NO865242L - Motorstyrekrets for simulering av vekter, spesielt treningsvekter. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører styring av DC-motor som er koblet til et brukergrensesnitt for simulering av en vektstabel hos en treningsmaskin, eller mere spesielt for styring av en DC-motor som simulerer en vektstabel som til å begynne med er understøttet av en fjær via små forskyvninger hos brukergrensesnittet.

Der er kjent treningsapparater hvor der benyttes forskjel-lige anordninger for å simulere en vektstabel som gir en motkraft for brukeren av apparatet. Ved et kjent treningsapparat blir der benyttet en hydraulisk sylinder for å skaffe en motkraft til en treningsstang som benyttes av brukeren, idet en datamaskin styrer den kraft som utøves av den hydrauliske sylinder. Ved en annen kjent type av treningsapparat, blir der benyttet en vekselstrømsmaskin eller generator som er forbundet med en elektrisk motstands-belastning for å skaffe en motkraft for brukeren. Ved denne type treningsapparat, vil motkraften bli merket av brukeren, ettersom rotasjonshastigheten for vekselstrømsmaskin-en eller generatoren øker. Disse kjente typer treningsapparater er meget kostbare, og simulerer ikke vektstabelen på en riktig måte.

For å fremskaffe et økonomisk treningsapparat er det ønske-lig å bruke en DC-motor for å skaffe en motkraft som simulerer en vektstabel. Der er gjort forsøk på å styre en DC-motor, slik at denne gir maksimal kraft mot brukeren, så-snart som brukergrensesnittet eller treningsstangen blir forskjøvet. Slike forsøk har innbefattet å påtrykke en maksimal styrespenning på DC-motoren umidddelbart ved av-føling av forskyvningen av brukergrensesnittet. På grunn av styrespenningens vandring fra null til en maksimal verdi nesten umiddelbart, er imidlertid en slik styring meget ustabil.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse har man greid

å råde bot på de ovenfor omtalte ulemper ved tidligere kjente treningsapparater. Treningsapparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse innbefatter en DC-motor for frem-

skaffelse av motkraft for brukergrensesnittet, f.eks. en treningsstang, og en styring for myk starting av DC-motoren, slik at motoren simulerer en vektstabel som til å begynne med er understøttet av en fjær via små forskyvninger av brukergrensesnittet.

Styringen innbefatter en posisjonsomformer for avføling av forskyvningen av rotoren eller armaturen hos DC-motoren,

og således forskyvningen av brukergrensesnittet for å fremskaffe en spenning som er proporsjonal med denne. Styringen innbefatter også et potensiometer for fremskaffelse av en maksimal dreiemomentspenning som representerer den maksimale motkraft som kan fremskaffes av DC-motoren for simulering av den totale vekt av vektstabelen. Der er anordnet en krets som danner en styrespenning fra minimum hos forskyvningsspenningen og den maksimale dreiemomentspenning, slik at styrespenningen øker proporsjonalt med forskyvningsspenningen til et nivå for maksimal dreiemomentspenning. Styrespenningen blir brukt for å fremskaffe en armaturstrøm for DC-motoren, idet armaturstrømmen er proporsjonal med styrespenningen for å skaffe en myk start for DC-motoren og fremskaffe en motkraft som gradvis øker til en maksimal verdi når brukergrensesnittet til å begynne med blir forskjøvet.

Disse og andre hensikter og fordeler med den foreliggende oppfinnelse, såvel som detaljer med et anskueliggjort ut-førelseseksempel, vil bli bedre forstått ved den følgende beskrivelse som er tatt i forbindelse med tegningsfigur-ene. Figur 1 er et skjematisk diagram over DC-motorstyrekrets-en for et treningsapparat i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er en grafisk illustrasjon over hvordan styrespenningen som genereres for DC-motoren ifølge figur 9, vari-erer som en funksjon av forskyvningen hos brukergrensesnittet.

Treningsapparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse, slik det fremgår av figur 1, innbefatter et brukergrensesnitt 10, f.eks. en treningsstang eller lignende, som brukes av apparatbrukeren for å utøve en kraft. Brukergrensesnittet 10 er forbundet med en DC-motor 12, som utøver en motkraft mot brukeren. DC-motoren 12 er styrt ved den gjenværende del av kretsen vist på figur 1 for å fremskaffe en motkraft som simulerer en vektstabel som til å begynne med er understøttet av en fjær via meget små forskyvninger av brukergrensesnittet.

