CN212463045U - 线性致动器、致动器系统及家具件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及线性致动器、致动器系统和家具件，该线性致动器用于调节家具件并且包括：具有马达轴的马达；转换装置，其联接至马达轴并适于将由马达轴产生的旋转运动转换成线性致动器的伸长；以及锁定装置，锁定装置直接或间接地联接至马达轴并适于借助于锁定元件选择性地引起马达轴的旋转锁定。锁定装置包括内部部分和外部部分，内部部分具有至少一个内部腔室，外部部分径向环绕内部部分并具有至少一个外部腔室。外部部分和内部部分能够相对彼此旋转成使得所述至少一个内部腔室和所述至少一个外部腔室可以彼此对准。旋转锁定通过借助内部部分和外部部分相对彼此的旋转将锁定元件夹紧在所述至少一个内部腔室与所述至少一个外部腔室之间来启用。

Description

线性致动器、致动器系统及家具件
技术领域
本实用新型涉及线性致动器，涉及具有这种线性致动器的致动器系统，并且涉及具有这种线性致动器或这种致动器系统的家具件。
背景技术
可调节家具在办公家具领域和家用领域中都是众所周知的。办公家具领域中最常见的设计例如是可电动调节的桌子或椅子，而在家用领域中已知可电动调节的床、坐式家具或躺倚式家具。
调节通常由线性致动器执行，线性致动器内置到桌子的一个或更多个柱中或内置到床、坐式家具或躺倚式家具的框架中。
这种线性致动器通常由电动马达和转换装置组成，电动马达驱动马达轴，转换装置将马达轴的旋转转换成线性致动器的线性伸长。例如，使用主轴-螺母系统作为这种转换装置，其中，主轴通过马达轴经由齿轮驱动并引起螺母的线性移位。在桌子的示例中，这因而导致桌面的升高或降低。
然而，为了确保例如经由桌面沿线性方向作用在线性致动器上的力不引起主轴或马达轴沿相反方向旋转，通常相应地设计共同作用的部件。例如，将部件之间的摩擦故意选择成是很高的以至于发生自锁。然而，自锁的程度也决定了线性致动器的效率。因此，与具有低程度自锁或不存在自锁的线性致动器相比，具有高程度自锁的线性致动器的线性调节必须花费更多的能量。因此，利用常规的线性致动器，必需在可接受的效率程度与必要的自锁之间进行权衡。
实用新型内容
本实用新型提出了一种允许改进线性致动器的效率的改进的致动概念。
改进的致动概念是基于下述见解：利用线性致动器，从被驱动侧至驱动侧的反馈效果基本上可以发生在两个驱动方向上，这会导致整个系统的不期望的行为。这种不期望的反馈效果可能是由重力引起的，该重力例如为桌面的重量或桌子框架的重量，或者在床的情况下为床垫的重量。
因此，改进的致动概念提出：选择性地阻挡驱动侧例如马达轴的运动，由此选择性地引起马达轴的旋转锁定。可以为马达轴的两个可能的旋转方向设置旋转锁定，或者可以替代性地仅在一个选定的旋转方向上设置旋转锁定，而在第二旋转方向上可以无阻碍地旋转。为此，用于调节家具件的线性致动器配备有锁定装置，该锁定装置与线性致动器的马达的马达轴联接。为此，锁定装置包括至少一个锁定元件、内部部分和径向环绕该内部部分的外部部分，内部部分具有至少一个内部腔室，外部部分具有至少一个外部腔室，其中，内部腔室和外部腔室可以通过相对于彼此旋转而对准。这两个腔室设计成使得锁定元件可以被夹紧在内部腔室与外部腔室之间，以启用旋转锁定。
为了释放旋转锁定并由此实现马达轴的连续运动，可以通过旋转运动来释放锁定元件的夹紧，并且可以通过施加力来将锁定元件移动到可以完全接纳锁定元件的接纳腔室中。外部腔室和内部腔室这两个腔室中的仅一个腔室足够大到用于此目的，而另一腔室特定地不适于完全接纳并因此使得该另一腔室可以夹紧锁定元件。接纳腔室的数量至少与锁定元件的数量一样大，例如接纳腔室的数量与锁定元件的数量相同，使得每个锁定元件可以接纳在接纳腔室中的一个接纳腔室中以使马达轴连续运动。非接纳腔室的数量为至少一个。锁定元件的数量和非接纳腔室的数量中的较小的数量决定了可以被同时夹紧的锁定元件的可能数量。
锁定元件进入接纳腔室的运动还可以通过非接纳腔室的形状和在内部腔室与外部腔室之间的相应的旋转运动来辅助。线性致动器或锁定装置设计成使得重定位力径向地作用在锁定元件上以使锁定元件从接纳腔室朝向另一腔室移动。因此，当旋转锁定被停用时，在锁定元件上产生偏转力，该偏转力朝着接纳腔室的方向作用并且大于重定位力。该偏转力例如可以作为离心力或作为电磁力产生。重定位力例如由弹簧力或重力来产生。
选择性的旋转锁定使得可以例如通过低摩擦来设计具有高效率的线性致动器。这也可以例如通过较低的齿轮噪音而使线性致动器的噪音降低。
根据改进的致动概念的用于调节家具件的线性致动器的实现方式示例包括：马达，该马达具有马达轴；转换装置，该转换装置联接至马达轴并且布置成将由马达轴产生的旋转运动转换成线性致动器的长度改变或伸长；以及锁定装置。该长度改变或伸长代表线性致动器的实际致动器效果、即在纵向方向上的调节。
锁定装置直接或间接地联接至马达轴，并设计成借助于锁定元件选择性地实现马达轴的旋转锁定。锁定装置包括内部部分和径向环绕该内部部分的外部部分，内部部分具有至少一个内部腔室，外部部分具有至少一个外部腔室，其中，外部部分和内部部分能够相对于彼此旋转成使得所述至少一个内部腔室和所述至少一个外部腔室可以彼此对准。腔室中的至少一个腔室布置为用于完全接纳锁定元件的接纳腔室，其中，位于相应的另一部分中的一个或更多个腔室布置成用于不完全地接纳锁定元件，这取决于该接纳腔室是布置在内部部分还是布置在外部部分。换言之，所述至少一个内部腔室布置为用于完全接纳锁定元件的接纳腔室，而所述至少一个外部腔室布置成用于不完全接纳锁定元件，或者所述至少一个外部腔室布置为用于完全接纳锁定元件的接纳腔室，而所述至少一个内部腔室布置成用于不完全接纳锁定元件。
