具有火灾探测装置的线性致动器系统的制作方法
【专利摘要】一种线性致动器系统，包括至少一个线性致动器，电源，控制器和操作设备。所述线性致动器系统包括至少一个印刷电路板，该印刷电路板具有包括导电电路的多个层。所述印刷电路板的多个层中的至少一个层设计为用于检测电路中的漏电流的检测层，包括安装在印刷电路板上的电子组件。输出电压被施加到检测层，所述电压落在所述电路运行的电压范围之外。
【专利说明】具有火灾探测装置的线性致动器系统
[0001]所述发明涉及权利要求1前序部分中所述的线性致动器系统。
[0002]机电线性致动器系统被广泛用于医院和护理部门，主要与可调节床和椅子相结合 地使用，其中它们被用于调节例如靠背和腿托部分。在这些部门中，线性致动器系统还用于 具有将病人从椅子或床移出或移入椅子或床中的起重机型的病人升降机。此外，在例如太 阳能发电厂供电网的其他方面中，使用线性致动器系统。
[0003]通常，使用一种例如在W002/29284A1的Linak A/S中描述的类型的包括推杆的线 性致动器。这种线性致动器包括具有主轴螺母的主轴。由可逆电动机通过传动装置驱动所 述主轴。当驱动所述主轴时，所述主轴螺母根据电机旋转的方向而在朝向内或向外的方向 上移动。所述线性致动器是独立的产品，其中主轴、传动装置和电机被封装在外壳中。所述 外壳典型地包括电机外壳和外筒。内筒被固定于所述主轴螺母。随着主轴螺母在主轴上移 入和移出，所述内筒移动至外筒中以及从外筒移出。在主轴螺母的另一端，内筒配置有前端 底架。电机的外表面配置有后端底架。所述前端底架和后端底架用于将线性致动器固定到 应进行调节的结构。
[0004]和所有这些应用相关的一个方面是在致动器系统的一个或多个部分中的火灾隐 患。已知特别地，电路和电子组件的错误或缺陷可能导致火灾。源头例如是印刷电路板上 的导电电路布局中的制造故障或电子组件的缺陷。在此处，对缺陷和故障区域继续供电将 导致印刷电路板的组件和/或导电电路中以及周围的变热。该变热和继续供电构成了潜在 的火灾隐患。并不是在缺陷和故障区域会立即发生火灾，但是隐患会随时间增加。这可能 是由于缺陷状况导致的或仅仅归因于如下事实:电路并不是持续连接的，而是每次连接短 的时段。在结构方面，通常通过在印刷电路板以及典型地包围印刷电路板的外壳部件两者 中使用阻燃剂来应对这种风险。然而，这些阻燃剂直到火灾发生才被激活，这通常导致烟雾 以及烟尘损害。此外，阻燃剂常常被限于防止在集成了阻燃剂的部件中的火灾。因此，不能 确定火灾阻燃剂能够防止进行中的火灾。
[0005]为了其他的目的，已知的是使用烟雾检测器来检测热和/或烟雾的形成，这能够 指示火灾潜在地正在发生或已经发生。烟雾检测器可以基于在光学，电离以及空气采样之 中的各种标准。虽然所有的这些检测类型原则上可以集成在线性致动器系统中一个或多个 部件中，但这仅仅可能使得线性致动器的大小显著且不希望的增大。此外，这些类型的检测 是非常成本密集的，因此当前的形式是没有吸引力的。
[0006]International Business Machines Corporation 的 US7, 109, 722B2 描述了一种 检测和防止在具有电路的印刷电路板中的烟雾和火灾的发生的设备和方法。这里，所述印 刷电路板具有检测平面，包括传感元件，传感元件由至少两个分离的轨道和梳形阵列组成。 通常对一个轨道施加正电压而将另一个轨道接地，并测量它们之间的泄漏电流。然而梳形 阵列是耗时的，印刷电路板的布局和制造是成本密集的。此外，存在着在印刷电路板中的电 路和梳形阵列之间发生不希望的导电连接的巨大风险。
[0007]本发明涉及实现如下线性致动器系统的问题:该线性致动器系统在早期能够检测 已经产生的火灾或提供火灾可能发生或已经产生的信息，使得可启动火灾预防描施或者启动灭火措施。
[0008]因此，本发明的目的是提供这样一种线性致动器系统，该线性致动器系统以安全、 简单和可被经济地管理的方式解决线性致动器系统中的火灾检测以及灭火的问题。
