CN105393428A - 致动器系统 - Google Patents

Abstract

可调节家具制品，包括至少一个可调节元件并且具备致动器系统，该致动器系统包括至少一个具有电马达的电驱动线性致动器和具有操作设备的电气控制器，其中该系统配备有用于在移动情形期间操作该系统的电池组，其中市电电源不是现成可用的。电池组配备有前端，其允许电池组在现有的致动器系统上被改装，而不危及致动器系统的与电池的充电有关的功能。而且，即使电池组的技术被更换，例如，从铅电池到锂离子电池，前端也适于促进电池组的剩余电力的持续观察。

Description

致动器系统

本发明涉及包括至少一个可调节元件和用于调节该可调节元件的致动器系统在内的可调节家具制品，其中致动器系统包括至少一个电驱动线性致动器，有可能还包括驱动轮、具有可再充电的电池组的电源、控制器以及操作设备。

这里，术语“可调节家具制品”应当在其最广泛的意义上来理解，并且包括桌子(包括坐/立课桌、工作台、柜台等)和椅子(包括治疗椅、牙医的椅子、美发沙龙椅、美容院的椅子、轮椅等)以及床(包括用于私人住宅的可调节床、护理床、病床、治疗床、担架、病人升降器等)。

为了方便，本发明的描述从病人升降器出发，但是，任何所提到的类型的家具都可被选择。病人升降器用于将移动性受损的病人从床移动到不同的家具制品，并且反之亦然。为了改善病人升降器的移动性，病人升降器通常配备有电池组形式的电源，使得病人升降器可以在不连接到市电的情况下被使用。病人升降器还可以配备有驱动轮，参见例如AsgerGramkow的WO2004/069125A1或Campbell的US5697110A，其中电池及其充电在第12列第53行及之后提到。驱动轮的更详细例子在TenteGmbH&Co.KG的WO2007/093549A1中示出。在该出版物中，驱动轮被示为与病床结合，但是驱动轮还可以结合病人升降器使用。

根据针对配备有致动器系统的移动家具物件的现有技术，电池组已经配备了所谓的铅酸蓄电池(在下文中被称为铅电池)。铅酸蓄电池是可再充电电池，具有铅电极和由酸组成的电解质。这种电池类型由于其价格低廉而具有吸引力。但是，锂离子类型的可再充电电池的引入和商业化已改变了该局面，使得这些现是具有吸引力的替代品。相比于铅电池，锂离子电池具有以下优点：对于相同容量尺寸为一半，对于相同容量重量为三分之一，直到完全放电为止的恒定电压，五倍长的电池寿命并且较环保。另一方面，锂离子电池对于以太高的电压充电较敏感，在这种情况下存在对电池造成永久损坏的危险，或者在最坏的情况下，如果在充电期间供给的电压太高，有爆炸的危险。

对于新的病人升降器，引入和制造使用锂离子技术的电池组是相当简单的。但是，在现有的病人升降器上用新的锂离子电池更换旧的铅电池是完全不同的问题，因为铅电池的电压电平与锂离子电池不同。这将例如在锂离子电池被打算用于给铅电池充电的充电器充电时引起问题。而且，反映铅电池的充电状态的降低的电压在较旧的病人升降器中用于给出电池的充电状态的视觉指示。如所提到的，锂离子电池的输出电压直到紧接在电池完全放电之前都将几乎不变。换句话说，将不可能如同在铅电池的情况下那样基于电压的简单测量来确定电池的充电状态。

由于更换用于可调节家具制品的电池的市场大，因此期望提供对所概述问题的解决办法，即，提供替代的电池组，其可以使用不同化学成分(例如锂离子)的电池，并且仍然与具有铅电池的常见电池组直接兼容。

根据本发明，这是通过设计如权利要求1中所述的可调节家具制品来实现的，其中致动器系统配备有前端，以用作电池组与致动器系统的其余部分之间的接口，其允许电池组配备有与第一类型不同类型的电池并且仍然对致动器系统来说表现为具有第一类型的电池的电池组。

