CN103385761A - 医用器械的电动机的运转方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医用器械的电动机的运转方法。在运转具有接纳由电动机(2)驱动的工具(5)的机构的医用器械尤其是牙外科器械或牙髓病治疗器械的电动机(2)的方法中，在调校步骤中使该电动机(2)连同所容纳的工具(5)在至少一个工作时刻运转，并且针对该工作时刻确定电动机(2)的发电机电压(U_EMK)、电动机(2)的转速(n_电动机)和电动机（2）的空转耗电量(I_电动机)。根据所确定的参数来计算用于该器械(1)的空转摩擦力矩(M_reib)，它在该器械(1)的随后运转中被考虑作为电动机(2)控制中的修正系数。

Description

医用器械的电动机的运转方法

技术领域

本发明涉及医用器械的电动机的运转方法，该医用器械具有用于接纳由所述电动机驱动的工具的机构。医用器械尤其涉及牙外科器械或所谓的牙髓病治疗器械。本发明还涉及具有相应器械的牙科装置。

背景技术

牙科器械通常在用于该器械中的驱动装置类型方面是不同的。虽然早先主要使用具有涡轮驱动装置的器械，但也越来越多地使用具有电驱动装置的器械，因为在这样的驱动装置中同时也可以获得在牙科实践中针对相应治疗所需要的转速。具有电驱动装置的牙科器械的一个优点还在于，可通过相应地控制该电动机来精确地调节转速和转矩。

尤其是对于用于植入术中的牙科器械，很精确地调节由器械工具所输出或者说所施加的转矩是非常重要的。这样的外科器械例如用于攻丝，借此随后将植入物旋拧入骨中。为了使植入体随后发挥作用，相应的螺纹必需无缺陷以便锚固该植入体，这仅在攻丝时由相应的工具施加于骨的转矩被保持在预定不变的极限内时才得以保证。

与此相应，尤其是在这样的应用场合中必需准确地控制具有相应容置的工具的器械，这最终也只能通过使用电驱动装置来实现。但在此情况下所使用的电动机也可能在输出转矩方面遇到一定的分散性，这归结于在电动机制造过程中的不可控因素。虽然可以紧接在电动机制造后获得相应的修正信息并且在随后的控制中加以考虑，但现实中这是不切实际的，因为这些修正值对于电动机是特定的并且同类型的不同电动机可以在一个控制单元上被运转工作。例如应该可以使用一个电动机，而同时原先用过的同类型电动机被杀菌消毒。另外，必须考虑到由于电动机随着时间推移而在某些工作时刻输出的转矩是变化的。与此相应，在随后使用医用器械时也必然要按规定调校该电动机。

从现有技术中已知了在牙医领域的多种不同的电动机调校解决方案。一种常见方法例如在于，电动机或配备有电动机的器械与具有机械制动系统的调校系统相连，并且执行调校过程。机械制动系统例如具有摩擦制动器、粘滞制动器或磁滞制动器，具有机电制动系统或涡流制动器的复杂系统也是已知的。也就是说在医用器械与制动系接合中已知了器械输出什么样的转矩。基于在此期间获得的电动机工作参数，于是可以确定修正系数，其在随后的运行中被考虑以用于修正，以保证总体上由器械输出的力矩对应的期望值。

这样的调校方法目前被广泛使用。但已被证明不利的是，在此情况下涉及总是需要一些时间的附加的人工执行的工作步骤。另外显然成问题的是，调校无法用被用于随后进行治疗的工具来进行，这是因为该调校系统通常并非能是无菌或消毒的且相应地在此调校过程中该器械和电动机（但尤其是工具）的无菌性丧失。即，在迄今所用的一般是独立装置的调校系统中，最终还总是又存在有在随后实际施加的转矩方面的某种不安全性。虽然如此，电驱动装置的按规定的可靠调校还是必不可少的，这是因为所用的电动机如上所述因为材料的分散性而遇到与磁体系统相关的一定误差，并且该器械根据使用年限和保养状况具有不同的摩擦。另外，电动机控制一般通过牙科治疗器械（即牙科单元）来进行，通常多个前后布置的同类电动机与该牙科治疗器械（即牙科单元）相连，因为原先所用的电动机例如必须以间歇的方式被清洁和/或消毒。与之相应，对于精确可靠地发挥功能来说，必须总是在开始一次单独治疗之前完成快速但被精确执行的调校。