在这种线性致动器中，旋转锁定通过借助于内部部分和外部部分相对于彼此的旋转将锁定元件夹紧在所述至少一个内部腔室与所述至少一个外部腔室之间来启用。该旋转锁定通过将内部部分和外部部分相对于彼此旋转成使得锁定元件的夹紧被释放并且通过使锁定元件径向地移动到接纳腔室中来停用，或者该旋转锁定可以通过将内部部分和外部部分相对于彼此旋转成使得锁定元件的夹紧被释放并且通过使锁定元件径向地移动到接纳腔室中来停用。这可以例如通过所述至少一个内部腔室和所述至少一个外部腔室的适当成形来实现。马达轴在旋转锁定被停用的情况下的旋转通过产生朝着接纳腔室的方向径向作用于锁定元件上的偏转力来实现，该偏转力大于沿相反方向径向作用于锁定元件上的重定位力。
因此，这种线性致动器实现了旋转锁定的选择性启用和停用、以及使马达轴能够在旋转锁定被停用的一定时间段内或状态下旋转的机制。
例如，线性致动器设计成使得：当旋转锁定被停用时，内部部分和外部部分相对于彼此的旋转能够通过马达轴的受控制的旋转运动来实现。例如，锁定元件的夹紧对应于在第一旋转方向上的旋转或力的施加，而对该夹紧的解除或释放通过在相反的第二旋转方向上的力的施加或旋转来实现。例如，当旋转锁定装置被停用时，内部部分和外部部分相对于彼此旋转的量小于360°，或者在多个腔室的情况下该旋转的量小于360°的相应分数。
例如，上面提到的旋转运动首先使锁定元件的夹紧松开，并然后进一步的旋转将锁定元件移动到接纳腔室中。为此，非接纳腔室例如成形为使得在该旋转方向上锁定元件在不被夹紧的情况下被推动到接纳腔室中。只要所述至少一个内部腔室和所述至少一个外部腔室彼此不对准，锁定元件就保持在接纳腔室中。仅当这些腔室再次彼此对准时，通常才能够再次实现旋转锁定的启用。该启用例如可以在这些腔室再次彼此对准并且没有比重定位力大的偏转力作用在锁定元件上使得该锁定元件被再次移动出接纳腔室时发生。
重定位力例如由弹簧力或重力形成。例如，在接纳腔室中设置有弹簧装置，根据设计，该弹簧装置将锁定元件朝着不完全接纳的内部腔室或外部腔室的方向径向地按压出接纳腔室。
在线性致动器的示例实现方式中，接纳腔室在轴向方向上的至少一侧具有径向倾斜的边界，通过该边界，锁定元件上的重定位力能够由重力实现。例如，接纳腔室中的边界倾斜成使得锁定元件承受自然的重力，该自然的重力使锁定元件朝着不完全接纳的腔室的方向径向移动。因此，锁定元件在没有任何附加力、特别是前述偏转力的情况下被朝着锁定位置的方向移动，旋转锁定在该锁定位置处被启用。
如已经提到的，马达轴在旋转锁定被停用的情况下的旋转是通过产生作用在锁定元件上的偏转力来实现的。例如，线性致动器设计成使得偏转力将锁定元件保持在接纳腔室中。
锁定元件设计为滚动体，例如设计为球体或球形的椭圆体或圆柱体。
通过使用锁定装置，可以防止或至少停止线性致动器中的特别是并非由马达自身触发的旋转运动。因此，不再像利用常规线性致动器的情况那样绝对需要配备具有足够高的摩擦力的齿轮或转换装置以防止这种外界导致的运动。因此，例如，利用根据改进的致动概念的线性致动器的不同实现方式，单独的转换装置或与马达组合的转换装置不是自锁的。自锁具体地指的是：线性致动器可以经由马达轴驱动，但不能经由沿着线性致动器的伸长施加力来驱动。
如已经提到的，锁定装置直接或间接地联接至马达轴，其中，对于这些联接有多种可能性。例如，由外部部分和内部部分组成的组中的一个部分形成联接至马达轴的锁定装置的转子，而该组的另一部分形成锁定装置的定子。因此，在各种实现方式中，锁定装置可以联接至马达轴。
在一个实现方式中，该联接通过下述方式来形成：将锁定装置的转子旋转固定地连接至马达轴，锁定装置的定子固定至马达的壳体或齿轮箱的壳体。例如，齿轮箱连接在马达轴与转换装置之间并且例如设计为减速齿轮箱。锁定装置可以位于马达壳体内部、例如集成在马达中或者位于马达壳体外部。
马达壳体例如可以是圆筒形的。通常，马达壳体在一个侧部上是封闭的并且仅允许马达轴穿过并支承。在相反的侧部上可以设置有端盖。该端盖在定子、转子和其他马达部件已经于生产期间被插入到马达壳体中之后封闭壳体。锁定装置可以安装在该马达壳体内部，特别是安装在一个前端部或两个前端部附近。替代性地，锁定装置可以是端盖的一体部分。
在另一构型中，锁定装置经由将锁定装置的转子旋转固定地连接至转换装置的主轴而联接至马达轴，其中，定子固定至马达的壳体或齿轮箱的壳体。
在另一构型中，联接通过下述方式来形成：将锁定装置的转子旋转固定地连接至马达的外部转子，锁定装置的定子固定至马达的内部定子。在这种情况中，例如，锁定装置还具有外部的转子。
在锁定装置与马达轴之间的联接的又一构型中，该联接通过下述方式来形成：将锁定装置的转子旋转固定地连接至转换装置的旋转部件，锁定装置的定子附接至转换装置的非旋转部件。
因此，锁定装置的所描述的原理可以以各种方式与不同的马达类型和马达实现方式以及不同实现方式的线性致动器一起使用。根据锁定装置的安装位置，由于构造方面的运动自由度，马达轴即使在锁定状态下也可以容易地来回移动。例如，如果锁定装置附接至主轴，马达轴也可以根据存在的游隙在锁定状态下稍微地前后移动。
在各种实现方式中，可以为马达轴的两个旋转方向提供选择性的旋转锁定。然而，对于各种实现方式而言，存在自由旋转(freewheeling)方向可能是足够的或者甚至是期望的。例如，在线性致动器的不同实现方式中，锁定装置因此设定成持续性地使马达轴能够沿第一旋转方向旋转并且选择性地实现沿相反的第二旋转方向的旋转锁定。特别地，该旋转锁定只能在该第二旋转方向上实现。
对于产生偏转力有多种选择。特别地，偏转力可以作为离心力、电磁力或流体机械力产生。在下面将对这些选项进行更详细的解释。
例如，锁定装置的外部部分设计成围绕内部部分旋转，并且所述至少一个外部腔室设计为接纳腔室。锁定装置构造成经由通过将外部部分围绕内部部分旋转而引起的离心力来产生偏转力，由此，外部部分的旋转速度大于阈值。特别地，阈值被选定成使得通过具有接纳腔室的外部部分的旋转而施加在锁定元件上的离心力大于将锁定元件向内拉动的重定位力。这也意味着，当锁定装置以低于阈值的旋转速度旋转时，重定位力大于产生的离心力并且因此锁定元件被从外部接纳腔室移动、例如拉动或推动到内部腔室中。这最终可以使锁定元件被夹紧在外部腔室与内部腔室之间，从而启用旋转锁定。
