CN102056514B - 线性致动器 - Google Patents

Abstract

一种线性致动器(8)，挤压保护装置布置于其中，该装置布置成与马达(10)上的后部固定件(17)连接。挤压保护装置基于压电元件(23)，该挤压保护装置作为模块(22)而内置于致动器(8)中，因此致动器(8)施加的力通过该挤压保护装置。压电元件(23)装备有电缆(30)，该电缆与致动器(8)中的印刷电路板(31)连接，用于致动器(8)的连接集中在该印刷电路板中，这样，来自挤压保护装置的信号可以以很容易地方式与控制装置(6)通信，该控制装置可以停止马达(10)或者短时间使得运动方向反向，从而释放卡住的物体。

Description

线性致动器

技术领域

本发明涉及一种致动器，其包括：第一坚硬部件和第二坚硬部件，用于安装致动器的后端；电马达；传动装置；至少一个心轴，具有心轴螺母，其中，电马达通过传动装置来驱动心轴，这样，旋转固定的心轴螺母使得它自身根据电马达的旋转方向而沿心轴来回移动，且通过使得心轴和心轴螺母彼此相对运动而施加轴向力；并且其中心轴螺母以及可选的心轴具有用于可纵向移动的驱动元件的连接件；以及挤压保护装置，该挤压保护装置包括压电元件，这样，在致动器上的负载的动态偏差反映在压电元件的读出数据中。

背景技术

下面从包括可线性运动的管形致动元件的线性致动器来开始介绍本发明。线性致动器包括电马达，该电马达通过传动装置来驱动心轴。心轴在心轴螺母上行进，管形致动元件通过它的一端而固定在该心轴螺母上。管形致动元件的另一端通过前部固定装置而固定在结构中的活动元件（致动器包含在该活动元件中）上，同时，致动器通过后部固定件而固定在结构的固定部分中，或者相反。通过使得心轴螺母旋转，该心轴螺母将根据旋转方向而在心轴上向外或向内运动，因此，管部分以与伸缩缸上的活塞杆相同的方式而轴向向外运动或缩回。

线性致动器广泛用于可调节家具领域，例如床、椅或桌，其中，线性致动器用于调节例如桌的高度或床的垫子表面的高度。

关于可调节家具，人身安全也是优先领域。线性致动器在家具物品的调节过程中施加较大力，因此，当身体的一部分卡在家具中时有人员受伤的危险。尽管人身安全是主要考虑目标，但是致动器还应当有其它考虑。当为可调节桌子时，遇到窗台/计算机搁架或其它桌子可能例如阻挡该运动，并导致致动器过载和受损。

由授予Ergoflex Systems的US5495811已知与桌子相连接的用于挤压保护的装置，其中，卡住的物体将驱动成带式开关（ribbon switch）形式的开关，该开关随后中断向致动器的供电。该装置需要使得接触元件散开在可能有挤压危险的全部表面上。当在桌子中在物体以及桌面的上侧和底侧之间分别可能产生挤压时，上述方案很难实现且并不实际。

由Dewert Antriebs-und Systemtechnik的US2003/0052626A1已知另一种装置，其中，进行马达电流的测量，作为马达上的负载的表示。机械阻挡将使得马达电流瞬间升高，因此，可以中断通向马达的电流，以避免挤压物体以及器具和马达的过载。该结构由于方案简单、容易实现因此就目前情况来看良好。难题在于在可调节桌子上的负载随着布置在桌子上的设备的量以及所述设备的位置而变化。床也是这样，其中，负载取决于使用该床的人的重量以及该人是完全还是局部位于床中。因为致动器必须能够施加抵消负载的力，马达电流的限制界限值将必须很高，以至于不能柔和地保护人防止由于挤压而受到伤害。

由Linak A/S的WO03/056976还已知一种与致动器结合使用的挤压保护装置。该挤压保护装置布置在壳体中，该壳体可以通过特殊的固定件而在致动器和桌面之间形成连接。装置可以提供为新系统，但是也适合改型。该方案就目前情况来看良好，但是较复杂，因为用于挤压保护的电连接必须分开地通向操作单元。而且，它的难题在于安装该装置非常困难。另一因素是柱的结构高度通过装置的高度而延伸，因此，柱的最低调节高度被不合适地增加了。因为装置由多个部件组成，它的实现也相对昂贵。

