CN111511253A - 电动家具驱动设备、家具和检测电动家具驱动设备的位置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动家具驱动设备，具有：至少一个调节驱动器(7，8)，其用于相对于另外的家具构件电动移动至少一个可移动的家具构件；控制装置(10)；以及操作单元(20)，其中至少一个调节驱动器(7，8)的电机(M)根据操作单元(20)的信号进行控制。该电动家具驱动设备的特征在于，控制装置(10)具有至少一个半导体功率开关以用于切换电机(M)的电机电流，其中半导体功率开关两端的电压降被提供给评估单元，以检测电机(M)的换向边沿。此外，本发明还涉及一种用于检测这种电动家具驱动设备的调节驱动器的位置的方法和具有这种家具驱动设备的家具(1)。

Description

电动家具驱动设备、家具和检测电动家具驱动设备的位置的 方法

本发明涉及一种电动家具驱动设备，具有至少一个调节驱动器用于相对于另外的家具构件电动移动至少一个可移动的家具构件，以及控制装置用于通过半导体功率开关来控制调节驱动器的电机。此外，本发明还涉及一种用于检测电动家具驱动设备的调节驱动器的位置的方法和一种具有电动家具驱动设备的家具。

在电动调节驱动器中，操作相应的调节驱动器的电机以调节家具构件，可选地以逆时针旋转或顺时针旋转的方式操作电机。通常，在家具驱动设备的控制装置或电机控制装置中使用换极器配置的继电器，以基于有线的和/或无线的操作单元(也称为手动操作装置)的信号将电机切换到其中一个或另一个旋转方向。在简单的电气结构中，可以借助继电器实现这一点。此外，例如与双极性晶体管相比，继电器切换是无损耗的。

随着廉价的、高性能的、并且也几乎无损耗切换的半导体功率开关的面世，如Mosfet(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistors，金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，越来越多的基于半导体的换极电路(Polwendeschaltung)得到使用。通常，使用所谓的H桥，该H桥具有两个桥支路，每个桥支路分别具有两个串联连接的半导体功率开关。在桥支路的中间抽头之间连接有调节驱动器的电机。

通常，所有的家具驱动设备都支持手动操作模式。在这种手动操作模式中，每个调节驱动器的操作单元上都设置有两个操作元件，例如按钮，其中对操作元件进行操作可以使调节驱动器的电机向其中一个方向或另一个方向旋转。

此外，还经常存在这样的操作模式，这些操作模式能够通过唯一一个按键或其他命令实现舒适地接近调节驱动器的某些预定的或可编程的位置。除了获得舒适度外，这也可以是对家具驱动设备的医疗需求，以例如将配备有家具驱动设备的病床移动到预定的保护位置，如电击位置(Schocklage)。

为了可以接近可自由定义的位置，需要对调节驱动器进行位置检测。通常采用相对位置检测，其中基于定义的参考位置跟踪调节驱动器的相对运动。例如，可以借助固定安装的(限位)开关来检测定义的参考位置，当调节驱动器处于某一位置时，该开关被致动。

例如，可以借助布置在电机上的旋转传感器来检测调节驱动器的相对运动。但是，旋转传感器的评估复杂，且传感器和评估电路提高了调节驱动器的结构的价格。

此外，在通过继电器在换极器配置中进行切换的电机中，还已知的是，例如通过霍尔传感器或通过测量电阻器(分流器)来检测电机电流。具有换相器的直流电机，即所谓的换相器电机(Kollektormotor)，在其电枢磁场被换相器换向时，在测得的电流曲线上显示出特征性的边沿。评估电路检测边沿，并在每次边沿时输出所谓的换向脉冲。可以对这些换向脉冲进行计数，以便确定调节驱动器的相对位置。根据电机的旋转方向，加上或减去换向脉冲以确定绝对位置。

通过检测换向脉冲，可以省去额外的旋转传感器。但是，只有借助霍尔传感器才有可能对电机电流进行无损耗检测，该霍尔传感器又可能会提高调节驱动器的价格。反过来，如果采用分流器来测量电流，则电机控制装置的能效由于分流器中转化为热量的功率损耗而会降低。此外，在确定电机控制装置的尺寸时，还得考虑到释放的热量，并且必须将其引走。这使得电机控制装置的结构变得复杂。