在另一实现方式中，锁定元件是磁活性的，并且锁定装置包括电磁体。在这种情况下，锁定装置构造成借助于电磁体产生作为作用在锁定元件上的电磁力的偏转力。术语“磁活性”是指磁场引起作用在锁定元件上的力。已知的是，这通过选择诸如含铁材料或铁磁性材料之类的材料来实现。
例如，电磁体由线圈和作为线圈的芯的金属支架形成，金属支架在锁紧元件上施加磁性地吸引锁紧元件的力。为此，例如，金属支架的端部布置在接纳腔室的区域中。例如，电磁体位于锁定装置的固定部分中而不是旋转部分中。然而，可以使用以接纳腔室用作外部腔室的设计以及以接纳腔室用作内部腔室的设计。例如，外部部分设计成围绕内部部分旋转，而所述至少一个内部腔室设计为接纳腔室。替代性地，内部部分设计成能够在外部部分内旋转，而所述至少一个外部腔室设计为接纳腔室。
在各种实现方式中，线性致动器还包括用于确定内部部分和外部部分相对于彼此的相对位置的测量装置。这也使得可以确定所述至少一个内部腔室相对于所述至少一个外部腔室的位置。该信息可以有助于经由马达的受控制的旋转运动来在启用/停用方面控制锁定装置。
例如，根据前述实现方式中的一个实现方式的线性致动器可以与马达控制器组合以形成致动器系统。马达控制器例如构造成：通过控制马达以使马达轴旋转运动成使得所述至少一个内部腔室和所述至少一个外部腔室彼此对准使得锁定元件通过重定位力被移动出接纳腔室来实现旋转锁定装置的启用。此外，马达控制器布置成通过控制马达以使马达轴旋转运动来停用旋转锁定。
在致动器系统的一个实现方式中，内部部分和外部部分相对于彼此的用于将锁定元件夹紧在所述至少一个内部腔室与所述至少一个外部腔室之间的旋转能够通过控制马达以使马达轴进行旋转运动和/或通过沿着伸长的方向对转换装置施加力来实现。这在旋转锁定先前已经能够通过将所述至少一个内部腔室和所述至少一个外部腔室彼此对准来启用时是特别有利的。因此，锁定元件的实际夹紧可以通过控制马达来主动地实现，或者通过外部力来被动地实现，或者通过两种作用的组合而实现。
在致动器系统的另一实现方式中，马达控制器还构造成引起使马达轴能够在旋转锁定被停用时旋转的偏转力的产生。
在各种实现方式中，马达控制器附接至线性致动器或与线性致动器形成一体式单元。替代性地，马达控制器也可以与线性致动器分开布置。
根据改进的致动概念，还提出了一种家具件，该家具件具有至少一个可调节的部件并且具有用于调节所描述的部件的根据所描述的实现方式中的一种实现方式的线性致动器，或者具有用于调节所描述的部件的根据实现方式中的一个实现方式的致动器系统。这种家具件例如为桌子、床或可调节的坐式家具和躺倚式家具。
附图说明
在下文中，参照附图基于示例性实施方式对改进的致动概念进行详细说明。在功能上相同的或具有相同效果的部件可以被提供有相同的附图标记。相同的部件或具有相同功能的部件可以仅参照其首次出现的附图进行说明。在随后的附图中不必重复说明。
在附图中：
图1示出了可电动调节的家具件的实现方式示例；
图2示出了线性致动器的示意性图示；
图3示出了用于单向锁定的锁定装置的实现方式示例；
图4示出了用于双向锁定的锁定装置的实现方式示例；
图5A、图5B、图6A、图6B、图7A和图7B示出了锁定装置的各种示例状态；
图8A和图8B示出了具有外部腔室的外部部分的实现方式示例的细节；
图9A和图9B示出了用于单向锁定的锁定装置的另外的实现方式示例；
图10A和图10B示出了具有电磁体的锁定装置的实现方式示例；
图11A和图11B示出了在线性致动器的操作期间的示例时间信号图；并且
图12至图15示出了具有锁定装置的线性致动器的各种实现方式。
具体实施方式
图1示出了可电动调节的家具件的示意性结构，在此情况下，该可电动调节的家具件被设计为高度可调节的桌子。该桌子具有桌面1，该桌面1可以借助于线性致动器在高度方面调节，该线性致动器由马达装置100和转换装置例如主轴-螺母系统200形成。转换装置适于将由马达装置100产生的旋转运动转换成线性致动器的线性偏转或长度改变或伸长。线性致动器布置在伸缩柱300中。马达装置100连接至控制单元400，用户可以例如经由该控制单元400输入用于桌子的驱动命令以实现高度调节。
图2示出了由马达装置100和作为转换装置的示例的主轴-螺母系统200组成的线性致动器的立体图。马达装置100具有旋转轴比如马达轴，该旋转轴机械地联接至主轴-螺母系统200，该主轴-螺母系统200将旋转运动转换成线性致动器的伸长或线性位移。代替主轴-螺母系统200，也可以使用另一类型的转换装置，该另一类型的转换装置联接至马达轴并且布置成例如基于线缆牵拉(cable pulls)来将由马达轴产生的旋转运动转换成线性致动器的伸长。线性致动器的伸长、即线性致动器的致动器动作例如是在马达轴的纵向方向上进行的。
马达控制器可以以各种构型集成在控制单元400中，或者与该控制单元分离地集成在马达控制器自身的壳体中或集成在线性致动器100上或线性致动器100中。
如上所述，例如，使用主轴-螺母系统来将旋转运动转换成线性致动器中的线性运动。然而，当载荷被轴向地施加至主轴-螺母系统的螺母并且该载荷大得足以克服摩擦时，发生相反情况并且线性运动被转换成旋转运动。这通常是不期望的效果。尽管不论主轴的取向如何都会产生这种效果，但是当载荷停止并且外部保持机构、比如制动器或配重件失效时最常在竖向应用中发生反向驱动。
在常规的线性致动器中，例如，这种效果发生在具有可竖向调节的桌面的桌家具中，其中，桌面上的载荷经由机械结构传递至致动器。在某些情况下，这种效果还会在运输桌子时在使用桌面来将桌子抬起的情况下发生。例如通过桌子框架的移动部分、比如这些部分的重量和/或质量惯性来确定可以触发后退驱动或向下滑动的力。