发明内容

因此需要一种方案，它安全但以更简单的方式来解决在上述可调节家具物品的调节过程中由于挤压而引起伤害的问题。

本发明的目的是提供一种解决上述问题的方案，即提供一种安全挤压保护装置，它除了简单和紧凑之外，还独立于器具上的负载来起作用。而且，还希望这样的方案，其在可能的情况下与致动器完全成一体，从而避免不需要的布线和装配。还寻找一种方案，它尽可能地与致动器中的现有部件合作，因此整体并不占据更多空间，且便宜。

根据本发明，这通过设计本发明的线性致动器来实现，其中，挤压保护装置布置成直接或间接地与电马达的端部连接。

该线性致动器包括：第一坚硬部件和第二坚硬部件，用于安装致动器的后端；电马达；传动装置；至少一个心轴，具有心轴螺母，其中，电马达通过传动装置来驱动心轴，这样，旋转固定的心轴螺母使得它自身根据电马达的旋转方向而沿心轴来回移动，且通过使得心轴和心轴螺母彼此相对运动而施加轴向力；并且其中心轴螺母以及可选的心轴具有用于可纵向移动的驱动元件的连接件；以及挤压保护装置，该挤压保护装置包括压电元件，这样，在致动器上的负载的动态偏差反映在压电元件的读出数据中，其特征在于：挤压保护装置布置成直接或间接地与电马达的端部连接。

由于挤压保护装置以紧凑和简单的方式构造，因此可以将挤压保护装置布置在与马达端部连接的壳体中，从而避免在将致动器和挤压保护装置安装在器具上的过程中的困难装配工作，否则将出现在现有技术中的这种情况。而且，避免了在用于挤压保护的装置（该装置位于致动器外部）和致动器之间的额外布线或者通向用于操作致动器的控制箱的布线，因为所需的电缆连接可以在致动器的壳体内部延伸。因为挤压保护装置很紧凑，因此它可以通过致动器的很小的修改而布置在致动器中的已有空心部分中。同样，具有用于挤压保护的装置的致动器可以在生产中以更便宜的方式制造为共同的单元。显然，本发明提供了一种方案，它以非常令人满意的方式来满足在前面部分中所述的、对于本发明的要求。

用于挤压保护的装置包括压电元件，这特别有利，因为压电元件并不表示静态状态，而是只表示在压电元件被致动时的动态运动。致动由于压电元件受到挤压或弯曲而引起，这时产生短暂的电压脉冲。当压电元件的类型为构成声波发生器中的隔膜时，它在用作声波发生器时运动，其中，电压施加在盘上的两点之间，从而使得压电晶体膨胀或收缩。当压电元件弯曲时获得相应效果，这时产生电压，并可以用作压电元件的偏转的表示。

由于用于挤压保护的装置布置成与马达的端部连接时，可以使得挤压保护装置通过端部而嵌入壳体中的坚硬（unyielding）部件上。用于挤压保护的装置的第二部分与另一坚硬部件连接，该另一坚硬部件与固定件连接。可压缩部件布置在两个坚硬部件之间，该可压缩部件最初插入用于获得致动器中的机械噪音阻尼。因为由致动器施加的力通过该可压缩部件，因此可压缩部件将根据致动器在两个坚硬部件之间施加压力或拉力而分别被压缩或膨胀。