[0009]这是根据本发明实现的:所述线性致动器系统包括至少一个印刷电路板，印刷电 路板具有多个层，包括至少一个导电电路，其中印刷电路板的多个层中的至少一个层是用 于检测泄漏电流的导电检测层，并且其中落在所述导电电路的工作范围之外的电压被施加 到检测层。通过使用落在所述导电电路的工作范围之外的电压，无论泄漏电流有多小，都可 检测到该泄漏电流。这是由于如下这样的事实而导致的:即，泄漏电流通常不同于施加到检 测层的电压。在检测到泄漏电流的情况下，可以采取可防止泄漏电流发展成例如线性致动 器系统中的火灾的措施。因此可能解决上述涉及火灾早期检测的问题。可基于测量到的泄 漏电流而采取的措施可能例如是，中断到印刷电路板的电源电压或向用户或相关人员发出 听觉或视觉信号。此解决方案所附带的益处是泄漏电流可指示线性致动器是否存在发生故 障的风险。因此意外的发生可以在发生前得以预测。意外的发生可能例如包括，线性致动 器没有执行期望的功能，或者线性致动器的活动被中断。这样的事件可能危及到病人。为 了解决这样的事件，可以将关于检测到的泄漏电流的信息传送到线性致动器系统的操作设 备，或在连接到系统的服务监控器上指示。还可以将所述信息发送到服务中心，服务中心可 基于所述信息派遣技术人员检查线性致动器系统。
[0010]在一个实施例中，检测层是连续导电层。在另一个实施例中，检测层具有基本上和 印刷电路板的区域对应的区域。因此，无论在印刷电路板上何处发生，泄漏电流都能被检测 到。
[0011]在一个实施例中，线性致动器系统中的检测层和检测泄漏电流的检测器相连。检 测器可以位于检测层位于其中的印刷电路板上。检测器还可以与检测层位于其中的印刷电 路板分离。
[0012]在线性致动器的一个实施例中，检测器是可检测到静态泄漏电流的晶体管。
[0013]在线性致动器的另一个实施例中，检测器是用于检测动态泄漏电流的电容器的一 部分。
[0014]本发明进一步涉及线性致动器系统中检测火灾的方法，如权利要求11的前序部 分所指出的，其特征在于，该线性致动器系统包括至少一个印刷电路板，印刷电路板具有多 个层，包括至少一个导电电路，其中印刷电路板的多个层中的至少一个是检测层，用于通过 将落在导电电路的工作范围之外的电压施加到检测层来检测泄漏电流。
[0015]下面将参考所附的附图，更全面地描述根据本发明的线性致动器系统的实施例， 其中:
[0016]图1示出了一种致动器系统和其子组件，
[0017]图2-3示出了印刷电路板的区段和其横截面，
[0018]图4示出了具有四个层的随机印刷电路板的选定区域的横截面；
[0019]图5-9示出了来自线性致动器系统的具有四个层的印刷电路板的每个层的俯视 示意图，其中图5示出了安装的部件的轮廓，
[0020]图10和11示出了检测器如何连接到图5-9所示的印刷电路板上的电路，
[0021]图12示出了检测器的一个实施例的图，以及[0022]图13示出了印刷电路板上电路的工作范围。
[0023]图1示出了一种线性致动器系统1，包括线性致动器2，控制盒3，电源4和手动控 制器5。所述线性致动器系统进一步包括控制设备(未示出)。所述控制设备通常放置在 控制盒3中，但也可以放置在手动控制器5或线性致动器2中。
[0024]图2示出了印刷电路板6的俯视示意性截面图。图3示出了图2示出的A-A截面。 印刷电路板(printplade)还称为印刷电路板(printkort)。示出的印刷电路板6包括由电 绝缘材料7制成的板，其中表面配有导电薄片(例如铜)的轨道8。所述布置的轨道8因此 构成了印刷电路。电绝缘材料7或非导电材料的板可以例如由聚合物，玻璃/环氧树脂层 板或陶瓷材料制成。印刷电路用作电气连接部，其连接可安装在板的一侧或两侧的若干电 子组件，从而创建期望的电路。先前，所有的组件被安装在印刷电路板中的贯穿孔9中，然 后焊接到贯穿孔9安置于该处的导电焊点10。焊点10和印刷电路直接相连。现在，将大 多数的组件安装在印刷电路板表面。这些在表面安装的组件还称作表面贴装设备，简称为 SMD,背后的技术称为表面贴装技术，简称为SMT。SMD部件直接焊接到印刷电路板的镀铜的 导电表面或其他导电表面。
