CN112247916A

CN112247916A - 用于在动力工具中提供马达保护的系统和设备及其制造方法

Info

Publication number: CN112247916A
Application number: CN202011106642.1A
Authority: CN
Inventors: U·迪伦伯格; M·明希; N·施穆克利
Original assignee: Synthes USA LLC
Current assignee: Synthes GmbH; Synthes USA LLC
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2021-01-22
Also published as: KR20140001143A; US20130340553A1; CN103507047A; US10617431B2; CA2820668A1; KR102200635B1; JP2014004374A; EP2679177B1; EP2679177A1; BR102013016451A2; JP6469339B2; BR102013016451B1

Abstract

用于在动力工具中提供马达保护的系统和设备及其制造方法。本发明公开了一种外科装置，所述外科装置包括联接到驱动轴的驱动轴管。因为所述驱动轴管联接到所述驱动轴，所以所述驱动轴管以与所述驱动轴相同的旋转速度旋转，该旋转速度小于空心马达轴的旋转速度。所述驱动轴管可延伸穿过所述空心马达轴。此外，可提供密封构件以在所述驱动轴管（其缓慢地旋转）与所述马达之间而非在所述马达轴（其快速地旋转）与所述马达之间进行密封。所述密封构件可设于所述驱动轴管的延伸超过所述空心马达轴的一部分的外表面与所述马达之间所限定的间隙中。

Description

用于在动力工具中提供马达保护的系统和设备及其制造方法

本申请是申请日为2013年06月26日，申请号为201310258181.3，发明名称为“用于在动力工具中提供马达保护的系统和设备及其制造方法”的申请的分案申请。

背景技术

对在医疗环境中所用的动力工具（即，外科动力工具）进行可靠密封是至关重要的。例如，需要进行可靠密封来确保动力工具的无菌性。具体地讲，必须防止液体例如体液渗漏到动力工具的内部组件中，以防止污染患者。另外，需要进行可靠密封来确保动力工具的可靠性。在高压釜中进行消毒的过程中，动力工具暴露于高温和高压中。因此，需要进行可靠密封来防止水分渗漏到动力工具的内部组件中，以防止损坏，尤其是对电性组件的损坏。

用于医疗环境中的动力工具具有各种驱动构型。在一些构型中，动力工具具有直列式马达和驱动轴。换句话讲，马达和驱动轴共用共同的旋转轴线。这在图4中示出，其中马达402驱动马达轴406，该马达轴通过齿轮箱装置404可连通地连接至驱动轴408。如图4所示，马达轴406和驱动轴408共用共同的旋转轴线401。此外，动力工具常常需要容纳克氏针，而克氏针通常比动力工具本身更长。因此，马达和驱动轴是空心的或具有中空通道，以容纳克氏针。

为防止流体渗漏到内部组件（例如马达402）中，动力工具在马达轴406与定子之间设有唇缘密封件412A和412B。唇缘密封件412A和412B设于马达轴406的相对两端处。另外，因为马达轴406和驱动轴408以不同的旋转速度旋转，所以马达轴406与驱动轴408之间设置有间隙。唇缘密封件412B防止流体渗漏到间隙中。

当针对马达轴提供唇缘密封件时，难以在动力工具中提供可靠的密封。具体地讲，马达轴通常被配置成以高速（>例如15,000RPM）旋转，以提供所需的输出功率。然而，唇缘密封件的可靠性和密封性能取决于马达轴的周边速度。因此，唇缘密封件的可靠性在较高的速度下会劣化。另外，功率损耗会与马达轴的周边速度以过大的比例增加。因此需要对动力工具进行可靠的密封。

发明内容

本文公开用于在动力工具中提供马达保护的系统和设备。所述系统和设备可用于可靠地密封外科装置。具体地讲，本发明公开一种外科装置，所述外科装置包括联接到驱动轴的驱动轴管。因为所述驱动轴管联接到所述驱动轴，所以所述驱动轴管以与所述驱动轴相同的旋转速度旋转，该旋转速度小于空心马达轴的旋转速度。所述驱动轴管可延伸穿过所述空心马达轴。此外，可提供密封构件以在所述驱动轴管（其更缓慢地旋转）与所述马达之间而非在所述马达轴（其更快速地旋转）与所述马达之间进行密封。例如，所述密封构件可设于所述驱动轴管的延伸超过空心马达轴的一部分的外表面与马达外壳之间所限定的间隙中。