可压缩部件装备有空心部分，用于挤压保护的装置可以布置在该空心部分中。因此，用于挤压保护的装置通过布置在两个坚硬部件之间而随着可压缩部件的运动而运动。

用于挤压保护的装置可以有利地设计为模块，该模块包括壳体，悬在弹簧中的压电元件安装在该壳体中。

为了使得用于挤压保护的装置保持与第一坚硬部件连接，壳体装备有卡扣锁定装置，该卡扣锁定装置与设计成与马达连接的配合的卡扣锁定装置一起而使得用于挤压保护的装置保持与马达连接。第一坚硬部件还应设计成使得压电元件并不通过它的整个表面来搁置在该第一坚硬部件上。这如此实现，圆形隔膜状的压电元件通过它的外部轮缘搁置在边缘上，该边缘形成在第一坚硬部件上的引导件。当第二坚硬部件布置在可压缩部件（该可压缩部件有安装的挤压保护装置）的顶部上时，第二坚硬部件将通过挤压保护装置而将壳体进一步压入可压缩部件中。一端固定在壳体上的弹簧将在隔膜状的压电元件上的一点（优选是中心点）处向压电元件上施加压力，这样，在致动器并不施加力的正常状态下，该压力将提供有预张紧力。该预张紧力保证压电元件能够指示沿两个运动方向的挤压。通过可压缩部件和弹簧来在两个坚硬部件之间传递力的设计特别有利，因为压电元件只承受很小变形。因此，相对于可压缩部件，弹簧的尺寸设置成只传递在两个坚硬部件之间承受的力的小部分。

压电元件可以装备有电缆连接件，该电缆连接件实际上可以设计有插头连接件。致动器早就装备有印刷电路板，该印刷电路板有包括微处理器的设计，压电元件可以与该微处理器连接。不过，这并不排除压电元件装备有它自身的、在印刷电路板上的单独电路，该单独电路可以独立于致动器中的其它电路而瞬间中断通向马达的电流，也可选择暂时地使得马达的旋转反向，以便释放卡住的物体。用于与控制单元（致动器可以由该控制单元进行调节）通信的信号电缆从印刷电路板导向致动器外部。具有微处理器的设计可以具有这样的功能，例如在心轴螺母在心轴上运行的过程中确定心轴螺母的位置，且数据可以通过电缆而从致动器至控制单元进行通信。因此，由于这样的设计，挤压保护装置的优点在于它可以很容易地内置于和包含于致动器中，不管在机械方面还是电方面。

附图说明

下面将参考附图更充分地介绍本发明的线性致动器，附图中：

图1示出了高度可调节的桌子，其中，桌面示出为透明，且致动器单独示出并处于它们的退回状态；

图2示出了穿过用于桌子的柱的剖视图，详细示出了挤压保护装置的结构；

图3示出了挤压保护装置的分解图；以及

图4示出了与柱结合安装的挤压保护装置的示意图。

具体实施方式

图1中所示的桌子包括在各侧的升高柱1。升高柱1包括三个配合的可伸缩部件2a、2b、2c，其中，下部部件2a与底脚3牢固连接。而且，可以看见，两个柱1与横梁4相互连接，该横梁4分别安装在第一或第二柱1的下部可伸缩部件2a上。桌面5安装在最顶部的可伸缩部件2c上，该最顶部的可伸缩部件2c在图中未示出，以避免不需要的细节。桌面5的安装随着不同桌子而变化，但是通常，桌子的制造商使用托架，该托架可以与柱1上的固定件连接，然后，桌面5通过托架而安装在下部框架1、3、4上。柱1的运动以及因此桌子5的高度调节通过为线性致动器的马达驱动器8来进行。用于调节致动器8的控制装置6和操作装置7与该致动器连接。

在致动器8的特定结构中，如图2中所示，致动器8设计成这样，它构成装配的柱1，其中，马达10通过传动装置11驱动具有心轴螺母13的驱动管12，空心心轴在该驱动管中在外螺纹上被驱动。空心心轴14同样装备有心轴螺母15，这样，空心心轴14可以相对于实心心轴16被驱动。实心心轴16固定在柱的底部，并固定防止旋转。当马达10被致动时，部件将沿一个方向或另一方向而彼此相对伸缩移动。当致动器8插入升高柱1中时，致动器8将通过控制和操作单元6、7而能够进行桌子高度的调节。

