具有火災探測裝置的線性致動器系統的製作方法

2023-10-18 11:54:19

具有火災探測裝置的線性致動器系統的製作方法
【專利摘要】一種線性致動器系統，包括至少一個線性致動器，電源，控制器和操作設備。所述線性致動器系統包括至少一個印刷電路板，該印刷電路板具有包括導電電路的多個層。所述印刷電路板的多個層中的至少一個層設計為用於檢測電路中的漏電流的檢測層，包括安裝在印刷電路板上的電子組件。輸出電壓被施加到檢測層，所述電壓落在所述電路運行的電壓範圍之外。
【專利說明】具有火災探測裝置的線性致動器系統
[0001]所述發明涉及權利要求1前序部分中所述的線性致動器系統。
[0002]機電線性致動器系統被廣泛用於醫院和護理部門，主要與可調節床和椅子相結合 地使用，其中它們被用於調節例如靠背和腿託部分。在這些部門中，線性致動器系統還用於 具有將病人從椅子或床移出或移入椅子或床中的起重機型的病人升降機。此外，在例如太 陽能發電廠供電網的其他方面中，使用線性致動器系統。
[0003]通常，使用一種例如在W002/29284A1的Linak A/S中描述的類型的包括推桿的線 性致動器。這種線性致動器包括具有主軸螺母的主軸。由可逆電動機通過傳動裝置驅動所 述主軸。當驅動所述主軸時，所述主軸螺母根據電機旋轉的方向而在朝向內或向外的方向 上移動。所述線性致動器是獨立的產品，其中主軸、傳動裝置和電機被封裝在外殼中。所述 外殼典型地包括電機外殼和外筒。內筒被固定於所述主軸螺母。隨著主軸螺母在主軸上移 入和移出，所述內筒移動至外筒中以及從外筒移出。在主軸螺母的另一端，內筒配置有前端 底架。電機的外表面配置有後端底架。所述前端底架和後端底架用於將線性致動器固定到 應進行調節的結構。
[0004]和所有這些應用相關的一個方面是在致動器系統的一個或多個部分中的火災隱 患。已知特別地，電路和電子組件的錯誤或缺陷可能導致火災。源頭例如是印刷電路板上 的導電電路布局中的製造故障或電子組件的缺陷。在此處，對缺陷和故障區域繼續供電將 導致印刷電路板的組件和/或導電電路中以及周圍的變熱。該變熱和繼續供電構成了潛在 的火災隱患。並不是在缺陷和故障區域會立即發生火災，但是隱患會隨時間增加。這可能 是由於缺陷狀況導致的或僅僅歸因於如下事實:電路並不是持續連接的，而是每次連接短 的時段。在結構方面，通常通過在印刷電路板以及典型地包圍印刷電路板的外殼部件兩者 中使用阻燃劑來應對這種風險。然而，這些阻燃劑直到火災發生才被激活，這通常導致煙霧 以及煙塵損害。此外，阻燃劑常常被限於防止在集成了阻燃劑的部件中的火災。因此，不能 確定火災阻燃劑能夠防止進行中的火災。
[0005]為了其他的目的，已知的是使用煙霧檢測器來檢測熱和/或煙霧的形成，這能夠 指示火災潛在地正在發生或已經發生。煙霧檢測器可以基於在光學，電離以及空氣採樣之 中的各種標準。雖然所有的這些檢測類型原則上可以集成在線性致動器系統中一個或多個 部件中，但這僅僅可能使得線性致動器的大小顯著且不希望的增大。此外，這些類型的檢測 是非常成本密集的，因此當前的形式是沒有吸引力的。
[0006]International Business Machines Corporation 的 US7, 109, 722B2 描述了一種 檢測和防止在具有電路的印刷電路板中的煙霧和火災的發生的設備和方法。這裡，所述印 刷電路板具有檢測平面，包括傳感元件，傳感元件由至少兩個分離的軌道和梳形陣列組成。 通常對一個軌道施加正電壓而將另一個軌道接地，並測量它們之間的洩漏電流。然而梳形 陣列是耗時的，印刷電路板的布局和製造是成本密集的。此外，存在著在印刷電路板中的電 路和梳形陣列之間發生不希望的導電連接的巨大風險。
[0007]本發明涉及實現如下線性致動器系統的問題:該線性致動器系統在早期能夠檢測 已經產生的火災或提供火災可能發生或已經產生的信息，使得可啟動火災預防描施或者啟動滅火措施。
[0008]因此，本發明的目的是提供這樣一種線性致動器系統，該線性致動器系統以安全、 簡單和可被經濟地管理的方式解決線性致動器系統中的火災檢測以及滅火的問題。