发明内容

与此相应，本发明基于以下任务，提供一种新的可能性，即，很迅速、简单但精确地调校牙科器械中的电驱动装置。

该任务通过具有权利要求1特征的方法和根据权利要求7的牙科装置来完成。本发明的有利改进方案是从属权利要求的主题。

根据本发明的方法容许在治疗之前尤其利用例如直接设置用于植入的系统来执行自动调校，而不会在此情况下有损于该装置的无菌性。而且，对于本发明的方法不需要附加机械辅助手段即制动器等。调校以舒适的方式在相对短的时间内进行并且保证电动机的很精确的随后控制。

此时本发明规定，在医用器械的调校步骤中，在至少一个工作时刻使电动机连同容纳于其中的工具运转工作，并且针对该工作时刻确定以下参数：

·电动机的发电机电压或者EMK，

·电动机转速，以及

·电动机空转耗电量。

基于测得的参数，随后计算出用于该器械的空转摩擦力矩，该空转摩擦力矩在随后的运转工作中被作为电动机控制中的修正系数。

本发明的方法的特点在于，它可通过该装置来全自动地进行且尤其不使用需要与该装置机械连接的外部测量机构。由装置使用者引起的错误调校可被相应排除。但是，尤其如已述地保证了装置无菌性不会受到不利影响。

根据本发明的方法的一个优选实施方式而规定，在调校步骤中，在多个工作时刻运转该电动机并且在此情况下随后分别确定三个上述参数。随后，根据在各个不同工作时刻所获得的参数计算出与转速相关的空转摩擦力矩，由此再次优化随后获得的电动机控制。

此外，为了计算该空转摩擦力矩，可以确定所谓的电动机力矩常数，这例如可以基于如申请人的WO2008/135138A1所述的方法来进行。通过利用空转耗电量的逆运算，于是可以很简单快速地求出该器械或整个装置的空转摩擦力矩。此时获得的数据如上所述在随后的电动机控制中被考虑进来并且允许消除与力矩产生和在器械和电动机中的摩擦相关的电动机误差。因而在所有的随后工作时刻存在很精准的转矩控制。

本发明的方法的一个改进方案还在于，在调校步骤中使测量并确定的数据尤其是电动机发电机电压、电动机力矩常数和/或由此算出的摩擦力矩接受可信度检查。就是说，在此情况下将所测量且计算确定的参数与原先所提供的数据进行比较。这是可以实现的，因为生产厂家知道电动机力矩常数的范围以及所容许的摩擦力矩，并且在调校步骤中计算出的参数不应该显著不同于初始值。但如果出现这种情况，则可以向使用者表明且例如为此要求再次进行调校，其中该步骤也可以自动地进行。但如果没有求出用于电动机力矩常数和/或摩擦力矩的可信值或者所述参数在容许范围外，则可以以报警或错误报告的方式向使用者表明该电动机或带有电动机的器械应该在其被使用之前被检查其是否正确工作。或许在此情况下甚至能阻止器械工作。尤其是该自动调校与可信度检查相关地再次提供了突出的可靠性，这是因为在使用之前再次检查了整个装置的正确功能。而随后要用在治疗中的出故障的器械可能导致病人骨头等的严重伤害，这通过本发明方法得以消除。

附图说明

以下将结合附图来详述本发明，其中：

图1示出了本发明的牙科装置，其包括治疗器械和设置为用于控制该器械的控制单元；

图2示意地示出了用于确定与转速相关的空转摩擦力矩的方式。

具体实施方式

图1示出了本发明的装置，其包括带有标记1的牙科器械以及设置为用于该器械1的供应和控制的供应单元/控制单元10。牙科器械1具有作为驱动单元的电动机2，其中前手柄3安装在电动机2上并且具有包括用于接纳工具5的机构的头部4。在前手柄3上的头部4附近可以具有构成器械照明的用于照亮治疗部位的光源6以及还可以具有用于输出空气和/或水的输出机构7。

器械1借助供应软管8与供应单元/控制单元10相连，其中通过供应软管8供应器械1工作所需要的介质尤其是电流。但是也可以通过软管8进行空气、水和/或光的输送。

此外，对电动机2进行控制的中心部件是位于单元10内的控制部11，借助该控制部尤其能调节电动机的电压和电动机的电流。这些参数可以影响电动机2的转速和由电动机2产生的转矩。

