專利名稱：致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1的前序部分中所述的致動器。
背景技術(shù)：
為了方便的目的，本發(fā)明的描述始自包含轉(zhuǎn)軸(spindle )類型的 線性致動器，包含轉(zhuǎn)軸類型的線性致動器通過傳動裝置被電動機(jī)驅(qū) 動，并且作動元件(activation element)是轉(zhuǎn)軸螺母支承的管狀桿。 但是要理解，本發(fā)明也適用于旋轉(zhuǎn)致動器，例如Linak A/S的WO 01/17401 Al中涉及的類型。
致動器中的快速釋放裝置(quick release )被用于暫時中斷與具 有高慣量的傳動部件和電動機(jī)的連接，使得非自鎖類型的作動元件在 其負(fù)載下依靠其自己的動量運動回到其初始位置，或者可以被手動調(diào) 整。作為使用快速釋放裝置的例子，參考醫(yī)院和護(hù)理床、病人抬升器 和某些類型的大門、房門和窗戶，以及其他結(jié)構(gòu)，在這些地方，能夠 對作動元件進(jìn)行瞬時調(diào)整即便不是必不可少的，也是非常重要的。
例如根據(jù)Linak A/S的EP 685 662 Bl和EP 577 541 Bl,具有快 速釋放裝置的致動器是已知的。第一個出版物涉及基于纏有可脫開離 合器彈簧的兩個圓柱形元件的快速釋放裝置。另 一個出版物涉及具有 兩個錐齒輪的快速釋放裝置，其中，可以使一個齒輪脫離接合。
但是，利用快速釋放裝置在很多場合下存在以下風(fēng)險由于當(dāng)作 動元件在端點位置撞擊機(jī)械端頭止擋時出現(xiàn)的碰撞式?jīng)_擊，結(jié)構(gòu)、負(fù) 載、和可能由致動器支承的病人可能受到傷害。由于作動元件受負(fù)栽 影響執(zhí)行加速運動并且通常到達(dá)多少有些剛性的機(jī)械止擋的情況所 致，所述碰撞很劇烈。
但是，根據(jù)Linak A/S的WO 98/30816,已知一種簡單的結(jié)構(gòu)，其中，在快速釋放裝置的釋放期間，速度可以受到控制。這種快速釋 放裝置基于盤簧形式的離合器彈簧，離合器彈簧緊緊地靠著圓柱形元 件。通過以受控方式釋放彈簧，可以實現(xiàn)使其或多或少地擺脫與圓柱 形元件的接合，從而控制速度。這種結(jié)構(gòu)運行良好，但是體積大，并 且具有幾個組件，并且可能難以準(zhǔn)確地控制速度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有控制脫離接合期間的速度的簡化 的快速釋放裝置的致動器。
根據(jù)本發(fā)明，這利用如權(quán)利要求1中所述的致動器實現(xiàn)。本發(fā)明
實出發(fā)。為了此目的，作動元件、電動機(jī)和傳動裝置(gearing)是非 自鎖類型的，所以由于作動元件上的負(fù)栽，使得它們運動。為了在正 常情況下將作動元件保持在任何位置，致動器包含制動器?？梢允褂?各種類型的制動器——機(jī)械或電氣工作方式。通過釋放制動器，使致 動器的可運動元件處于運動，此時電動機(jī)將作為發(fā)電機(jī)工作。因其產(chǎn) 生并隨速度按比例增大的電壓、發(fā)電機(jī)電壓被用來控制作動元件的速 度。這可以各種方式完成，例如，利用電氣激活的制動器。但是，一 種具體的簡單方法是通過將電動機(jī)短路給其加負(fù)載。電動機(jī)的負(fù)載可 以是固定的阻性或PWM負(fù)栽。通過將其較大或較小程度地短路，實 現(xiàn)較大或較小的速度。為了控制何時制動應(yīng)該開始工作，可以提供一 個小電路，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓超過了某個電平，例如在28到34伏特區(qū)域 中時，該電路激活制動。該界限可以由晶體管、例如電路中的FET 確定。要理解，作動元件以預(yù)先確定的速度朝著端頭止擋行進(jìn)。但是 注意，依賴于具體情況，該速度可以在一定界限內(nèi)變化。但是，通過 在電路中插入電位計，也可以在該過程期間改變速度，所以電壓并且 隨之速度可以被改變。通過不僅當(dāng)滿足了針對速度的某些條件時將電 動機(jī)短路，而且還把與所產(chǎn)生的電壓相比為負(fù)的電壓施加到電動機(jī)， 能夠獲得特別強(qiáng)大的制動效果。


