СИСТЕМА ЛИНЕЙНОГО ПРИВОДА СО СРЕДСТВОМ ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ВОЗГОРАНИЯ
SYSTEM OF LINEAR DRIVE WITH MEANS FOR DETECTION OF FIRE

Данное изобретение относится к системе линейного привода, как изложено в ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Электромеханические системы линейного привода широко используются в области госпитализации и ухода за больными, в основном их используют для регулируемых кроватей и кресел, например, для регулирования секции опоры для спины и секции опоры для ног. В пределах данной области системы линейного привода также используются в перемещающих пациентов подъемниках кранового типа, имеющих кронштейн для подъема пациента из кресла или кровати или опускания в кресло или кровать. Кроме того, системы линейного привода используются в других областях, например в питающих сетях солнечных установок.
Обычно используют тип линейного привода, содержащий тягу, например, типа, описанного в документе WO 02/29284 A1 (Linak A/S). Данный тип линейного привода содержит шпиндель со шпиндельной гайкой. Шпиндель приводится в движение реверсивным электрическим двигателем через трансмиссию. При приведении в движение шпинделя шпиндельная гайка перемещается в направлении внутрь или наружу в зависимости от направления вращения электрического двигателя. Линейный привод представляет собой независимый компонент, в котором шпиндель, трансмиссия и электрический двигатель заключены в корпус. Корпус обычно содержит корпус двигателя и наружную трубу. К шпиндельной гайке прикреплена внутренняя труба. При перемещении шпиндельной гайки внутрь и наружу на шпинделе внутренняя труба смещается внутрь наружной трубы и из нее. На противоположном конце шпиндельной гайки внутренняя труба снабжена передним креплением. Наружная сторона двигателя снабжена задним креплением. Переднее крепление и заднее крепление используются для прикрепления линейного привода к конструкции, которую необходимо регулировать.
Аспект, касающийся всех данных применений, заключается в вероятности возникновения возгорания в одной или большем количестве частей системы привода. В частности, известно, что погрешности или дефекты электрических схем и электронных компонентов могут стать причиной возгораний. Источником может быть, например, дефект электронного компонента или производственный дефект в компоновке электропроводящей схемы на печатной плате. В данном случае непрерывная подача электричества к дефектному или неисправному участку будет вызывать нагревание компонента и зоны вокруг него и/или электропроводящей схемы печатной платы. Нагрев и непрерывная подача электричества создают вероятность возникновения скрытого возгорания. Не является обязательным немедленное возникновение возгорания в дефектном или неисправном участке, однако со временем вероятность возгорания будет увеличиваться. Это может быть обусловлено состоянием дефекта или может просто быть следствием того факта, что электрическая схема присоединена не постоянно, а только на короткие периоды времени. Что касается конструкции, то для предотвращения данной вероятности обычно используют антипирены как в печатных платах, так и в частях корпуса, обычно окружающих печатные платы. Однако данные антипирены не активизируются до тех пор, пока не разовьется возгорание, что часто приводит к задымлению и повреждениям от загрязнения сажей. Кроме того, препятствующее возгоранию действие антипиренов часто ограничивается частью/частями, в которых они расположены. Соответственно, при этом нет уверенности в том, что антипирены смогут предотвратить распространяющееся возгорание.
Для других задач известно использование детекторов дыма, предназначенных для детектирования повышенной температуры и/или задымления, которые могут указывать на возможное развитие возгорания или уже на его развитие. Существуют различные принципы, на которых основана работа детекторов дыма, среди которых известны оптические принципы, ионизационные принципы и принципы отбора пробы воздуха. Несмотря на то что все данные типы детектирования в принципе могут быть интегрированы в одну или большее количество частей системы линейного привода, это возможно только при существенном нежелательном увеличении размеров линейного привода. Кроме того, данные типы детектирования очень дорогостоящие и, таким образом, непривлекательные в их существующем в настоящее время виде.