这是有利的，因为这样具有例如锂离子电池的电池组就可以被用作具有铅电池的电池组的替代。

在一实施例中，前端包括被配置为修改(adapt)充电电压(即，增大和减小充电电压)的充电电路，以为了给电池充电而向电池供给合适的电压。

充电电路可以例如包括被配置为利用比从电源供给的电压高的电压来给锂电池充电的升压器。由于用于铅电池的电池充电器不能够供给用于将锂电池充电至其满容量的所需电压，因此升压器是有利的，因为这样就可以提高电压并给电池充电。升压器可以被实现为开关模式转换器。以相同的方式，充电电路可以配备有稳压器，其还可以是开关模式稳压器，如果供给电压对于电池的直接充电来说太高，则稳压器将电压稳压到适当的电平。

由于锂离子电池易受过电压的损害，因此前端包括用于保护个体电池单元的安全电路。保护主要针对过电压。当使用锂离子电池技术的时候，这是必须的，因为否则的话锂离子电池的变化会爆炸。在过电压的情况下，安全电路将通过中断连接直到电压电平再次达到可接受的电平为止来保护单元。

在另一个实施例中，前端还包括电路，该电路监视流入电池的电荷和流出电池的电荷，并且基于电池的充电状态来提供与具有相同电荷的标准铅电池应该具有的输出电压对应的输出电压。现有的病人升降器的控制器被配置为监视和图形化地示出电池的充电状态。对铅电池来说，电压电平可以以简单的方式被用做其表示。对锂离子电池来说，电压直到紧接着电池被完全放电之前都几乎不变。因此，需要监视给电池供给的电荷(能量)和从电池汲取的电荷，以确定剩余电力。为此，可以提供专用于此目的的芯片形式的库仑计(coulombcounter)，或者可以通过为此目的控制器或前端的扩充来实现。基于估计的电池中的剩余电力，前端将在空闲时段期间将电池的输出电压修改为具有对应的估计剩余电力的参照电池(例如铅电池)应该具有的电压。为了能够修改电压，前端必须被配置为具有表，该表可以模拟地或者以电压跳来指示哪个输出电压对应于电池组中电池的给定剩余电力。

有利地，当从前端流出的电流超过给定阈值时，前端将对输出电压进行稳压，使得控制器直接被电池的输出电压供给。这样，控制器将受益于电池的满电力而没有电压下降，这被用于电池的剩余电力的仿真或显示。

由于电池组还应当与可以直接处理具有新类型的电池(例如锂离子电池)的电池组而不需要电池组与参照电池(例如较旧类型的铅电池)兼容的新病人升降器兼容，因此前端配备有用于将包括充电状态的数据从电池组传送到控制器的装置。因此，电池组可以直接数字化地传送关于电池组的剩余电力的信息，而不必在输出方面模拟铅电池电压。

由于前端配备有用于将包括充电器的容量的数据从控制器传送到电池组的装置，因此病人升降器可以发信号通知这是无需电池组仿真的新类型或者这是具有铅电池的电池组，但是病人升降器可以直接使用该电池组并确认其技术。尤其是，控制器可以指示充电器能够供给足够高的电压以用于将锂离子电池充电至其满容量。而且，控制器可以指示充电器能够供给较高的充电电流，为此，电池组可以调节其充电电流来支持这一点。通信可以经由传统有线的连接而发生。

由于电噪声在电池充电和电气线性致动器的操作期间生成，因此有利的是前端被配置为具有充当用于控制器与充电器之间通信的接口的感应链路。因此，该感应链路充当防止噪声的流电分离耦合。经由感应链路的通信经由FSK(频移键控)原理利用脉冲串信号而发生。更具体而言，具有第一中心频率的脉冲串可以是与逻辑零对应的信号，具有第二中心频率的脉冲串可以是与逻辑一对应的信号。为了验证，信号必须具有持续时间，其进一步被指定为有效信号。在控制器与电池组之间以及反过来发送的信号必须在协议中进行描述，使得该通信对于双方都是明确的。

作为感应链路的替代方案，经由通信链路的数据传送可以是光学的，例如借助于光耦合器。

因此，该通信与电源流电分离，且具有与抗电噪声干扰相关的附属优点。

如果电池组经由通信链路接收到指示专用锂离子充电器可用的信号或者如果前端从所连接的充电器测量到显示充电器能够供给超过预定阈值的电压(对应于足以给电池充电的电压)的电压电平，则前端被配置为绕过充电电路，作为替代地，前端被配置为绕过充电电路中的升压器。如果升压器未被配置为处理大到电池能够吸收的充电电流和大到专用充电器可以供给的电流，则上述是有利的。