[0009]這是根據本發明實現的:所述線性致動器系統包括至少一個印刷電路板，印刷電 路板具有多個層，包括至少一個導電電路，其中印刷電路板的多個層中的至少一個層是用 於檢測洩漏電流的導電檢測層，並且其中落在所述導電電路的工作範圍之外的電壓被施加 到檢測層。通過使用落在所述導電電路的工作範圍之外的電壓，無論洩漏電流有多小，都可 檢測到該洩漏電流。這是由於如下這樣的事實而導致的:即，洩漏電流通常不同於施加到檢 測層的電壓。在檢測到洩漏電流的情況下，可以採取可防止洩漏電流發展成例如線性致動 器系統中的火災的措施。因此可能解決上述涉及火災早期檢測的問題。可基於測量到的洩 漏電流而採取的措施可能例如是，中斷到印刷電路板的電源電壓或向用戶或相關人員發出 聽覺或視覺信號。此解決方案所附帶的益處是洩漏電流可指示線性致動器是否存在發生故 障的風險。因此意外的發生可以在發生前得以預測。意外的發生可能例如包括，線性致動 器沒有執行期望的功能，或者線性致動器的活動被中斷。這樣的事件可能危及到病人。為 了解決這樣的事件，可以將關於檢測到的洩漏電流的信息傳送到線性致動器系統的操作設 備，或在連接到系統的服務監控器上指示。還可以將所述信息發送到服務中心，服務中心可 基於所述信息派遣技術人員檢查線性致動器系統。
[0010]在一個實施例中，檢測層是連續導電層。在另一個實施例中，檢測層具有基本上和 印刷電路板的區域對應的區域。因此，無論在印刷電路板上何處發生，洩漏電流都能被檢測 到。
[0011]在一個實施例中，線性致動器系統中的檢測層和檢測洩漏電流的檢測器相連。檢 測器可以位於檢測層位於其中的印刷電路板上。檢測器還可以與檢測層位於其中的印刷電 路板分離。
[0012]在線性致動器的一個實施例中，檢測器是可檢測到靜態洩漏電流的電晶體。
[0013]在線性致動器的另一個實施例中，檢測器是用於檢測動態洩漏電流的電容器的一 部分。
[0014]本發明進一步涉及線性致動器系統中檢測火災的方法，如權利要求11的前序部 分所指出的，其特徵在於，該線性致動器系統包括至少一個印刷電路板，印刷電路板具有多 個層，包括至少一個導電電路，其中印刷電路板的多個層中的至少一個是檢測層，用於通過 將落在導電電路的工作範圍之外的電壓施加到檢測層來檢測洩漏電流。
[0015]下面將參考所附的附圖，更全面地描述根據本發明的線性致動器系統的實施例， 其中:
[0016]圖1示出了一種致動器系統和其子組件，
[0017]圖2-3示出了印刷電路板的區段和其橫截面，
[0018]圖4示出了具有四個層的隨機印刷電路板的選定區域的橫截面；
[0019]圖5-9示出了來自線性致動器系統的具有四個層的印刷電路板的每個層的俯視 示意圖，其中圖5示出了安裝的部件的輪廓，
[0020]圖10和11示出了檢測器如何連接到圖5-9所示的印刷電路板上的電路，
[0021]圖12示出了檢測器的一個實施例的圖，以及[0022]圖13示出了印刷電路板上電路的工作範圍。
[0023]圖1示出了一種線性致動器系統1，包括線性致動器2，控制盒3，電源4和手動控 制器5。所述線性致動器系統進一步包括控制設備(未示出)。所述控制設備通常放置在 控制盒3中，但也可以放置在手動控制器5或線性致動器2中。
[0024]圖2示出了印刷電路板6的俯視示意性截面圖。圖3示出了圖2示出的A-A截面。 印刷電路板(printplade)還稱為印刷電路板(printkort)。示出的印刷電路板6包括由電 絕緣材料7製成的板，其中表面配有導電薄片(例如銅)的軌道8。所述布置的軌道8因此 構成了印刷電路。電絕緣材料7或非導電材料的板可以例如由聚合物，玻璃/環氧樹脂層 板或陶瓷材料製成。印刷電路用作電氣連接部，其連接可安裝在板的一側或兩側的若干電 子組件，從而創建期望的電路。先前，所有的組件被安裝在印刷電路板中的貫穿孔9中，然 後焊接到貫穿孔9安置於該處的導電焊點10。焊點10和印刷電路直接相連。現在，將大 多數的組件安裝在印刷電路板表面。這些在表面安裝的組件還稱作表面貼裝設備，簡稱為 SMD,背後的技術稱為表面貼裝技術，簡稱為SMT。SMD部件直接焊接到印刷電路板的鍍銅的 導電錶面或其他導電錶面。