下面將參考附圖更全面地說明本發(fā)明，在附圖中 圖1示出了穿過線性致動器的剖視圖， 圖2示出了電動機(jī)制動器的閾值電壓，
圖3示出了系統(tǒng)的正常工作電壓和電動機(jī)制動器電壓之間的關(guān)
系，
圖4示出了電動機(jī)制動器的閾值電壓，其中利用繼電器脫離控
制，
圖5示出了致動器系統(tǒng)的概觀， 圖6示出了具有輔助繼電器的致動器系統(tǒng)的概觀， 圖7示出了電動機(jī)制動器系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)的例子， 圖8示出了具有輔助繼電器的電動機(jī)制動器系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)的 例子，和
圖9示出了處于各種位置的電動機(jī)制動器。
具體實施例方式
圖1中所示的致動器包含具有可逆低壓DC電動機(jī)l的外殼，可 逆低壓DC電動機(jī)1通過蝸輪2驅(qū)動轉(zhuǎn)軸3。轉(zhuǎn)軸上是轉(zhuǎn)軸螺母4， 受外管5引導(dǎo)的管狀桿形式的作動元件6被固定到轉(zhuǎn)軸螺母4，所述 外管一端嵌入外殼7中。通過防止轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，作動元件將依據(jù)電動機(jī) 的轉(zhuǎn)動方向來回移動。
電動機(jī)、渦輪和轉(zhuǎn)軸是非自鎖的，這意味著作動元件上的負(fù)載， 作為轉(zhuǎn)軸螺母上壓力的結(jié)果，將帶動轉(zhuǎn)軸連同渦輪還有電動機(jī)的轉(zhuǎn)子
一起轉(zhuǎn)動o
當(dāng)電動機(jī)的電流被中斷時為了保持作動元件處于任意位置，致動
器配備了盤簧形式的制動器8，制動器8被利用釋放機(jī)構(gòu)釋放。當(dāng)制 動器被釋放時，作動元件如早先提到的那樣，將能夠自由地運動。當(dāng) 電動機(jī)的轉(zhuǎn)子這樣被置于轉(zhuǎn)動時，它將作為發(fā)電機(jī)工作，并且通過增大速度，將產(chǎn)生不斷變得更高的電壓。這個電壓與施加到電動機(jī)以便 把作動元件從初始位置移開的電壓相比，將具有相反的極性。電動機(jī) 作為發(fā)電機(jī)工作被用于控制作動元件的速度。
可以用各種方式實現(xiàn)控制，或者通過直接利用所產(chǎn)生的電壓，或 者通過利用電動機(jī)內(nèi)部參數(shù)的變化。
圖5中示出了一個實施例，其中相關(guān)聯(lián)的電氣圖被在圖2和圖3 中示出。這里，電路從例如50V工作。這意味著只要致動器運行于 50V以下的電壓，則致動器能夠運行如常。但是，條件是當(dāng)不激活時 控制盒不把電動機(jī)短路。這里將注意力集中于以下事實由于作動元 件向著初始位置往回運動而出現(xiàn)發(fā)電機(jī)電壓，由于此原因，所產(chǎn)生的 電壓與驅(qū)動作動元件向前的電壓相比，具有負(fù)極性。圖7中示出了用 于此目的的電路的例子。與終端線夾Ml相比M2上施加的具有正極 性的電動才幾電壓將導(dǎo)致電動4幾沿一個方向移動作動元件。這里假i殳我 們的運動將以以下方式移動作動元件在床中，它將對應(yīng)于床結(jié)構(gòu)的 一部分被抬起并且隨之帶有負(fù)載。當(dāng)電壓被中斷時，作動元件將被制 動器鎖定在該位置。如果制動器被釋放，則由于致動器的設(shè)計具有非 自鎖轉(zhuǎn)軸以及齒輪和電動機(jī)及被抬起的負(fù)載的高效率，作動元件將朝 著初始位置往回運動。電動機(jī)將作為發(fā)電機(jī)工作，并且從M1看，與 M2相比，所產(chǎn)生的電壓將是正的。電動機(jī)的速度將增大，因為系統(tǒng) 不受抑制，并且這將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)電壓上升。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到預(yù)先確 定的闊值時，電路將干預(yù)，并通過作為發(fā)電機(jī)上的負(fù)栽工作來限制轉(zhuǎn) 數(shù)。實際上，這因為當(dāng)超過齊納二極管的闊值電壓時此處被示為FET 的晶體管將電動機(jī)短路而發(fā)生。這將起到調(diào)整速度的作用。
