主要由人力或兽力驱动 拉动或推动的设备的电动辅助驱动装置 本发明涉及一种电辅助驱动装置，用于主要由人力或兽力驱动尤其可拉动或推动的设备中。
本发明的使用领域例如为高尔夫球手拉车和走廊用运输车，但也可以用于其他许多领域。
人们知道，通常由使用者拉或推动上面固定有高尔夫球袋等的两轮或三轮的高尔夫球手拉车，车上可设有轮子的电动驱动装置。这种电驱动装置一般利用装在高尔夫球手拉车把手附近的操纵杆按照需要来控制。所需的电池设计为无论如何应足够用于平均18个洞穴。因此，这种电动驱动装置显然较重，尤其遇到不平的地面上。很难和有时甚至不可能操纵此装置或高尔夫球手拉车。
本发明地目的是要制成一种驱动装置，它在总体上易于操纵，而且使用方便和节省能源。
按本发明为达到此目的，通过一种电动的辅助驱动装置，它用于主要用人力或兽力驱动尤其是可拉或推动的设备上，在需要更大的驱动力时，这一电辅助驱动装置起加力作用，而在需要较低的尤其是负驱动力时，起发电机的作用，它还设有测量所施加的主驱动力的测量装置和控制器，当超过和低于预定的主驱动力时，此控制器通过增大或减小所产生的扭矩，或通过减小或增大发电的制动力矩，来调整此预定的主驱动力。
本发明从一个由使用者本人所加的基本载荷出发，这一基本载荷可方便地测出，并可节省使用者的大量精力。在另一方面，与全电动驱动装置相比节省了能量，所以有容量较小的电池就足够了。电池容量之所以可以比较小，是因为除了根据效率确定的损失外，上坡时的损失可在下坡时回收；此外，在平坦的道路上运行时电池不断地充电，所以，总的看来内部损失或地面的不平度并没有耗尽预给的主驱动力。此外，控制是自动化进行的，不要求进行手操纵。
在合理的工作条件下，产生的损失可以完全得到补偿，从而不再需要电池的外部充电设备。也可以取消那些用电池驱动的车辆通常总是必备的基础设施。
由人力或兽力施加的预给的主驱动力，最好能任意改变和/或按控制程序改变。
例如对于高尔夫球车可按需调整预给的主驱动力为10至15牛顿，并在少许时间之后可通过控制程序减小此主驱动力，以补偿逐渐增加的疲倦程度。在上坡时使用者已经需要为自身的体重付出更多的体力，此时可以减小预给的主驱动力；或也可以增大此主驱动力，以便接近于保持自然状态。在下坡较陡时也可以提高主驱动力；在高尔夫球手拉车上的牵引力因而在任何阶段均减小了身体运动的急刹车程度。由于发电机的制动作用是有限的，显然使用者本身也有必要制动。在这种情况下，甚至可为电机制动装置设置一个转换开关。必要时可以大大提高预定的主驱动力，这要视电池的充电状态而定。
三相同步电机特别适合于用在按本发明的辅助驱动装置中。它们便于控制，而且反过来可作为发电机进行工作。
按本发明另一种有优点的设计，两个同轴的轮子各配设一台电机并分别控制，此时，分配给不同轮子的主驱动力份额，根据所测得的在设备支架上的弯矩或横向力来确定。由轮子作用在设备支架上的扭矩或通过设备支架作用在轮子上的扭矩，在支架上相应地产生了弯矩和横向力。分别控制轮子很容易做到曲线运动，特别是就地旋转。这一优点例如对于走廊用运输车可充分发挥作用，它们例如在库房中只在平地上使用。此外，在这种使用情况下，与按本发明的辅助驱动装置始终联系在一起的加力装置和发电机的制动装置，在起动和停车时也起作用。
测量支架上存在的弯矩例如可以用多个电阻应变片这种非常简单的办法，将它们贴在拉杆上不同的适当位置上，支架通常总会有某种形状的拉杆。
纯粹的拉力或推力也可以很简单地利用至少一个电阻应变片来测量，它被贴在拉杆的弯曲部位，最好贴在拉杆形成把手的弯曲处。拉力越大则弯度越大，虽然只有极其微小的变化，但电阻应变片也能感受到。
为了能减小电池尺寸，本发明在结构上特别有利的改进在于，与无传动装置的电机组合成整体和两个轮子装在一根轴上，此轴的形状是一个细长箱子，箱内装有电池，必要时还装有控制器。从外面几乎看不见电池。
