CN101467334B - 致动器 - Google Patents

Abstract

一种致动器，包含可逆电动机，它通过传动装置驱动作动元件，作动元件能够来回运动。所述作动元件是非自锁类型的。此外，电动机和传动装置是非自锁类型的。当电动机不活动时制动器把作动元件保持在任意位置，所述制动器可以被利用释放机构释放。当制动器被释放时，电动机被用作发电机，并且来自其的发电机电压被用来调整作动元件的速度。由此，提供了一种快速释放装置，其中，作动元件可以被脱离接合和调整，避开传动装置和电动机，并且其中，在脱离接合期间，作动元件的运动以受控的速度发生。

Description

致动器

技术领域

本发明涉及如权利要求1的前序部分中所述的致动器。

背景技术

为了方便的目的，本发明的描述始自包含转轴(spindle)类型的线性致动器，包含转轴类型的线性致动器通过传动装置被电动机驱动，并且作动元件(activation element)是转轴螺母支承的管状杆。但是要理解，本发明也适用于旋转致动器，例如Linak A/S的WO01/17401 Al中涉及的类型。

致动器中的快速释放装置(quick release)被用于暂时中断与具有高惯量的传动部件和电动机的连接，使得非自锁类型的作动元件在其负载下依靠其自己的动量运动回到其初始位置，或者可以被手动调整。作为使用快速释放装置的例子，参考医院和护理床、病人抬升器和某些类型的大门、房门和窗户，以及其他结构，在这些地方，能够对作动元件进行瞬时调整即便不是必不可少的，也是非常重要的。

例如根据Linak A/S的EP 685 662 Bl和EP 577 541 Bl，具有快速释放装置的致动器是已知的。第一个出版物涉及基于缠有可脱开离合器弹簧的两个圆柱形元件的快速释放装置。另一个出版物涉及具有两个锥齿轮的快速释放装置，其中，可以使一个齿轮脱离接合。

但是，利用快速释放装置在很多场合下存在以下风险：由于当作动元件在端点位置撞击机械端头止挡时出现的碰撞式冲击，结构、负载、和可能由致动器支承的病人可能受到伤害。由于作动元件受负载影响执行加速运动并且通常到达多少有些刚性的机械止挡的情况所致，所述碰撞很剧烈。

但是，根据Linak A/S的WO 98/30816，已知一种简单的结构，其中，在快速释放装置的释放期间，速度可以受到控制。这种快速释放装置基于盘簧形式的离合器弹簧，离合器弹簧紧紧地靠着圆柱形元件。通过以受控方式释放弹簧，可以实现使其或多或少地摆脱与圆柱形元件的接合，从而控制速度。这种结构运行良好，但是体积大，并且具有几个组件，并且可能难以准确地控制速度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有控制脱离接合期间的速度的简化的快速释放装置的致动器。

根据本发明，这利用如权利要求1中所述的致动器实现。本发明就从利用当电动机转子被驱动转动时电动机起到发电机的作用的事实出发。为了此目的，作动元件、电动机和传动装置(gearing)是非自锁类型的，所以由于作动元件上的负载，使得它们运动。为了在正常情况下将作动元件保持在任何位置，致动器包含制动器。可以使用各种类型的制动器——机械或电气工作方式。通过释放制动器，使致动器的可运动元件处于运动，此时电动机将作为发电机工作。因其产生并随速度按比例增大的电压、发电机电压被用来控制作动元件的速度。这可以各种方式完成，例如，利用电气激活的制动器。但是，一种具体的简单方法是通过将电动机短路给其加负载。电动机的负载可以是固定的阻性或PWM负载。通过将其较大或较小程度地短路，实现较大或较小的速度。为了控制何时制动应该开始工作，可以提供一个小电路，当发电机电压超过了某个电平，例如在28到34伏特区域中时，该电路激活制动。该界限可以由晶体管、例如电路中的FET确定。要理解，作动元件以预先确定的速度朝着端头止挡行进。但是注意，依赖于具体情况，该速度可以在一定界限内变化。但是，通过在电路中插入电位计，也可以在该过程期间改变速度，所以电压并且随之速度可以被改变。通过不仅当满足了针对速度的某些条件时将电动机短路，而且还把与所产生的电压相比为负的电压施加到电动机，能够获得特别强大的制动效果。