图2中的详细视图示出了致动器8的一部分，挤压保护装置位于该部分中。在图3中，为了清楚，相同的挤压保护装置以分解图示出。坚硬的第一部分（该第一部分成用于马达10的马达后部固定件17的形式）通过成螺钉18形式的固定件穿过橡胶衬套19而固定在第二坚硬部分上，该第二坚硬部分成顶部凸缘20的形式。柔性隔环21布置在两个坚硬部分17、20之间，该柔性隔环21通常由橡胶状材料来制造。隔环21最初插入该结构中，用于通过避免来自马达10的振动声学地传递至构成可伸缩腿的柱1的部分中而机械阻尼升高柱的噪音。为了具有噪音阻尼效果，可压缩的隔环21必须能够在部件运动时屈服。这还意味着由线性致动器8施加的力在通过从马达后部固定件17到顶部凸缘20的距离时将使得可压缩隔环21被压缩或膨胀。挤压保护装置22布置在两个坚硬部分17、20之间。该挤压保护装置基于薄膜状圆形压电元件23，该圆形压电元件23位于环形凸起24上，该环形凸起24在马达后部固定件17上与马达10的端部连接。压电元件23定位成使它并不在中部被支承，因此可以沿向下和向上方向适当运动。弹簧25安装在压电元件23的中心，该弹簧25竖直向上凸出。在另一端，弹簧25与壳体26连接，该壳体26的优选材料是由塑料制造－尽管它并不限制选择其它材料－其中，弹簧25套装在销27上，该销27构成于塑料壳体26的内部。当塑料壳体26的顶部抵靠在顶部凸缘20上时，在顶部凸缘20上的压力将同时在塑料壳体26上施加压力，并在与压电元件23连接的弹簧25上产生压力，从而使得压电元件23受到负载。塑料壳体26形成用于压电元件23的保护壳体，并装备有折片28，该折片28与在马达后部固定件17上的配对件29一起形成配合的卡扣锁定装置28、29，用于使得塑料壳体26保持与马达连接。折片28允许塑料壳体26进一步向下推向马达后部固定件17，但是当没有安装顶部凸缘20时将由于钩状设计而形成用于塑料壳体26远离马达后部固定件17的运动的止动器。特别有利的是，压电元件23稍微预应力成靠近弹簧25，这样，压电元件23在桌面5的上面和下面挤压时都运动。为了理解本发明，应当知道，通过所述结构，压电元件23的行程将与可压缩隔环21的变形成比例。因此，由致动器8施加的力在可压缩隔环21和用于挤压保护的装置22之间分开。可以在挤压保护装置22中吸收的力与在可压缩隔环21中接收的力相比可理解地为最小，因此，在可压缩隔环21中的弹性元件相对于在与压电元件23连接的线圈弹簧25中的弹性元件形成传动（gear），目的是保护压电元件23防止过载。该原理在图4中表示，在图4中，升高柱8示出为包含有用于挤压保护的装置。应当知道，压电元件23嵌入与马达10的一端连接的碗形保持器24中，因此可以无阻碍地在中心点向上和向下运动。在压电元件23的中心点和牢固安装在柱上的凸缘20之间安装有弹簧25。可以看见，可压缩隔环21也表示为两个弹簧，因为挤压将使得隔环21压缩。因此，在挤压过程中传递给压电元件23的负载很小，因为隔环21吸收大部分负载。如上所述，两个弹簧元件21、25形成传动，这降低了在压电元件23上的机械负载。

由压电元件23产生的信号是动态信号，它反映了致动器8的负载变化。因此，控制单元6（如图1所示，该控制单元6接收和处理信号）必须适合响应突然变化，因为其表示可能的挤压。另一方面，必须预见可能产生指示错误的情况，例如在致动器8中的马达10起动过程中。

本发明的实现方式特别简单，其中，标准致动器8根据顾客的需要在制造过程中装配有模块22，该模块22包括整个挤压保护装置22，其中，压电元件23、弹簧25和塑料壳体26构成整体单元22。当如图3中所示的单元22也装配有电缆30时（优选是有连接的插头），来自压电元件23的信号以方便的方式传递给安装在致动器8中的印刷电路板31，并形成与控制单元6的连接，其中，电缆连接件32导向致动器8外部。控制单元6可以这样对来自压电保护装置22的信号进行反应，并在挤压情况时停止马达10和使得马达10反向，从而释放卡住的物体。当需要时，该功能可以单独构成于致动器8中的印刷电路板31上，或者如上所述在控制单元6中实施。

尽管这里结合构成为用于可调节桌子的升高柱的致动器来解释本发明，但是应当知道，本发明也可以实现为用于床的升高柱（参考WO2009/033486A1，Linak A/S）。本发明也可以实现为单个致动器（参考WO02/29284A1，Linak A/S）。