В документе US 7109722 B2 корпорации IBM приведено описание устройства и способа детектирования и предотвращения возникновения задымления и возгорания в печатной плате, имеющей электрическую схему. В данном случае печатная плата имеет детекторную панель, содержащую сенсорный элемент, состоящий по меньшей мере из двух отдельных связей или гребнеобразных решеток. Положительное напряжение будет в основном приложено к одной связи, тогда как другая связь будет заземлена, при этом между ними измеряют ток утечки. Однако на изготовление гребнеобразной решетки требуется много времени, а компоновка и изготовление печатной платы являются дорогостоящими. Кроме того, существует большая вероятность возникновения нежелательных электропроводящих соединений между гребнеобразной решеткой и электрической схемой в печатной плате.
Данное изобретение относится к проблеме создания системы линейного привода, которая на ранней стадии может детектировать развившееся возгорание, или предоставлять информацию о потенциальной возможности возникновения возгорания, или о уже развившемся возгорании так, чтобы могли быть приняты меры по предотвращению возгорания или по борьбе с ним.
Таким образом, задача данного изобретения состоит в создании системы линейного привода, которая надежным, простым и экономически выгодным образом решает проблему детектирования возгорания и борьбы с ним в системе линейного привода.
Данная задача в соответствии с изобретением решена посредством системы линейного привода, содержащей по меньшей мере одну печатную плату, имеющую множество слоев и содержащую по меньшей мере одну электропроводящую схему, причем по меньшей мере один из слоев печатной платы представляет собой электропроводящий детекторный слой, предназначенный для детектирования тока утечки, при этом к детекторному слою приложено напряжение, выходящее за пределы рабочего диапазона электропроводящей схемы. За счет приложения напряжения, выходящего за пределы рабочего диапазона электропроводящей схемы, можно детектировать ток утечки независимо от того, насколько малой может быть его величина. Это происходит благодаря тому, что ток утечки всегда будет отличаться от напряжения, приложенного к детекторному слою. В случае детектирования тока утечки могут быть приняты меры по предотвращению его перехода, например, в возгорание в системе линейного привода. Таким образом, можно решить вышеуказанную проблему, касающуюся раннего детектирования возгорания. К мерам, которые могут быть предприняты на основе измеренного тока утечки, могут относиться, например, отключение сетевого напряжения, подаваемого к печатной плате, или подача звукового или визуального сигнала пользователю или соответствующему персоналу. Дополнительным преимуществом данного решения является то, что ток утечки может указывать на возможность выхода из строя линейного привода. Таким образом, имеется возможность для упреждения непредвиденных случаев до их возникновения. К непредвиденному случаю может относиться, например, невыполнение линейным приводом требуемой функции или прерывание хода линейного привода. Такой случай может представлять опасность для пациента. Для учета такого случая информация, касающаяся детектированного тока утечки, может быть передана к рабочему устройству системы линейного привода или она может быть отображена на сервисном мониторе, присоединенном к системе. Информация может быть также передана в центр технического обслуживания, откуда на основании данной информации могут направить специалиста для проверки системы линейного привода.
В варианте осуществления изобретения детекторный слой представляет собой сплошной электропроводящий слой. В еще одном варианте осуществления изобретения площадь детекторного слоя приблизительно соответствует площади печатной платы. Таким образом, ток утечки может быть детектирован независимо от места его возможного возникновения на печатной плате.
В варианте осуществления изобретения детекторный слой в системе линейного привода присоединен к детектору, который детектирует ток утечки. Детектор может быть расположен на печатной плате, в которой расположен детекторный слой. Детектор также может быть расположен отдельно от печатной платы, в которой расположен детекторный слой.
В варианте осуществления системы линейного привода детектор представляет собой транзистор, который может детектировать статический ток утечки.
В другом варианте осуществления системы линейного привода детектор представляет собой часть конденсатора, предназначенного для детектирования динамического тока утечки.