圖6中示出的另一個實施例配備了繼電器。當(dāng)不工作時，吸收電 路被連接到電動機(jī)。繼電器線圏直接懸在致動器連接上方，所以當(dāng)通 道被激活時，吸收電路被去激活，并且電動機(jī)被耦合到通道。在這個 實施例中，控制被允許短路線夾Ml和M2，因為實際上在電動機(jī)未 被控制驅(qū)動時它們被中斷。注意，圖8中所示的電路原理上與圖7中 所示的電路相同，但是添加了繼電器。這里，激活電動機(jī)制動功能的閾值電壓可被自由選擇，因為與控制盒的電壓電平無耦合。這意味著 這里電路可以被自由地實施，無需考慮控制盒，在原理上是由短路器 或者永久阻性負(fù)載組成的最簡單形式到例如所示這個那樣的更為智
能的解決方案。圖4示出了用于制動的閾值電壓被選擇了比電動機(jī)的 工作電壓更低的值的圖。
在圖9中所示的變型中，吸收電子線路被從在物理上位于致動器 內(nèi)部移動到在物理上位于控制盒中。原理上是相同的，只是具有另一 個位置。它仍舊工作于無電流狀態(tài)。同時，該圖示出吸收電子線路位 于致動器中的原始實施例。
作為電動機(jī)制動器的進(jìn)一步發(fā)展，揭示了一種智能系統(tǒng)，但是未 被圖示，其中，致動器的位置確定系統(tǒng)被用來在制動器被釋放的情況 下提供對作動元件速度的更精確的控制。在致動器中通常使用至少一 個簧片開關(guān)或者至少一個霍爾器件來從給定位置，通常是端頭止擋， 確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。這個轉(zhuǎn)數(shù)可以被變換為作動元件的位置，因為知 道轉(zhuǎn)軸的節(jié)距與轉(zhuǎn)動成比例。例如，如果使用微處理器來確定作動元 件的位置，則可以擴(kuò)展到提供對電動機(jī)速度的表達(dá)的程序。這個速度 可被用來計算為了控制速度，應(yīng)該給發(fā)電機(jī)接多少負(fù)栽。然后，微處 理器可以直接控制FET，并且以此方式生成動態(tài)負(fù)栽，這精確地調(diào)整 速度。為了避免電子線路中的功耗，可以利用脈沖寬度調(diào)制信號從樹: 處理器控制該晶體管。在沒有微處理器的解決方案中，適用對應(yīng)的方 式，控制信號可以被利用史密斯觸發(fā)器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，因而使 調(diào)整晶體管中的功耗最小。以此方式，信號的占空比將確定發(fā)電機(jī)被 短路和無負(fù)載的時間之間的比例。如果來自微處理器的關(guān)于作動元件 位置的信息也被使用，則更強(qiáng)大的電動機(jī)制動功能可以被進(jìn)一步計 算，并在剛好到達(dá)端頭止擋之前被激活，以便防止作動元件和端頭止 擋之間的破壞性的碰撞。因此，沒有什么會阻礙控制施加具有發(fā)電機(jī) 產(chǎn)生的電壓的相反極性的電壓，以進(jìn)一步制動。這和控制試圖沿和當(dāng) 前運動方向相反的方向移動作動元件對應(yīng)。為了強(qiáng)大的減速而施加的 該電壓可以是動態(tài)的，采用可變電壓或者脈沖寬度調(diào)制的形式。在本發(fā)明中，未排除發(fā)電機(jī)的電壓只被用作控制信號，這意味著 從電氣上看，發(fā)電機(jī)未被施加明顯的負(fù)載?？刂菩盘枌⒛軌蚩刂婆c傳 動和/或電動機(jī)連接的電機(jī)械制動器，它被例如動態(tài)地或者間歇地置于 制動，以便分別控制電動機(jī)和作動元件的速度。這樣的機(jī)械制動功能 可以被自然地與如前所述的帶負(fù)栽發(fā)電機(jī)形式的電動機(jī)制動功能組 合。
