CN105432007A - 致动器*** - Google Patents

Abstract

具有至少一个电线性致动器的致动器***，其中该致动器***包含控制器和电源，其中对被整流和平滑的供给电压进行开关模式变换器的输入级中的共模噪声的噪声减小。

Description

致动器***

本发明涉及包含线性致动器、控制器、电源和操作单元的致动器***。

具有电驱动线性致动器的致动器***广泛用于可调节家具领域内，诸如例如，可调节桌、可调节床和椅。电驱动线性致动器还被用于很多其它的工业产品中，其中电驱动线性致动器有利地集成到机械结构中，以用于调节机械可移动的部件。包含活塞杆的线性致动器(例如WO02/29284A1LinakA/S中描述的类型的致动器)很好地适合该任务。该类型的线性致动器包含具有轴螺母(spindlenut)的轴。该轴经由传动装置由可反转的电动马达驱动。当轴被驱动时，轴螺母根据电动马达旋转的方向在向内或者向外的方向上移动。线性致动器是单独的产品，其中轴、传动装置和电动马达被封闭在外壳内。外壳通常由马达外壳和外管(outertube)组成。内管被紧固到轴螺母。随着轴螺母在轴上进出移动，内管同时进出外管地移位。线性致动器还可以被设计为升降柱(liftingcolumn)，如在LinakA/S的WO2004/100632A1中所描述的。

通常经由变换器从主电源(mains)为致动器***供电，该变换器适于将来自主电源的交流电压变换为合适电压电平的直流电压。基于变压器的变换器已被使用了数十年，但近年来对节能变换器和低待机功耗的关注已将注意力越来越引向开关模式电源的使用，所述开关模式电源的使用在相对较低的变换损失、而且在构造更紧凑、并且因此不占据那么大的空间上均具有明显的优点。然而，开关模式电源制造更昂贵，并且还具有以下缺点：由于其操作模式(通过该操作模式，它们以小的包(packet)切换变换的电力)，它们会产生电噪声，该电噪声对于连接到主电源的其它电子设备会是干扰的。致动器的DC马达也促成噪声，因为换向器同样为电枢绕组切换电流。因此，有效地防止该电噪声传播回主电源是法定需要。由于要减小的噪声在150kHz至30MHz的频率范围内，所以这通过在开关模式电源的输入处设计合适的低通滤波器来确保。这对仍然应能够从主电源汲取必要的电力的电源提出了要求。

对减小共模噪声(即，发生在参考地的两根输入引线(lead)上的噪声)还存在特别的关注。共模噪声通过在两根输入引线中引入自电感而被减小，所述自电感位于同一芯部。因此，噪声使它本身在线圈中电磁地平衡掉并且因此不传播到主电源。此外，共模线圈具有用于未平衡的噪声的良好的阻尼装置。缺点是共模线圈昂贵且相对庞大，因为这个原因，期望减小或者消除开关模式电源的输入级中的共模噪声的较廉价且较紧凑的问题解决方案。

为理解该发明，相关的是，研究在电源上构造共模滤波器和在电源中放置滤波器的传统方法是有意义的。

电源的输入级可以分成块，每个块具有其自身的功能：第一块，用于连接到主电源，具有消除高频噪声的电容器；另一个块，由共模滤波器组成；第三块，具有整流器电路，以及最后的块，具有用于噪声减小和直流电压的纹波(ripple)减小的电容器。

经由串联地位于输入引线之一上的保险丝来实现到主电源的交流电压的连接。为了限制连接到主电源时的峰值电流，还已与输入引线串联地引入NTC电阻。此后，电容器跨输入引线并联地被***。根据现有技术，具有两个绕组的共模滤波器按照两个输入引线中的每一个被引导通过公共芯部上的单独的各个自电感的方式***在该位置处。供电从共模滤波器中的自电感的另一侧被引导到用于交流电压的整流的桥式整流器。连接在来自桥式整流器的输出电压上的电容器平滑该电压以用于进一步供给到开关模式变换器中。

电路内电压和电流的快速计算揭示了桥式整流器的下游电压比输入电压高2的平方根倍。以同样的方式，输出侧的电流比输入侧低2的平方根倍。换句话说，乘积VA(其描述电功率)在级的输入侧与级的输出侧相同。级内的损耗最小，并且因此可以被忽略。

