CN215897491U - 致动器系统和家具件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及致动器系统和家具件，致动器系统特别地用于调节家具件，该致动器系统包括：马达，该马达具有由马达驱动的、依赖于彼此的旋转轴的系统；转换装置，该转换装置包括旋转轴中的一个旋转轴并且布置成将该轴的由马达产生的旋转运动转换成致动器系统的伸长。致动器系统还包括具有至少一个可再充电能量存储装置的制动装置，能量存储装置布置成在制动阶段期间向控制器和制动装置供应能量。制动装置适于使旋转轴中的一个旋转轴的旋转运动的速度降低。致动器系统还包括：锁定装置，锁定装置联接至旋转轴中的一个旋转轴且适于选择性地使该轴的旋转锁定；以及控制器，该控制器用于控制马达、制动装置和锁定装置。

Description

致动器系统和家具件

技术领域

本公开涉及致动器系统、包括这种致动器系统的家具件以及用于控制这种致动器系统的方法。

背景技术

可调节家具在办公家具领域和家居领域中都是众所周知的。办公家具领域中最常见的设计是例如可电动调节桌子或可电动调节椅子，而在家居领域中，可电动调节的床、座椅家具或斜倚家具是众所周知的。

调节通常由内置到桌子的一个或更多个柱中或者内置到床、座椅家具或斜倚家具的框架中的线性致动器或类似的致动器系统执行。

这些致动器通常由电动马达和转换装置形成，其中，电动马达驱动马达轴，转换装置将轴的旋转转换成致动器的线性移位。例如，主轴-螺母系统用作这样的转换装置，其中，主轴通过马达轴经由齿轮箱被驱动并且引起螺母的线性移位。以桌子为例，那么这导致桌面的升高或降低。

然而，为了确保例如通过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的反向旋转，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高到足以产生自锁。然而，自锁的程度也决定了致动器的效率。因此，与具有低程度自锁或不存在自锁的致动器相比，具有高程度自锁的致动器的线性调节必须花费更多的能量。因此，在常规的线性致动器和类似的致动器系统情况下，必须在可接受的效率与需要的自锁之间进行权衡。

在自锁式线性致动器中，自锁的程度通常选择成使得线性致动器在电源电压故障的情况下保持例如带负载或不带负载的桌面的载荷。如果在载荷移动时发生电源电压故障，则自锁将载荷制动至停止。然而，为此所需的自锁导致效率大幅降低。替代性地，致动器构建成几乎不具有自锁，但是它们必须具有附加的制动装置和/或保持装置。然而，事实证明，在电力故障的情况下于例如较重或负载较重的桌面向下运动或快速磨损期间，保持装置不能实现可靠的锁定功能。

实用新型内容

待解决的一个目标是提供一种改进的致动器系统构思，该致动器系统构思克服了常规解决方案的局限性。

该目标通过本实用新型的一方面来解决。设计和进一步的改进在本实用新型的其他方面进行描述。

改进的致动器构思是基于以下见解：提供一种具有高效率的用于可电动调节的家具、特别地用于可电动调节的桌子或床的非自锁式致动器系统，该非自锁式致动器系统具有制动机构和锁定机构。一方面，这些机构确保对家具件的可调节部件的安全调节，并且另一方面，它们实现了在不执行调节时安全保持可调节部件。改进的致动器构思还基于以下见解：特别地在电源电压故障的情况下，至少部分地向制动机构供应来自可再充电的能量存储装置的能量，以便于减慢对可调节部件的调节使得实现对于锁定机构的无磨损和可靠操作而言并非临界的调节速度。

根据改进构思的致动器系统包括：马达，该马达具有由马达驱动的、依赖于彼此的旋转轴的系统；以及转换装置，该转换装置包括旋转轴中的一个旋转轴，并且该转换装置布置成将该轴的由马达产生的旋转运动转换成致动器系统的伸长。此外，致动器系统包括制动装置，该制动装置包括至少一个可再充电的能量存储装置，能量存储装置布置成在制动阶段期间向控制器和制动装置供应能量，制动装置布置成使旋转轴中的一个旋转轴的旋转运动的速度降低。致动器系统还包括：锁定装置，该锁定装置联接至旋转轴中的一个旋转轴并且适于选择性地实现轴的旋转锁定；以及控制器，该控制器用于控制马达、制动装置和锁定装置。

因此，改进的驱动构思提出选择性地制动或选择性地取消对驱动侧、比如轴的运动的制动作用，以便于选择性地制动或最终地阻挡轴的旋转并且因此阻挡所联接的轴的旋转。这种制动作用既可以针对轴的两个可能的旋转方向提供，也可以替代性地仅沿选定的旋转方向提供，而第二旋转方向可以不受阻碍。在具有由马达驱动的、依赖于彼此的旋转轴的系统的马达中，为此设置有制动装置，该制动装置包括旋转轴中的作为制动器轴的一个旋转轴。