Claims (15)

1.一种线性致动器（8），包括：

第一坚硬部件（17）和第二坚硬部件（20），用于安装致动器（8）的后端；

电马达（10）；

传动装置（11）；

至少一个心轴（14、16），具有心轴螺母（13、15），其中，电马达（10）通过传动装置（11）来驱动心轴（14、16），这样，旋转固定的心轴螺母（13、15）使得它自身根据电马达（10）的旋转方向而沿心轴（14、16）来回移动，且通过使得心轴（14、16）和心轴螺母（13、15）彼此相对运动而施加轴向力；并且

其中心轴螺母（13、15）以及可选的心轴（14、16）具有用于可纵向移动的驱动元件（2a、2b）的连接件；以及

挤压保护装置，该挤压保护装置包括压电元件（23），这样，在致动器上的负载的动态偏差反映在压电元件（23）的读出数据中；

其特征在于：挤压保护装置布置成直接或间接地与电马达的端部（24）连接。

2.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于：挤压保护装置设计为模块（22），该模块（22）包括壳体（26）、弹簧（25）和压电元件（23）。

3.根据权利要求2所述的线性致动器，其特征在于：挤压保护装置布置在线性致动器中的第一坚硬部件（17）和与安装固定件连接的第二坚硬部件（20）之间。

4.根据权利要求3所述的线性致动器，其特征在于：在第一坚硬部件（17）与第二坚硬部件（20）之间有可压缩部件（21），该可压缩部件（21）由于在线性致动器上的负载而被压缩，因此，线性致动器沿一个方向或另一方向的挤压将使得可压缩部件动态压缩，其中，该可压缩部件（21）还用作结构的机械噪音阻尼器。

5.根据权利要求4所述的线性致动器，其特征在于：可压缩部件（21）装备有空心部分，用于插入挤压保护装置。

6.根据权利要求4所述的线性致动器，其特征在于：挤压力从第一坚硬部件（17）传递向第二坚硬部件（20），并且挤压力在可压缩部件（21）和挤压保护装置之间分配，这样，弹簧（25）影响用于指示挤压的压电元件（23）。

7.根据权利要求6所述的线性致动器，其特征在于：可压缩部件（21）与弹簧（25）中的传动一起，尺寸设置成限制压电元件的机械偏转的动态范围，从而保证压电元件（23）不会以破坏方式来偏转。

8.根据权利要求1－5之一所述的线性致动器，其特征在于：挤压保护装置装备有卡扣锁定装置（28），该卡扣锁定装置（28）与配合的卡扣锁定装置（29）一起保持挤压保护装置与电马达（10）连接，其中配合的卡扣锁定装置（29）设计成与电马达固定件形式的第一坚硬部件（17）连接。

9.根据权利要求2－7之一所述的线性致动器，其特征在于：压电元件（23）搁置在电马达后部固定件形式的第一坚硬部件（17）的轮缘（24）上，这样，压电元件（23）的一部分与电马达后部固定件连接，并通过弹簧（25）与壳体（26）连接，该壳体（26）与顶部凸缘形式的第二坚硬部件（20）连接。

10.根据权利要求9所述的线性致动器，其特征在于：压电元件（23）装备有电缆连接件（30），该电缆连接件与线性致动器（8）中的印刷电路板（31）连接。

11.根据权利要求1所述的线性致动器，所述线性致动器构成为可伸缩的升高柱（1），该升高柱（1）具有至少两个能相互伸缩的管形部件（2a、2b、2c）。

12.根据权利要求10所述的线性致动器，其特征在于：该电缆连接件（30）通过插头连接件而与印刷电路板（31）连接。

13.一种家具物品，具有至少两个可相互调节的部件（5；3、4），其中，调节通过如权利要求1－10中之一所述的线性致动器来进行，其中线性致动器的一端固定在家具物品的一部分上，线性致动器的另一端固定在家具物品的其它部分上。

14.根据权利要求13所述的家具物品，其特征在于：它设计为高度可调节的桌子。

15.根据权利要求14所述的家具物品，其特征在于：两个可伸缩的升高柱定向成使得最细的管形部件（2c）朝上。

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