本发明的任务在于提供一种控制装置、一种电动家具驱动设备以及家具，它们尽可能地不需要维护，并且提供以低成本的方式且高效地确定至少一个调节驱动器的位置的方案。另一个任务在于提供一种用于电动家具驱动设备的操作方法，通过该操作方法能够实现位置确定。

该任务通过具有相应独立权利要求的特征的电动家具驱动设备、家具和方法得以实现。有利的实施方式是从属权利要求的主题。

根据本发明的上述类型的电动家具驱动设备的特征在于，控制装置具有至少一个半导体功率开关以用于切换电机的电机电流，其中半导体功率开关两端的电压降被提供给评估单元，以检测电机的换向边沿(Kommutationsflanke)。

因此，根据本发明，利用所使用的半导体功率开关，特别是Mosfet的现有内阻，产生电压降作为对于电机电流的度量，对该电压降进行评估以检测电机的换向。由于内阻固有地存在于半导体功率开关的导通状态中，因此可以省去额外的分流器，由此不会产生额外的电压降。这样，实现了调节驱动器的尽可能高效节能的操作。此外，不会产生额外的必须引走的热量形式的功率损耗。此外，使用Mosfet也是有利的，因为它们抑制了由于电机换向而引起的电压峰值，由此，电路的电子组件得到了很好的保护。

在电动家具驱动设备的有利的实施方式中，为在调节驱动器中使用的每个电机都设置了H桥式布置的四个半导体功率开关。通过这种方式，实现了极性反转电路，以便能够使调节驱动器在两个方向上操作。

在另一个有利的实施方式中，评估单元与H桥式布置的桥支路的至少一个中间抽头连接。通过这种方式，可以检测到功率开关之一的两端下降的电压信号，优选地检测到连接到参考电位(地电位)的功率开关两端下降的电压信号。这种开关通常也被称为桥支路的"低压侧"开关，为了进行区分，其中的另一个开关被称为"高压侧"开关。通过这种方式，当电机向一个方向运动时，检测到换向边沿。在这种情况下，优选在评估单元中使用边沿检测器(Flankendetektor)。在具有简单结构的有利的实施方式中，该边沿检测器具有运算放大器，该运算放大器的输入端通过低通滤波器与桥支路的中间抽头连接。

为了检测电机在两个方向上的运动，可以将边沿检测器分别与两个桥支路的相应的中间抽头耦合。

可替代地，可以通过布置与电机并联的、具有串联连接的两个电阻的电阻桥，仅利用一个边沿检测器检测两个操作方向。具有边沿检测器的评估单元与电阻器之间的中间抽头连接。通过这种方式，将H桥每个开关两端的电压降提供给评估单元。可以使用评价单元在电机的两个操作方向上检测电机的换向。优选地，“低压侧”和“高压侧”Mosfet在其接触电阻(Durchgangswiderstand)方面不同，以便在边沿检测器处获得尽可能良好的信号。当在正电源电压侧或负电源电压侧使用不同类型的Mosfet时，例如p型与n型Mosfet，这通常是默认的。

在具有简单结构的有利的实施方式中，边沿检测器可以具有运算放大器，该运算放大器的输入端通过低通滤波器与电阻器之间的中间抽头连接。

根据本发明的家具具有这样的电动家具驱动设备。

根据本发明的方法适用于检测电动家具驱动设备的调节驱动器的位置，该电动家具驱动设备具有至少一个调节驱动器，用于相对于另外的家具构件电动移动至少一个可移动的家具构件。在此，该电动家具驱动设备具有控制装置和操作单元，其中至少一个调节驱动器的电机根据操作单元的信号进行控制，并且其中电机的电机电流借助至少一个半导体功率开关进行切换。对半导体功率开关两端下降的电压进行评估，以检测电机的换向。

家具和方法具有上述与电动家具驱动设备相关的优点。

在方法的优选的实施方式中，评估单元检测电机电流的边沿，并且在检测导边沿时在输出端输出脉冲。优选地，对输出端处的脉冲进行计数，以确定至少一个调节驱动器的位置变化。通过这种方式，换向的检测用于相对确定调节驱动器的位置。基于参考位置，可以根据所确定的相对位置测定来确定调节驱动器的绝对位置。