制动装置可以通过相应地控制马达来产生电动制动作用，以便于以受控的方式对马达轴的旋转运动进行制动。替代性地，制动作用也可以通过机械制动器实现。

电动制动器的示例包括：涡流制动器、在制动期间驱动马达用作发电机的电动制动器、由马达产生的电流经由电阻器被转换成热的电阻制动器或短路制动器、通过使能量供应器的极性反向来制动电动马达的反向电流制动器、以及使用直流电流制动电动马达的直流制动器。

申请人的DE 10 2020 100 439描述了一种机械制动装置的可能示例，该机械制动装置包括形成在制动器轴与相关联的制动器壁之间的至少一个制动器腔室，该制动器壁的壁表面大致平行于制动器轴的旋转轴线，并且对于每个制动器腔室，在制动器腔室中布置有制动器本体。为了实现选择性的制动作用，制动器腔室具有至少两个区域，即：一个区域，在所述一个区域中，制动器本体安装成使得制动器本体不与制动器轴接触并且因此不产生制动作用；以及另一区域，在所述另一区域中，制动器壁与旋转轴线之间的径向距离减小，并且所述另一区域中，制动器本体可以与制动器壁和制动器轴形成摩擦接触。因此在后一区域中，制动作用随着制动器轴或旋转轴线与制动器壁之间的距离减小而增大。

旋转轴系统例如由马达轴和减速器的齿轮轴形成，其中，马达轴刚性地连接至马达的转子，齿轮轴在输入侧上联接至马达轴并且在输出侧上联接致转换装置的主轴。因此，该主轴也是旋转轴系统的部件。在替代性实施方式中，例如在直接驱动的情况下，主轴也可以直接地联接至马达轴，或者替代性地与马达轴相同。在后者情况下，旋转轴系统将仅由一个轴、即马达轴构成。制动器轴基本上可以由旋转轴系统中的任何轴形成。

此外，改进的驱动构思提出选择性地锁定驱动侧、比如马达轴的运动，从而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提供旋转锁定，或者替代性地，可以仅沿选定的旋转方向提供旋转锁定，而第二旋转方向不受阻碍。为此，致动器系统设置有锁定装置，该锁定装置联接至线性致动器的从动轴、例如联接至马达轴并且包括锁定元件，锁定元件布置成选择性地阻挡或抑制从动轴沿至少一个方向的旋转运动。该轴可以与马达一起布置在共同的壳体中，或者可以与马达分开。

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声而使线性致动器的噪声降低。

申请人的DE 10 2019 113 111描述了一种锁定装置的可能示例，为此该锁定装置包括至少一个锁定元件、具有至少一个内部腔室的内部部分以及径向地环绕该内部部分且具有至少一个外部腔室的外部部分，其中，内部腔室和外部腔室可以通过旋转而相对于彼此对准。这两个腔室构造成使得锁定元件可以被夹持在内部腔室与外部腔室之间以启用旋转锁定。

致动器系统例如包括线性致动器，该线性致动器布置成将马达轴的旋转运动转化成线性致动器的部件的伸长。例如，马达轴的旋转运动被转化成对可调节桌子的桌面的高度进行调节。

控制系统可以是致动器的部件，即它可以被设计为中央控制系统或者它可以被设计为分散式控制系统并且位于致动器外部。电力供应器、例如外部市电电压为家具系统的可调节部件供应能量，即，至少为马达和控制装置以及致动器系统的制动装置和可能的锁定装置供应能量。电力供应器具有用于联接至外部电压源的市电连接。

制动装置的可再充电的能量存储装置可以集成到电压供应器中。替代性地，可再充电的能量存储装置设计为具有其自身的壳体的单独部件，该单独部件例如可以可选地连接至电力供应器并且因此也可以进行改装。如有必要，能量存储装置具有该能量存储装置自身的电力供应连接，例如，由5V USB电力供应单元实现。

市电电压故障的前述情况对于制动装置和锁定装置的操作而言特别成问题。在市电电压的供应不存在的情况下，不可能进行受控制动。为了解决这个问题，根据改进构思的致动器系统包括所述可再充电的能量存储装置。所述可再充电的能量存储装置布置成至少向控制系统和制动装置供应电压，以使甚至在不存在市电电压的情况下也可以进行受控制动，使得包括例如机械锁定机构的锁定装置可以实现轴的旋转锁定。可选地，可再充电的存储装置进一步适于还向锁定装置供应电压。

在制动持续时间内并且例如仅当不存在市电电压时，从制动装置的能量存储装置汲取能量。然而，如果轴的旋转运动未被制动装置降低至静止，而是仅达到对保持装置而言并非临界的一定旋转速度，则能量汲取的持续时间也可以被进一步降低。在上下文中非临界是指轴的旋转运动的速度达到下述速度：在该速度处，锁定装置可以可靠地触发旋转锁定。

在至少一个实施方式中，控制器布置成对市电电压的故障进行检测并且当市电电压存在故障时在制动阶段期间建立从能量存储装置至制动装置的能量供应。

如果控制器检测到没有可用的市电电压，但也没有载荷在移动，即，没有正在对家具的可调节部件进行调节，则不需要通过制动装置进行制动，并且因此不需要使用来自能源存储装置的能源进行供应。

