CN113508248B - 线性促动器***以及用于对该促动器***的功率限制值进行设置和编程的方法 - Google Patents

线性促动器***以及用于对该促动器***的功率限制值进行设置和编程的方法 Download PDF

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Abstract

一种线性电动促动器***，优选地用于病人升降器，包括至少一个线性电动促动器和控制器，该控制器有功率限制电路，用于限制至少一个线性电动促动器的功率。促动器***布置成使得功率限制电路中的最大允许功率的阈值可以变化，可以通过参考心轴螺母在心轴上的位置并在表中查找来执行该变化，该表表示了相应的功率限制值。

Description

线性促动器***以及用于对该促动器***的功率限制值进行 设置和编程的方法
技术领域
本发明涉及线性电动促动器以及线性电动促动器的控制。更特别地，本发明涉及线性电动促动器自身或机械应用(线性电动促动器集成在该机械应用中并用于执行运动)的过载保护。而且，本发明涉及一种标定过载保护的方法，以便保证线性电动促动器不产生超过规定允许力的力。
背景技术
构成线性电动促动器***和线性电动促动器自身的部件在下文中限定。
为了方便，本发明的公开内容将基于例如在Okin的DE19950689A1中公开的病人升降器。病人升降器是一种独立装置，它包括框架，该框架设有轮，并有可绕水平轴线旋转的悬臂。用于病人的提升索带可以固定在悬臂的端部处。病人的升降由线性电动促动器来执行，该线性电动促动器安装在框架上并与悬臂连接。安全要求(用于医疗认证EN60601的标准EN10535)是病人升降器的提升能力不得超过规定最大负载的一倍半。在现有技术中，已经利用了在功率消耗和负载之间的直接关系。可以通过测量电流消耗来确定功率消耗，该电流消耗可以由控制器以简单的方式来监控，当电流消耗超过预定水平，该控制器可以用于切断向线性电动促动器的供给，并可选地向用户表示病人升降器超载。
不过，已经发现提升给定负载所需的功率有很大范围，这意味着病人升降器能够提升远大于允许负载。以可接受的方式限制功率范围并不容易。由线性电动促动器驱动的其它机械装置也是这样，对于该机械装置，装置的静态几何形状由于由线性电动促动器实现的可运动机械部件的位移而变化。
LINAK A/S的WO2007/054092公开的病人升降器提供了一种解决方案，它以非常好的方式解决了所述问题。更特别是，执行提升特定负载的病人升降器的标定循环，且确定和存储最大电流消耗，用于将来的过载确定参考。当线性电动促动器的电流消耗超过存储的参考值时，控制器用于切断向线性电动促动器的供给。
不过，实施过载保护来保护病人升降器并不能完全保护病人升降器，因为它只保护线性促动器防止过载，而不是保护病人升降器自身的机构。这是因为它并不自动假设线性促动器的最坏情况与病人升降器的机构具有最坏情况时的情况相匹配。相反，已经发现，这两个场景并不重叠，而是可能彼此完全不同步。更具体地说，已经发现病人升降器的设计(特别是病人升降器在由线性电动促动器的冲程确定的动态运动范围内的几何形状)在很大程度上限定了线性电动促动器的提升能力能够怎样损坏病人升降器机构。更具体地说，悬臂的提升将改变线性电动促动器将力施加至结构中的角度，这将导致线性电动促动器可以当负载指向线性电动促动器自身的力线时有更高的提升能力。当过载保护用于在线性电动促动器的冲程中的最大输出时(其中，并不直接在线性电动促动器的力线上推动负载)，线性电动促动器将能够在推动力处于线性电动促动器的力线上推动更高的负载。因此，由线性电动促动器施加的力可能使得机械结构(线性电动促动器集成在该机械结构中)过载，而不会超过线性电动促动器自身的安全过载保护设置。当线性电动促动器布置在结构中以便拉动负载时也是这样。
这看起来还有改进的余地，其中，线性电动促动器的过载保护也考虑了应用的机构的限制，以便以更安全的方式来符合标准要求，不仅保护线性电动促动器防止过载，还按标准保护应用的机构防止过载，以避免有潜在人身伤害风险的危险情况。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种线性电动促动器***，该***能够保证不超过在线性电动促动器和机械部件(相当于应用机构自身)上的允许负载。