已经发现，线性致动器的效率是主轴是否采取后退驱动或开始滑动的主要指标。该效率越高，主轴或线性致动器越有可能在轴向力、即沿着长度变化的方向的力被施加时滑动。
具有主轴-螺母系统的线性致动器的效率主要由主轴的导程角和主轴-螺母系统中的摩擦力来确定。导程角越大，主轴的效率越高。这意味着：具有较高导程角、例如每转20mm而非每转5mm的主轴具有更高的效率并因此趋于更易滑动。除了导程角外，例如传动装置的润滑或几何形状也影响该效率，这是因为传动装置的润滑或几何形状影响摩擦。
在各种实现方式中，线性致动器的马达可以直接驱动转换装置或者借助于置入的减速齿轮箱来驱动转换装置。这种减速齿轮箱也可以集成到马达中，在这种情况下马达可以称为带齿轮的马达。如果由马达、可选的齿轮单元和转换装置组成的整个链是自锁的，即，如果例如仅主轴-螺母系统的主轴例如由于摩擦力或螺距角或润滑等而是自锁的，或者如果该主轴与减速齿轮和/或马达的组合是自锁的，则这种线性致动器是自锁的。就马达而言，例如，由于碳刷、轴承或磁起动转矩引起的摩擦会影响自锁效果。
高度自锁会降低线性致动器的整体效率，这需要更大且更昂贵的马达。
根据改进的致动概念，提出为线性致动器配备锁定装置，该锁定装置直接或间接地联接至马达的马达轴并且设计成借助于至少一个锁定元件来选择性地引起马达轴的旋转锁定。由于可以实现马达轴的选择性旋转锁定、即可以实现将线性致动器锁定，因此不需要自锁驱动装置来避免滑动。因此，需要来自马达的动力较少，这以较低的成本并且特别是在不需要减速齿轮的情况下减小了线性致动器的所需的安装空间或体积和/或重量。如果省去了减速齿轮，则也消除了来自线性致动器的不希望的噪声源。在下文中，详细描述了这种锁定装置的各种实现方式。
图3和图4以轴向平面图示出了锁定装置500的实现方式的示例。锁定装置500包括外部部分510和内部部分520，外部部分510具有外部腔室515，内部部分520具有至少一个内部腔室525。特别是在图3和图4中所示的实现方式中，外部部分510径向地环绕内部部分520并且能够围绕内部部分520旋转。
锁定装置500还包括锁定元件530，该锁定元件530被设计为滚动体、例如为球体或几乎球形的椭圆体或圆柱体。锁定元件530的基本特性在于：如果外部部分510和内部部分520彼此对准，则锁定元件530可以在内部腔室525与外部腔室515之间容易地滚动。外部腔室515被设计成使得该外部腔室515配备成完全接纳锁定元件530。相比之下，内部腔室525成形为使得该内部腔室525不能完全接纳锁定元件530。
在图3和图4两者中，锁定元件530都示出为处于锁定位置，在该锁定位置中，锁定元件530被夹紧在至少一个内部腔室525与至少一个外部腔室515之间。这种状态可以例如通过使内部部分和外部部分相对于彼此相应地旋转、即在这种情况下通过使外部部分旋转来实现。
图3的实现方式和图4的实现方式彼此不同之处在于，图3的锁定装置500构建成用于单向锁定，而在图4中，可以或意在双向锁定。在这两种情况下，锁定元件530的图示的夹紧都可以通过将外部部分510逆时针稍微转动来释放。另一方面，在图示的锁定位置，锁定元件530有效地防止了外部部分510的顺时针旋转。由于锁定装置500的旋转部分、在这种情况下的外部部分510直接或间接地与马达的马达轴联接，因此也实现了对于马达轴的旋转锁定。
另一方面，在外部部分510的相反的旋转方向上，对于两种构型而言，外部部分510至少可以在有限的程度上进行旋转运动。可以说这是因为内部腔室525成形为使得锁定元件530通过连续运动被推到外部腔室515中。在图3中的实现方式示例中，这是连续可能的，也就是说，能够始终实现马达轴沿旋转方向的旋转。另一方面，在图4中的设计示例中，在外部部分510几乎完全旋转之后，锁定元件530可以再次变成被夹紧在另一内部腔室525与外部腔室515之间。
下面结合图5A、图5B、图6A、图6B、图7A和图7B描述锁定装置500的操作原理、即如何启用和停用旋转锁定以及如何特定地实现马达轴的旋转。例如，示出了具有单向旋转锁定的锁定装置500。然而，下面的描述也允许技术人员理解针对双向锁定装置的应用。
参照图5A，锁定装置500示出为处于外部腔室515和内部腔室525对准并且锁定元件530是被释放的或未被夹紧的状态。大体上，锁定元件530因此可以在内部腔室525与外部腔室515之间几乎自由地移动。
参照图5B，在外部部分510稍微逆时针旋转后，外部腔室515的边缘抵靠锁定元件530定位成使得由内部腔室525的形状部、即到圆筒形内部部分520的最大半径的平坦过渡部支承的该边缘将锁定元件530移动到外部腔室515中。因此，利用结合图3和图4描述的对锁定元件530的夹紧以及外部部分510和内部部分520相对于彼此的旋转的解决方案，由此锁定元件530径向地移动到接纳腔室中，旋转锁定被停用。
为了在旋转锁定装置在不夹紧的情况下被停用的同时实现马达轴110的顺时针旋转，锁定装置500设置成：锁定元件530被径向向外作用在该锁定元件530上的力保持在外部腔室中。
参照图6A和图6B，这可以例如通过借助于外部部分510的旋转运动在锁定元件530上产生离心力来实现。该离心力形成朝着用作接纳腔室的外部腔室515的方向径向地作用的偏转力。离心力或偏转力的大小设定成使得该离心力或偏转力大于沿相反的径向方向作用在锁定元件上的重定位力。这种重定位力可以例如通过锁定元件530上的重力或者通过例如由接纳腔室中的弹簧装置触发的弹簧力来实现，该弹簧力将锁定元件朝着至少一个内部腔室的方向按压。
参照图6A和图6B，示出了离心力将锁定元件530按压成抵靠接纳腔室的径向向外边界的状态。特别地，根据图6A中的图示明显的是，即使内部腔室525和外部腔室515彼此直接对准，也有效地防止了锁定元件530的夹紧并因此防止了旋转锁定装置的致动。