在至少一个实施方式中，控制器还配置成检测在市电电压故障时对旋转运动的预定制动作用是否是由重力引起的。此外，在这种实施方式中，控制器设定成如果重力下降至低于预定制动作用，则在制动阶段期间建立从能量存储装置至制动装置的能量供应。在这种情况下，预定制动作用与将速度降低至低于阈值所需的制动作用相对应。

例如，在电力故障的情况下，控制器测量可调节部件的调节是否在不被制动装置制动的情况下减慢。例如，如果作用在可调节桌面或床的可调节部件上的重力使高度调节减慢或完全制动高度调节，则可能是这种情况，其中，高度调节大致平行于重力或具有与桌面的重力平行的至少一个分量。特别地，在这种情况下，重力在电压供应器禁用时使桌面上升减慢。因此，重力使该运动减慢并且不需要主动制动。在这种情况下，则不需要使用来自能量存储装置的能量进行供应，这是因为通过重力进行的制动足以实现旋转运动的下述速度，在该速度处，旋转锁定的启用并非关键。

在至少一个实施方式中，控制器设定成在制动阶段的第一部分阶段期间使马达以发电机模式操作，在第一部分阶段中，利用产生的制动能量对能量存储装置进行充电。此外，在制动阶段的第二部分阶段期间，控制器设定成使用来自能量存储装置的能量将旋转运动的速度降低至低于阈值的值。

这种设计实现了再生制动的原理，该原理例如在汽车工业中是已知的，由此动能通过电动马达被转换回电能。在这种情况下，马达用作发电机并且在称为回收阶段的第一部分阶段期间使用该能量对能量存储装置进行充电，并且可选地对控制系统和制动装置进行供应，特别是在市电电压故障的情况下。换句话说，在第一部分阶段中使用电动发电机制动器的原理，即，运动质量的动能或位能被转换成电能。通过从该运动汲取能量，电动马达被制动，并且因此由电动马达驱动的轴被制动。同时，使用该能量对能量存储装置进行充电。

然而，在轴的特定速度下，通过马达作为发电机而产生的能量不再足以对能量存储装置进行充电或对控制系统和制动装置进行供应能量，并且因此保持受控制动。因此，在可以称为主动制动阶段的第二部分阶段中，使用来自能量存储装置的附加能量，该能量存储装置在来自市电电压的电压故障之前或在回收阶段期间由马达进行充电。

在至少一个实施方式中，控制器还配置成在电力供应器故障的情况下使用来自能量存储装置的能量来使旋转运动的速度降低。

特别地，如果外部电压供应器故障，则在第二部分阶段期间利用来自能量存储装置的能量来完成制动过程。这样确保旋转运动的受控制动，以便于实现对于锁定装置的操作或启用而言并非临界的旋转速度。

在至少一个实施方式中，控制器还适于在第二部分阶段期间使用来自能量存储装置的能量来改变马达端子电压，以降低旋转运动的速度。

在至少一个实施方式中，控制器还配置成使马达端子电压反向。

在至少一个实施方式中，控制器还配置成连续地增大和减小马达端子电压。

可以通过改变马达的端子电压来引起制动作用。可以改变端子电压的电平，或者可以使极性反向。优选地，连续地改变电压以便于连续地制动该马达。使电压的极性反向对应于逆流制动的原理。

在至少一个实施方式中，控制器还适于在第二部分阶段期间使用来自能量存储装置的能量来建立制动电阻器与马达之间的连接。

替代性地或附加地，所供应的能量可以用于将电阻器连接至马达并且因此将能量转换成热。例如，切换继电器以将电阻器连接至马达。在市电电压故障的情况下，来自能量存储装置的能量可以用于切换继电器。这对应于短路制动或电阻制动的原理。短路在上下文中是指具有较低电阻的制动电阻器。

在至少一个实施方式中，制动装置包括机械制动器，并且控制器还布置成在第二部分阶段期间使用来自能量存储装置的能量来建立机械制动器与致动器系统的轴的摩擦连接。

替代性地或附加地，来自电池供应的能量可以用于致动机械制动器。

在至少一个实施方式中，控制器配置成检测旋转运动的速度是否大于阈值以及将制动装置控制成使得旋转运动的速度降低至低于阈值的值。

在至少一个实施方式中，阈值与锁定装置的旋转运动的非临界速度相对应。

例如，控制系统可以检测旋转运动的当前速度并且通过制动装置启用制动，除非检测到的速度已经低到足以使得锁定装置即使在没有制动装置的附加制动情况下也可以可靠地锁定旋转运动。阈值可以与锁定装置可进行非临界操作的速度相对应。阈值例如可以为零。

在至少一个实施方式中，能量存储装置具有小于或等于5V的电压。

在至少一个实施方式中，能量存储装置包括一个二次电池、特别地包括单个二次电池。

二次电池是不能进一步分开的单个存储元件。二次电池是蓄电池的部件，在该部件中，电能的永久存储可以通过施加外部电压借助于化学反应而成为可能。蓄电池和二次电池呈电力供应中的可再充电能量存储装置的形式。