然而，共模线圈的物理尺寸取决于流经线圈的电流，该尺寸与电流的平方成比例地增大。

考虑这些发现，并且在意图解决所概述的问题的情况下，其中在设计用于致动器***的开关模式电源的上下文中，并且特别在减小输入级中的共模噪声的上下文中，需要更廉价和紧凑的解决方案，这根据本发明来实现，在本发明中共模滤波器被放置在输入级中。

用于致动器***的电源由用于将交流电压整流为直流电压的整流器电路、用于减小共模噪声的共模滤波器以及用于调控直流电压的开关模式变换器组成，其中共模滤波器被***到电源中整流器电路与开关模式变换器之间。

更具体地，经由电源的被整流的电压供给来执行共模噪声的滤波。

此外，电源的交流电压输入具有用于噪声减小的电容器。

电源的被整流的电压供给具有用于噪声减小和直流电压纹波减小的电容器。

电源由以下各项依次构造：

-第一块，用于连接到主电源，该第一块具有用于噪声的减小的电容器

-第二块，具有整流器电路，

-第三块，具有用于噪声减小和直流电压纹波减小的电容器，该第三块后跟：

-第四块，由共模滤波器组成，以及

-第五块，具有用于调控直流电压的开关模式变换器。

因此到开关模式变换器的供给的连接在第四块内进行。

本发明进一步涉及致动器***，该致动器***包含至少一个线性致动器、控制器、操作单元和如上所述的电源。

更详细地，电源的输入级被构造为使得经由串联地被应用在输入引线之一上的保险丝来实现到主电源的交流电压的连接。为了限制当连接到主电源时的峰值电流，NTC电阻已进一步与输入引线串联地被***。此后，电容器跨输入引线并联地被***。输入引线连接到用于交流电压的整流的整流器电路。电容器连接在来自整流器的输出电压上并且平滑该电压，电容器的下游连接具有两个输入引线的共模滤波器。通过公共芯部上的单独的自电感，输入引线形成到有利地连接到开关模式变换器的共模滤波器的输出端子的连接。该构造具有大的优点，在共模滤波器中的电流相对于输入级的交流电压侧的定位减小2的平方根分之一。因为共模线圈的尺寸根据电流的平方而增大，所以通过根据本发明的教导，共模线圈的物理尺寸减小到大约一半，与此同时仍然保持根据现有技术的相同的共模噪声的减小。如果以电压的加倍(取代桥式整流)来构造电路，那么通过遵循根据本发明的教导，共模线圈的尺寸可以减小大约四分之一。

总而言之，输入级的特征在于，在输入级中的被整流和平滑的电压供给来实现共模噪声的滤波。

通过使用本发明，所概述的问题已通过提供允许构造更紧凑的、然而具有相同的共模噪声的减小效果的滤波器的方案而被解决。对空间的减小需要还使得能够构造具有更大的共模噪声减小的共模滤波器而不占据更多空间。因此在能够选择更小的共模线圈上存在相当大的经济激励，该更小的共模线圈较廉价，并且在电源或控制器箱体内占据较小的空间。

因此，由共模滤波器的设计者来遵循根据本发明的教导并且选择满足对共模减小的特定需要的合适的折中。

将在下面参考附图更加详细地描述根据本发明的用于意在驱动具有电线性致动器的致动器***的开关模式电源的输入级，其中：

图1示出了具有内置致动器***的厨房布置，该内置致动器***用于厨房布置的接合(join)的基部的高度调节，

图2：示出了图1中所示的致动器***的示意图，

图3：示出了用于开关模式电源的共模滤波器的现有技术构造的原理图，

图4：示出了根据本发明的用于开关模式电源的共模滤波器的构造的原理图，

图5：示出了根据本发明的用于开关模式电源的可替代的共模滤波器的构造的原理图，

图6：示出了高度可调节桌的透视图，以及，

图7：示出了被示出具有透明桌面的高度可调节桌。

附图的图1示出了厨房布置1，该厨房布置1由基部2和上部3组成。基部2由五个接合的厨房组件组成。在基部2中，厨房布置1具有两个致动器***，每个致动器***由控制器4、7和两个柱(column)5、6、8、9组成，每个柱包含至少一个电线性致动器。控制器借助操作单元10***作，操作单元可以是有线的或是无线的。为确保峰值负载下的额外电力以及紧急下降(emergencylowering)，厨房部还包括可充电电池组11。

