste Regelstufe, bis die Last eine maximale Lastgrenze erreicht, und steuert bzw. regelt die Be grenzung des Motorstromes bis zum kritischen Niveau, wenn die maximale Lastgrenze erreicht ist, und
- - die Regelbetriebsart für hohe Geschwindigkeit ermöglicht die erste und die zweite Regelstufe, bis die Last eine maximale Lastgrenze erreicht und steuert bzw. regelt die Begrenzung des Motorstromes bis zum kritischen Niveau, wenn die maximale Lastgrenze erreicht ist.
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