Данное изобретение дополнительно относится к способу детектирования возгорания в системе линейного привода, как изложено в ограничительной части п. 11 формулы изобретения, характеризующемуся тем, что система линейного привода содержит по меньшей мере одну печатную плату, имеющую множество слоев и содержащую по меньшей мере одну электропроводящую схему, причем по меньшей мере один из слоев печатной платы представляет собой детекторный слой, предназначенный для детектирования тока утечки путем приложения к детекторному слою напряжения, выходящего за пределы рабочего диапазона электропроводящей схемы.
Вариант осуществления системы линейного привода в соответствии с данным изобретением описан ниже более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показана система привода и ее подкомпоненты;
на фиг. 2-3 показано сечение печатной платы и ее поперечное сечение;
на фиг. 4 показано поперечное сечение выбранного участка произвольной печатной платы, имеющей четыре слоя;
на фиг. 5-9 показан схематический вид сверху каждого слоя печатной платы, имеющей четыре слоя, из системы линейного привода, причем на фиг. 5 показан контур установленных компонентов;
на фиг. 10 и 11 показано, каким образом детектор присоединен к электрической схеме, расположенной на печатной плате, показанной на фиг. 5-9;
на фиг. 12 показана схема варианта реализации детектора; и
на фиг. 13 показан рабочий диапазон электрической схемы, расположенной на печатной плате.
На фиг. 1 показана система 1 линейного привода, содержащая линейный привод 2, управляющий блок 3, источник 4 питания и ручной регулятор 5. Система линейного привода дополнительно содержит управляющее устройство (не показано). Управляющее устройство обычно расположено в управляющем блоке 3, но оно также может быть расположено в ручном регуляторе 5 или линейном приводе 2.
На фиг. 2 схематически показано сечение печатной платы 6 в виде сверху. На фиг. 3 показано сечение по линии А-А, показанной на фиг. 2. Печатная плата (printplade) также известна как печатная плата (printkort). Показанная печатная плата 6 содержит пластину, выполненную из электроизоляционного материала 7, поверхность которой снабжена связями 8 из электропроводящей фольги, например из меди. Таким образом, проложенные связи 8 образуют печатную схему. Пластина из электроизоляционного материала 7 или непроводящего материала может быть выполнена, например, из полимеров, стеклоэпоксидных слоистых материалов или керамических материалов. Печатная схема работает в качестве электрических соединений, соединяющих группу электронных компонентов, которые могут быть установлены на одной или на обеих сторонах пластины с обеспечением тем самым требуемой электрической схемы. Раньше все компоненты устанавливали в сквозных отверстиях 9 в печатной плате с последующим припаиванием к электропроводящим точкам 10 пайки, в которых были расположены сквозные отверстия 9. Точки 10 пайки присоединяли непосредственно к печатной схеме. В настоящее время наибольшую часть компонентов устанавливают на поверхности печатной платы. Данные компоненты с поверхностной установкой известны как устройства для поверхностного монтажа, сокращенно УПМ (SMD), а соответствующая технология известна как технологии монтажа на поверхность, сокращенно ТМП. SMD компоненты припаивают непосредственно на плакированные медью или другие электропроводящие поверхности на печатной плате.