[0025]由於SMD部件已經普遍使用，因此現在廣泛使用由多個層構成的印刷電路板。此 處，印刷電路板通常構建為三明治結構，依次包括絕緣層和導電電路。可以用導電通道(被 稱為通路)創建不同層的電路間的連接。因此，絕緣層不擴展到具有通路的區域。作為替 代，可以使用具有通路的絕緣中間層，從而實現期望的連接。圖3示出了具有四個層的隨機 印刷電路板11上的選定區域的橫截面，該選定區域在該橫截面中也包括通路12。印刷電路 板11分別在上側和下側具有安裝區域13，14，在這兩個區域上可焊接SMD組件。安裝區域 被反焊接材料15，16包圍，使得焊接材料不可能附著在安裝區域13，14上。兩個安裝區域 13，14通過導電箔17互連，該導電箔17通過通路12將四個層18，19，20，21相連。應該注 意到，四個層18，19，20，21之間通過通路12的導電連接沒有在四個層18，19，20，21之間在 它們的整個水平範圍中形成電氣連接。因此，層19，20包括由非導電材料構成的覆蓋層22， 23。印刷電路板的四個層18，19，20，21中的每一個通過電絕緣層24，25，26分隔開。然而， 應該理解，在印刷電路板的層18，19，20，21中的兩個或多個之間絕緣層可被一個或多個通 路12穿過。
[0026]圖6-9示出了如圖1所示類型的線性致動器系統的具有四個層的印刷電路板27 的每個層的俯視示意性截面圖。圖5是示出了組件28的輪廓的示意圖，組件28應安裝在印 刷電路板27上。通過在各安裝區域(例如，安裝區域30)上的焊接，這些組件被安裝在印 刷電路板的最上層29 (圖6)上。該安裝區域30進一步構成通路的開端，該通路被引導通 過層31，32、通過區域33，34、然後最終終止於區域36中的最低層35。層29，32，35構成了 電路37，電路37包括印刷電路板27的在圖5中示意性示出的電子組件。層31包括與電子 電路37隔離的檢測層38。例如，應該注意到，在作為(由區域30，33，34，36構成的)前述 通路的一部分的區域33和檢測層38之間沒有直接連接。因此，只有輸入連接39創建了到 檢測層38的連接。這裡，輸入連接39被設計為分別和層29，32，35中的區域40，41，42相 連的通路。然而，應該注意到，區域40，41，42在其各個層中與電子電路37隔離。層31中 的檢測層38(圖7)用於檢測電路37中的洩漏電流，電路37包括印刷電路板的安裝組件。 通過輸入連接39，輸出電壓被施加到檢測層38並連接到檢測器43 (圖10和11)，檢測器43用於檢測該輸出電壓可能的變化，該變化因此能指示出現的洩漏電流。所施加的輸出電壓 落在電子電路的工作範圍47 (參見圖13)之外。檢測層38是連續的並具有基本上和印刷 電路板27的區域對應的區域。然而，應該注意到，檢測層的區域沒有超出印刷電路板的區 域。
[0027]致動器系統I中已經發生的洩漏電流可典型地由包括一個或多個安裝組件的電 路38和/或實際印刷電路板27中的缺陷引起。由於連續供電，能量將在缺陷處或周圍累 積。增加的能量累積將引起缺陷處和周圍的溫度升高，這將再次促使檢測區域38和電路 37中的缺陷區域之間洩漏電流強度增加。這首先是由於以下這樣的事實:缺陷區域中和周 圍增長的能量累積導致同一區域中熱發展。能量累積可潛在地導致缺陷區域中和周圍的火 災。當然這是不希望的情形，該情形在無法停止時將具有非常嚴重的後果。檢測層38和用 於取得洩漏電流的檢測器43相連。由於被施加到檢測層的輸出電壓落在電路的工作範圍 之外，檢測器43能夠檢測到即使非常小的電流。這是由於以下這樣的事實:洩漏電流具有 落在電路37的工作範圍47之內的電壓，該電壓因而與被施加到檢測層38上的輸出電壓不 同。如果電路37的工作範圍47例如位於間隔0-40V (伏特)之間，可以將例如50V或-1OV 的輸出電壓施加到檢測層。檢測器43進一步可以連接到電路47，電路47包括印刷電路板 的安裝組件，其基於來自檢測器43的信號可以中斷到印刷電路板的電路37或該電路的一 部分的電流。在一個實施例中，可以將和發生的洩漏電流相關的信號發送到致動器系統的 手動控制器5 (參見圖1)，該手動控制器因而能夠用信號通知用戶或相關人員。在另一個實 施例中，可以將信號發送到服務指示器，服務指示器已經監控了線性致動器系統的其它服 務需求元件。在又另一個實施例中，可以將信號發送到監控單元，監控單元可以派遣技術人 員來即時檢測致動器系統。這可以由於以下而實現:致動器系統和通信平臺相連，通信平臺 例如是能夠為用戶、相關人員或其他單元提供與發生的洩漏電流有關的信息的數據總線或 接線盒。在又另一個實施例中，檢測器43可以配置為使得和洩漏電流相關的信息直到該洩 漏電流超過預定閾值和/或在洩漏電流已經持續了預定時間的情況下才發送。檢測器43 可以是用於檢測靜態洩漏電流(即，直流電流)的電晶體(例如，雙極性電晶體)。該實施 例的一個實例如圖12所示。在另一個實施例中，檢測層38可以構成用於檢測動態洩漏電 流(即，交流電流)的電容器的一部分。
