多级电动升降桌及控制方法与流程

本发明涉及汽车组件或家居组件领域，特别是一种用于房车的多级电动升降桌及控制方法。

背景技术：

如今随着人们生活水平的提高，对车内舒适性型和空间利用率越来越高，普通车受空间的限制车内设施相对固定，可移动性及空间利用率较低，额外扩展空间有限，电动升降桌得到广大客户的青睐。目前市场上电动升降桌多用于家庭及办公使用，使用普通工业电机，无电磁兼容性和霍尔传感器，无法记录位置和提供智能防夹功能；运动连接件易产生侧向晃动，稳定性不足，无法满足侧向冲击要求；控制器依靠行程开关记录最低位置与最高位置，无法自由设定记忆位置高度，控制器无短路保护和通讯功能；拓展功能较差，无法达到车规级别要求等；受限制条件较多，市场竞争不足。

中国专利文献cn201337105y记载了一种可调桌架，采用了多级螺杆和电机驱动升降的结构，但是在该结构中，电机处于移动状态，设置供电和控制电路的难度较大，其中螺杆和中管还需要在中板设置独立的轴承结构、导向撑板结构和连接管的结构，导致升降传动机构也较为复杂，对于行程极限位置如何实现停止也未给出实现方法。cn108433344a记载了一种根据使用者身高自动调整最佳合适高度的智能化餐桌，通过编码器控制升降高度，实现智能化，但是该控制方案和驱动方案均较为复杂，实现成本较高。中国专利文献cn104397986a记载了一种升降桌自动升降控制系统，采用气缸驱动升降，该方案需要设置额外的气源和气路，控制较为不便。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种多级电动升降桌及控制方法，具有结构更加紧凑的驱动机构，在确保伸缩控制可靠的基础上，进一步缩小占用空间。优选的方案中，能够方便调整桌面的位置，以适应车内的狭小空间。能够实现部分或全部的桌面旋转。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种多级电动升降桌的控制方法，能够方便的实现高度记忆，以及智能防夹。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多级电动升降桌，包括互相滑动套接的多个套管，还设有与套管数量相应的，至少一个螺杆和多个螺纹套管，螺杆与多个螺纹套管互相之间通过螺纹连接，螺杆与驱动电机的输出轴固定连接；

多个套管中的一个套管的自由端与上固定座固定连接，多个螺纹套管中的一个螺纹套管的自由端与上固定座固定连接；

多个套管中的一个套管的自由端与下固定座固定连接，驱动电机通过电机套筒与下固定座固定连接；

通过驱动电机的旋转，用于驱动套管升降。

优选的方案中，螺杆和螺纹套管的外壁设有外螺纹；

在螺纹套管互相连接的端头，或者螺纹套管与螺杆连接的端头设有缩径结构，在缩径结构的位置设有内螺纹；

在螺杆与螺纹套管连接的端头设有螺杆垫圈和第二卡环，以限定螺杆与螺纹套管之间的轴向位移；在位于内部的螺纹套管的端头设有扩径法兰，以限定螺纹套管之间的轴向位移。

优选的方案中，在位于内部的螺纹套管的端头的外壁还设有位置开关，当螺纹套管之间完全收缩，位于外侧的螺纹套管的端头与位置开关的触发部接触；

所述的位置开关位于直径从大到小排在第二的螺纹套管的端头。

优选的方案中，在互相套接的套管之间设有导向片和弹性限位圈，导向片位于套管之间边的位置，弹性限位圈位于套管之间棱的位置。

优选的方案中，电机套筒的底部与下固定座固定连接，在电机套筒的顶部设有轴承，螺杆穿过轴承与驱动电机的输出轴固定连接，在螺杆上靠近轴承的位置设有第一卡环，以限制螺杆的轴向位置；

在驱动电机的底部设有缓冲垫。

优选的方案中，还设有桌面移动装置，桌面移动装置的结构为：上固定座与x向伸缩座固定连接，x向伸缩杆与x向伸缩座滑动套接，x向伸缩杆与y向伸缩座固定连接，y向伸缩杆与y向伸缩座滑动套接，在y向伸缩杆的端头设有桌面固定座，桌面固定座用于与桌面固定连接；

在x向伸缩座还设有移动锁止装置。

优选的方案中，上固定座还通过转轴与旋转板连接，上固定座与旋转板之间可相对转动，在上固定座与旋转板之间设有弹性波垫。

优选的方案中，所述的电机为直流永磁回馈电机，直流永磁回馈电机的电机定子绕组与电源模块电连接，电源模块与主控装置的输出端电连接，所述的电源模块为pwm型脉宽调制驱动电路；