由于仅在相对较短的时间段内、特别地仅在由制动装置进行的制动过程的至少部分阶段期间才需要来自可再充电的能量存储单元的能量，并且仅对控制单元和制动装置进行供应，因此不需要由大量二次电池构成的蓄电池。而是，在市电电压故障的情况下，单个二次电池可能足以执行受控制动操作。通常，制动需要大约10W至15W的功率。相反，例如调节桌面的高度通常需要约100W至200W的功率。因此，仅具有单个二次电池的设计不同于常规系统，常规系统使用不间断的电力供应来操作可调节家具，并且因此需要较大的能量存储装置、比如大的可再充电电池。

在至少一个实施方式中，能量存储装置包括并联连接的二次电池。

由于蓄电池是串联连接和/或并联连接的一组二次电池，因而充电电路通常是复杂的并且如果充电电路较差还会存在风险。在这样的装置中，必须注意确保蓄电池中的所有电池均能适度地被均匀地充电，以防止各个电池的过度充电或深度放电。尽管并联连接的二次电池仍相对地容易处理，但串联连接的二次电池充电更为复杂。

就温度和充电状态而言，单个二次电池或并联连接的多个二次电池可以被较好地控制。用于这种阵列的充电电路可以例如通过充电IC或替代性地通过简单的恒定电压方法来实现。

在至少一个实施方式中，能量存储装置包括锂电池。

典型的锂电池的标称电压小于5V，特别地每个电池约3.6V至3.7V。因此，具有相同标称电压且具有较高容量的并联连接的单个锂电池或多个个锂电池非常适合于例如通过马达的发电机操作来快速地充电。通常，在100ms至200ms的发电机操作中会产生约5W至15W。替代性地，锂电池可以通过致动器系统的电力供应器、例如通常的5V USB电力供应器被充电。

在至少一个实施方式中，能量存储装置包括超级电容器。

作为二次电池的替代性方案或与二次电池组合地，能量存储系统可以包括超级电容器(supercapacitor)。也称为超电容器(ultracapacitor)，超电容器是电化学电容器并且因此是双层电容器的进一步发展。与相同重量的蓄电池相比，超级电容器的能量密度为蓄电池的仅约10％，但是超级电容器的功率密度是其约10倍至100倍大。因此，它们与二次电池相比充电和放电更快并且还可以承受显著更多的切换循环。

超级电容器的标称电压在大约2V至4V之间，并且因此与锂电池处于大约相同的范围内。另外，超级电容器在mΩ范围内具有相似的内部电阻。这种较低的内部电阻允许汲取较大的电流。

在至少一个实施方式中，能量存储装置的功率容量小于100W、特别地在10W至20W的范围内。

在至少一个实施方式中，能量存储装置的能量容量小于操作马达所需的能量。

能量存储装置仅设定成在市电电压故障的情况下确保由制动装置进行受控制动过程。为此，规定的功率容量足以向控制单元和制动装置供应电压。特别地，能量存储装置不设定成针对调节家具的可调节部件提供足够的能量。

在至少一个实施方式中，制动装置包括电压转换器。

由于单个二次电池或超级电容器的低电压、例如小于5V以及可电动调节的家具系统通常需要的较高电压、例如约20V或更高，因此使用电压转换器级来相应地提高能量存储装置的电压。这种电路例如实现为升压 (boost)转换器、升高型(step-up)转换器或推挽转换器。

电压转换器级消除了对电池串联连接的需要，原本需要电池的串联连接来实现所需的较高电压。同样地，节省了复杂的充电电路以防止能量存储装置的二次电池和/或超级电容器的深度放电或过度充电。

在动能被发动机的发电机操作使用以对能量存储装置进行充电的实施方式中，为此也可能需要相应的电压转换器、例如降压(buck)转换器。替代性地，代替单向电压转换器地，可以针对能量流的每个方向使用对应的双向转换器。

在至少一个实施方式中，制动装置包括构造成与马达轴形成摩擦连接的制动器本体。

在至少一个实施方式中，制动装置布置成通过回收动能来降低旋转运动的速度。

在至少一个实施方式中，锁定装置包括构造成在锁定装置中形成形状配合式连接的锁定元件。

在至少一个实施方式中，致动器系统包括旋转轴的系统，其中，马达轴是旋转轴的系统的一部分，并且该马达适于相互依赖地驱动旋转轴。

在各种实施方式中，控制器附接至线性致动器或与线性致动器形成一体单元。替代性地，控制器也可以与线性致动器分开地布置。

根据改进的致动构思，还提出一种家具件，该家具件具有至少一个可调节的部件并且具有根据所描述的实施方式中的一个实施方式的用于调节该部件的致动器系统。这样的家具件例如为桌子、床或可调节的座椅家具和斜倚家具。