在另一个实施例中，前端与电池组分离并且结合在分离的外壳中。如果期望利用锂离子电池组改装现有的病人升降器，则前端模块被从容地插入，作为两个单元之间的接口，并且通过病人升降器的控制器来确保锂离子电池组将被当作标准的铅电池组，之后，电池组可以被使用并为病人升降器提供锂离子技术的优越特性。

附图说明

以下将参照附图更完全地描述线性电气致动器系统，其中：

图1示出了第一实施例中的包括致动器系统的病人升降器的示意图，

图2示出了互连的控制盒与电池组，

图3示出了在病人升降器的致动器系统中的组合可能性的示意图，

图4示出了控制盒、充电器和电池组的三种典型配置，

图5示出了电池组的各个部件的示意图，

图6示出了电池组的电路图并且包括前端电路，

图7示出了分别用于铅电池和锂离子电池的放电曲线的图，

图8示出了电驱动的线性致动器，及

图9示出了通过电驱动的线性致动器的纵剖面。

具体实施方式

图1示出了包括配备有驱动轮3的框架2的病人升降器1。臂4固定到框架2的一端并且可以关于水平轴倾斜。用于升起病人的吊钩5固定到臂4的另一侧。臂4可以借助于电驱动的线性致动器6被升高和降低，致动器6的一端固定到框架2并且另一端固定到臂4。病人升降器1包括固定到框架的控制盒7。控制盒7包括控制器和电池9，其中电池在所示实施例中位于分离的电池盒8中。病人升降器1还包括操作设备10，在这里该操作设备10被示为线连接到控制盒7。但是，应当理解的是，操作设备当然还可以是无线的。借助于操作设备10，线性致动器6可以被激活，以升高或降低臂4。为了升起病人，吊杆12通常插入到吊钩5中。

控制盒7和具有电池组9的电池盒8在图2中更多地被示出。如看起来的，控制盒7配备有紧急开关13，其在病人有受伤危险的情况下可以中断线性致动器的操作并且防止或至少限制事故。控制盒7还配备有用于监视控制器的各种指示灯14。例如，一个灯将指示是否已连接市电电源。另一个灯指示电池组9是否正在充电。而且，还有示出电池的剩余容量的估量的面板15。在用于铅电池的病人升降器的情况下，指示将基于电池电压的测量，因为铅电池的电压反映放电率，在实践中这被假设为以线性模式运行。

在图3中示出病人升降器的致动器系统的示意图，该图公开了控制器(控制盒7)和选择的线性电致动器6，所述线性电致动器6可以与可以被连接的选择的操作设备10连接。通过扩充控制器(控制盒7)以具有电池组9，病人升降器已变为在不连接到连至市电的电源的情况下可移动和可操作。该图还示出各种充电器16，其可以用于直接从市电供给的病人升降器1的操作。充电器还可以直接或通过控制器给电池组充电。

连接这三个主要部件(控制盒7、电池组9和充电器16)的典型方式在图4中示出，其中图示a)示出了被布置为具有连接的电池盒的控制盒。图示b)示出了从控制盒7断开连接并放置在充电器16中的电池组9，充电器16实际上可以挂在墙上。因此，充当储备的电池组9可以在充电器16中充电并且用于更换已被病人升降器1用过的放电的电池组9。图示c)示出另一个实施例，其中三个主要部件结合在病人升降器1上。当病人升降器不被使用时，充电器16可以连接到市电，以用于供给控制盒7和/或给电池组件9充电。

电池组9还在图5中示意性地被示出并且可以配备有铅电池，但是还可以配备有锂离子电池或具有另一化学成分的电池。电池组9包括多个电池单元17，在这里被示为八个单独的电池单元17。电池组9还包括印制电路板18，在该印制电路板18上放置安全电路19，安全电路19不间断地保护电池单元17免受过电压。电池组还配备有微处理器20，该微处理器20监视剩余电池容量(batterycapacity)。