下面将基于实施例并借助附图来对本发明进行阐述。其中：

图1示出了示例性的家具布置的示意性透视图；

图2示出了具有调节驱动器和无线遥控器的电动家具驱动设备的示意图；

图3示出了家具驱动设备的控制装置的电机控制装置的实施例的示意性电路图；以及

图4示出了家具驱动设备的控制装置的电机控制装置的另一实施例的示意性电路图。

图1示出了具有家具1的家具布置。在这里，例如将床示为家具1。家具1具有用于接纳垫子(例如，床垫6)的至少一个支承元件3。支承元件3例如被构造成板条、平坦的支承面等，并且被紧固在基础元件2上。在所示的示例中，基础支架是具有支脚的框架状的支架，家具1通过该支架被搭建在安装位置(例如，地板)上。

在所示的示例中，支承元件3具有背部部件4和腿部部件5，这些部件被布置成相对于另外的支承元件或相对于基础元件2可移动地安置。在这里，这种可移动的布置借助所谓的运动配件来实现。该运动被设计成可移动的和/或可枢转的。

可移动安置的背部部件4和腿部部件5分别与电动调节驱动器7、8联接。因此，背部部件4与电动调节驱动器7联接。电动调节驱动器8被设置用于移动或调节腿部部件5。

在本文中，电动调节驱动器7、8被设计成线性驱动器。该线性驱动器具有一个或多个电动机，其中具有至少一个传动级的减速传动机构在每个电机的下游。例如螺纹螺杆传动装置形式的另一个传动机构可以布置在减速传动机构的下游，该另一个传动机构从电机的旋转运动产生输出联动件(Abtriebsglied)的线性运动。最后的传动联动件或与其相连的另一个联动件构成输出联动件。相应的电动调节驱动器的输出联动件与相应的家具构件(背部部件4、腿部部件5)连接，或者可替代地与连接到基础元件2的构件连接，使得在相应的调节驱动器7、8的电动机运行时，可移动的家具构件4、5相对于彼此或相对于基础元件2进行调节。

电动调节驱动器7、8通过电缆9与控制装置10(也称为电机控制装置)连接。该连接例如可以被实施为可插接的电缆连接(在这里未详细示出)。控制装置10具有供电单元，该供电单元为电动调节驱动器7、8提供例如来自电网的电能。为此，控制装置10可以通过具有电源插头的电源电缆(在本实施例中未示出)与电源接口连接。该电源插头通过电源电缆将输入侧的电源电压引导至控制装置10的供电单元，该供电单元在次级侧输出直流电压形式的低电压，并将其传递给控制装置10。

可替代地，具有电源输入端和次级侧的低电压输出端的与电网相关的电压源(未详细示出)在控制装置10的上游，该电压源经由导线提供直流电压形式的低电压。

为了操作家具驱动设备，设置了操作单元20(也称为手动操作装置)，该操作单元具有操作元件21，借助这些操作元件可以通过控制装置10来控制电动调节驱动器7、8。

例如，操作元件21可以被设计成按钮和/或开关。此外，操作单元20还可以配备有信号元件，例如发光二极管或显示单元。例如，信号元件用于功能显示或反馈、错误显示等。

在所示的示例中，操作单元20被设计成发送无线信号22的遥控器。为此，该操作单元具有至少一个发射器，如有必要也可以具有用于无线信号21的接收器。

可以将专门设计的(手动)设备用作操作单元20。然而，特别地，也可以将具有相应的软件("App")的通用移动设备(例如，智能手机或平板电脑)用作操作单元20。

图2以示意性框图的形式更详细地示出了图1的实施例的家具驱动设备的结构，特别是控制装置10的结构。

控制装置10包括电源件11，该电源件通过电源电缆12被供电。在可替代的实施方式中，电源件11可以布置在控制装置10的外部，并通过低压导线与控制装置连接。此外，控制装置10还包括接收单元13，该接收单元13被设置用于接收本实施例中的操作单元20的无线信号22。对操作单元20的操作元件21(这里例如是各种按键)的操作通过接收单元13传送到电机控制装置14，该电机控制装置14将接收到的信号转换成电机电流，利用该电机电流驱动调节驱动器7、8的电机。

图3以第一实施例的示意性电路图更详细地示出了电机控制装置14的一部分。示出了对调节驱动器7、8中的一个的电机M的控制，电机M连接在两个桥支路15、16的中间抽头之间，这两个桥支路共同构成H桥。