改进的驱动构思还涉及用于控制根据所描述的实施方式中的一个实施方式的致动器系统的方法。例如，该方法包括以下步骤：使用控制器来控制马达、制动装置和锁定装置；以及在制动阶段期间，向控制器和制动装置供应来自可再充电的能量存储装置的能量。

在该方法的各种实施方式中，该方法还包括：检测线路电压的故障；并且在制动阶段期间当线路电压故障时建立从能量存储装置至制动装置的电力供应。

该方法的其他实施方式直接从结合制动器系统并且特别地结合可再充电的能量存储装置的描述所阐述的各种实施方式中得出。

附图说明

在下文中，通过参照附图借助于示例性实施方式对改进的概念进行详细说明。在功能上相同的或具有相同作用的部件可以给予相同的附图标记。相同的部件或具有相同功能的部件可以仅参照这些部件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示出了可电动调节家具件的示例；

图2示出了线性致动器的示意图；

图3至图8示出了示意性框图，其图示了根据改进的构思的致动器系统中的能量流；以及

图9示出了根据改进的构思的致动器系统中的旋转运动速度和能量平衡的示例性时间进程。

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，该家具件设计为高度可调节的桌子。桌子具有桌面1，桌面1的高度可以借助于致动器系统来调节，在这种情况下借助于由马达装置100和转换装置200、例如主轴- 螺母系统形成的线性致动器来调节。转换装置200布置成将由马达装置 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。线性致动器布置在可伸缩柱300中。马达装置100连接至控制单元400，通过控制单元400，用户可以例如输入用于桌子的行进命令以实现高度调节。另外，致动器系统包括连接至马达装置的可再充电的能量存储装置500。此处，能量存储装置500形成为独立的单元。替代性地，可再充电的能量存储装置500可以集成到马达装置100中。

图2示出了线性致动器的立体图，该线性致动器由马达组件100和作为转换器组件200的示例的主轴-螺母系统形成。马达组件100具有旋转轴、例如来自旋转轴的系统的轴，该旋转轴机械地联接至主轴-螺母系统，主轴-螺母系统将旋转运动转换成线性致动器的伸长或线性移位。代替主轴-螺母系统，也可以使用另一类型的转换装置200，该另一类型的转换装置200联接至轴并且布置成例如基于线缆牵拉将由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沿马达轴的纵向方向进行。

在各个实施方式中，控制器或致动器控制器可以集成到控制单元400 中，或者与控制单元分开地集成在其自身的壳体中或者集成在线性致动器 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到足以克服存在的摩擦时，发生相反情况并且线性运动被转换成旋转运动。这通常是不期望的作用。尽管不论主轴的取向如何都会产生这种作用，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。

例如在常规的线性致动器和致动器系统中，这种作用发生在具有竖向可调节的桌面的桌家具中，其中，桌面的载荷经由机构传递至致动器。在某些情况下，这种作用还会在运输桌子期间将桌子在桌面处抬起的情况下发生。会触发后退驱动或向下滑动的力例如由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。

已经发现，线性致动器的效率是主轴是否将采取反向驱动或滑移的主要指标。效率越高，主轴或线性致动器越有可能在施加轴向力、即沿着长度变化的方向的力时滑移。

具有主轴-螺母系统的线性致动器的效率特别地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：具有较高螺距例如每转20mm而非每转5mm的主轴具有更高的效率并且因此更易滑移。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。

在各个实施方式中，线性致动器的马达可以直接地驱动转换装置或者借助于中间的减速齿轮来驱动转换装置。这种减速齿轮也可以集成到马达中，在这种情况下马达可以称为带齿轮马达。如果由马达、可选的齿轮箱和转换装置构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或润滑螺距角等而是自锁的，或者如果该主轴结合减速齿轮箱和/或马达是自锁的，则这种线性致动器是自锁的。就马达而言，例如，由于碳刷、轴承或磁启动扭矩引起的摩擦会影响自锁。

高度自锁会降低线性致动器的整体效率，从而需要更大且更昂贵的马达。

根据改进的致动器构思，提出给非自锁式致动器系统配备制动装置和锁定装置。如果例如在桌子腿部中的致动器不具有自锁并且也没有被锁定装置锁定，则桌面的重力将立即使致动器向下加速。因此，在没有锁定装置的情况下，在致动器中马达始终需要与重力相反的扭矩。由于扭矩而产生的力等于重力。马达的扭矩与马达电流成比例，马达电流由马达端子处的电压产生。

例如，如果要使桌面降低，则必须首先减小马达的扭矩。这会导致马达加速。然而，为了使马达不会连续地加速而是在加速后以恒定速度向下移动，扭矩被再次增大至使得因扭矩产生的力与重力相对应的程度。通过增大电流和由此产生的扭矩，马达被最终减速。

在申请人的DE 10 2020 100 439中描述了机械制动装置的示例。作为基本原理，这种制动装置基于摩擦锁定原理，该制动装置可以被选择性地启用和停用，并且例如使得能够自动地增加致动器系统的自锁。