为了使电池组9用于在被配置为支持具有铅电池的电池组的现有病人升降器1上进行改装，电池组9配备有前端。前端可以被配置为专用于该功能的HW部件(例如ASIC21)，或者可以被配置为在微处理器20中执行的指令的形式。因此，电池组9可以借助于前端21来修改具有与参照类型不同的类型的化学品的电池单元17并且使用这些并且向控制器8仿真电池组9是具有参照类型的电池组9。而且，印制电路板18装配有就与电池组的通信而言适于充当接口的电路22。这可以是作为有线连接或作为流电分离连接，例如感应或光耦合连接。

在电池组9的电池配备的具体例子中，电池组9中的电池单元17具有锂离子类型，其中参照类型具有以前使用的铅类型。因此，实现了病人升降器1到锂离子技术的升级，具有之前提到的优越特性而不损失病人升降器1的原始功能。这里特指将锂离子电池组9充电至其满容量的可能性(而不管其较高的标称电压电平)以及监视电池组9的剩余电力的可能性。

如图6中所示，该图示出了印制电路板18上的电路的图，电池单元17由安全电路19保护，该安全电路19还控制电池单元17的充电和放电。安全电路19还经由串行数据连接与微处理器20通信。锂离子电池单元到其满容量的充电被确保，这是因为前端配备有开关模式升压转换器(充电升压器)21形式的升压器装置(在下文中被称为升压器电路)，该升压器装置被配置为将充电电压升高至电池单元17的标称电压。充电升压功能由微处理器20控制。如果电池被放电多到使电压低于所连接的充电器17的电压电平，那么充电器的电力被有效使用，这是因为其被直接连接到电池组9。这是由微处理器20经由FET充电晶体管23控制的。这在图中利用FET_ON和FET_OFF功能指示。当电池组9通过直接耦合到充电器17而被尽可能多地充电时，升压器电路21起作用(instate)，其确保电池9充满电。当升压器电路21被激活时，FET晶体管23断开连接。因此，升压器电路21的尺寸可以被设定为利用较小的电流来给电池9充电。如果充电器17能够供给足够的电流，则将可以绕过升压器并且通过利用FET充电晶体管23再次实现较短的充电时间。为了使已经利用具有锂离子技术的电池组9进行改装的病人升降器能够维持其与电池组中剩余电力的指示相关的功能，前端被配置为测量电池的剩余电力并且模拟电池组9上的与具有对应剩余电力的铅电池组应该具有的电压对应的空闲电压。由于锂离子电池组上的剩余电力不能借助于简单的电压测量来测量，因此前端被配置为能够例如借助于专用于该目的的、基于硬件的库仑计来测量输入和输出电力。依赖于剩余电力，前端必须通过查找显示与剩余电力相比的铅电池电压的表来调节输出电压，以反映这一比例。该表可以保存在与微处理器20相关的存储器中。为了进行解释，参照图7，该图示出了分别用于锂离子电池和铅电池的放电的电压过程的比较。如可以看到的，铅电池的电压电平逐渐下降，直到完全放电为止，而锂离子电池的电压电平直到紧接其完全放电之前都在同一电平上保持相对稳定。由于微处理器20计算锂离子电池的剩余容量，因此可以基于该表来确定具有相同剩余容量的铅电池应该具有多高的输出电压。因此，微处理器20可以在空闲时段期间控制升压转换器24和仿真器25，以供给与电池9的剩余容量对应的输出电压，使得被改装的病人升降器1将在面板15中显示正确的剩余容量。

但是，当大于预定阈值的电力被汲取时，前端将确保满电池电压可用于控制器8。这被实现，因为微处理器20激活FET充电晶体管23，使得其现在将电池电压直接连接到输出。因此，在致动器6的操作期间将总是供给满电压，使得调节速度将尽可能均匀，而不管电池组9的剩余电力如何。

而且，该图示出了描绘用作电池组9与控制盒7之间的通信接口的电路22的块。该接口被配置为既能发送又能接收数据。如以上所提到的，该电路可以是有线的或者借助于感应耦合或光学链路被流电分离。因此，该通信接口使得控制盒能够适于与电池组通信，以直接从微处理器20接收状态信息并且同样地向微处理器20发送信息，并且因此不需要仿真参照电池(例如铅电池)，以用于使控制盒能够记录(register)剩余容量。如此实现了新电池组9，其适于与新控制盒7一起工作并且同样可以对于现有的病人升降器1而被改装，并且这些被认为是标准的电池组9并且没有特殊的修改，该电池组9被设置具有最新锂离子电池技术的优点，而不危及锂电池的容量或病人升降器1的控制盒7读出电池剩余容量的能力。