每个桥支路15、16包括两个半导体开关元件(在本文中为Mosfet T1、T2或T3、T4)的串联电路。两个桥支路15、16经由电源件13提供的电源电压Vc被供电。电源电压Vc是相对于与0伏特(V)的电压相对应的地电位GND的正的直流电压。

为了清楚起见，没有示出半导体开关元件的控制电子器件。根据接收单元13输出的信号，控制Mosfet T1和T4或者T2和T3，使得这些Mosfet导通。另一方面，在调节驱动器的静止状态下，控制Mosfet T2和T4(低侧)或者Mosfet T1和T3(高压侧)，以实现电机制动(也称EMK制动)。

电机M是具有换相器的直流电动机，该换相器的通信被检测，以能够实现相关的调节驱动器的相对位置检测。

为此，H桥电路与评估电路连接，该评估电路具有两个边沿检测器18a、18b。边沿检测器18a、18b中的每一个的输入端连接到两个桥支路15、16的相应中间抽头上。

边沿检测器18a、18b的结构相同，并且各自具有运算放大器OP1，该运算放大器的输入端各自通过低通滤波器与桥支路15、16的中间抽头连接。两个低通滤波器包括电阻器R1或R2以及相关的电容器C1或C2。在此，电阻器R1和R2和/或电容器C1和C2的值不同，使得两个低通滤波器具有不同的时间常数。

由此，各个边沿检测器18a、18b的输入端处的通信边沿(Kommunikationsflanke)被转换成运算放大器OP1的输出端处的脉冲。运算放大器OP1的输出端也表示各边沿检测器18a、18b的换向脉冲的输出端Vpuls-a或Vpuls-b。根据电机M的操作方向，两个低压侧晶体管T2或T4中的一个或另一个被接通，相应地，其中一个或另一个边沿检测器18a、18b被激活。

可以对脉冲进行计数，以检测电机M的换向，从而检测电机M的旋转，并跟踪相关调节驱动器的相对位置。图3中没有详细示出脉冲的计数。优选地，以如下方式进行，即把检测到的位置存储在非易失性存储器中，从而使正确的位置值独立于持续性电源得以保持。例如，在电机M的旋转期间，可以与可能的所存储的位置进行比较，以便可以有针对性地接近所存储的位置。

优选地，以这种方式实现的相对位置检测与至少一个参考位置的绝对位置检测耦合。例如，可以通过沿调节驱动器的行程布置的(限位)开关来进行检测。

图4以与图3相同的方式在另一个实施例中示出了电机控制装置14的一部分。相同的参考标记表示与上图中相同或相同作用的元件。在基本结构上，图4的实施例对应于图3的实施例，对其的描述在此进行参考。

不同于图3的示例，在此，评估电路只具有一个边沿检测器18。电阻桥17与电机M并联布置，该电阻桥具有串联连接的两个电阻器R3、R4。电阻桥17的中间抽头与边沿检测器18耦合。边沿检测器18又具有一个运算放大器OP1，该运算放大器的输入端分别通过低通滤波器与电阻桥17的中间抽头连接。如图3的实施例一样，在边沿检测器18的输入端处的通信边沿被转换成在运算放大器OP1的输出端处的脉冲，但在这里与低压侧的晶体管T2或T4中的哪一个被接通无关。因此，针对电机M的两个旋转方向中的每一个，在运算放大器OP1的输出端处输出脉冲，运算放大器OP1的输出端也代表边沿检测器18的换向脉冲的输出端Vpuls。如结合图3所述，可以对脉冲进行计数，以检测电机M的换向，从而检测电机M的旋转，并跟踪相关的调节驱动器的相对位置。

在图3和图4所示的结构中，生成了由边沿检测器18、18a、18b评估的与电机电流成比例的电压信号，作为在Mosfet T2或T4中的一个的内阻上的电压降。所利用的是处于开关接通(导通)状态下的Mosfet的内阻在几十或几百毫欧姆的范围内，这是固有的。根据本申请，该内阻用于产生电压降，作为对电机电流的度量，对该电机电流进行评估，以检测电机的换向。