根据改进的驱动构思，还提出为线性致动器设置锁定装置，该锁定装置直接或间接地联接至马达的马达轴，并且适于选择性地借助于至少一个锁定元件来实现马达轴的旋转锁定。

在申请人的DE 10 2019 113 111中描述了锁定装置的示例。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，因此不需要自锁式驱动装置以避免滑移。因此，需要来自马达的动力较少，这导致成本较低并且特别地在省去减速器时还降低了所需的线性致动器安装空间或体积和/或重量。省去减速器也消除来自线性致动器的不希望的噪声源。

为了致动器系统的操作，马达装置100除了例如包括控制器101、马达102、制动装置103和可再充电的能量存储装置500——尽管控制器101、马达102、制动装置103和可再充电的能量存储装置500此处示出为单独的元件以便更好地图示，但是它们都与制动装置相关联——之外还包括电力供应器105，电力供应器105连接至外部电压供应器600，例如连接至市电电压。根据改进的构思，可再充电的能量存储装置500布置成至少向控制系统以及制动装置103供应电力电压，特别地存在供应故障的情况下经由外部电压供应器600至少向控制系统以及制动装置103供应电力电压，使得执行受控的制动过程，并且锁定装置104可以可靠地启动旋转锁定。以下附图借助于电路草图来图示改进的构思。

马达102是常规的DC马达，但是替代性地可以是三相马达、比如三相BLDC马达。

例如，制动装置103通过适当地驱动马达102来产生电动制动作用。例如，制动装置103在H电路中具有端子，该H电路包括例如四个开关，其中马达102布置在所述四个开关之间，并且在中间电路中具有缓冲电容器。在这种情况下，控制器101经由对H电路的开关进行适当PWM控制而从DC链路电压产生期望的端子电压和电压方向。

马达102的速度依赖于端子电压。为了实现期望的速度，控制器101 使端子电压改变直到达到期望的速度。如果需要低于0的端子电压才能达到一定速度，则马达处于发电机模式，即内部马达电压高于电阻器两端的电压。由于内部电压依赖于速度，因此马达从一定速度进入发电机模式，并且该速度与马达电阻成比例。这意味着电阻越低，发电机操作开始的速度就越低。

当马达102减速时，速度减小并且因此产生的内部电压减小。因此，控制器101必须提高端子电压。一旦端子电压变得大于0，马达102就退出发电机操作。现在，用以进一步增大端子电压的能量来自DC链路电压。

当端子电压为负时，即马达102处于发电机模式，该电压将对DC链路的缓冲电容器进行充电。为了避免将DC链路电压增大至高于最大值、例如30V，使用该能量对可再充电的能量存储装置500进行充电。

如果发动机离开发电机模式，则缓冲电容器进行放电。DC链路电压开始下降，控制器101对此进行检测并且使用可再充电的能量存储装置 500对电容器进行充电并保持DC链路电压。

例如，如果可再充电的能量存储装置500具有小于5V的标称电压，则在5V与DC链路电压之间需要双向电压转换器。

如果在马达活动期间市电电压故障，可以通过由马达102产生的电压对DC链路缓冲器进行充电来保持DC链路电压。一旦该能量不足或根本没有产生能量，DC链路电压就会开始降低。控制器101对此进行检测，并且使用可再充电的能量存储装置500以使用其再次向缓冲器供应能量。因此，DC链路电压在市电电压故障时以及在市电电压存在时都是可用的。在这两种情况下都可以以相同的方式执行制动。

图3至图8示意性地图示了在各种状况下致动器系统内的电力流。特别地，图3示出了在存在外部电力供应器600时致动器系统的正常操作。由外部电力供应器600供给的电力供应器105向控制器101供应电力以及例如经由控制器101向马达102供应电力。为清楚起见，该框图未明确地示出制动装置103和锁定装置104。例如，制动装置103和锁定装置104形成为控制器101和/或马达102的一体部件。因此，如果需要，制动装置103和锁定装置104经由控制器01被供以电压。

在图3中，箭头指示在这种状况下可再充电的能量存储装置500连接至电力供应105并且由电力供应105进行充电。例如，能量存储装置500 包括并联连接的一个或更多个二次电池和/或并联连接的一个或更多个超级电容器。在该布局中，没有能量从能量存储装置500传递到致动器系统的其他部件。

图4示出了类似于图3中的致动器系统的替代性致动器系统，但是不同之处在于，此处，能量存储装置500直接由外部电力供应器600进行充电。这例如经由独立的电源、比如集成到能量存储装置500中的另一电力供应器来完成。例如，能量存储装置500包括能量存储装置500自身的5 V电力供应器。

图5示出了根据图3或图4的致动器系统中的示意性电力流，其中，外部电力供应600是不可用的。例如，电力供应器600已经故障。如果该故障发生在对家具的可调节部件进行调节期间，并且马达102的马达轴在电力故障时处于运动中，则这被控制器101检测到并且由制动装置103启动对马达轴的旋转运动的受控制动，使得最终锁定装置104可以启动对马达轴的旋转锁定。