例如，根据本发明的一个具体实施的外科装置可包括：马达，其具有空心马达轴；齿轮箱装置；驱动轴；驱动轴管；以及密封构件。所述驱动轴能够通过所述齿轮箱装置可连通地连接至空心马达轴。所述驱动轴可从所述齿轮箱装置朝远侧延伸，并且所述空心马达轴可朝远侧延伸到所述齿轮箱装置。此外，所述空心马达轴和所述驱动轴可具有共同的旋转轴线。另外，所述驱动轴管可联接到所述驱动轴，并通过空心马达轴从齿轮箱装置朝近侧延伸且超过空心马达轴的近端。密封构件可邻近空心马达轴的近端布置并在驱动轴管与马达之间提供密封。

任选地，所述外科装置可包括邻近空心马达轴的近端布置的支撑构件。所述驱动轴管可安装于所述支撑构件上，使得在所述驱动轴管与所述空心马达轴之间设有空间。例如，所述支撑构件可为滚珠轴承。

在一些具体实施中，所述齿轮箱装置可被配置成将空心马达轴的较高旋转速度转换成驱动轴的较低旋转速度。

另外，所述驱动轴管可联接到所述驱动轴，使得所述驱动轴管被配置成以所述驱动轴的所述较低旋转速度旋转。作为另外一种选择，所述驱动轴管和所述驱动轴可由单件材料形成，使得所述驱动轴管被配置成以所述驱动轴的所述较低旋转速度旋转。

此外，所述密封构件的至少一部分能够接触所述驱动轴管的外表面。例如，所述密封构件可包括同心环和唇缘。所述唇缘可从所述同心环径向地延伸，所述同心环可围绕所述驱动轴管的外表面设置，并且所述唇缘的至少一部分能够接触所述驱动轴管的所述外表面。

在一些具体实施中，所述外科装置可包括支撑马达的马达外壳。可在所述马达外壳的近侧部分的内表面与驱动轴管的外表面之间设置间隙，并且所述密封构件和所述支撑构件中的至少一者可设置于所述间隙中。

在另一个具体实施中，与外科装置一起使用的密封系统可包括：联接到驱动轴的细长驱动轴管，所述细长驱动轴管延伸穿过空心马达轴；和密封构件，其被设置成与所述细长驱动轴管的至少一部分接触。此外，所述细长驱动轴管可被配置成以所述驱动轴的旋转速度旋转。

任选地，所述空心马达轴可具有近端和远端，所述细长驱动轴管的至少一部分延伸超过所述空心马达轴的所述近端，并且所述密封构件可被设置成与所述细长驱动轴管的延伸超过空心马达轴的近端的所述部分接触。

在一些具体实施中，所述驱动轴的旋转速度可小于或等于大约3,000RPM。

另外，所述细长驱动轴管可整体地联接到所述驱动轴。

作为另外一种选择或除此之外，所述细长驱动轴管和所述驱动轴可由单件材料形成。

例如，所述密封构件可包括同心环和唇缘。所述唇缘可从所述同心环径向地延伸，所述同心环可围绕所述驱动轴管的外表面设置，并且所述唇缘的至少一部分可接触所述驱动轴管的外表面。

在另一个具体实施中，制造外壳装置的方法可包括：提供包括空心马达轴的马达；提供齿轮箱装置；提供驱动轴；以及提供密封构件。所述驱动轴可通过所述齿轮箱装置可连通地连接至空心马达轴。所述驱动轴可从所述齿轮箱装置朝远侧延伸，并且所述空心马达轴可朝远侧延伸到所述齿轮箱装置。此外，所述空心马达轴和所述驱动轴可具有共同的旋转轴线。另外，所述驱动轴管可联接到所述驱动轴，并通过空心马达轴从齿轮箱装置朝近侧延伸且超过空心马达轴的近端。所述密封构件可邻近空心马达轴的近端布置并在驱动轴管与马达之间提供密封。