根据本发明，这通过构造如本发明中所述的促动器***来实现，其中，线性促动器***包括用于确定当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置的***，且功率限制电路用于响应当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置而改变它的功率限制值至编程的功率限制值，所述编程的功率限制值与控制器一起存储，并与当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置映射。
更具体地说，本发明公开了一种线性促动器***，它包括至少一个线性电动促动器、电源和控制器，其中，该线性电动促动器包括心轴和布置在心轴上并防止旋转的心轴螺母，还包括与心轴/心轴螺母结构连接的电马达，该控制器包括：存储器，用于存储功率限制值；以及功率限制电路，该功率限制电路将要供给所述至少一个线性电动促动器的功率限制为存储在存储器中的编程功率限制值，其中，线性促动器***包括用于确定当心轴螺母在心轴上的行进时该心轴螺母的位置的***，且功率限制电路用于响应当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置而改变它的功率限制值至编程功率限制值，该编程功率限制值存储在存储器中，并与当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置映射。
在实施例中，控制器用于当在心轴上行进的心轴螺母到达它的编程位置时改变功率限制值。
在实施例中，功率限制值是用于在当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的两个映射位置之间的间隔的固定值，且心轴螺母在心轴上的实际位置在所述两个映射位置之间。
在实施例中，与当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的映射位置相对应的功率限制值直接在控制器的存储器中被编程。在实施例中，用于功率限制值的映射位置是由当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的两个映射位置来确定的间隔。在这种情况下，根据运动方向将有差异。因此，在实施例中，控制器用于当心轴螺母在心轴上的行进时在该心轴螺母沿第一方向运动的过程中确定和应用功率限制值，这样，当到达映射位置时，功率限制值设置为与该映射位置相对应的值，以便保持它直至到达下一映射位置，新的功率限制值用于所述下一映射位置，用于设置的新值。心轴螺母在心轴上的整个行程中都对于每个映射位置执行该程序，其中，功率限制值的变化通过编程来计划。
为了完整起见，在实施例中，控制器用于当心轴螺母在心轴上的行进时在该心轴螺母沿第二方向的运动中确定和应用功率限制值，该第二方向是相对于心轴螺母在心轴上行进的第一方向的相反方向，功率限制值设置为与下一发生位置映射的值，用于改变功率限制值直至到达下一映射位置，新的功率限制值用于下一映射位置，用于设置该新值。当在心轴螺母在心轴上的行程上只应用少量映射位置来改变功率限制值时，必须是这样。在实施例中，当映射位置的数量较多且相邻映射之间的功率限制值变化较小时，它可以忽略，并以简单方式变化成直接与到达的映射位置相对应的值。
在实施例中，控制器设置成使得由用于确定当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置的定位***来确定的位置与在控制器中编程的参考值进行比较，当位置值是从高于参考值的状态变化至低于参考值的状态或从低于参考值的状态变化至高于参考值的状态时，控制器将相应改变功率限制值至合适值，该合适值由控制器编程，并对应于与该位置映射的功率限制值。在实施例中，控制器用于包括在确定是否应当改变功率限制值之前的滞后值。
在实施例中，功率限制值是通过在当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的两个映射位置的功率限制值之间插值来确定的动态值，这两个映射位置是相对于当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的实际位置的最接近更低位置和最接近更高位置。