在这一方面采取的更进一步的措施是，轮子最好是配备没有传动装置并与之构成整体的电机，而且没有自已的集成电池，此外最好有配属于它的控制器。
将电池与电机一起组合在轮子中，相对于单单组合电机而言，省去了向轮子传输能量的接头。除控制器的接头或与测量装置的连接装置外，轮子是完全独立的组件。要做到这一点可通过与本发明有关的减小所必需的电池容量的措施实现，并基本上保持足够的充电状态。
只需要将带有与之结合成整体的电机的轮子装在轴颈上，轴颈可借助于旋转定位的插塞连接装置固定。按本发明的一种有优点的设计，用于向轮子中引入导线的电插塞连接装置与机械的插塞连接装置结合起来，也就是说在轮子中仅组合有电机时，引入的是控制导线和电源导线，在轮子中组合有电机和电池的情况下则只是控制导线。
测量主驱动力原则上可能采用的测量装置上面已经提到。但是为为测量主驱动力和必要时还测量扭矩，在设备支架上设一个测量装置。最好将它装在一个点上，尤其在支架结构的这样一个节点上，即主驱动力的全部力线是从此节点出发的，它最好在拉杆和手柄之间或在拉杆的另一端。这种在一个埋入支架结构的独立装置中进行的集中测量，从加工工艺方面来看是恰当的，此外，这样做尤其对于测量而言创造了有利的条件。就这一点而论，作为本发明另一种有优点的设计中建议，测量装置由一个最好埋入塑料件中的模制件构成，在此模制件上用凹槽来形成放大弯曲应力的隔片，在隔片上贴有电阻应变片。建议采用成对的电阻应变片，它们并列地设置，当一个电阻应变片受压缩应变时，另一个伸长，电阻应变片连接成桥式电路。因此，在很大程度上补偿了不对称性。
埋入的测量装置也还可以传力地连接在支架结构中。因此上述模制件可受到过载保护，尤其是当力的传递沿着与原计划的弯曲应力不同的方向时，首先是与之横向时。
按本发明对高尔夫球车结构方面的改进建议，上述箱子设置为高尔夫球袋固定装置的中央件，它有两根刚性杆，它们从箱子出发，逐渐会聚，在端部向上并向外弯折，这两根杆通过一根其端部设有手柄的拉杆继续延伸，箱子还有一个通过两个铰链固定在它上面并可从一个支承位置向两根杆靠拢地翻转的支架，以及，测量装置装在上述刚性杆和拉杆之间或拉杆与手柄之间的过渡处。这是一种按照本发明的传动装置，并适用于一种至少部分驱动的高尔夫球手拉车，而且本发明易于实施。
作为本发明的具体使用领域，已经列举了高尔夫球手拉车和走廊用运输车。这里还应强调指出的是，所考虑的走廊用运输车还应提到递送邮件用的运输车和购物车，此外还有病人用的轮椅、自行车、Rikschas，还有Fahrradrikschas。
附图描绘了本发明的实施例。
图1 示意表示一种高尔夫球手拉车的俯视图；
图2 高尔夫球手拉车拉杆放大比例的俯视图；
图3 另一种高尔夫球手拉车的轴测投影图；
图4 图3中的细节并略有修改；
图5和图6 共同表示图3所示高尔夫球手拉车的轮子；
图7 另一种高尔夫球手拉车的手柄视图；
图8 按图7的手柄内部构件比例放大图；
图9 电阻应变片构成的桥式电路；
图10 辅助驱动装置的工作方块图；
图11 轮子的轴向剖面；以及
图12 图9中沿X-X线的剖面图。
主要由拉杆1和横梁2组成的车架3，有两个装在横梁乙端部并各有一个三相同步电机4的轮子5。横梁2的中央装有电池6和控制器7。拉杆1的手柄8上设有测量装置9。高尔夫球袋10用点划线表示了其外轮廓。
测量装置9包括贴在手柄8弯曲部位左边和右边的两个电阻应变片11和12。另外的两个电阻应变片13和14贴在拉杆1后端的左右两侧。
电阻应变片11和12排列成桥式电路。这两个电桥的电压在控制器中相互进行比较和计算。由此得出两个三相同步电机4的基本载荷。
电阻应变片13和14同样排列成桥式电路，它们的电压也在此控制器中相互比较和计算。根据所算得的值，按比例将基本载荷分配到两个三相同步电机上去。
详细情况说明如下。