所述方法也可包括邻近所述空心马达轴的近端提供支撑构件。所述驱动轴管可安装于所述支撑构件上，使得在所述驱动轴管与所述空心马达轴之间设有空间。

此外，所述密封构件的至少一部分可接触所述驱动轴管的外表面。例如，所述密封构件可包括同心环和唇缘。所述唇缘可从所述同心环径向地延伸，所述同心环可围绕所述驱动轴管的外表面设置，并且所述唇缘的至少一部分可接触所述驱动轴管的所述外表面。

在一些具体实施中，所述方法可包括提供支撑马达的马达外壳。可在所述马达外壳的近侧部分的内表面与驱动轴管的外表面之间设置间隙，并且所述密封构件和所述支撑构件中的至少一者可设置于所述间隙中。

在参阅以下附图和详细说明之后，其它系统、方法、特征和/或优点对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。这些附加的系统、方法、特征和/或优点全部旨在包含于本说明中并受随附权利要求书的保护。

附图说明

附图中的各组件未必相对于彼此按比例绘制。在所有视图中，类似的附图标号标示相对应的部件。

图1示出外科装置的剖视图；

图2示出外科装置的另一剖视图；

图3A示出图1和图2的外科装置的近侧部分的剖视图；

图3B示出外科装置的近侧部分沿图3A的线I-I’截取的剖视图；并且

图4示出现有技术中的外科装置中的马达轴的剖视图。

具体实施方式

除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语均具有本领域的普通技术人员公知的相同含义。类似于或等同于本文所述那些的方法和材料可用于本公开的操作或试验。尽管将描述在外科动力工具中提供可靠密封的具体实施，然而对本领域的技术人员显而易见的是，所述具体实施并非仅限于此，而是也可适用于其它类型的动力工具。

现在参见图1和图2，其显示外科装置100的剖视图。外科装置100是在各种外科手术期间所使用的动力工具。外科装置100具有近端105和远端103，并且外科装置100具有用于容纳内部组件的装置壳体118。外科装置100包括马达102。马达102包括马达外壳116和细长的马达轴106，该马达外壳支撑马达102。马达外壳116是静止的，而马达轴106能够旋转。如图1和图2所示，马达外壳116的近侧部分容纳端件150。端件150将装置壳体118保持在合适位置。例如，端件150可螺纹连接至马达外壳116中。在本文所讨论的具体实施中，马达102可为能够操作以驱动外科工具的任何类型的电动马达。应当理解，可基于外科装置100的所需操作特性来选择马达102的特性。一个或多个外科工具附件例如诸如手术钻、锯等可通过联接头部130附接到外科装置100。在一些具体实施中，联接头部130可容纳用于容纳外科工具的附加的驱动附件。例如，所述附加的驱动附件可将原动力转换/传递至外科工具。此外，外科装置100能够操作以驱动克氏针。具体地讲，容纳克氏针的克氏针附件可通过联接头部130附接到外科装置100。如图2所示，操作者可通过柄部120抓紧外科装置100并利用触发器122来操作马达102。例如，其中触发器122中的一个可使马达102沿第一方向（即，向前的方向）旋转，并且触发器122中的另一个可使马达102沿第二方向（即，向后的方向）旋转。

马达102包括细长的马达轴106，细长的马达轴106通过齿轮箱装置104可连通地连接至细长的驱动轴108。如图1和图2所示，马达轴106通过马达102朝远侧延伸至齿轮箱装置104。齿轮箱装置104被配置成将马达轴106的旋转速度和扭矩转换并传递到驱动轴108。通常，适用于外科动力工具的马达需要是相对小型且轻质的。应当理解，更小、更轻且更强力的马达需要更高的速度。因此，马达102以高于可附接外科工具的所需旋转速度的旋转速度旋转以实现所需的输出扭矩，并且齿轮箱装置104可用于将马达轴106的旋转速度和扭矩转换并传递到驱动轴108。例如，在一些具体实施中，马达轴106可以大约15,000至20,000RPM的速度旋转，而驱动轴108的所需旋转速度可为大约3,000RPM（即，比马达轴106慢5-6倍）。作为另外一种选择或除此之外，附加的驱动附件可进一步将旋转速度减小至外科工具的所需旋转速度，该所需旋转速度可为大约小于或等于1,000RPM。此外，附加的驱动附件可将旋转速度增大至外科工具的所需旋转速度（例如，15,000RPM），该所需旋转速度可大约大于驱动轴108的旋转速度，以例如驱动诸如锉刀等高速切割工具。应当理解，以上对于马达102、马达轴106、驱动轴108、外科工具等所讨论的旋转速度可基于外科装置100的所需操作特性进行选择，因此可具有其它值。例如，根据外科装置100的所需操作特性，驱动轴108的所需旋转速度可大于或小于3,000RPM。因此，驱动轴108的所需旋转速度并非仅限于3,000RPM，此仅为所需旋转速度的一个例子。