[0028]圖10示出了圖5-9中印刷電路板27上的電路37如何通過檢測器43連接到檢測 層38的輪廓。應注意到，該實施例中的檢測器位於印刷電路板27上。
[0029]圖11示出了圖5-9中印刷電路板27上的電路37如何通過檢測器43連接到檢測 層38的輪廓。應注意到，該實施例中的檢測器不位於印刷電路板27上。
[0030]圖12示出了連接到印刷電路板27上的檢測層38的檢測器43的實施例的示意圖。 在該實施例中，檢測器43由與兩個串聯的電阻45，46相連的電晶體44構成。所述檢測器 能夠測量是否發生洩漏電流，並且如果洩漏電流超過給定閾值則生成輸出信號。
[0031]圖13在兩維坐標系統中示出了此處用隨時間(橫軸)的電壓(縱軸)表示的工 作區域47，印刷電路板27上的電路37以該電壓工作。施加到檢測層38的電壓落在工作範 圍47之外。
[0032]應該注意到，本發明可以同樣用於包括在一個共用外殼中具有兩個主軸單元的所 謂雙致動器的致動器系統。在W02007/093181AlLinak A/S中更全面地描述了這種類型。
【權利要求】
1.一種線性致動器系統(I)，至少包括控制器，電源⑷，線性致動器(2)，以及操作設備(5)，特徵在於，所述線性致動器系統(I)包括具有包含至少一個導電電路(37)的多個層 (29，31，32，35)的至少一個印刷電路板(27)，其中所述印刷電路板的多個層中的至少一個 層是用於檢測洩漏電流的檢測層(38)，其中落在導電電路(37)的工作範圍(47)之外的電 壓被施加到檢測層(38)。
2.根據權利要求1的線性致動器系統(I)，特徵在於所述檢測層(38)包括連續的導電層。
3.根據權利要求1-2的線性致動器系統(I)，特徵在於所述檢測層的區域大致和印刷 電路板(27)的區域對應。
4.根據權利要求1-3中的一個或多個的線性致動器系統(I)，特徵在於檢測層(38)和 用於檢測洩漏電流的檢測器(43)相連。
5.根據權利要求1-4中的一個或多個的線性致動器系統(I)，特徵在於印刷電路板的 導電電路(37)通過檢測器(43)連接到檢測層(38)。
6.根據權利要求1-5中的一個或多個的線性致動器系統(1)，特徵在於所述檢測器 (43)位於印刷電路板(27)上。
7.根據權利要求1-5中的一個或多個的線性致動器系統(1)，特徵在於所述檢測器(43)與印刷電路板(27)分離地放置。
8.根據權利要求1-7中的一個或多個的線性致動器系統(I)，特徵在於檢測器(43)是 用於檢測靜態洩漏電流的電晶體。
9.根據權利要求1-7中的一個或多個的線性致動器系統(I)，特徵在於檢測器(43)是 用於檢測動態洩漏電流的電容器的一部分。
10.根據權利要求1-9中的一個或多個的線性致動器系統(I)，特徵在於所述線性致動 器系統(I)包括包含所述控制器的控制盒(3)。
11.一種線性致動器系統(I)中的火災檢測方法，所述線性致動器系統至少包括控制器，電源⑷，線性致動器(2)，以及操作設備(5)，特徵在於所述線性致動器系統(I)包括具有包含至少一個導電電路(37)的多個層 (29，31，32，35)的至少一個印刷電路板(27)，其中所述印刷電路板的多個層中的至少一個 層是檢測層(38)，用於通過將落在導電電路(37)的工作範圍(47)之外的電壓施加到檢測 層(38)來檢測洩漏電流。
【文檔編號】H05K1/02GK103597914SQ201280025559
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年5月25日 優先權日:2011年5月27日
【發明者】C·B·傑佩 申請人:利納克有限公司