在一直向前牵引时，由于手柄8的杠杆作用，因而在测量装置9的部位造成了弯曲应力，使电阻应变片12伸长，电阻应变片11受压。当超过极限时，由电池6供电的三相同步电机4接通。这可以是一种通-断线路。但最好产生一个取决于拉力的扭矩。在反方向推行时同样也是有效的，此时电阻应变片11伸长，电阻应变片12则受压。
若除拉以外还有转动，则在车架3中产生一个扭矩。拉杆1相对于横梁3产生弯曲应力。视转动方向不同，或电阻应变片13伸长和电阻应变片14受压，或反之。由此所得到的电压值按平衡的原则将由测量装置9规定的基本载荷比例有区别地分配给两个三相同步电机4。这一分配最好根据所测得的扭矩定量地确定。
在极限值以下，此时辅助驱动装置接通，三相同步电机作为发电机向电池充电。通过相应地进行充电和因而对轮子制动，最好能与路段的坡度无关地始终调整为同样的拉力。
电阻应变片11和12或13和14这种成对的配置方式，在相当大的程度上排除了不对称性，它们的电压被相互进行比较和计算。这样做增大了输出信号电平。
图3所示的高尔夫球手拉车，在一根箱形轴21上有两个轮子22。轮子22中有电机与之组装成一个整体，电机的电源来自安放在箱形轴21中的电池。两根刚性地固定在轴21上的杆23，在它们的自由端24向上并向外折角，并通过一个测量装置25连接，设有手柄26的拉杆27与测量装置25相连。此外，通过两个铰链28将支架29装在轴21上。在图中所表示的位置上，支架29以其从铰链28伸出的端部支承在轴21上，它可以向上翻转贴靠着杆23。
高尔夫球袋底部支承在支架29的一个向上折弯的端段30上，球袋可放在离端段30上方不远处所装设的皮带31上，并在杆23的自由端24之间。图4表示略加变化的箱形轴21，箱端大体收缩成棱锥体。这样可形成合理的力流，并在两端各有一个在收缩处形成的用于轮子22的轴颈33的安装孔32。数字34表示杆23的安装位置，它在入口35的旁边。
由图5可见，在可装入安装孔32中的轴颈33端部，有一个在安装孔32内定位的锁定装置36，此外还有一个在形式上边槽-键连接的传扭装置，图中用槽37表示。
因此轮子22具有一种机械的插塞连接装置。图中没有表示与之结合在一起的电连接所需的插塞连接装置。
轮子22分解为图5所表示的轮芯38和在图6所表示的外壳39。轮芯包括一个通过轴承40可旋转地装在轴颈33上的壳体，壳体内在一个与轴颈33制成整体的定子盘41上装有一排环形的磁场磁极42，与之相对地在此可旋转的壳体上装有一个磁铁排43和一个接地环44。
外壳39通过定心的配合装在轮芯38上，并通过多个在径向突缘45上的螺钉连接件(图中可见有关的孔46)与之固定在一起，与此同时还利用此螺钉连接件固定位轮芯38的壳体盖47。外壳39上装有一个弹性轮胎48。
按图3至6所示高尔夫球手拉车驱动装置的工作，与图1和2所示高尔夫球手拉车中的情况相同。电阻应变片只贴在测量装置25中，控制器只设在轴21的箱中。在图7和8中设有一个与测量装置25类似的测量装置。
由图7可见拉杆49和一个环形手柄50，它们借助于螺栓51和52，通过模制件53和包围着这一结构的塑料镶嵌件54互相连接起来。
模制件53以放大的比列表示在图8中。它整个是一个铝制的扁平直角平行六面体，在此模制件中通过槽55和56形成了四个桥形隔片57和四个桥形隔片58。在隔片57上贴有标明DMS1L至DMS4L的电阻应变片，在隔片58上贴有四个标明DMS1Q至DMS3Q的电阻应变片。
当螺栓51和52之间产生拉力时，DMS1L和DMS4L伸长，DMS2L和DMS3L受压缩。在螺栓51和52之间受压力时，DMS2L和DMS3L伸长，DMS1L和DMS4L压缩。当螺栓52相对于螺栓51产生向右的横向力时，DMS1Q和DMS4Q伸长，DMS2Q和DMS3Q压缩。横向力向左时，DMS2Q和DMS3Q伸长，DMS1Q和DMS4Q压缩。将电阻应变片DMS1L至DMS4L构成桥式电路，可确定纵向力，将电阻应变片DMS1Q至DMS4Q构成桥式电路可测定横向力。根据测得的纵向力，可确定作用在拉杆49上的拉力或推力。通过测量螺栓51和52之间，亦即手柄50和拉杆49之间的横向力，还可以得知由车架传出或传入车架的扭矩。