En posisjonsomformer 14 er innrettet for å avføle stilling-en av ankeret eller rotoren 16 i DC-motoren 12. Stillingsomformeren 14 skaffer en spenning VD, slik det fremgår av figur 2, som er proporsjonal med forskyvningen av rotor 16, og således proporsjonal med forskyvningen av brukergrensesnittet 10. Forskyvningsspenningen Vp er forbundet med den ikke-inverterende inngangsklemme 18 til en operasjonsforsterker 20, som er oppbygget som en spenningsføl-ger. Utgangen fra operasjonsforsterkeren 20 er forbundet med katoden hos en diode 22, hvis anode er forbundet til +15 volt via en 1 kg Ohm motstand 24.

Et potensiometer 26 som er forbundet med +15 volt skaffer en maksimal dreiemomentspenni<ng>,V maK , s som representerer den maksimale motkraft som kan fremskaffes av DC-motoren 12 for simulering av den totale vekt av vektstabelen. Ved variasjon av innstillingen av potensiometeret 26 vil den maksimale motkraft eller totale vekt av stabelen som si-muleres av DC-motoren 12 kunne endres. Den maksimale dreiemomentspenning, V^^g tilføres den ikke-inverterende inngangsklemme 28 til en operasjonsforsterker 30

som også er oppbygget som en spenningsfølger. Utgangen fra operasjonsforsterkeren 30 er forbundet med katoden hos en diode 32, hvis anode er forbundet med +15 volt via motstanden 24 for styring av den maksimale verdi av en styrespenning Vq, fremskaffet ved punktet 34. Styrespenningen Vcfølger den minste av forskyvningsspenningen VQ

og den maksimale dreiemomentspenning V^^gjSlik at denøker gradvis proporsjonalt med VDtil nivået for vma^s• Styrespenningen Vq er forbundet med en flerhet av kraftblokker via en spenningsdeler 4 0 omfattende en 9.1 kg Ohm

mostand 42 og en 910 Ohm mostand 44. For enkelthets skyld er der på figur 1 bare vist to kraftblokker 36 og 38 av en flerhet av kraftblokker, f.eks. i et antall av ti. Kraftblokkene er forbundet i parallell og koblet til DC-motoren 12 for styring av motorens ankerstrøm i . Hver kraft-blokk, f.eks. blokken 36, innbefatter en operasjonsforsterker 48 med en ikke-inverterende inngangsklemme, på hvilket der påtrykkes den reduserte styrespenning fra spenningsdeleren 40. Utgangen fra hver operasjonsforsterker er forbundet med basisen hos en transistor 48, hvis emitter er forbundet til jord via en 0.1 Ohm motstand 50. Transistoren 48 kan være en 710 amp, 760 watt

Darlington transistor eller kraft-FET. Når strøm fra operasjonsforsterkeren 46 påtrykkes basis hos transistoren 48, blir der fremskaffet en kollektorstrøm icsom er proporsjonal med styrespenningen Vc. Ankerstrømmen ia hos DC-motoren 12 er lik summen av kollektorstrømmene icfra hver

av kraftblokkene 36-38. Det innebærer at i = ni , hvor

a c

n er lik antallet av kraftblokker. Ankerstrømmen ia er proporsjonal med styrespenningen Vq, slik at den øker gradvis via små forskyvninger hos brukergrensesnittet 10 for myk starting av DC-motoren 12.

Når en bruker til å begynne med tar i bruk grensesnittet 10 for å utøve en kraft mot den kraft som fremskaffes av DC-motoren 12, vil stillingsomformeren fremskaffe en spenning VD, slik det fremgår av figur 2, som gradvis øker som en funksjon av forskyvningen av brukergrensesnittet. Når Vp er mindre enn den maksimale dreiemomentspenning Vmaks/ vil den styrespenning Vq som påtrykkes spenningsdeleren 40, følge VD. Kraftblokkene 36 - 38 vil på sin side fremskaffe en ankerstrøm som gradvis øker proporsjonalt med VDnår VQ O^naksfor myk start av DC-motoren 12. Under denne periode skaffer DC-motoren 12 en motkraft som simulerer en vektstabel som til å begynne med understøttes av en fjær. Når brukergrensesnittet 10 blir forskjøvet ca. en halv tomme (1.2 cm) slik det fremgår av figur 2,

vil forskyvningsspenningen VQ være lik den maksimale dreiemomentspenning Vj^^g. Når brukergrensesnittet 10 blir for-skjøvet ytterligere, vil V"Døke over Vma},s. Fordi Vq føl-ger den minimale størrelse av VDog V^^g, vil, når brukergrensesnittet blir forskjøvet en halv tomme (1.2 cm) eller mer, Vq forblir lik den konstante maksimale dreiemomentspenning Vmaks. Kraftblokkene reagerer på den maksimale styrespenning for å fremskaffe den maksimale ankerstrøm til DC-motoren 12 for å bevirke at motoren skaffer en motkraft som simulerer den totale vekt av stabelen uten den under-støttende fjær. Fordi DC-motoren blir startet på en ny måte, vil styrekretsen vist på figur 1 være meget stabil såvel som økonomisk.