图5示出了在制动阶段的第一部分阶段、即所谓的回收阶段期间的示例性能量流。只要马达102或马达轴具有一定的最小速度，就可以使用在马达102的发电机模式下的动能以例如经由控制器101通过回收来操作控制器101和制动装置103。该原理例如从汽车工业已知，在汽车工业中，该原理用于具有混合动力驱动的车辆。类似地，可以消耗马达102的动能来对能量存储装置500进行充电。

由于马达102的操作电压例如20V通常高于给能量存储装置500充电所需的电压例如5V，因此在马达102与能量存储装置500之间联接有电压转换器106。

图6示出了在制动阶段的第二部分阶段、主动制动阶段期间的示例性能量流。一旦马达102或马达轴的速度太低而不能操作控制器101和制动装置103，则这被控制器101检测到并且切换至作为能量源的能量存储装置500。类似于电压转换器106，另一电压转换器107将能量存储装置500 的电压例如5V转换成操作控制器101和制动装置103所需的电压。能量存储装置500的能量容量由此定容量为使得可以执行旋转运动的受控制动过程并且实现对于锁定装置104的操作而言并非临界的速度。特别地，能量存储装置500的能量容量不足以操作包括马达102在内的整个致动器系统。

图7示出了类似于图5中的致动器系统的替代性致动器系统，但是不同之处在于，此处，在第一制动阶段、即回收阶段期间，用于对控制器 101和制动装置103进行供应的能量也来自能量存储装置500。另外，仅在第一制动阶段期间，能量存储装置500同时通过马达102的动能被充电。代替两个单向电压转换器106、107，可以替代性地使用双向电压转换器。

图8示出了致动器系统的变型，其中，在发电机模式下于整个制动阶段期间仅对控制器101和制动装置103进行供应，并且没有充电能量可用于能量存储装置500。在这种情况下，能量存储装置500仅利用外部电力供应器600的市电电压进行充电，并且能量存储装置500在市电电压故障的情况下为下述切换操作供应能量，该切换操作产生马达短路并且因此导致旋转运动被制动。在这种情况下，动能经由马达绕组的电阻而以热形式被释放。

图9示出了在桌面1的向下运动以及随后的制动过程期间旋转运动的速度的时间曲线和能量平衡的时间曲线。上图图示了作为时间的函数的速度曲线，而下图图示了向控制器101和制动装置103供应的能量的曲线。

在时间t＝0处，桌面已经以恒定速度向下移动，该恒定速度在图中由负速度表示。在时间t1处，由制动装置103进行的制动过程开始。在时间t3处，制动过程完成并且桌面1处于静止位置。从下图可以看出，在 t＝0与t2之间，所供应的能量为负，即马达以发电机模式操作并且能量被释放，以例如对能量存储装置500进行充电并且向控制器101和制动装置103供应足够的电压。如果马达102的动能不再足以向控制器101和制动装置103供应足够的电压，即马达102或马达轴的速度太低，则必须从能量存储装置500供应能量以继续由制动装置103进行制动。

在该示例中，在旋转运动已经被完全地减速之后，在t3与时间t4之间仍然向控制器101和制动装置103供应刚好足够的能量以保持马达，使得锁定装置104可以可靠地启用旋转锁定，启用旋转锁定可能需要一些时间，并且可以不必是即时的。例如，锁定装置104的接合可以花费数百毫秒。如果在此期间马达轴再次开始移动，这可能导致接合过程失败。替代性地，在t3与t4之间，马达轴仍然可以足够缓慢地旋转以允许锁定装置 104的锁定元件进行接合。

根据前面描述的实施方式中的任一实施方式的线性致动器可以与控制器一起形成致动器系统。除了常规的控制功能之外，这种控制器例如根据前面描述的程序设定成启用旋转锁定、停用旋转锁定以及保持旋转锁定被停用，以便使得能够实现连续的马达运动。这特别地包括：将马达控制成使锁定元件移动到锁定区域中并且可选地将锁定元件主动地夹紧、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以各种方式用在在各种不同的家具件中。特别地，这些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床形成，在可调节床中，床的脚部部分和 /或头部部分例如是可调节的。另一应用例如是可调节座椅家具和斜倚家具、比如电视扶手椅等。

附图标记列表

1 桌面

100 马达装置

101 控制器

102 马达

103 制动装置

104 锁定装置

105 电力供应

106、107 电压转换器

200 转换装置

300 可伸缩柱

400 控制单元

500 能量存储装置

600 外部电压供应器。

Claims (22)

1.一种致动器系统，所述致动器系统用于调节家具件，其特征在于，所述致动器系统包括：

-马达(102)，所述马达(102)具有由所述马达驱动的、依赖于彼此的旋转轴的系统；

-转换装置(200)，所述转换装置(200)包括所述旋转轴中的一个旋转轴并且布置成将该旋转轴的由所述马达产生的旋转运动转换成所述致动器系统的伸长；

-制动装置(103)，所述制动装置(103)包括至少一个可再充电的能量存储装置(500)，所述能量存储装置(500)适于在制动阶段期间向控制器(101)和所述制动装置(103)供应能量，并且所述制动装置(103)适于使所述旋转轴中的一个旋转轴的旋转运动的速度降低；