在直流永磁回馈电机的定子壳体上设有位置传感器，位置传感器与主控装置电连接；主控装置还设有电流检测模块，电流检测模块与电机定子绕组电连接，用于检测电机定子绕组上的电流大小；

所述的电机定子绕组为三个，沿圆周均布，电机永磁转子的磁极为4个，各个磁极沿圆周交错布置，位置传感器为三个，分别位于电机定子绕组之间，所述的位置传感器为霍尔传感器；

所述的霍尔传感器与主控装置主控芯片的中断引脚inh电连接，用于根据霍尔信号使主控芯片能输出pwm频率信号；

霍尔传感器与主控装置主控芯片的输入引脚in电连接，用于检测霍尔传感器的信号丢失；

电流检测模块与主控装置主控芯片的检测引脚is电连接，检测引脚is的优先级高于输入引脚in的优先级。

优选的方案中，所述的主控装置采用两路并行的主控芯片结构，两路主控芯片独立的与电源模块电连接，两路主控芯片还独立的与电流检测模块和位置传感器电连接。

一种采用上述的多级电动升降桌的控制方法，包括以下步骤：

s1、在桌面升降过程中，主控装置输出pwm信号，通过电源模块驱动直流永磁回馈电机运行，

霍尔传感器的信号在经过限流、分压处理后，输入至主控装置，直流永磁回馈电机转动时因霍尔传感器的信号使能，主控装置不断进入相应的中断处理程序来处理霍尔传感器的信号计数，计数结果即为电机运行的行程参考数据，当达到所设定的行程数据或接收到停止信号时，主控装置主动停止直流永磁回馈电机驱动控制，同时根据霍尔传感器的信号相序来判断直流永磁回馈电机旋转方向与控制方向的符合性和频率；

s2、当桌面升降过程中被限位，主控装置的电流检测模块检测到电流增大，主控装置优先根据电流检测模块的信号主动停止直流永磁回馈电机驱动控制；

或者根据霍尔传感器的信号丢失主动停止直流永磁回馈电机驱动控制；

电流检测模块的信号优先级高于霍尔传感器的信号丢失的优先级。

本发明提供了一种多级电动升降桌及控制方法，通过采用多级套管配合多级螺杆和螺纹套管的结构，并将驱动电机固定设置在底部的下固定座上，克服了现有升降驱动方案中，电路布置不便的问题，以及升降驱动结构复杂的问题，在确保升降运动精度的前提下，简化了结构，更便于生产，大幅降低了生产成本。设置的弹性限位圈和导向片的结构，能够给多级套管提供较高的导向效果，尤其是能够降低多级套管侧向摆动间隙，提高升降精度。设置的直流永磁回馈电机和主控装置、位置传感器以及电流检测模块，实现了桌子升降高度的自动控制，并以非常简单的结构和控制实现智能防夹和位置记忆。设置的位置开关能够在位置传感器失效的时候，提供额外的保护，提高安全性。位置开关设置的位置能够避免误触发，确保全行程伸缩。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构主视示意图。

图2为本发明的整体结构仰视示意图。

图3为本发明的移动锁止装置的结构示意图。

图4为本发明的升降机构的横截面示意图。

图5为本发明的驱动电机的安装结构局部放大示意图。

图6为本发明的螺杆与第一螺纹套管螺纹连接结构的局部放大示意图。

图7为本发明的旋转板部位的局部放大示意图。

图8为本发明的电机驱动电路示意图。

图9为本发明的主控装置电路示意图。

图10为本发明的控制流程示意图。

图中：驱动电机1，螺杆2，第一螺纹套管3，第二螺纹套管4，第一套管5，第二套管6，第三套管7，位置开关8，桌面移动装置9，x向伸缩座91，x向伸缩杆92，桌面固定座93，y向伸缩杆94，y向伸缩座95，连接管96，锁止杠杆97，复位弹簧98，下固定座10，桌面旋转部11，桌面12，转轴13，移动锁止装置14，锁止压块141，锁止压杆142，锁止压座143，下固定座15，导向片16，定子绕组17，电机永磁转子18，位置传感器19，主控装置20，电源模块21，轴承22，电机套筒23，缓冲垫24，弹性限位圈25，第一卡环26，螺杆垫圈27，第二卡环28，旋转板29，弹性波垫30，上固定座31，扩径法兰32。