图1和2中所示的用于厨房布置的致动器***的构造同样在图2中示出，图2描绘了两个控制器4、7，每个控制器具有其自身的内置电源12、13，该内置电源12、13意在连接到主电源。四个致动器5、6、8、9各自成对地连接到控制器4、7。操作单元10连接到控制器7之一，但经由到通信总线14的连接来控制两个致动器***。

电源12、13被构造为具有输入级，该输入级具有整流器电路，该整流器电路在主电源的交流电压被馈入到开关模式变换器中之前对主电源的交流电压进行整流和调控，该开关模式变换器调控和稳定到致动器***的控制器的供给电压以及到驱动器的驱动电压等。因此，电源12，13被实现，其是节能和可靠的，并且同时其可以制作得非常紧凑。

附图的图3示出了用于开关模式电源的共模滤波器的现有技术构造的原理图。到主电源的连接经由保险丝15实现，该保险丝15串联地被应用在输入引线之一上。为了限制当连接到主电源时的峰值电流，此外NTC电阻16已与输入引线串联地被***。在NTC电阻的下游，电容器17跨输入引线并联地被***。根据现有技术，具有两个绕组的共模滤波器18以两个输入引线中的每一个被引导通过公共芯部上的单独的自电感的方式***到该位置中。线圈之间的磁耦合意味着共模噪声被有效地去耦合。一般地，线圈应在尊重芯部不在饱和中运行、但仍然能够补偿共模噪声的情况下被设计。这是对芯尺寸和材料的一般选择。此外，基于芯的线圈绕组应以相对于绕组的电阻实现充足的自电感的视角被设计。供电从共模滤波器中的自电感的另一侧馈入，进一步到桥式整流器19以用于交流电压的整流。连接在来自桥式整流器19的输出电压上的电容器20平滑该电压以用于进一步供给到开关模式变换器中。

根据如示出了构造用于开关模式电源的共模滤波器的原理图的图4所示的本发明，电源中的输入级以与现有技术相同的方式构造，使得经由串联地应用在输入引线之一上的保险丝21来实现到主电源的交流电压的连接。与输入引线串联的NTC电阻22也被保持，跨输入引线并联地被***的电容器23也被保持。与现有技术的电路不同，输入引线进一步被引导到整流器电路以用于交流电压的整流，此处利用桥式整流器24来构造。电容器25跨来自桥式整流器24的输出电压被应用以用于该电压的平滑。仅在此之后，共模滤波器26被连接到整流器电路的直流电压侧的两个输入引线。通过公共芯部上的单独的自电感，输入引线形成到共模滤波器的输出端子的连接，所述输出端子可以连接到开关模式变换器。该构造产生很好的优点，因为共模滤波器26中的电流相对于输入级的交流电压侧的位置低2的平方根倍。由于共模滤波器的线圈尺寸根据电流的平方而增大，所以实现大约一半物理尺寸但仍然具有相同的共模噪声的减小的共模线圈。这可以通过以下的示例示出，其中主电源的供给电压是230V交流电压。对于主电源上1安培的负载，功率消耗是230W。在整流器电路的下游，电压是325V，并且电流减小至700mA，功率消耗仍然是230W。线圈的物理尺寸的减小可以如下进行计算：

0.7×0.7≈0.5

通过与现有技术相比较，线圈的物理尺寸因此被减半。

可替代的解决方案在图5中示出，图5也示出了根据本发明的构造用于开关模式电源的共模滤波器的原理图。该解决方案特别适于用于到具有120V交流电压的主电源装置的连接。到主电源交流电压的连接经由串联地应用在输入引线之一上的保险丝27实现。NTC电阻28与输入引线串联地被***，并且电容器29跨输入引线并联地被***。输入引线之一进一步被引导到平滑输出电压的两个电容器30、31之间的中心点。该中心点充当人为接地32。另一个输入引线进一步被引导到整流器电路以用于交流电压的整流(此处使用两个分立的整流器33、34)。两个整流器33、34将它们各自的交流电压的半波传导(conduct)到电容器30、31的另一个端子，电容器30、31的另一个端子因此相对于人为接地32充当正极35和负极36。因此，输出电压加倍被实现。此后，整流器电路的直流电压侧的共模滤波器37连接到两个输入引线。通过公共芯部上的单独的自电感，输入引线形成到共模滤波器的输出端子的连接，所述输出端子可以连接到开关模式变换器。应注意的是，利用此构造，可以实现共模滤波器的物理尺寸减小四分之一。这可以以示例示出，其中主电源的供给电压是120VAC。对于主电源上2安培的负载，功率消耗是240W。在整流器电路的下游，电压是340V，并且电流减小到700mA，功率消耗同样是240W。线圈的物理尺寸的减小可以使用以下公式计算：