По мере распространенности SMD компонентов в настоящее время широко используются печатные платы, состоящие из множества слоев. Печатные платы обычно выполняют в виде слоистой структуры, содержащей, в свою очередь, изоляционный слой и электропроводящую схему. Соединения между схемами различных слоев могут быть созданы посредством электропроводящего канала, так называемого переходного отверстия. При этом изоляционный слой не проходит в участок с переходным отверстием. В альтернативном варианте может использоваться промежуточный изоляционный слой с переходным отверстием с обеспечением тем самым требуемых соединений. На фиг. 3 показано поперечное сечение выбранного участка на произвольной печатной плате 11, имеющей четыре слоя, который в этом поперечном сечении также содержит переходное отверстие 12. Печатная плата 11 содержит установочный участок 13, 14 соответственно на верхней и нижней стороне, на который может быть припаян SMD компонент. Установочные участки окружены неподходящим для припаивания материалом 15, 16 с обеспечением невозможности прилипания припоя на установочные участки 13, 14. Два установочных участка 13, 14 взаимно соединены посредством электропроводящей фольги 17, которая через переходное отверстие 12 соединяет четыре слоя 18 19, 20, 21. Следует отметить, что электропроводящее соединение между четырьмя слоями 18, 19, 20, 21, проходящее через переходное отверстие 12, не образует электрического соединения между четырьмя слоями 18, 19, 20, 21 на всем их горизонтальном протяжении. Соответственно, слои 19, 20 содержат покрывающий слой 22, 23, образованный непроводящим материалом. Каждый из четырех слоев 18, 19, 20, 21 печатной платы отделен электроизоляционным слоем 24, 25, 26. Однако следует понимать, что через изоляционный слой может проходить одно или большее количество переходных отверстий 12 между двумя или большим количеством слоев 18, 19, 20, 21 печатной платы.
На фиг. 6-9 показан схематический разрез в виде сверху каждого слоя печатной платы 27, имеющей четыре слоя, системы линейного привода, относящейся к типу, показанному на фиг. 1. На фиг. 5 схематически показан контур компонентов 28, которые должны быть установлены на печатной плате 27. Данные компоненты установлены на самом верхнем слое 29 (фиг. 6) печатной платы и припаяны к соответствующим установочным участкам, например к установочному участку 30. Данный установочный участок 30 дополнительно образует начало переходного отверстия, которое проведено через слои 31, 32 через участки 33, 34 и затем заканчивается в самом нижнем слое 35 в участке 36. Слои 29, 32, 35 образуют электрическую схему 37, содержащую электронные компоненты печатной платы 27, схематически показанные на фиг. 5. Слой 31 содержит детекторный слой 38, изолированный от электрической схемы 37. Стоит отметить, например, что между участком 33, являющимся частью вышеуказанного переходного отверстия (образованного участками 30, 33, 34, 36), и детекторным слоем 38 отсутствует непосредственное соединение. Таким образом, имеется лишь входное соединение 39, создающее соединение с детекторным слоем 38. Входное соединение 39 в данном случае выполнено в виде переходного отверстия в соединении с участками 40, 41, 42 соответственно в слоях 29, 32, 35. Однако необходимо отметить, что участки 40, 41, 42 изолированы от электрической схемы 37 в их соответствующих слоях. Детекторный слой 38 в слое 31 (фиг. 7) используют для детектирования тока утечки в схеме 37, содержащей установленные компоненты печатной платы. Через входное соединение 39 приложено выходное напряжение к детекторному слою 38 и к детектору 43 (фиг. 10 и 11) для детектирования возможных изменений данного выходного напряжения, которые соответственно могут указывать на появление тока утечки. Приложенное выходное напряжение выходит за пределы рабочего диапазона 47 электрической схемы (см. фиг. 13). Детекторный слой 38 является сплошным слоем и имеет площадь, приблизительно соответствующую площади печатной платы 27. Однако следует отметить, что площадь детекторного слоя не превышает площади печатной платы.