具体实施方式

实施例1：

如图1~7中，一种多级电动升降桌，包括互相滑动套接的多个套管，还设有与套管数量相应的，至少一个螺杆2和多个螺纹套管，螺杆与多个螺纹套管互相之间通过螺纹连接，螺杆与驱动电机1的输出轴固定连接；其中螺纹套管直径从大到小布置，直径较大的螺纹套管位于顶部，直径较小的螺纹套管位于底部，直径最小的螺纹套管与螺杆螺纹连接。

多个套管中的一个套管的自由端与上固定座31固定连接，多个螺纹套管中的一个螺纹套管的自由端与上固定座31固定连接如，图1中所示，在第二螺纹套管4的顶端设有法兰，上固定座31通过销或螺钉与第二螺纹套管4的顶端法兰固定连接；

多个套管中的一个套管的自由端与下固定座10固定连接，驱动电机1通过电机套筒23与下固定座10固定连接；

通过驱动电机1的旋转，带动螺杆2和多个螺纹套管旋转并升降，用于驱动套管升降。

优选的方案中，螺杆2和螺纹套管的外壁设有外螺纹；

在螺纹套管互相连接的端头，或者螺纹套管与螺杆2连接的端头设有缩径结构，在缩径结构的位置设有内螺纹；本例中优选的，螺杆2采用金属材质，螺纹套管采用塑料材质。采用缩径结构与现有技术中焊接螺母的方案相比，能够大幅提高生产效率，通过模具能够一次成型。

在螺杆2与螺纹套管连接的端头设有螺杆垫圈27和第二卡环28，以限定螺杆2与螺纹套管之间的轴向位移；在位于内部的螺纹套管的端头设有扩径法兰32，以限定螺纹套管之间的轴向位移。由此结构，能够使伸缩运动通过限定轴向位移的结构使伸缩动作分段传递，即先完成螺杆与第一螺纹套管3之间的伸缩，再完成第一螺纹套管3与第二螺纹套管4之间的伸缩。

优选的方案如图1中，在位于内部的螺纹套管的端头的外壁还设有位置开关8，当螺纹套管之间完全收缩，位于外侧的螺纹套管的端头与位置开关8的触发部接触；

所述的位置开关8位于直径从大到小排在第二的螺纹套管的端头。由此结构，位置开关8能够作为自动控制的保险，当自动控制出现误差时，位置开关8能够避免超过伸缩行程而使设备损坏。进一步的，位置开关8还能够作为自动控制的归零控制，即在自动控制伸缩几次之后，可能存在累积误差，此时，取消自动控制行程，以位置开关8作为行程控制的反馈信号，并在下次自动控制时，将接触位置开关8的位置作为初始位置，从而将累积的误差消除。位置开关8设置的位置能够确保螺杆2和螺纹套管的行程完全展开或完全缩回，避免出现在未被完全缩回的情形下误触发。

优选的方案如图4中，在互相套接的套管之间设有导向片16和弹性限位圈25，导向片16位于套管之间边的位置，导向片16优选采用聚四氟乙烯垫片，弹性限位圈25位于套管之间棱的位置，弹性限位圈25优选采用弹簧基片两端设置聚四氟乙烯垫片的结构，弹性限位圈25采用近似“c”形的结构，以使套管之间的间隙被压紧。

优选的方案如图1、5中，电机套筒23的底部与下固定座15固定连接，在电机套筒23的顶部设有轴承22，轴承端盖与电机套筒23的顶部通过螺钉连接，并将轴承22压紧，螺杆2穿过轴承22与驱动电机1的输出轴固定连接，在螺杆2的端头加工出花键头，在驱动电机1的输出轴设有花键孔，将花键头插入到花键孔内，在螺杆2上靠近轴承22的位置设有第一卡环26，以限制螺杆2的轴向位置；

在驱动电机1的底部设有缓冲垫24。设置的缓冲垫24用于缓冲车辆行走过程中的冲击，以及伸缩过程中产生的冲击。

优选的方案中，还设有桌面移动装置9，桌面移动装置9的结构为：上固定座31与x向伸缩座91固定连接，x向伸缩杆92与x向伸缩座91滑动套接，x向伸缩杆92与y向伸缩座95固定连接，y向伸缩杆94与y向伸缩座95滑动套接，在y向伸缩杆94的端头设有桌面固定座93，桌面固定座93用于与桌面12固定连接；