电阻应变片DMS1L至DMS4L以及DMS1Q至DMS4Q在各自的桥式电路中的配置可由图9看出。图中用X2和X3表示在每个所表示的桥式电路中测量信号的输出接头。X1和X4表示两个桥式电路中与电源(VCC)和与大地(GND)的连接接头。如图9所示，各电阻应变片DMS1L至DMS4L和DMS1Q至DMS4Q均以下列方式互相连接成一个电桥，即当操纵拉杆49时，设在彼此相应的电桥臂上的电阻应变片沿相反方向变形。因此，在这两个电桥臂上的电阻应变片的电阻也产生相反的变化，从而导致测量电桥失调度增大，因此与一种总共只在一个电桥臂上设有两个电阻应变片的测量电桥相比，这样做提高了测量的敏感度。
图10中进一步说明了主要与电机控制有关的详细情况。在图10的方块图中数字80表示驱动电机，它最好是一种三相同步电机，如在前面的说明中已经提及的那样。驱动电机80与一个直接控制电机80的电机操纵线路81连接。通过操纵线路81，向电机80供入经调整的适当的工作电压。此外，通过电机操纵线路81控制电机的工作方式，使电机既可用作为电动机也可用作为发电机。
电机80还与一个转子位置识别器82相连，它不断产生测量信号，由此信号可以确定转子当时的角向位置。转子位置识别器82与微处理机83连接，后者接收所产生的测量信号。用作为中央控制设备的微处理机83还与电机操纵线路81连接，此时，微处理机83不仅发出控制电机操纵线路的信号，而且如后面还要介绍的那样接收来自电机操作线路的信号。在电机操纵线路81和微处理机83之间所画的双向箭头，可以说明这种双向的信号交换情况。
图10中数字84表示测力传感器，它最好是前面已介绍过的以电阻应变片为基础的测量装置中的一种，尤其是一个至少有一组4个互相连成一个测量电桥的电阻应变片的测量件，如图8和9所示。测力传感器84的输出信号经放大器线路85输入微处理机83。
在图10中还表示了电源86，在这里所表示的实施例中，它包括一个蓄电池和一个由蓄电池电的工作电压调节器，后者用来保持电源电压为常数。由图10可以看出，电源86向所有上述工作单元81至85 馈给工作电压，其中，当电机80反过来作为发电机工作时的情况下，通过电机操纵线路81将电压输入电源86，从而为蓄电池充电。
在图中所表示的实施例中，电源有一条附加线路，它在电机80初始的发电机电压下起作用，使工作电压调节器并因而通过所使用的工作电压发生器使其他的工作单元81至85进入工作或准备工作状态。当使用上述辅助驱动装置的一种可移动设备(例如高尔夫球手拉车)移动时，便会产生这种初始的发电机电压。在这种情况下，此设备的使用者不需要为了进入准备运行状态而操纵任何开关。所以通过这种自动地接通，不需要对这种辅助驱动装置有任何特别的关注。
在运行过程中，由测力传感器84的经放大的信号，不断地传给微处理机83进行处理，并由微处理机内的程序作相应的分析和加工。微处理机将测力传感器的测量信号与规定的额定值进行比较，并算出用于将传感器信号调整到额定值的控制信号。将此控制信号输入电机操作线路81，以便调整向电机提供工作电压的电机操作线路的输出级，所以电机相应于所进行的调整改变它的扭矩。若为了移动此设备实际要消耗的拉力或推力高于所规定的由使用者给出的拉力或推力，则通过提高驱动电机的扭矩来减轻使用者的负担，测力传感器发出一个相应的减小了的信号。按照这一调节来实现减轻负荷，并使同荷减轻到在预定的额定值与微处理机接收到的测力传感器信号两者之间达到一致。反之，当实际使用的拉力或推力低于规定的拉力或推力，并在微处理机83中进行了比较，确认所需值低于额定值时，微处理机83计算出使电机80作为发电机工作的控制信号，所以电机产生一个用以调整额定值偏差的恰当的制动力。