附图说明

下面将参考附图更全面地说明本发明，在附图中：

图1示出了穿过线性致动器的剖视图，

图2示出了电动机制动器的阈值电压，

图3示出了系统的正常工作电压和电动机制动器电压之间的关系，

图4示出了电动机制动器的阈值电压，其中利用继电器脱离控制，

图5示出了致动器系统的概观，

图6示出了具有辅助继电器的致动器系统的概观，

图7示出了电动机制动器系统的电气结构的例子，

图8示出了具有辅助继电器的电动机制动器系统的电气结构的例子，和

图9示出了处于各种位置的电动机制动器。

具体实施方式

图1中所示的致动器包含具有可逆低压DC电动机1的外壳，可逆低压DC电动机1通过蜗轮2驱动转轴3。转轴上是转轴螺母4，受外管5引导的管状杆形式的作动元件6被固定到转轴螺母4，所述外管一端嵌入外壳7中。通过防止转轴转动，作动元件将依据电动机的转动方向来回移动。

电动机、涡轮和转轴是非自锁的，这意味着作动元件上的负载，作为转轴螺母上压力的结果，将带动转轴连同涡轮还有电动机的转子一起转动。

当电动机的电流被中断时为了保持作动元件处于任意位置，致动器配备了盘簧形式的制动器8，制动器8被利用释放机构释放。当制动器被释放时，作动元件如早先提到的那样，将能够自由地运动。当电动机的转子这样被置于转动时，它将作为发电机工作，并且通过增大速度，将产生不断变得更高的电压。这个电压与施加到电动机以便把作动元件从初始位置移开的电压相比，将具有相反的极性。电动机作为发电机工作被用于控制作动元件的速度。

可以用各种方式实现控制，或者通过直接利用所产生的电压，或者通过利用电动机内部参数的变化。

图5中示出了一个实施例，其中相关联的电气图被在图2和图3中示出。这里，电路从例如50V工作。这意味着只要致动器运行于50V以下的电压，则致动器能够运行如常。但是，条件是当不激活时控制盒不把电动机短路。这里将注意力集中于以下事实：由于作动元件向着初始位置往回运动而出现发电机电压，由于此原因，所产生的电压与驱动作动元件向前的电压相比，具有负极性。图7中示出了用于此目的的电路的例子。与终端线夹M1相比M2上施加的具有正极性的电动机电压将导致电动机沿一个方向移动作动元件。这里假设我们的运动将以以下方式移动作动元件：在床中，它将对应于床结构的一部分被抬起并且随之带有负载。当电压被中断时，作动元件将被制动器锁定在该位置。如果制动器被释放，则由于致动器的设计具有非自锁转轴以及齿轮和电动机及被抬起的负载的高效率，作动元件将朝着初始位置往回运动。电动机将作为发电机工作，并且从M1看，与M2相比，所产生的电压将是正的。电动机的速度将增大，因为系统不受抑制，并且这将导致发电机电压上升。当发电机电压达到预先确定的阈值时，电路将干预，并通过作为发电机上的负载工作来限制转数。实际上，这因为当超过齐纳二极管的阈值电压时此处被示为FET的晶体管将电动机短路而发生。这将起到调整速度的作用。

图6中示出的另一个实施例配备了继电器。当不工作时，吸收电路被连接到电动机。继电器线圈直接悬在致动器连接上方，所以当通道被激活时，吸收电路被去激活，并且电动机被耦合到通道。在这个实施例中，控制被允许短路线夹M1和M2，因为实际上在电动机未被控制驱动时它们被中断。注意，图8中所示的电路原理上与图7中所示的电路相同，但是添加了继电器。这里，激活电动机制动功能的阈值电压可被自由选择，因为与控制盒的电压电平无耦合。这意味着这里电路可以被自由地实施，无需考虑控制盒，在原理上是由短路器或者永久阻性负载组成的最简单形式到例如所示这个那样的更为智能的解决方案。图4示出了用于制动的阈值电压被选择了比电动机的工作电压更低的值的图。

在图9中所示的变型中，吸收电子线路被从在物理上位于致动器内部移动到在物理上位于控制盒中。原理上是相同的，只是具有另一个位置。它仍旧工作于无电流状态。同时，该图示出吸收电子线路位于致动器中的原始实施例。