在x向伸缩座91还设有移动锁止装置14。设置的桌面移动装置9，能够适应不同规格的桌面，从而能够根据车内空间适配桌面。另一个优势是能够根据需要移动桌面到不同的位置，从而充分利用车内的空间。设置的移动锁止装置14能够固定这种移动结构。确保桌面在行车过程中保持稳定。移动锁止装置14包括与杆件垂直的锁紧螺钉。还包括如图3中的结构，在x向伸缩座91的连接管96中设有两个倾斜的锁止杠杆97，所述的连接管96与活动的x向伸缩杆92垂直，连接管96朝向x向伸缩杆92的端头设有开口，锁止杠杆97靠近中间的位置与连接管96铰接，在锁止杠杆97的一端设有铰接的压头，用于压紧到x向伸缩杆92上，锁止杠杆97的另一端与锁止压块141滑动连接，在锁止压块141的位置还设有锁止压座143，锁止压杆142与锁止压座143螺纹连接，锁止压杆142穿过锁止压座143与锁止压块141通过球头连接。以使锁止压杆142与锁止压块141之间可转动不可轴向移动。还设有用于复位的复位弹簧98，以使锁止压块141复位。当转动锁止压杆142，使锁止压座143压下，锁止杠杆97的端头沿着锁止压座143滑动，并变的水平，压头即压紧到x向伸缩杆92上，使x向伸缩杆92被锁定。

优选的方案如图7中，上固定座31还通过转轴13与旋转板29连接，上固定座31与旋转板29之间可相对转动，在上固定座31与旋转板29之间设有弹性波垫30。由此结构，实现桌面旋转部11的转动。

优选的方案如图8~10中，所述的电机1为直流永磁回馈电机，直流永磁回馈电机的电机定子绕组17与电源模块21电连接，电源模块与主控装置20的输出端电连接，所述的电源模块21为pwm型脉宽调制驱动电路；

在直流永磁回馈电机的定子壳体上设有位置传感器19，位置传感器19与主控装置20电连接；主控装置20还设有电流检测模块，电流检测模块与电机定子绕组17电连接，用于检测电机定子绕组17上的电流大小；设置的位置传感器19用于代替电刷的功能，实现无刷换向。同时位置传感器19还用于判断旋转方向，以及是否存在丢步，是否存在运动被阻止的情形。设置的电流检测模块，用于检测电机定子绕组17的电流是否增大，从而更加快速的判断是否存在运动被阻止的情形。电流检测模块与位置传感器19构成冗余的安全防护系统，进一步提高防夹效果。

所述的电机定子绕组17为三个，沿圆周均布，电机永磁转子18的磁极为4个，各个磁极沿圆周交错布置，位置传感器19为三个，分别位于电机定子绕组17之间，所述的位置传感器19为霍尔传感器；优选的，在电机定子绕组17的内壁设有保护罩，图中未示出，在保护罩上霍尔传感器的位置设有开口。由此方案，通过霍尔传感器对电机永磁转子16的位置进行检测。

所述的霍尔传感器与主控装置20主控芯片的中断引脚inh电连接，用于根据霍尔信号使主控芯片能输出pwm频率信号；优选的，所述的主控芯片采用bts7960。直流永磁回馈电机的转动时因霍尔传感器的信号使能，主控装置20不断进入相应的中断处理程序来处理霍尔传感器的信号进行计数。

霍尔传感器与主控装置20主控芯片的输入引脚in电连接，用于检测霍尔传感器的信号丢失；

电流检测模块与主控装置20主控芯片的检测引脚is电连接，检测引脚is的优先级高于输入引脚in的优先级。优选的如图9中，在检测引脚is和对比引脚sr之间并联有多个检测电阻，例如r13，r31，r32和r33，对比引脚sr通过电阻r14接地，检测引脚is通过电阻r12与稳压二极管v3的负极电连接，对比引脚sr通过电阻r14与稳压二极管v3的正极电连接。检测引脚is还与电容c11的一端电连接，对比引脚sr通过电阻r14与电容c11的另一端电连接。

优选的方案中，所述的主控装置20采用两路并行的主控芯片结构，两路主控芯片独立的与电源模块21电连接，两路主控芯片还独立的与电流检测模块和位置传感器19电连接。由此结构，提高系统的稳定性，当一路的主芯片发生故障，不会影响另一路主芯片的工作。本例中的主芯片输出引脚，也采用了双路输出的方案，以进一步提高控制的可靠性。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图1~7中，以最优的结构为例加以说明。