Возрастающий ток утечки в системе 1 привода в типичном случае может быть вызван повреждением в конкретной печатной плате 27 и/или в электрической схеме 38, содержащей один или большее количество установленных компонентов. Вследствие непрерывной подачи электричества в дефекте и вокруг него будет аккумулироваться энергия. Увеличенное аккумулирование энергии будет приводить к подъему температуры в участке дефекта и вокруг него, что будет способствовать дальнейшему увеличению силы тока утечки между детекторным участком 38 и дефектным участком в электрической схеме 37. В основном это обусловлено тем, что растущее аккумулирование энергии в дефектном участке и вокруг него вызывает тепловыделение в том же самом участке. Аккумулирование энергии может потенциально вызвать возгорание в дефектном участке и вокруг него. Очевидно, что данная ситуация является нежелательной, и если ее не предотвратить, то она может иметь весьма серьезные последствия. Детекторный слой 38 присоединен к детектору 43 для регистрации тока утечки. Когда выходное напряжение, приложенное к детекторному слою, выходит за пределы рабочего диапазона электрической схемы, то детектор 43 может детектировать даже очень малые токи утечки. Это обусловлено тем, что ток утечки имеет напряжение, лежащее в пределах рабочего диапазона 47 электрической схемы 37, которое, таким образом, отличается от выходного напряжения, приложенного к детекторному слою 38. Если рабочий диапазон 47 электрической схемы 37, например, лежит в интервале 0-40 В (Вольт), то к детекторному слою может быть приложено выходное напряжение, например, равное 50 В или -10 В. Детектор 43 дополнительно может быть присоединен к схеме 47, содержащей установленные компоненты печатной платы, которая на основе сигнала от детектора 43 может прервать поступление тока к электрической схеме 37 печатной платы или к части электрической схемы. В варианте осуществления изобретения сигнал, относящийся к возникшему току утечки, может быть передан к ручному регулятору 5 системы привода (см. фиг. 1) с возможностью, таким образом, подачи сигнала пользователю или соответствующему персоналу. В другом варианте осуществления изобретения сигнал может быть передан на служебный индикатор, который уже осуществляет мониторинг других требующих обслуживания элементов системы линейного привода. В еще одном варианте осуществления изобретения сигнал может быть передан к отделу технического надзора, который может направить специалиста для проведения обследования системы привода на месте. Это может быть достигнуто посредством того, что система привода присоединена к коммуникационной платформе, например шине данных или распределительной коробке, которая может обеспечить пользователя, соответствующий персонал или другие модули информацией, относящейся к возникшему току утечки. В другом варианте осуществления изобретения детектор 43 может быть конфигурирован так, что информация, относящаяся к току утечки, не будет передаваться до тех пор, пока не будет превышена заданная пороговая величина и/или если ток утечки остается непрерывным в течение заданного периода. Детектор 43 может представлять собой транзистор, например биполярный транзистор, используемый для детектирования статического тока утечки, то есть постоянного тока. Пример данного варианта осуществления изобретения показан на фиг. 12. В другом варианте осуществления изобретения детекторный слой 38 может представлять собой часть конденсатора, используемого для детектирования динамического тока утечки, то есть переменного тока.
На фиг. 10 схематически показан вариант присоединения электрической схемы 37 на печатной плате 27, показанной на фиг. 5-9, к детекторному слою 38 через детектор 43. Следует отметить, что детектор в данном варианте осуществления изобретения расположен на печатной плате 27.
На фиг. 11 схематически показан вариант присоединения электрической схемы 37 на печатной плате 27, показанной на фиг. 5-9, к детекторному слою 38 через детектор 43. Следует отметить, что в данном случае детектор не расположен на печатной плате 27.
На фиг. 12 показана схема варианта реализации детектора 43, присоединенного к детекторному слою 38 на печатной плате 27. В данном варианте осуществления изобретения детектор 43 состоит из транзистора 44, расположенного в соединении с двумя последовательно соединенными сопротивлениями 45, 46. Детектор может обеспечивать измерение, если возникает ток утечки, и генерировать выходной сигнал, если ток утечки превышает заданное пороговое значение.
На фиг. 13 в двухмерной системе координат показан рабочий диапазон 47, проиллюстрированный в данном случае напряжением (ось ординат), с которым электрическая схема 37 на печатной плате 27 работает в течение времени (ось абсцисс). Напряжение, приложенное к детекторному слою 38, выходит за пределы данного рабочего диапазона 47.
Необходимо отметить, что данное изобретение подобным образом может использоваться в системах привода, содержащих так называемые сдвоенные приводы, имеющие два шпиндельных модуля в одном общем корпусе. Данный тип более полно описан в документе WO 2007/093181 A1 (Linak A/S).