在实施例中，控制器用于确定最接近心轴螺母实际位置的两个映射位置，计算在两个值之间的功率限制值的差，计算在两个映射之间的行程距离，计算在该距离上的值的相对变化，并通过值的插值来计算动态值，以便匹配心轴螺母的实际位置。
当超过该功率限制值时，控制器将修改功率限制电路，以便使用新的功率限制值作为用于切断通向线性电动促动器的电力的阈值。
应当理解，简单地说，本发明的特征直接实施于线性电动促动器自身中或控制器中，该控制器与线性电动促动器一起布置在同一壳体中或分开的壳体中，所述分开的壳体仍然是这个线性电动促动器***的一部分。
一种对功率限制值进行设置和编程的方法，该功率限制值要用作在用于线性电动促动器***的控制器的功率限制电路中的阈值，该方法包括以下步骤：加载线性电动促动器，直到它产生最大允许力；在心轴螺母在心轴上行进的过程中，记录当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置和相应功率作为数据对，并将记录的值输入为要由功率限制电路使用的阈值表。
在本发明的实际实施例中，能够在软件中实现功能，其中，算法将监视、比较和响应功率限制值的设置，该功率限制值将用于装置的安全使用。
附图的简要说明
下面将参考附图更全面地介绍本发明，附图中：
图1表示了从侧面看的病人升降器；
图2表示了有负载的病人升降器；
图3表示了负载曲线的示意图；以及
图4表示了线性电动促动器***的概览。
具体实施方式
图1表示了病人升降器1，该病人升降器1包括：稳定器支腿2，该稳定器支腿2装备有驱动轮；柱3，该柱3与稳定器支腿2连接；以及悬臂4，该悬臂4通过一端而与柱3可枢转地连接。用于提升病人的吊钩5固定在悬臂4的另一端上。病人升降器1包括电动线性促动器***，该电动线性促动器***有电动线性促动器6、具有控制器的控制箱7、电源8、紧急停止装置9和操作单元10。悬臂4可以通过线性促动器6而升高和降低，该线性促动器6通过一端而固定在框架上，通过另一端而固定在悬臂4上。控制箱7通过托架16而固定在柱3上。
图2表示了承载负载的病人升降器1。可以看见，由于悬臂4的提升，病人升降器1的几何形状变化。更具体地说，悬臂沿水平和竖直方位的长度变化，这影响线性电动促动器为了推动负载而需要的功率。
如在图3中所示(图3表示了通过线性电动促动器来推动负载的示意图)，病人升降器在不同高度位置处需要的来自促动器的推力有很大差异(因此电流消耗也有很大差异)。当病人升降器是控制器有功率限制电路(该功率限制电路将向至少一个线性电动促动器供给的功率限制为与控制器一起存储的一个编程功率限制值)的类型时，可能有潜在的安全问题。在示意图中，记录的最大电流为3.5A，以便提升负载。由于在低位置处提升负载的电流消耗只为0.5A，因此当电流设置为在3.5A处切断时，病人升降器将在理论上能够提升超过7倍的额定负载。
图4表示了线性电动促动器***的总体图，该线性电动促动器***的特征是包括一个线性电动促动器6以及控制器11。为了简单，只表示了与解释说明相关的部件。线性电动促动器6装备有用于当心轴螺母在心轴上行进时对该心轴螺母进行位置确定的***12，该***12向控制器11提供输入。控制器11的特征是有功率限制电路13，该功率限制电路13设置成在电流消耗超过编程值的情况下切断供给线性电动促动器6的电力。而且，控制器11装备有功率限制值的表14，该表14参考当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的特定位置，是当心轴螺母到达特定位置时将由控制器使用的相应功率限制值。控制器的算法将用相关的最新数据值来定期更新功率限制电路13，以使得功率限制电路设置成稳定地满足标准要求以及保护应用机构(这里是指病人升降器)。功率限制值的表14可以通过使用适合应用的特定值对控制器编程而提供。可以实施学习模式，其中应用在整个运动中承载最大负载，且以合适间隔进行记录位置和电流的数据对，以便用于功率限制电路。
本发明实现的促动器***布置成这样，使得功率限制电路中的最大允许功率的阈值可以变化，且该变化可以通过参考心轴螺母在心轴上的位置并在表中查找来执行，该表表示了将由功率限制电路使用的相应功率限制值。