原则上在所有牙科应用中期望该电动机2的控制根据使用者的规定条件来很精准地进行。尤其是对于该器械1是外科器械且例如工具5设置用于攻丝以便随后在颌骨中锚固植入物的情况，如此控制电动机2是非常有意义的，即，由工具5施加具有可精确预定的值的转矩。这将利用下述的本发明的方法来保证，但在这里，当期望进行精确的电动机控制时，该方法如上所述不仅被用在外科器械中，而且是通用的。

精确控制该电动机2的前提基于以下认识，只要由电动机2、控制工具5的未示出传动系以及工具5本身组成的该装置的各组成部分影响由工具5输出的转矩即可。在此情况下，老化效果等可能导致在随后的电动机控制中须加以考虑的所谓的空转摩擦力矩，因为否则实际施加的转矩不会对应于期望值。利用现在所述的本发明方法保证了，紧接在进行治疗前能获得关于待考虑使用的修正系数的信息，这相应地积极地影响到电动机2的精确控制。

此外规定，紧接在进行治疗之前，即尤其是基于包括具有装于其中的工具5的器械1的整个系统，执行调校步骤。在此情况下，借助供应单元10的控制部11在至少一个工作时刻使电动机2运转工作，并且针对该工作时刻确定以下三个参数：

·电动机2的所出现的发电机电压(UEMK)，

·电动机2的转速，

·电动机的空转耗电量。

为此在供应单元/控制单元10的控制部11内设有负责相应获得所述三个参数的多个机构。此时，可以通过对在用于电动机2的供应管线8内流动的电流以及所施加的电压的相应监测和分析来非常准确地掌握所述三个参数。

接着，在随后一个步骤中，计算出所谓的电动机力矩常数，其中可为此套用例如如WO2008/135138A1所述的方法。在此文献中具体地描述了用于确定电动机力矩常数的有效做法，因而以下仅将对此简要归纳。因此，例如对于电动机2是直流电动机的情况，该电动机在发电机电压测量前通过施加工作电压而增速运转。接着，关断该工作电压并且在感应工作电流衰减之后进行发电机电压U_EMK的测量和转速n_电动机的测量。基于这两个测量值，接着可以按照以下公式来计算电动机力矩常数k_M：

而如果该电动机是三相同步电动机，则首先通过无负载地施加工作电压使电动机增速运转。随后，断开该工作电压并在感应工作电流衰减后测量发电机电压，其中该转速可以同时由所产生的发电机电压的周期持续时间来求出。即，在此情况下能以非常简单精确的方式确定该发电机电压和电动机转速。在此情况下，如下所述计算电动机力矩常数：

因为也如上所述附加地求出电动机的空转耗电量I_电动机，所以，随后可以如下所述计算出整个系统的对应于空转时的电动机转矩M_电动机的摩擦力矩M_摩擦：

M_摩擦=M_电动机=kM·I_电动机

在本发明方法的一个简单变型中，摩擦力矩M_摩擦假定为常数并且在随后的运转工作中被加以考虑。就是说，规定用于由工具5输出的转矩的某个理论值，因而通过控制部11在控制电动机2时考虑了还必须将摩擦力矩加至该理论值，以通过相应正确的方式控制电动机2。

还可以如下所述获得调校的再次精确执行，即，在调校步骤中在多个工作时刻使电动机2运转工作，并且对于每个工作时刻分别根据上述做法确定摩擦力矩，就是说确定该电动机力矩常数并基于此计算出该摩擦力矩。基于在此情况下得到的值，随后确定与转速相关的空转摩擦力矩M_摩擦(n_电动机)，这在图2中被示意示出。

在此情况下，图2示出了四个空转摩擦力矩值，它们是在四个不同的工作时刻即四个不同的电动机转速值下被确定的。空转摩擦力矩附属于转速的关系于是可以通过如图2所示的相应的补偿直线I来接近。如果该直线直接延伸经过原点，因而对于直线I有以下关系：