-锁定装置(104)，所述锁定装置(104)联接至所述旋转轴中的一个旋转轴并且适于选择性地实现该旋转轴的旋转锁定；以及

-控制器(101)，所述控制器(101)用于控制所述马达、所述制动装置(103)和所述锁定装置(104)。

2.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述控制器(101)配置成：

-在制动阶段的第一部分阶段期间，使所述马达(102)以发电机模式操作，其中，利用产生的制动能量对所述能量存储装置(500)进行充电；并且

-在制动阶段的第二部分阶段期间，使用来自所述能量存储装置(500)的能量将所述旋转运动的速度降低至低于阈值的值。

3.根据权利要求2所述的致动器系统，其特征在于，所述控制器(101)还适于在电源电压故障的情况下使用来自所述能量存储装置(500)的能量来降低所述旋转运动的速度。

4.根据权利要求2所述的致动器系统，其特征在于，所述控制器(101) 还适于在所述第二部分阶段期间使用来自所述能量存储装置(500)的能量来改变马达端子电压，以用于降低所述旋转运动的速度。

5.根据权利要求4所述的致动器系统，其特征在于，所述控制器(101)还适于使所述马达端子电压反向。

6.根据权利要求4所述的致动器系统，其特征在于，所述控制器(101)还适于连续地增大和减小所述马达端子电压。

7.根据权利要求2所述的致动器系统，其特征在于，所述控制器(101)还适于在所述第二部分阶段期间使用来自所述能量存储装置(500)的能量来建立制动电阻器与所述马达(102)之间的连接。

8.根据权利要求2所述的致动器系统，其特征在于，所述制动装置(103)包括机械制动器，并且所述控制器(101)还适于在所述第二部分阶段期间使用来自所述能量存储装置(500)的能量来建立所述机械制动器与所述致动器系统的轴的摩擦连接。

9.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述控制器(101)配置成：

-检测所述旋转运动的速度是否大于阈值；以及

-将所述制动装置(103)控制成使得所述旋转运动的速度降低至低于所述阈值的值。

10.根据权利要求2所述的致动器系统，其特征在于，所述阈值与所述锁定装置(104)的旋转运动的非临界速度相对应。

11.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述能量存储装置(500)具有小于或等于5V的电压。

12.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述能量存储装置(500)包括一个二次电池。

13.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述能量存储装置(500)包括并联连接的二次电池。

14.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述能量存储装置(500)包括锂电池。

15.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述能量存储装置(500)包括超级电容器。

16.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述能量存储装置(500)具有小于100W的功率容量。

17.根据权利要求16所述的致动器系统，其特征在于，所述能量存储装置(500)具有在10W至20W范围内的功率容量。

18.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述能量存储装置(500)具有比操作所述马达(102)所需的能量小的能量容量。

19.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述制动装置(103)还包括电压转换器(106、107)。

20.根据权利要求1所述的致动器系统，其特征在于，所述锁定装置(104)包括锁定元件，所述锁定元件构造成在所述锁定装置(104)中形成形状配合式连接。

21.一种致动器系统，所述致动器系统用于调节家具件，其特征在于，所述致动器系统包括：

-马达(102)，所述马达(102)具有由所述马达驱动的、依赖于彼此的旋转轴的系统；

-转换装置(200)，所述转换装置(200)包括所述旋转轴中的一个旋转轴并且布置成将该轴的由所述马达产生的旋转运动转换成所述致动器系统的伸长；

-制动装置(103)，所述制动装置(103)包括至少一个可再充电的能量存储装置(500)，所述能量存储装置(500)适于在制动阶段期间向控制器(101)和所述制动装置(103)供应能量，并且所述制动装置(103)适于使所述旋转轴中的一个旋转轴的旋转运动的速度降低；

-锁定装置(104)，所述锁定装置(104)联接至所述旋转轴中的一个旋转轴并且适于选择性地实现该轴的旋转锁定；以及

-控制器(101)，所述控制器(101)用于控制所述马达、所述制动装置(103)和所述锁定装置(104)，所述控制器(101)构造成：

-在所述制动阶段的第一部分阶段期间，使所述马达(102)以发电机模式操作，其中，利用产生的制动能量对所述能量存储装置(500)进行充电；

-在所述制动阶段的第二部分阶段期间，使用来自所述能量存储装置(500)的能量将所述旋转运动的速度降低至低于阈值的值；

-检测所述旋转运动的速度是否大于阈值；以及

-将所述制动装置(103)控制成使得所述旋转运动的速度降低至低于所述阈值的值；

-其中，所述阈值与所述锁定装置(104)的旋转运动的非临界速度相对应。

22.一种家具件，其特征在于，所述家具件具有至少一个能够调节的部件以及用于调节所述部件的根据权利要求1至20中的任一项所述的致动器系统。

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