只为了完整起见，应该提到的是，比重定位力大的必要的离心力必定与锁定装置500或旋转的外部部分510的最小旋转速度相关联。因此，旋转的速度决定了锁定元件530是径向向外移动还是径向向内移动。平移运动、即沿着圆形件的圆周的平移运动不考虑在内。
图7A和图7B示出了锁定装置500的下述状态：其中，外部部分510以低于最小速度的旋转速度旋转的状态。因此，锁定元件530被重定位力径向向内地拉动或推动。
参照图7A，锁定元件530被尽可能地定位在内部腔室525中、即锁定元件530未被完全接纳。外部部分510顺时针旋转。图7B示出了这样的状态：在从图7A中的状态开始的相应的顺时针旋转之后，外部腔室515的边缘将锁定元件推动到内部腔室525中，从而使锁定元件530被夹紧在内部腔室525与外部腔室515之间。这相当于启用了旋转锁定。
在图7A中所示的状态下，锁定元件530处于下述锁定区域中：在该锁定区域中，旋转锁定可以被启用或者锁定元件530可以变成被夹紧在内部腔室525与外部腔室515之间。旋转锁定的实际启用是通过使外部部分510以足够低的旋转速度旋转而使得锁定元件530被带到如图7B中所示的锁定位置中来实现的。
当利用这种锁定装置500操作线性致动器时，将锁定元件530从锁定区域带到锁定位置的这种旋转可以通过控制马达使得马达轴的旋转引起外部部分510的旋转来主动地实现。替代性地或附加地，外部部分510的旋转也可以由轴向地作用在转换装置200上、例如作用在主轴-螺母系统上的力而引起，如果该轴向力在马达轴上产生逆动(retroactive)的旋转运动并因此在锁定装置上产生逆动的旋转运动的话。因此，可以说，如果自锁定程度低或不存在，则线性致动器可以设计成是自锁定的。
在这种情况下，如果锁定元件530通过马达的主动控制被带到图7A中所示的锁定区域中的位置，则会是有益的。例如，可以以此方式确保：轴向力对马达轴的反作用不会导致引起高于最小速度的旋转的加速旋转运动。因此，如果必要的话，可以接受线性致动器的短滑动，由此该短滑动对应于外部部分510的单次旋转的最大值。
然而，原则上也可以设置多个内部腔室525，使得直到锁定元件530到达锁定位置为止的最大旋转相应地缩短、例如在两个内部腔室的情况下被减半，依此类推。
例如，锁定装置500的外部部分510和内部部分520是圆筒形的。由于内部腔室525在目前为止所示的实现形式中决不会完全接纳锁定元件530，所以内部腔室525不是绝对必需具有沿轴向方向对内部腔室定界的底部或顶部。例如，内部腔室525因此可以作为连续的凹部在外表面上沿轴向方向延伸。
然而，接纳腔室、在目前为止所描述的示例中外部腔室515可以完全接纳锁定元件530，使得在轴向方向上的限制也是有益的。图8A和图8B示出了具有外部腔室515的相应的外部部分510的截面图的示例。在这些图示中，可以看出，外部腔室515不仅具有径向边界，而且在轴向方向上的至少一侧具有边界540，该边界540防止锁定元件530从腔室或锁定装置500掉出。特别地，图8A和图8B示出了：边界540径向向内倾斜、即朝向内部腔室径向倾斜。这意味着：锁定元件总是承受重力，特别是当屏障装置500的旋转轴线基本竖向于地球表面时总是承受重力，该重力用作重定位力并将锁定元件530朝向内部腔室拉动。这支持了这样的机制：锁定元件530在内部腔室525和外部腔室515彼此适当地对准时被带到锁定区域中或被最终带到锁定位置中。
图9A和图9B示出了锁定装置500的另外的实现方式，相比于上面描述的实现方式，在这些另外的实现方式中，使用了多于一个的锁定元件、例如两个锁定元件530。为此，锁定装置500具有位于外部部分中的两个外部腔室515，所述两个外部腔室515也作为接纳腔室、即对于锁定元件530中的每个锁定元件530有单独的接纳腔室。非接纳的内部腔室525的数量为至少一个，由此，图9A的设计确切地提供了一个内部腔室525，而图9B的设计确切地提供了两个内部腔室525。这些腔室优选地围绕圆形件的圆周均匀地分布，即，在这些示例中，这些腔室相对于彼此偏移180°。然而，通常可以有不同的分布。
在图9A的实现方式中，由于只有一个内部腔室525，因此锁定元件530中的一个锁定元件恰好可以在任何时候被带到锁定状态。在图9B的方案中，两个锁定元件530可以同时锁定。本领域技术人员从先前的描述中得出具有更多数目的接纳腔室和/或锁定元件的实现方式。
在上面描述的实现方式示例中，偏转力被产生作为离心力，该离心力必须克服重定位力以便保持锁定停用并允许马达轴的连续旋转。参照图10A和图10B，偏转力也可以由电磁体产生。为此，锁定装置500各自包括一个电磁体550，所述一个电磁体550包括线圈552和作为线圈552的芯的金属支架554，所述一个电磁体550产生作用在位于接纳腔室的区域中的锁定元件530上的相应的磁场。为此，例如，金属支架554的端部布置在接纳腔室的区域中。锁定元件530在这些设计中是具有磁活性(magnetoactive)的，即磁力在磁场的影响下作用在锁定元件530上。例如，锁定元件是含铁的。
图10A和图10B的实现方式的本质区别在于，图10A中的锁定装置500具有固定的外部部分510和旋转的内部部分520，而在图10B中，内部部分520固定并且外部部分510旋转。电磁体550在每种情况下均位于固定的部分中、即图10A的外部部分510中和在图10B的内部部分520中。
参照图10A，外部部分510包括外部腔室515，该外部腔室515作为可以完全接纳锁定元件530的接纳腔室。线圈552并且特别是金属支架554允许在接纳腔室515中产生吸引的电磁力，使得锁定元件530可以保持在接纳腔室中。因此，电磁力对应于偏转力，该偏转力抵消将锁定元件向内拉动的重定位力。换言之，代替先前示例实现方式的离心力，使用磁力或电磁力来实现马达轴的连续旋转。