$\frac{0.7}{2}\×0.7\≈0.25$

通过与现有技术相比，线圈的物理尺寸因此减小到四分之一。

图6是包含桌面39的高度可调节桌38的透视图。在桌面39的每一侧，以(例如LinakA/S的WO2004/100632A1中所提到的类型的)升降柱40形式安装线性致动器。升降柱安装在支承框架41内(参见图7)，桌面39安装在支承框架41上。每个升降柱40的另一端包含支脚42，高度可调节桌38站立于该支脚42上。升降柱40包含马达外壳43(参见图7)和两个相互伸缩的型线(profile)。型线44中的一个在固定的位置中被紧固到支脚42，并且另一个型线可以可伸缩地进出固定型线44地移位。可移位的型线借助电动马达来移动，该电动马达经由齿轮驱动轴。为该轴配备紧固到可伸缩地移动的构件的轴螺母。桌面39的移位因此由可移动型线确定。

图7以透视视角示出了所看到的高度可调节桌38，其中桌面39被描绘为透明的。桌面39安装在其上的支承框架41包含两个平行的纵向构件45和两个平行的横向构件46。两个升降柱40此处互相连接到跨接(cross)构件47，以便增加高度可调节桌39的稳定性。期望在由这些纵向构件45和横向构件46给出的维度(即长度、宽度、和高度)内安装升降柱的马达外壳43和控制箱48。控制箱48包含控制器和电源。后者是图3-5中描述的类型。高度可调节桌38可以经由操作单元49来调节。因此，高度可调节桌38包含致动器***，该致动器***包含升降柱40形式的两个线性制动器、控制器、电源和操作单元。

Claims (7)

1.一种用于致动器***的电源，所述电源包含：

整流器电路，所述整流器电路用于将交流电压整流为直流电压，

电容器，所述电容器跨来自整流器电路的输出电压而被应用以用于所述电压的平滑，

共模滤波器，所述共模滤波器用于减小共模噪声，以及

开关模式变换器，所述开关模式变换器用于调控直流电压，

其特征在于，

所述共模滤波器在整流器电路和电容器的下游且开关模式变换器的上游被***到电源中。

2.根据权利要求1所述的用于致动器***的电源，其特征在于，

对电源的被整流和平滑的电压供给实现共模噪声的滤波。

3.根据权利要求1所述的用于致动器***的电源，其特征在于，

电源的交流电压连接具有用于噪声减小的电容器。

4.根据权利要求1所述的用于致动器***的电源，其特征在于，

电源的被整流的电压供给具有用于噪声减小和直流电压纹波减小的电容器。

5.一种用于构造用于致动器***的电源的方法，其中电路由以下各项依次构造：

-第一块，用于连接到主电源，所述第一块具有电容器以用于噪声减小，

-第二块，具有整流器电路，

-第三块，由用于噪声减小和直流电压纹波减小的电容器组成，该第三块后跟

-第四块，具有共模滤波器，和

-第五块，具有用于调控直流电压的开关模式变换器。

6.一种致动器***，包含至少一个线性致动器、控制器和操作单元，

其特征在于，

所述致动器***包含根据权利要求1-4中的一项或多项所述的电源。

7.一种用于致动器***的电源，所述电源包含：

整流电路，所述整流电路用于将交流电压整流并电压加倍为直流电压，

电容器，所述电容器跨来自整流器电路的输出电压而被应用以用于平滑所述电压，

共模滤波器，所述共模滤波器用于减小共模噪声，以及

开关模式变换器，所述开关模式变换器用于调控直流电压，

其特征在于，

所述共模滤波器在整流器电路和电容器的下游且开关模式变换器的上游被***到电源中。