在使用三相同步电机时，微处理机83将转子位置识别器的测量信号计算在内，算出将电机工作电压的相位调整为按适当的时间顺序的控制信号，微处理机根据转子位置识别器的测量信号，可计算出转子的角向位置。也就是说，输往电机操纵线路81的控制信号的计算，是以当时的转子位置为基础进行的，这样就可以在任何时刻将旋转磁场调整到与转子位置相对应的最合理位置，并因而可以保证在转子上有最大的作用力矩。
转子位置识别器最好有两个相似的霍耳信号发生器，它们借助于转子磁场或一个附加的磁性装置，产生两个互相错开90°的信号。由于所得到的信号的这种正交性，便可利用数学上的几何函数，即α＝arctan(a/b)，由此算出在准线性形式下的转子磁场角，也就是说，具有较高的分辨率而计算时间特别短。
根据由转子位置识别器以较高的时间分辨率不断提供的位置信号，可以确定转子的其他各种系统参数，例如转子转速。为了确定转速，微处理机83将所测得的转子位置角对时间进行微分。在此处所介绍的实施例中，除程序控制外，对电机的操纵通过微处理机来进行，也就是说，电机的特征通过微处理机籍以工作的软件来确定。用软件解题可以做到高效率，即使在拉力载荷或推力载荷快速变换时也能高速反应进行调整。一种配备有辅助驱动装置的可移动设备的使用者会得出这样的印象，即此设备的运动始终受到相同的阻力，与它的运动是否加速、减速、上坡或下坡无关，因此，设备基本上可以无冲击地移动。
在此处所介绍的实施例中，转子位置识别器包括通过定子磁场或附加的磁性装置控制的霍耳信号发生器，微处理机83根据它们的信号可以确定转子当时的角向位置。当然，为了确定角向位置也可以采用一个组合在三相电机中的传感器，它提供计数脉冲，此时，位置的确定可通过微处理程序控制地经过向上计数和向下计数来完成。
在所表示的实施例中，微处理机83接收来自电机操纵线路81末级的可能发生的误差信号，在发生故障的情况下，通过这一信号可以在出现故障时释放辅助驱动装置，实现安全断路。
假如在上述实施例中设有两个组合在轮子中的驱动电机，则微处理机分别为每个电机计算输入电机操纵线路81中的控制信号，此时，除转子位置外，根据转子位置计算的转子转速和反应横向力的测力传感器的信号，在计算控制信号时也可以计算在内。从而考虑了轮子的不同的轨迹和转速。因此，对于有两个轮子的高尔夫球车，可以附加地得到以上所述的适当的调整，由使用者施加一个比较小的扭矩，便可以转动手拉车，尤其是原地转动，此时，转动得到了辅助驱动装置的协助。在原地转动时，辅助驱动装置使两个轮子以相反的方向旋转。
微处理机83的程序控制可以这样设计，即，将额定值根据电机转速并因而根据可移动设备的速度改变成，能使得使用者始终只须付出相同的功率，而与设备的运动速度无关。也就是说，在速度较高时，须减小由使用者所加的驱动力。此外，微处理机83可以与一个输入装置相连，通过它可以将应加的驱动力调整为所要求的值。
图11和图12所表示的轮子59中除电机之外还有与之组合成整体的电池和控制器。电机的结构与图5所示的基本相同：一个与轴颈60设计成整体的定子盘61上装有一排定子62，与定子62相配地，在轮子59设计成外壳65的旋转部分上设有一个磁铁64的环，磁铁64的环上设有一个电极环63。外壳65通过轴承66装在轴颈60上；外壳的一个壁由一个可拆式外壳盖67组成。在这里，轮胎68直接装在此外壳65上。
借助于销子69将环形的板70相隔一定距离地固定在定子盘61上。在此板70上，图12中虚线的上部装有控制的电子器件，在虚线下部装有大功率电子器件以及贴靠在轴颈60上的大功率晶体管71。电池72装在一块支板74上，此支板74装在轴颈60上，并通过隔片73与定子盘61连接。
在轴颈60上，与轴颈33类似地可想象设有用于带支架的轮子59的机械式插塞连接装置。电的插塞连接装置75与之结合起来，借助于它与测量装置相连。
此轮子59例如设计用于走廊用运输车上。