这也适用于图10B中的实现方式示例，其中，接纳腔室由内部腔室525形成。同样，当电磁体被启用时，锁定元件530通过金属支架554被拉动到接纳腔室中。
在图10A的实现方式中，内部部分520具有三个内部腔室525，所述三个内部腔室525不能完全接纳锁定元件530并且因此可以各自促成锁定。该装置是双向锁定的。
类似地，图10B中的锁定装置500的实现方式具有仅一个接纳腔室525，但是具有许多外部外腔室515。在这种情况下，锁定装置500被设计成用于双向旋转锁定。
对锁定元件530的夹紧的释放以及进入接纳腔室中的径向运动以与用于基于离心力的设计的方式相同的方式来实施。为了在旋转锁定装置被停用时实现马达轴的旋转，代替离心力地，通过启用电磁体来产生电磁力，使得锁定元件530被持久地保持在接纳腔室中并且锁定元件530不能移动至锁定位置中。
图11A和图11B示出了当利用前面所描述的锁定装置500中的一个锁定装置500来操作线性致动器时的信号-时间图。在这些示例中，所使用的锁定装置构造成用于单向旋转锁定。特别地，锁定装置500被适配成使得：线性致动器的被称为向上方向的运动是持续可能的，而旋转锁定可以沿线性致动器的相反的向下方向被启用。
参照图11A，上图对应于沿向上方向的运动命令、比如用于高度可调节的桌子或床的沿向上方向的运动命令。中间图对应于由马达控制器产生的RPM控制，并且下图对应于线性致动器的相应的线性高度位置。在速度控制的情况下，可以看出，只要存在沿向上方向的运动命令，马达的旋转就根据线性致动器的向上运动而被控制。出于概观的原因，未示出可能的加速和制动斜线(ramp)。
一旦向上运动指令结束，锁定装置就会通过马达轴的旋转将锁定元件带到锁定区域中或直接带到锁定位置而被锁定。如上面所描述的，选定低于阈值n_th的速度、特别是就绝对值而言低于阈值n_th的速度。相应地，高度位置稍有变化。由于旋转锁定被启用，因此不可能立即沿向下方向进一步运动。
在图11B中，上图中示出了向下运动命令。在运动命令开始时，锁定装置500首先被解锁。为此，马达控制单元首先控制马达使得马达轴引起线性向上运动，该线性向上运动由在正方向上的低强度旋转运动表示。这将锁定元件530从夹紧中释放并将锁定元件530带至接纳腔室中。该向上运动也可以称为预备运动(run-up)。在预备运动结束时，锁定元件530位于接纳腔室中。然后开始沿旋转锁定可以起作用的旋转方向的实际向下运动。锁定元件在该运动开始前位于接纳腔室前方的特定的预备运动距离处。锁定元件在预备运动距离上被加速至大于阈值n_th的速度，使得所产生的离心力克服重定位力。锁定元件被保持在接纳腔室中并且不朝向内部腔室移动或脱落。锁定作用相应地保持停用。
在运动命令结束后，锁定装置被锁定。锁定类似于如图11A中所描述的在向上行进期间的锁定。
在图11A和图11B的图中，在运动命令的结束后立即进行锁定。替代性地，马达控制器可以在触发实际锁定前等待、优选地等待一小段时间。这例如可以减小由于方向的改变而引起的线性致动器上的机械载荷，这也可以对可调节家具的使用者的用户体验有积极影响。
图11A和图11B中的图主要涉及其中偏转力被产生为离心力的锁定装置的实现方式。然而，参照图10A和图10B中的具有电磁体的方案，本领域技术人员可以看到，即使采用这种设计也必需通过马达轴的受控制的反向运动来解锁锁定装置。特别地，马达控制单元控制马达使得锁定元件530在内部腔室525与外部腔室515之间的夹紧被释放。优选地将旋转执行至使得锁定元件可以通过启用电磁体而被拉动到接纳腔室中的程度。因而，从逻辑上讲，在解锁状态下的旋转速度是没有限制的。
为了锁定，锁定装置再次被对准使得锁定元件通过主动的马达运动和/或被动的力施加而位于锁定区域中并被带到锁定位置。
下面的图12至图15示出了关于马达装置100和锁定装置500如何于线性致动器内联接在一起以实现选择性的旋转锁定的不同变型。特别地，锁定装置500的元件仅示意性地示出，由此关于具体的实现方式形式参照先前的说明。马达装置100例如包括马达120和可选的齿轮箱130，该齿轮箱130特别地被设计为减速齿轮箱。马达轴110在所有设计形式中都是不可见的。在所示的实现方式中的每个实现方式中，外部部分510形成锁定装置500的转子，而内部部分520形成锁定装置500的定子。特别是在其中偏转力被产生为离心力的这种锁定装置中给出这种分配。在具有电磁体的变型中，内部部分520也可以被设计为锁定装置500的转子，而外部部分510也可以被设计为锁定装置500的定子。
图12示出了线性致动器的示例，在该线性致动器中，锁定装置500经由锁定装置的转子与转换装置的主轴210之间的旋转固定的连接而联接至马达轴110，其中，锁定装置500的定子附接至马达装置100的壳体。在所示的方案中，马达装置100的壳体对应于齿轮箱130的壳体，其中，如果齿轮箱130的壳体被省去，则锁定装置500的定子附接至马达装置120的壳体。出于概观的原因，未示出转换装置的除了主轴210以外的其他元件。
马达装置100的壳体以及如果可适用的话齿轮箱130的壳体例如具有圆筒形设计。锁定装置500原则上也可以一体化到这种壳体中。
在图13中所示的变型中，锁定装置500通过锁定装置500的转子旋转固定地连接至马达轴110而联接至马达轴110，其中，锁定装置500的定子附接至马达装置100的壳体、在此即马达120的壳体。出于概观的原因，转换装置200的除主轴210以外的其他元件也未在图13中示出。
马达壳体例如可以是圆筒形的。通常，马达壳体在一个侧部上是封闭的并且仅允许马达轴110穿过并被支承。在相反的侧部上可以设置有端盖。该端盖在定子、转子和其他马达部件已经于生产期间插入到马达壳体中之后将壳体封闭。锁定装置500可以安装在马达壳体内部，特别是安装在一个端部或两个端部附近。替代性地，锁定装置500可以是端盖的一体部分。