描述中使用的術(shù)語"微處理器"覆蓋任何能夠滿足所述由本描述 中提到的微處理器執(zhí)行的過程的數(shù)據(jù)處理要求的單元。即控制器、
PIC、 AVR、 RISC、基于HW的狀態(tài)機(jī)、ASIC，等等。
權(quán)利要求
1. 一種致動器，包含可逆電動機(jī)，它通過傳動裝置驅(qū)動作動元件，作動元件能夠來回運動，所述作動元件是非自鎖類型的，具有速度控制的快速釋放裝置，用于使作動元件脫離接合并控制其在脫離接合時的速度，其特征在于電動機(jī)和傳動裝置也是非自鎖類型的，所述致動器包含制動器，該制動器用于當(dāng)電動機(jī)不活動時把作動元件保持在任意位置，所述制動器可以被利用釋放機(jī)構(gòu)釋放，當(dāng)制動器被釋放時，電動機(jī)被用作發(fā)電機(jī)，并且發(fā)電機(jī)電壓被用來調(diào)整作動元件的速度。
2. 如權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，通過給電動機(jī)施 加負(fù)載可以調(diào)整作動元件的速度。
3. 如權(quán)利要求2所述的致動器，其特征在于，電動機(jī)被短路， 并且負(fù)栽是阻性或PWM負(fù)栽。
4. 如權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，當(dāng)電動機(jī)電壓達(dá) 到一定電平時，例如28到34伏時，制動# 激活。
5. 如權(quán)利要求4所述的致動器，其特征在于，它包含例如FET 的晶體管，用于確定制動應(yīng)該被引入時的發(fā)電機(jī)電壓。
6. 如權(quán)利要求1到5中的任何一項所述的致動器，其特征在于， 它包含用于調(diào)整速度的電位計。
7. 如權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，通過把具有發(fā)電 機(jī)電壓的相反極性的電壓施加到電動機(jī)來實現(xiàn)制動效果。
8. 如權(quán)利要求7所述的致動器，其特征在于，施加的電壓可被 脈沖調(diào)制。
9. 如權(quán)利要求1到8中的任何一項所述的致動器，其特征在于， 它包含微處理器，用于計算所需制動效果。
10. 如權(quán)利要求9所述的致動器，其特征在于，根據(jù)例如從安裝在電動機(jī)或者轉(zhuǎn)軸上的傳感器測得的電動機(jī)的速度計算制動效果。
11. 如權(quán)利要求9所述的致動器，其特征在于，作動元件的位置確定被用作微處理器的輸入，以便保證在作動元件遇到機(jī)械端頭止擋之前減速。
12. 如權(quán)利要求9所述的致動器，其特征在于，微處理器通過接口控制電動機(jī)中制動器的激活。
13. 如權(quán)利要求12所述的致動器，其特征在于，接口采用電壓、電流、磁場或者光信號形式的信號。
14. 如權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，發(fā)電機(jī)電壓直接地或者作為控制信號調(diào)整電機(jī)械制動器，以限制電動機(jī)的速度。
全文摘要
一種致動器，包含可逆電動機(jī)，它通過傳動裝置驅(qū)動作動元件，作動元件能夠來回運動。所述作動元件是非自鎖類型的。此外，電動機(jī)和傳動裝置是非自鎖類型的。當(dāng)電動機(jī)不活動時致動器把作動元件保持在任意位置，所述制動器可以被利用釋放機(jī)構(gòu)釋放。當(dāng)致動器被釋放時，電動機(jī)被用作發(fā)電機(jī)，并且來自其的發(fā)電機(jī)電壓被用來調(diào)整作動元件的速度。由此，提供了一種快速釋放裝置，其中，作動元件可以被脫離接合和調(diào)整，避開傳動裝置和電動機(jī)，并且其中，在脫離接合期間，作動元件的運動以受控的速度發(fā)生。
文檔編號H02K7/102GK101467334SQ200780021895
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者J·亞伯拉罕森, S·E·K·詹森 申請人:利納克有限公司