Claims (15)

1.一种用于机械装置的线性促动器***，包括：
用于驱动所述机械装置的至少一个线性电动促动器、电源和控制器，
其中，线性电动促动器包括心轴和布置在心轴上并防止旋转的心轴螺母，还包括与心轴或心轴螺母连接的电马达，以及
该控制器包括：存储器，用于存储功率限制值，所述功率限制值是用于保护所述线性电动促动器和所述机械装置而使其不过载的阈值；以及功率限制电路，该功率限制电路将要供给所述至少一个线性电动促动器的功率限制为存储在存储器中的编程功率限制值，
其特征在于，
线性促动器***包括用于确定当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置的***，且所述功率限制电路用于响应当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置而改变功率限制电路的功率限制值至编程功率限制值，该编程功率限制值存储在存储器中，并与当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置映射。
2.根据权利要求1所述的线性促动器***，其特征在于：
所述控制器用于当在心轴上行进的心轴螺母到达心轴螺母的编程位置时改变功率限制值。
3.根据权利要求1或2所述的线性促动器***，其特征在于：
所述功率限制值是对于在当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的两个映射位置之间的间隔而限定的固定值，且心轴螺母在心轴上的实际位置在所述两个映射位置之间。
4.根据权利要求1或2所述的线性促动器***，其特征在于：
与当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的映射位置相对应的功率限制值直接在控制器的存储器中被编程。
5.根据权利要求1或2所述的线性促动器***，其特征在于：
用于功率限制值的映射位置是由当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的两个映射位置来确定的间隔。
6.根据权利要求1或2所述的线性促动器***，其特征在于：
控制器用于当心轴螺母在心轴上行进时在该心轴螺母沿第一方向运动的过程中确定和应用功率限制值，这样，当到达映射位置时，功率限制值被设置为与该映射位置相对应的值，以便保持它直至到达下一映射位置，新的功率限制值用于该下一映射位置，用于设置新值。
7.根据权利要求1或2所述的线性促动器***，其特征在于：
控制器用于当心轴螺母在心轴上行进时在该心轴螺母沿第二方向的运动中确定和应用功率限制值，该第二方向是相对于心轴螺母在心轴上行进的第一方向的相反方向，功率限制值设置为与用于改变功率限制值的下一发生位置映射的值，直至到达下一映射位置，新的功率限制值用于该下一映射位置，用于设置新值。
8.根据权利要求7所述的线性促动器***，其特征在于：
控制器用于在映射位置的数量较多且相邻映射之间的功率限制值的变化较小的情况下确定和应用功率限制值，该功率限制值是直接与达到的映射位置相对应的值。
9.根据权利要求1或2所述的线性促动器***，其特征在于：
控制器设置成使得由用于确定当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置的定位***来确定的位置与在控制器中编程的参考值进行比较，当满足位置值是从高于参考值变化至低于参考值这样的条件或从低于参考值变化至高于参考值这样的条件时，控制器将相应改变功率限制值至合适值，该合适值由控制器编程，并对应于与该位置映射的功率限制值。
10.根据权利要求1或2所述的线性促动器***，其特征在于：
控制器可包括在确定是否应当改变功率限制值之前的滞后值。
11.根据权利要求1所述的线性促动器***，其特征在于：
功率限制值是通过在当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母行程的两个映射位置的功率限制值之间插值而限定的动态值，这两个映射位置是相对于当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的实际位置的最接近低位和最接近高位。
12.根据权利要求1或2所述的线性促动器***，其特征在于：
控制器用于确定最接近心轴螺母实际位置的两个映射位置，计算在两个值之间的功率限制值的差，计算在两个映射位置之间的行程距离，计算在该行程距离上的值的相对变化，并通过值的插值来计算动态值，以便匹配心轴螺母的实际位置。
13.根据权利要求1或2所述的线性促动器***，其特征在于：
控制器设置成当超过该功率限制值时使得功率限制电路使用新的功率限制值作为用于切断通向线性电动促动器的电力的阈值。
14.根据权利要求1或2所述的线性促动器***，其特征在于：
确定功率限制值和将该功率限制值用作切断供给线性电动促动器的电力的阈值的控制器特征直接实施于线性电动促动器自身中或控制器中，该控制器与线性电动促动器一起布置在同一壳体中或该控制器布置在分开的壳体中，所述分开的壳体仍然是完整的线性电动促动器***的一部分。
15.一种使用权利要求1-14中的任意一项所述的线性促动器***对功率限制值进行设置和编程的方法，该功率限制值要用作在用于线性电动促动器***的控制器的功率限制电路中的阈值，其特征在于，该方法包括以下步骤：在所述机械装置中加载所述线性电动促动器，直到它产生最大允许力；在心轴螺母在心轴上行进的过程中，记录当心轴螺母在心轴上行进时该心轴螺母的位置和相应功率作为数据对，并将记录的数据对输入为要由功率限制电路使用的阈值表。
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