由于Mosfet的内阻固有地存在于晶体管的导通状态中，因此可以省去额外的分流器，由此不会产生额外的电压降。这样，实现了调节驱动器的尽可能高效节能的操作。此外，不会产生额外的必须引走的热量形式的功率损耗。

在根据图4的电路中，通过电阻桥17实现了在电机M的任何操作方向上都可以测量电机电流，即Mosfet T2和Mosfet T4与其内阻形成测量电阻。优选地，"低压侧"和"高压侧"Mosfet在其接触电阻方面不同，以便在边沿检测器18处获得尽可能良好的信号。当在正电源电压侧或负电源电压侧使用不同类型的Mosfet时，例如p型与n型Mosfet，这通常是默认的。

参考标记列表

1 家具

2 基础元件

3 支承元件

4 背部部件

5 腿部部件

6 床垫

7，8 调节驱动器

9 电缆

10 控制装置

11 电源件

12 电源电缆

13 接收单元

14 电机控制装置

15，16 桥支路

17 电阻桥

18、18a、18b 边沿检测器

20 操作单元

21 操作元件

22 无线信号

T1-T4 Mosfet

OP 运算放大器

R1-R4 电阻器

C1，C2 电容器

M 电机

Vc 电源电压

GND，0V 接地

Vpuls 脉冲的输出端。

Claims (13)

1.一种电动家具驱动设备，具有：至少一个调节驱动器(7，8)，其用于相对于另外的家具构件电动移动至少一个可移动的家具构件；控制装置(10)；以及操作单元(20)，其中所述至少一个调节驱动器(7，8)的电机(M)根据所述操作单元(20)的信号进行控制，

其特征在于，

所述控制装置(10)具有至少一个半导体功率开关，以用于切换所述电机(M)的电机电流，其中所述半导体功率开关两端的电压降被提供给评估单元，以检测所述电机(M)的换向边沿。

2.根据权利要求1所述的电动家具驱动设备，其中所述至少一个半导体功率开关是Mosfet(T1-T4)。

3.根据权利要求1或2所述的电动家具驱动设备，其中为每个电机(M)设置了H桥式布置的四个半导体功率开关。

4.根据权利要求3所述的电动家具驱动设备，其中所述评估单元与H桥式布置的桥支路的至少一个中间抽头连接。

5.根据权利要求3所述的电动家具驱动设备，其中具有串联连接的两个电阻器(R3，R4)的电阻桥(17)与所述电机(M)并联布置，其中所述评估单元与所述电阻器(R3，R4)之间的中间抽头连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动家具驱动设备，其中所述评估单元包括至少一个边沿检测器(18，18a，18b)。

7.根据权利要求4和6所述的电动家具驱动设备，其中所述评估单元包括两个边沿检测器(18a，18b)，这两个边沿检测器中的每个边沿检测器分别与所述H桥式布置的桥支路的中间抽头中的一个中间抽头连接。

8.根据权利要求6或7所述的电动家具驱动设备，其中所述边沿检测器(18，18a，18b)具有运算放大器(OP1)，所述运算放大器的输入端通过低通滤波器与所述电阻器(R3，R4)之间的中间抽头或所述桥支路的中间抽头连接。

9.一种用于检测电动家具驱动设备的调节驱动器的位置的方法，所述电动家具驱动设备具有：至少一个调节驱动器(7，8)，其用于相对于另外的家具构件电动移动至少一个可移动的家具构件；控制装置(10)；以及操作单元(20)，其中根据所述操作单元(20)的信号控制所述至少一个调节驱动器(7，8)的电机(M)，其中借助至少一个半导体功率开关切换所述电机(M)的电机电流，并且其中评估所述半导体功率开关两端下降的电压，以检测所述电机(M)的换向。

10.根据权利要求9所述的方法，其中评估单元检测电机电流的边沿，并且当检测到边沿时，在输出端(Vpuls，Vpuls-a，Vpuls-b)处输出脉冲。

11.根据权利要求10所述的方法，其中对输出端(Vpuls，Vpuls-a，Vpuls-b)处的脉冲进行计数，以确定所述至少一个调节驱动器(7，8)的位置的变化。

12.根据权利要求11所述的方法，其中基于参考位置，根据所确定的位置的变化来确定所述调节驱动器(7，8)的绝对位置。

13.一种家具(1)，具有根据权利要求1至8中任一项所述的电动家具驱动设备。

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