第一套管5、第二套管6和第三套管7依次套接，在第一套管5、第二套管6和第三套管7之间设有多个弹性限位圈25和导向片16。以使伸缩顺滑。

第二螺纹套管4、第一螺纹套管3和螺杆2依次螺纹连接，其中第二螺纹套管4的直径最大，位于顶部，螺杆2位于底部，螺杆2采用金属材质，第二螺纹套管4和第一螺纹套管3采用塑料材质，并采用整体浇注加工成型。螺杆2和第一螺纹套管3的缩径端头螺纹连接，第一螺纹套管3的缩径端头在内壁形成一个阶台。在螺杆2的端头设有螺杆垫圈27和第二卡环28限位。第一螺纹套管3与第二螺纹套管4的缩径端头螺纹连接，第二螺纹套管4的缩径端头在内壁形成一个阶台，第一螺纹套管3的端头设有扩径法兰32的结构，以实现轴向限位。驱动电机1采用反馈式永磁直流电机，位于底部，驱动电机1与螺杆2固定连接。驱动电机1还通过电机套筒23与下固定座10固定连接，第一套管5与下固定座10固定连接。

第三套管7和第二螺纹套管4与上固定座31固定连接，位置开关8位于第一螺纹套管3靠近底端的外壁。

上固定座31还通过转轴13与旋转板29连接，旋转板29与桌面旋转部11连接。转轴13采用带凸台的连接结构，以进一步简化结构。还设有桌面移动装置9，用于适应不同的桌面和调节桌面的位置。

使用时，主控装置20驱动驱动电机1旋转，位置传感器19反馈电机永磁转子18的转角。由于螺杆2与第一螺纹套管3之间的摩擦力小于第一螺纹套管3与第二螺纹套管4之间的摩擦力，螺杆2与第一螺纹套管3之间首先伸开，当螺杆2与第一螺纹套管3之间被限位后，第一螺纹套管3与第二螺纹套管4之间开始伸开，直至第一螺纹套管3与第二螺纹套管4之间被限位，此时定子绕组17上的电流增大，主控装置20的电流检测模块检测到电流增大，主控装置20使驱动电机1停止旋转。当收缩时，主控装置20使驱动电机1反向旋转，螺杆2与第一螺纹套管3之间先缩回，直至被限位，然后第一螺纹套管3与第二螺纹套管4之间缩回，直至通过位置传感器19的反馈达到预设行程，或者第二螺纹套管4的底端与位置开关8的触发位置接触，主控装置20使驱动电机1失电。同时在主控装置20中，将该位置设置为行程的零点。若在升降过程中碰到障碍，则驱动电机1的转动阻力增大，定子绕组17上的电流增大，主控装置20的电流检测模块检测到电流增大，主控装置20使驱动电机1停止旋转。以确保安全。

实施例3：

一种采用上述的多级电动升降桌的控制方法，包括以下步骤：

s1、在桌面12升降过程中，主控装置20输出pwm信号，通过电源模块21驱动直流永磁回馈电机运行，

霍尔传感器的信号在经过限流、分压处理后，输入至主控装置20，直流永磁回馈电机转动时因霍尔传感器的信号使能，主控装置20不断进入相应的中断处理程序来处理霍尔传感器的信号计数，计数结果即为电机运行的行程参考数据，当达到所设定的行程数据或接收到停止信号时，主控装置20主动停止直流永磁回馈电机驱动控制，同时根据霍尔传感器的信号相序来判断直流永磁回馈电机旋转方向与控制方向的符合性和频率；

s2、当桌面12升降过程中被限位，主控装置20的电流检测模块检测到电流增大，主控装置20优先根据电流检测模块的信号主动停止直流永磁回馈电机驱动控制；

或者根据霍尔传感器的信号丢失主动停止直流永磁回馈电机驱动控制；

电流检测模块的信号优先级高于霍尔传感器的信号丢失的优先级。

实施例4：

如图8~10中，在实施例3的基础上，更详细的控制流程为：

s11、接收开关或行车电脑can总线命令，若是进入下一步；

s12、接收霍尔传感器的信号，使主控装置20能够以中断模式为电源模块21输出控制信号；

s13、设置pwm控制信号的频率和占空比，以控制电源模块21的六个晶闸管输出驱动电流；

s14、主控装置20输出的pwm控制信号，控制电源模块21的六个晶闸管输出驱动电流，驱动直流永磁回馈电机以预设的方式转动；

s15、接收霍尔传感器的反馈信号；

s16、通过电流检测模块检测驱动电流是否超标，若是则跳转结束；

s17、接收的霍尔传感器的反馈信号行否丢失，若是则跳转结束；

s18、通过霍尔传感器的技术累加值与预设值进行比对实现检测行程是否达到限位，若是则跳转结束；

s19、是否接收到开关或can总线命令，若是则跳转结束；若否则跳转至步骤s12。

通过以上步骤实现桌面12升降运动的自动控制，并且能够检测是否夹到异物，或者是否存在运动异常，采用上述的控制方法，大幅降低控制难度，尤其是降低传感器布置的难度。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。