图8示出了包括内管27的、与线性致动器6相同类型的线性致动器26。另外，线性致动器包括外管28和马达外壳29。线性致动器26还包括位于内管27的外端的前底座30和位于马达外壳29的后底座31。

图9示出了图8的线性致动器26，其中马达外壳29和外管28已经被部分地去除。线性致动器26的主要特征包括轴单元，该轴单元由轴32组成，在轴32上布置轴螺帽33。轴螺帽33可以被固定，以防旋转。内管27被固定到轴螺帽33并且因此可以依赖于轴32的旋转方向来移入和移出外管28。轴32由可逆电马达34经由传动装置驱动。在这里，传动装置包括布置在电马达的驱动辊的延长部分中的蜗杆和固定到轴32的蜗轮35。此外，轴承36被固定到轴32。轴承35可以是例如滚珠轴承或滚柱轴承。

关于术语电池盒、电池组和电池单元，应当澄清的是，术语电池盒包括用于电池组的外壳。实际的电池组包括电池和各种电子器件，如以上所述并在图5中指示的。电池本身包括多个电池单元。

以上联系病人升降器描述了本发明，但是应当理解的是，本发明一般适用于如在描述的前序部分中所述的可调节家具制品。

Claims (11)

1.一种能调节的家具制品，包括至少一个能调节的元件(4)和用于调节所述能调节的元件(4)的致动器系统(6-10；16)，其中致动器系统包括：

至少一个电驱动的线性致动器(6，26)，

并且可能还包括被驱动的驱动轮，

具有操作设备(10)的电气控制器，

用于经由市电的电源的连接装置，

电池组(9)形式的电源，具有第一类型的能充电的电池，

其特征在于

致动器系统配备有作为用于电池组(9)的接口的前端，该前端使得电池组(9)能够借助于与第一类型的能充电的电池不同的第二类型的能充电的电池来被供给，借助于该第二类型的能充电的电池，致动器系统中具有第二类型的能充电的电池的电池组(9)表现为包含第一类型的能充电的电池的电池组(9)。

2.如权利要求1所述的能调节的家具制品，其特征在于，第一类型的能充电的电池是铅电池并且第二类型的能充电的电池是锂离子电池。

3.如权利要求1所述的能调节的家具制品，其特征在于，前端包括被配置为以为了给电池充电而向电池供给适当电压为目的而修改充电电压的充电电路，即，增大和减小充电电压的充电电路。

4.如权利要求3所述的能调节的家具制品，其特征在于，前端基于电池的剩余容量来修改与具有相同剩余容量的例如标准铅电池的参照电池应该具有的输出电压对应的输出电压。

5.如权利要求4所述的能调节的家具制品，其特征在于，当流出前端的电流超过预定阈值时，前端对输出电压进行稳压，使得直接利用电池的输出电压来供给控制器。

6.如权利要求4或5所述的能调节的家具制品，其特征在于，前端被配置为具有充当用于控制器与充电器之间的通信的接口的感应链路。

7.如权利要求3所述的能调节的家具制品，其特征在于，前端被配置为，如果所连接的充电器能够供给足够的电压和电流以用于给电池充电那么就绕过充电电路。

8.如权利要求3所述的能调节的家具制品，其特征在于，电池包含多个电池单元(17)，并且前端包括用于保护个体电池单元(17)的安全电路(19)。

9.如权利要求3所述的能调节的家具制品，其特征在于，前端包括电路(20)，该电路监视流入电池的电荷和流出电池的电荷并且因此能够指示电池的剩余容量。

10.如权利要求3所述的能调节的家具制品，其特征在于，前端配备有用于从电池组(9)向控制器传送包括充电状态的数据的装置。

11.如权利要求3所述的能调节的家具制品，其特征在于，前端配备有用于从控制器向电池组传送包括充电器的容量的数据的装置(22)。