在图12和图13的两种构型中，技术人员容易看到的是，利用锁定装置500，外部的转子可以容易地由内部的转子代替，并且同时内部的定子变成外部的定子。
在图14的构型中，马达120具有外部转子122和内部定子124。锁定装置500与马达轴110的联接是通过将锁定装置的转子旋转固定地连接至外部转子122来实现的。作为锁定装置500的定子的内部部分520固定至马达120的内部定子124。再次出于概观的原因，未示出线性致动器的其他元件。与图13中的构型类似，锁定装置500也可以是端盖的一体部分，或者至少由这种端盖覆盖。
图15示出了其中锁定装置500安装在转换装置200的背向马达的部分上的构型。在这种情况下，例如，具有外螺纹的非旋转中空管附接至马达装置100或附接至齿轮箱130。第二中空管230的螺母接合在该外螺纹220中，从而在该螺母与第一中空管220之间形成连接部225。第二中空管230的旋转通过螺母和第一中空管220的外螺纹引起第二中空管230沿着第一非旋转中空管220的线性运动。马达旋转向第二中空管230的传动经由T形杆240与第二中空管230之间的旋转刚性的滑动连接来实现。该连接部250例如由第二中空管230内的花键和接合在该花键中的T形延伸杆240来形成。当该杆240旋转时，第二中空管230也旋转，这引起了第二中空管230沿着杆240的旋转轴线的线性移位。
在转换装置200的这种示例性实现方式中，例如，作为锁定装置500的转子的外部部分510附接至旋转杆240，而作为锁定装置500的定子的内部部分520附接至非旋转的第一中空管220。
概括地说，在这种构型中，锁定装置500通过锁定装置的转子旋转固定地连接至转换装置的旋转部件而与马达轴110形成在一起。定子附接至转换装置的非旋转部件。可以替代性地选择其他形式的转换装置。
如从图12至图15中的图示可以看出的，锁定装置可以位于马达壳体内部、即集成在马达中或者位于马达壳体外部。
根据前面描述的实现方式中的一个实现方式的线性致动器可以与马达控制器一起形成致动器系统。除了常规的控制功能之外，这种马达控制器例如还适于根据前面描述的方法来启用、停用旋转锁定以及保持旋转锁定被停用，以便实现连续的马达运动。这尤其包括：将马达控制成将锁定元件移动到锁定区域中且可选地将锁定元件主动夹紧，以及将马达进一步控制成释放该夹紧。
这种线性致动器或具有这种线性致动器的致动器系统可以用在各种不同的家具件中。特别地，这种家具件可以由桌子或其他桌家具形成，但是也可以由可调节的床形成，其中，例如床的脚部分和/或头部分是可调节的。另一应用例如是可调节的坐式家具和躺倚式家具、比如电视扶手椅等。
附图标记列表
1 桌家具
100 马达装置
110 马达轴
120 马达
122 转子
124 定子
130 齿轮箱
200 转换装置
210 主轴
220 中空管
225 连接部
230 中空管
240 杆
250 连接部
300 伸缩柱
400 控制单元
500 锁定装置
510 外部部分
515 外部腔室
520 内部部分
525 内部腔室
530 锁定元件
540 边界
550 电磁体
552 线圈
554 金属支架

Claims (21)

1.一种线性致动器，所述线性致动器用于调节家具件，所述线性致动器包括：
-马达(120)，所述马达(120)具有马达轴(110)；
-转换装置(200)，所述转换装置(200)联接至所述马达轴(110)并适于将由所述马达轴(110)产生的旋转运动转换成所述线性致动器的伸长；以及
-锁定装置(500)，所述锁定装置(500)直接或间接地联接至所述马达轴(110)并适于借助于锁定元件(530)选择性地引起所述马达轴(110)的旋转锁定；其特征在于，
-所述锁定装置(500)包括内部部分(520)和外部部分(510)，所述内部部分(520)具有至少一个内部腔室(525)，所述外部部分(510)径向环绕所述内部部分(520)并具有至少一个外部腔室(515)；
-所述外部部分(510)和所述内部部分(520)能够相对于彼此旋转成使得所述至少一个内部腔室(525)和所述至少一个外部腔室(515)能够彼此对准；
其中，
-所述至少一个内部腔室(525)布置为用于完全接纳所述锁定元件(530)的接纳腔室，而所述至少一个外部腔室(515)布置成用于不完全接纳所述锁定元件(530)；或者
-所述至少一个外部腔室(515)布置为用于完全接纳所述锁定元件(530)的接纳腔室，而所述至少一个内部腔室(525)布置成用于不完全接纳所述锁定元件(530)；
其中，
-所述旋转锁定通过借助于所述内部部分(520)和所述外部部分(510)相对于彼此的旋转将所述锁定元件(530)夹紧在所述至少一个内部腔室(525)与所述至少一个外部腔室(515)之间来启用；
-所述旋转锁定通过将所述内部部分(520)和所述外部部分(510)相对于彼此旋转成使得所述锁定元件(530)的所述夹紧被释放并且通过将所述锁定元件(530)径向移动到所述接纳腔室中来停用；并且
-所述马达轴(110)在所述旋转锁定被停用时的旋转是通过产生朝着所述接纳腔室的方向径向作用在所述锁定元件(530)上的偏转力来实现的，所述偏转力大于沿相反的方向径向作用在所述锁定元件(530)上的重定位力。
2.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，所述线性致动器设计成使得：当停用旋转锁定装置时，所述内部部分(520)和所述外部部分(510)相对于彼此的旋转能够通过所述马达轴(110)的受控制的旋转运动来实现。
3.根据权利要求2所述的线性致动器，其特征在于，当停用所述旋转锁定时，所述内部部分(520)和所述外部部分(510)相对于彼此的旋转的量小于360°。