[0025]由于SMD部件已经普遍使用，因此现在广泛使用由多个层构成的印刷电路板。此 处，印刷电路板通常构建为三明治结构，依次包括绝缘层和导电电路。可以用导电通道(被 称为通路)创建不同层的电路间的连接。因此，绝缘层不扩展到具有通路的区域。作为替 代，可以使用具有通路的绝缘中间层，从而实现期望的连接。图3示出了具有四个层的随机 印刷电路板11上的选定区域的横截面，该选定区域在该横截面中也包括通路12。印刷电路 板11分别在上侧和下侧具有安装区域13，14，在这两个区域上可焊接SMD组件。安装区域 被反焊接材料15，16包围，使得焊接材料不可能附着在安装区域13，14上。两个安装区域 13，14通过导电箔17互连，该导电箔17通过通路12将四个层18，19，20，21相连。应该注 意到，四个层18，19，20，21之间通过通路12的导电连接没有在四个层18，19，20，21之间在 它们的整个水平范围中形成电气连接。因此，层19，20包括由非导电材料构成的覆盖层22， 23。印刷电路板的四个层18，19，20，21中的每一个通过电绝缘层24，25，26分隔开。然而， 应该理解，在印刷电路板的层18，19，20，21中的两个或多个之间绝缘层可被一个或多个通 路12穿过。
[0026]图6-9示出了如图1所示类型的线性致动器系统的具有四个层的印刷电路板27 的每个层的俯视示意性截面图。图5是示出了组件28的轮廓的示意图，组件28应安装在印 刷电路板27上。通过在各安装区域(例如，安装区域30)上的焊接，这些组件被安装在印 刷电路板的最上层29 (图6)上。该安装区域30进一步构成通路的开端，该通路被引导通 过层31，32、通过区域33，34、然后最终终止于区域36中的最低层35。层29，32，35构成了 电路37，电路37包括印刷电路板27的在图5中示意性示出的电子组件。层31包括与电子 电路37隔离的检测层38。例如，应该注意到，在作为(由区域30，33，34，36构成的)前述 通路的一部分的区域33和检测层38之间没有直接连接。因此，只有输入连接39创建了到 检测层38的连接。这里，输入连接39被设计为分别和层29，32，35中的区域40，41，42相 连的通路。然而，应该注意到，区域40，41，42在其各个层中与电子电路37隔离。层31中 的检测层38(图7)用于检测电路37中的泄漏电流，电路37包括印刷电路板的安装组件。 通过输入连接39，输出电压被施加到检测层38并连接到检测器43 (图10和11)，检测器43用于检测该输出电压可能的变化，该变化因此能指示出现的泄漏电流。所施加的输出电压 落在电子电路的工作范围47 (参见图13)之外。检测层38是连续的并具有基本上和印刷 电路板27的区域对应的区域。然而，应该注意到，检测层的区域没有超出印刷电路板的区 域。
[0027]致动器系统I中已经发生的泄漏电流可典型地由包括一个或多个安装组件的电 路38和/或实际印刷电路板27中的缺陷引起。由于连续供电，能量将在缺陷处或周围累 积。增加的能量累积将引起缺陷处和周围的温度升高，这将再次促使检测区域38和电路 37中的缺陷区域之间泄漏电流强度增加。这首先是由于以下这样的事实:缺陷区域中和周 围增长的能量累积导致同一区域中热发展。能量累积可潜在地导致缺陷区域中和周围的火 灾。当然这是不希望的情形，该情形在无法停止时将具有非常严重的后果。检测层38和用 于取得泄漏电流的检测器43相连。由于被施加到检测层的输出电压落在电路的工作范围 之外，检测器43能够检测到即使非常小的电流。这是由于以下这样的事实:泄漏电流具有 落在电路37的工作范围47之内的电压，该电压因而与被施加到检测层38上的输出电压不 同。如果电路37的工作范围47例如位于间隔0-40V (伏特)之间，可以将例如50V或-1OV 的输出电压施加到检测层。检测器43进一步可以连接到电路47，电路47包括印刷电路板 的安装组件，其基于来自检测器43的信号可以中断到印刷电路板的电路37或该电路的一 部分的电流。在一个实施例中，可以将和发生的泄漏电流相关的信号发送到致动器系统的 手动控制器5 (参见图1)，该手动控制器因而能够用信号通知用户或相关人员。在另一个实 施例中，可以将信号发送到服务指示器，服务指示器已经监控了线性致动器系统的其它服 务需求元件。在又另一个实施例中，可以将信号发送到监控单元，监控单元可以派遣技术人 员来即时检测致动器系统。这可以由于以下而实现:致动器系统和通信平台相连，通信平台 例如是能够为用户、相关人员或其他单元提供与发生的泄漏电流有关的信息的数据总线或 接线盒。在又另一个实施例中，检测器43可以配置为使得和泄漏电流相关的信息直到该泄 漏电流超过预定阈值和/或在泄漏电流已经持续了预定时间的情况下才发送。检测器43 可以是用于检测静态泄漏电流(即，直流电流)的晶体管(例如，双极性晶体管)。该实施 例的一个实例如图12所示。在另一个实施例中，检测层38可以构成用于检测动态泄漏电 流(即，交流电流)的电容器的一部分。