Claims (5)

1. Treningsapparat med et brukergrensesnitt (10) som på-virkes av brukeren for utøvelse av en kraft, og en DC-motor (12) som er forbundet med brukergrensesnittet (10) for utøvelse av en mot brukeren fremskaffet motkraft som simulerer en vektstabel, karakterisert ved at treningsapparatet ytterligere omfatter et sty-reorgan for DC-motoren, omfattende: organer (14) for avføling av forskyvningen av brukergrensesnittet (10) for fremskaffelse av et forskyvningssignal (VD ) proporsjonalt med forskyvningen, og organer (20,30) som reagerer på forskyvningssignalet (VD ) for myk starting av DC-motoren (12) som bevirker at motoren skaffer en motkraft som simulerer en vektstabel som til å begynne med er understøttet av en fjær.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at organene (20,30) for myk start innbefatter organer til å skaffe til motoren et styresignal (VD ) som øker til en maksimal verdi proporsjonalt med forskyvningssignalet (VD ) når brukergrensesnittet (10) til å begynne med blir forskjøvet, for å bevirke at DC-motoren skaffer en motkraft som øker gradvis til en maksimal verdi via korte forskyvninger av brukergrensesnittet.

3. Treningsapparat med et brukergrensesnitt (10) som brukes av brukeren for å utøve en kraft, en DC-motor (12) som er forbundet med brukergrensesnittet (10) for mot brukeren å utøve en motkraft, samt styreorganer for styring av DC-motoren, karakterisert ved at styreorganet omfatter: organer (14) for å avføle forskyvningen av brukergrensesnittet (10) for å fremskaffe et forskyvningssignal (VD ) som er proporsjonalt med forskyvningen, organer (20,30) som reagerer på forskyvningssignalet (VD ) for å fremskaffe et styresignal (V"D) som øker til en maksimal verdi (V^^ ) proporsjonalt med forskyvningssignalet, og organer som forbinder styresignalet (Vq) med DC-motoren (12) for styring av motoren for utøvelse av en motkraft som øker progressivt til en maksimal verdi via korte forskyvninger av brukergrensesnittet.

4. Treningsapparat som angitt i krav 3, karakterisert ved at styrespenningsorganene (20,30) innbefatter: en første spenningsfølger (20) med en inngang (18) som blir tilført forskyvningssignalet (V"D) for fremskaffelse av en spenning som er proporsjonal med forskyvningen av brukergrensesnittet, en annen spenningsfø lger (30) med en inngang (28) som får tilført et signal (Vmaks ) som representerer den maksimale motkraft som skal utføres av DC-motoren, og organer (40) som er forbundet med utgangene fra de første og andre spenningsfø lgere for selektering av minimums spen-ningsutgang fra spenningsfølgerne som nevnte styrespenning.

5. Treningsapparat med et brukergrensesnitt (10) som gjør det mulig for brukeren å utøve en kraft, samt organer (12) for utøvelse av en motkraft mot brukeren, karakterisert ved at organene (12) som utøver motkraften, omfatter: en DC-motor (12) som er forbundet med brukergrensesnittet (12) for å utøve en motkraft mot brukeren, idet motoren har et anker (16) med en forskyvning som representerer forskyvningen av brukergrensesnittet, organer (14) for av-føling av forskyvningen av ankeret (16) for å fremskaffe et forskyvningssignal (VD ) som er proporsjonal med forskyvningen, samt organer (20,30) som reagerer på forskyvningssignalet og er forbundet med DC-motoren for å fremskaffe en anker-strøm (ia ) som øker til en maksimal verdi proporsjonal med forskyvningssignalet (V"D) , og er forbundet med DC-motoren (12) for å fremskaffe en ankerstrøm (i 3,.) som øker til en maksimal' -verdi proporsjonalt med forskyvnings- signalet (V^ ) for styring av motoren for å fremskaffe en motkraft som er proporsjonal med ankerstrømmen.