4.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，所述重定位力由弹簧力或重力形成。
5.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，所述接纳腔室在轴向方向上的至少一侧上具有径向倾斜的边界(540)，借助于所述边界(540)，所述锁定元件(530)上的所述重定位力能够由重力实现。
6.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，所述线性致动器设计成使得所述偏转力将所述锁定元件(530)保持在所述接纳腔室中。
7.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，单独的所述转换装置(200)或与所述马达(120)组合的所述转换装置(200)不是自锁的。
8.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，由所述外部部分(510)和所述内部部分(520)组成的组中的一个部分形成联接至所述马达轴(110)的所述锁定装置(500)的转子，而所述组的另一部分形成所述锁定装置(500)的定子，并且其中，所述锁定装置(500)根据下述各项中的任一项联接至所述马达轴(110)：
-所述转子旋转固定地连接至所述马达轴(110)，所述定子固定至所述马达(120)的壳体或齿轮箱(130)的壳体；
-所述转子旋转固定地连接至所述转换装置(200)的主轴，所述定子固定至所述马达(120)的壳体或齿轮箱(130)的壳体；
-所述锁定装置(500)的所述转子旋转固定地连接至所述马达(120)的外部转子(122)，所述锁定装置(500)的所述定子固定至所述马达(120)的内部定子(124)；
-所述转子旋转固定地连接至所述转换装置(200)的旋转部件，所述锁定装置(500)的所述定子附接至所述转换装置(200)的非旋转部件。
9.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，所述锁定装置(500)适于持续性地使所述马达轴(110)能够沿第一旋转方向旋转并且适于选择性地实现沿与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向的所述旋转锁定。
10.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，所述锁定元件(530)设计为滚动体。
11.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，所述锁定元件(530)设计为球体。
12.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，
-所述外部部分(510)设计成围绕所述内部部分(520)旋转；
-所述至少一个外部腔室(515)形成为所述接纳腔室；以及
-所述锁定装置(500)布置成通过借助于所述外部部分(510)围绕所述内部部分(520)的旋转而引起的离心力来产生所述偏转力，其中，所述外部部分(510)的旋转速度大于阈值。
13.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，所述锁定元件(530)是磁活性的，并且所述锁定装置(500)包括电磁体(550)并且适于借助于所述电磁体(550)产生作为作用在所述锁定元件(530)上的电磁力的所述偏转力。
14.根据权利要求13所述的线性致动器，其特征在于，
-所述外部部分(510)设计成围绕所述内部部分(520)旋转，并且所述至少一个内部腔室(525)设计为所述接纳腔室；或者
-所述内部部分(520)设计成在所述外部部分(510)内部旋转，并且所述至少一个外部腔室(515)设计为所述接纳腔室。
15.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，还包括用于确定所述内部部分(520)和所述外部部分(510)相对于彼此的相对位置的测量装置。
16.一种致动器系统，其特征在于，所述致动器系统包括根据前述权利要求中的一项所述的线性致动器以及马达控制器，所述马达控制器构造成：
-通过控制所述马达(120)以使所述马达轴(110)旋转成使得所述至少一个内部腔室(525)和所述至少一个外部腔室(515)彼此对准成使得所述锁定元件(530)通过所述重定位力被移动出所述接纳腔室来实现所述旋转锁定的启用；并且
-通过控制所述马达(120)以使所述马达轴(110)旋转来停用所述旋转锁定。
17.根据权利要求16所述的致动器系统，其特征在于，所述内部部分(520)和所述外部部分(510)相对于彼此的旋转能够通过控制所述马达(120)以使所述马达轴(110)进行旋转运动和/或通过沿着所述伸长的方向对所述转换装置(200)施加力来实现，所述相对于彼此的旋转用于将所述锁定元件(530)夹紧在所述至少一个内部腔室(525)与所述至少一个外部腔室(515)之间。
18.根据权利要求16所述的致动器系统，其特征在于，所述马达控制器还构造成在所述旋转锁定被停用时实现使所述马达轴(110)能够旋转的所述偏转力的产生。
19.根据权利要求16所述的致动器系统，其特征在于，所述马达控制器安装至所述线性致动器或与所述线性致动器形成一体式单元。
20.一种家具件，其特征在于，所述家具件具有至少一个能够调节的部件并且具有用于调节所述部件的根据权利要求1至15中的一项所述的线性致动器。
21.一种家具件，其特征在于，所述家具件具有至少一个能够调节的部件并且具有用于调节所述部件的根据权利要求16所述的致动器系统。
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