M_摩擦(n_电动机)=μ_摩擦·n_电动机

据此，随后计算出与转速相关的摩擦力矩。

而对于该直线如图所示相对于原点移位的情况，得到另一个修正系数M_摩擦0并且如下计算空转摩擦力矩：

M_摩擦(n_电动机)=μ_摩擦·n_电动机+M_摩擦0

在治疗时的电动机的随后控制中，随后将通过此方式算出的摩擦力矩加到使用者所期望的输出力矩M_使用者，从而对于电动机控制得到以下关系：

M_{控制,电动机}=M_使用者+M_摩擦(n_电动机)=M_使用者+μ_摩擦·n_电动机

或者具有基本损耗

M_{控制,电动机}=M_使用者+M_摩擦(n_电动机)=M_使用者+μ_摩擦·n_电动机+M_摩擦0

期望的输出力矩M_使用者此时由使用者预定，并且尤其是也还可以考虑该器械的特定性能，例如传动比和效率。

就是说，显然通过确定与转速相关的空转摩擦力矩来显著提高在随后控制中的精确度。所示出的使用补偿直线的情况在这里是最简单的做法，其中也可以想到使用比较复杂的补偿函数，尤其是高阶多项式。

因为上述的调校过程通过供应单元/控制单元10来自动进行，所以该步骤能很迅速且尤其无需使用者干预地进行。即，在此情况下排除误操作。

还可以在一个改进方案中规定，对于所测定的电动机发电机电压和/或用于电动机力矩常数和摩擦力矩的计算值在容许范围或可信范围外的情况，自动再次进行调校。如果多次先后进行的调校也没有导致合理的或可信的结果或者说参数在容许误差范围外，则随后可以发出警报或错误通报，或甚至闭锁该电动机或器械的工作。由此几乎排除了使用出现错误的器械。此外，尤其关于电动机的发电机电压的可信度检查的设想也可以与装置调校设想无关地进行，以便对于医用器械或牙医器械总体提高其工作安全性。

最后，可以通过上述措施再次显著提高整个装置的工作安全性。此时也非常有利的是，可以进行用于直接针对随后治疗而预定的装置的调校并且与此相应地存在与要考虑的修正系数相关的很准确的信息。

Claims (9)

1.一种运转医用器械的电动机（2）的方法，所述医用器械具有接纳由所述电动机(2)驱动的工具(5)的机构，并且所述医用器械尤其是牙外科器械或牙髓病治疗器械，其中在调校步骤中使所述电动机(2)连同所容纳的所述工具(5)在至少一个工作时刻运转并且针对该工作时刻确定以下参数：

·电动机(2)的发电机电压(U_EMK)，

·电动机(2)的转速(n_电动机)，

·电动机（2）的空转耗电量(I_电动机)，

并且其中根据所确定的参数来计算用于所述器械(1)的空转摩擦力矩(M_摩擦)，该空转摩擦力矩在所述器械(1)的随后运转中被考虑作为所述电动机(2)的控制中的修正系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在调校步骤中，所述电动机(2)在多个工作时刻被运转工作并且基于在各个不同工作时刻所确定的参数来确定与转速相关的空转摩擦力矩(M_摩擦(n_电动机))。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，基于补偿曲线来确定与转速相关的空转摩擦力矩(M_摩擦(n_电动机))。

4.根据权利要求1至3中之一所述的方法，其特征是，为了计算出空转摩擦力矩(M_摩擦)，首先确定电动机力矩常数（k_M）。

5.根据前述权利要求中之一所述的方法，其特征是，使所述电动机的所测得的发电机电压(U_EMK)、计算出的空转摩擦力矩和/或可能的话计算出的电动机力矩常数在所述器械(1)使用前接受可信度检查。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，如果所述电动机的发电机电压(U_EMK)、计算出的空转摩擦力矩和/或可能的话计算出的电动机力矩常数分别在容许范围外，则重复调校过程。

7.根据前述权利要求中之一所述的方法，其特征是，如果所述电动机的发电机电压(U_EMK)、计算出的空转摩擦力矩和/或可能的话计算出的电动机力矩常数在容许误差范围外，则发出警报或错误报告。

8.根据前述权利要求中之一所述的方法，其特征是，如果所述电动机的发电机电压(U_EMK)、计算出的空转摩擦力矩和/或可能的话计算出的电动机力矩常数在容许误差范围外，则阻止所述器械运转工作。

9.一种牙科装置，该牙科装置包括：

·包括电动机(2)的医用器械(1)，该医用器械具有用于接纳由所述电动机(2)驱动的工具(5)的机构；和

·用于控制所述电动机(2)的供应单元/控制单元(10)，其中该供应单元/控制单元设计为用于按照前述权利要求中之一所述的方法来控制所述电动机(2)。

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