作为电动机制动器的进一步发展，揭示了一种智能系统，但是未被图示，其中，致动器的位置确定系统被用来在制动器被释放的情况下提供对作动元件速度的更精确的控制。在致动器中通常使用至少一个簧片开关或者至少一个霍尔器件来从给定位置，通常是端头止挡，确定电动机的转数。这个转数可以被变换为作动元件的位置，因为知道转轴的节距与转动成比例。例如，如果使用微处理器来确定作动元件的位置，则可以扩展到提供对电动机速度的表达的程序。这个速度可被用来计算为了控制速度，应该给发电机接多少负载。然后，微处理器可以直接控制FET，并且以此方式生成动态负载，这精确地调整速度。为了避免电子线路中的功耗，可以利用脉冲宽度调制信号从微处理器控制该晶体管。在没有微处理器的解决方案中，适用对应的方式，控制信号可以被利用史密斯触发器结构转换为数字信号，因而使调整晶体管中的功耗最小。以此方式，信号的占空比将确定发电机被短路和无负载的时间之间的比例。如果来自微处理器的关于作动元件位置的信息也被使用，则更强大的电动机制动功能可以被进一步计算，并在刚好到达端头止挡之前被激活，以便防止作动元件和端头止挡之间的破坏性的碰撞。因此，没有什么会阻碍控制施加具有发电机产生的电压的相反极性的电压，以进一步制动。这和控制试图沿和当前运动方向相反的方向移动作动元件对应。为了强大的减速而施加的该电压可以是动态的，采用可变电压或者脉冲宽度调制的形式。

在本发明中，未排除发电机的电压只被用作控制信号，这意味着从电气上看，发电机未被施加明显的负载。控制信号将能够控制与传动和/或电动机连接的电机械制动器，它被例如动态地或者间歇地置于制动，以便分别控制电动机和作动元件的速度。这样的机械制动功能可以被自然地与如前所述的带负载发电机形式的电动机制动功能组合。

描述中使用的术语“微处理器”覆盖任何能够满足所述由本描述中提到的微处理器执行的过程的数据处理要求的单元。即控制器、PIC、AVR、RISC、基于HW的状态机、ASIC，等等。

Claims (17)

1.一种致动器，包含

可逆电动机，它通过传动装置驱动作动元件，作动元件能够来回运动，所述作动元件是非自锁类型的，

具有速度控制的快速释放装置，用于使作动元件脱离接合并在脱离接合时控制其速度，

其特征在于

可逆电动机和传动装置也是非自锁类型的，

所述致动器包含制动器，该制动器用于当可逆电动机不活动时把作动元件保持在任意位置，并且所述制动器能够被利用快速释放装置释放，

当制动器被释放时，可逆电动机被用作发电机，并且发电机电压被用来调整作动元件的速度。

2.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，通过给可逆电动机施加负载可以调整作动元件的速度。

3.如权利要求2所述的致动器，其特征在于，可逆电动机被短路以给其加负载，并且负载是阻性或PWM负载。

4.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，当发电机电压达到一定电平时，制动被激活。

5.如权利要求4所述的致动器，其特征在于，当发电机电压达到28到34伏的电平时，制动被激活。

6.如权利要求4所述的致动器，其特征在于，它包含晶体管，用于确定制动应该被引入时的发电机电压。

7.如权利要求6所述的致动器，其特征在于，所述晶体管为FET。

8.如权利要求1到5中的任何一项所述的致动器，其特征在于，它包含用于调整速度的电位计。

9.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，通过把具有发电机电压的相反极性的电压施加到可逆电动机实现制动效果。

10.如权利要求9所述的致动器，其特征在于，施加的电压可被脉冲调制。

11.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，它包含微处理器，用于计算所需制动效果。

12.如权利要求11所述的致动器，其特征在于，根据从安装在所述可逆电动机或者所述致动器的转轴上的传感器测得的所述可逆电动机的速度计算制动效果。

13.如权利要求11所述的致动器，其特征在于，作动元件的位置确定被用作微处理器的输入，以便保证在作动元件遇到机械端头止挡之前减速。

14.如权利要求11所述的致动器，其特征在于，微处理器通过接口控制可逆电动机中制动器的激活。

15.如权利要求14所述的致动器，其特征在于，接口采用电压、电流、磁场或者光信号形式的信号。

16.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，发电机电压直接地或者作为控制信号调整所述制动器，以限制可逆电动机的速度。

17.如权利要求16所述的致动器，其特征在于，所述制动器为电机械制动器。

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