[0028]图10示出了图5-9中印刷电路板27上的电路37如何通过检测器43连接到检测 层38的轮廓。应注意到，该实施例中的检测器位于印刷电路板27上。
[0029]图11示出了图5-9中印刷电路板27上的电路37如何通过检测器43连接到检测 层38的轮廓。应注意到，该实施例中的检测器不位于印刷电路板27上。
[0030]图12示出了连接到印刷电路板27上的检测层38的检测器43的实施例的示意图。 在该实施例中，检测器43由与两个串联的电阻45，46相连的晶体管44构成。所述检测器 能够测量是否发生泄漏电流，并且如果泄漏电流超过给定阈值则生成输出信号。
[0031]图13在两维坐标系统中示出了此处用随时间(横轴)的电压(纵轴)表示的工 作区域47，印刷电路板27上的电路37以该电压工作。施加到检测层38的电压落在工作范 围47之外。
[0032]应该注意到，本发明可以同样用于包括在一个共用外壳中具有两个主轴单元的所 谓双致动器的致动器系统。在W02007/093181AlLinak A/S中更全面地描述了这种类型。
【权利要求】
1.一种线性致动器系统(I)，至少包括控制器，电源⑷，线性致动器(2)，以及操作设备(5)，特征在于，所述线性致动器系统(I)包括具有包含至少一个导电电路(37)的多个层 (29，31，32，35)的至少一个印刷电路板(27)，其中所述印刷电路板的多个层中的至少一个 层是用于检测泄漏电流的检测层(38)，其中落在导电电路(37)的工作范围(47)之外的电 压被施加到检测层(38)。
2.根据权利要求1的线性致动器系统(I)，特征在于所述检测层(38)包括连续的导电层。
3.根据权利要求1-2的线性致动器系统(I)，特征在于所述检测层的区域大致和印刷 电路板(27)的区域对应。
4.根据权利要求1-3中的一个或多个的线性致动器系统(I)，特征在于检测层(38)和 用于检测泄漏电流的检测器(43)相连。
5.根据权利要求1-4中的一个或多个的线性致动器系统(I)，特征在于印刷电路板的 导电电路(37)通过检测器(43)连接到检测层(38)。
6.根据权利要求1-5中的一个或多个的线性致动器系统(1)，特征在于所述检测器 (43)位于印刷电路板(27)上。
7.根据权利要求1-5中的一个或多个的线性致动器系统(1)，特征在于所述检测器(43)与印刷电路板(27)分离地放置。
8.根据权利要求1-7中的一个或多个的线性致动器系统(I)，特征在于检测器(43)是 用于检测静态泄漏电流的晶体管。
9.根据权利要求1-7中的一个或多个的线性致动器系统(I)，特征在于检测器(43)是 用于检测动态泄漏电流的电容器的一部分。
10.根据权利要求1-9中的一个或多个的线性致动器系统(I)，特征在于所述线性致动 器系统(I)包括包含所述控制器的控制盒(3)。
11.一种线性致动器系统(I)中的火灾检测方法，所述线性致动器系统至少包括控制器，电源⑷，线性致动器(2)，以及操作设备(5)，特征在于所述线性致动器系统(I)包括具有包含至少一个导电电路(37)的多个层 (29，31，32，35)的至少一个印刷电路板(27)，其中所述印刷电路板的多个层中的至少一个 层是检测层(38)，用于通过将落在导电电路(37)的工作范围(47)之外的电压施加到检测 层(38)来检测泄漏电流。
【文档编号】H05K1/02GK103597914SQ201280025559
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年5月25日 优先权日:2011年5月27日
【发明者】C·B·杰佩 申请人:利纳克有限公司