齿轮箱装置104可以为能够分一步或多步转换和传递马达102的旋转速度和扭矩的任何类型的齿轮箱。例如，齿轮箱装置104可以为行星齿轮系统。例如，马达轴106可连接至太阳齿轮104A，并且驱动轴108可连接至一个或多个行星齿轮104B。在一些具体实施中，驱动轴108可利用一个或多个销104C与所述一个或多个行星齿轮104B连接，一个或多个销104C穿过驱动轴108被推动并进入行星齿轮104B中的一个中。作为另外一种选择，驱动轴108可利用与驱动轴108形成一体的销104C与所述一个或多个行星齿轮104B连接。因此，齿轮箱装置104将马达轴106的较高旋转速度转换成驱动轴108的较低旋转速度。另外，齿轮箱装置104将马达轴106的扭矩传递给驱动轴108。在一些具体实施中，将马达轴106的较低扭矩转换成较高扭矩并传递给驱动轴108。

如图1和图2所示，马达轴106和驱动轴108是同轴的。另外，马达轴106穿过马达102朝远侧延伸至齿轮箱装置104，并且驱动轴108从齿轮箱装置104朝远侧延伸。在本文所讨论的具体实施中，马达轴106和驱动轴108是同轴的或例如共用共同的旋转轴线101。与其中马达轴106和驱动轴108不共用共同的旋转轴线101的情形相比，当马达轴106和驱动轴108同轴时，可将外科装置100制得更小。另外，马达轴106和驱动轴108可为空心轴。换句话讲，马达轴106和驱动轴108可具有延伸穿过每一轴长度的中空的中心通道。如上所述，外科装置100能够操作以驱动通常比外科装置100本身更长的克氏针。因此，克氏针可穿过外科装置100（即，从远端103到近端105）完全插入，并通过外科装置100的装置外壳118排出。

驱动轴管110可联接到驱动轴108。驱动轴管110可从齿轮箱装置104朝近侧延伸。例如，驱动轴管110可从齿轮箱装置104朝近侧延伸到马达轴106中。当马达轴106是空心的时，驱动轴管110可延伸穿过马达轴106的中空通道。具体而言，驱动轴管110可延伸穿过马达轴106并超过马达轴106的近端。例如，驱动轴管110的一部分可朝近侧延伸超过马达轴106的近端。如图1和图2所示，驱动轴管110从齿轮箱装置104朝近侧延伸穿过马达轴106的整个长度。与马达轴106和驱动轴108相似，驱动轴管110可为空心的，以容纳穿过外科装置100而插入的克氏针。此外，驱动轴管110可与马达轴106和驱动轴108共用共同的旋转轴线101。

驱动轴管110可联接到驱动轴108，使得驱动轴管110能够与驱动轴108以相同的旋转速度旋转。在一些具体实施中，驱动轴管110和驱动轴108是例如在邻近齿轮箱装置104的位置处整体联接在一起的独立部件。在其它具体实施中，驱动轴管110和驱动轴108是单个整体部件（即，由单件材料形成）。在上述两种情形中，驱动轴管110和驱动轴108能够以相同的旋转速度旋转。具体地讲，驱动轴管110与马达轴106相比能够以较低的旋转速度旋转。此外，驱动轴管110与驱动轴108联接，使得无间隙或空间使流体从驱动轴管110和/或驱动轴108的中空通道渗漏到马达102。任选地，驱动轴108的壁厚可大于驱动轴管110的壁厚，这是因为扭矩从马达轴106传递到驱动轴108，而实质上驱动轴管110上没有扭矩。

可邻近马达轴106的近端设置密封构件112，以防止流体渗漏到马达102中。在一些具体实施中，可将密封构件112设在马达外壳116与驱动轴管110之间。作为另外一种选择，在其它具体实施中，可将密封构件112设在端件150与驱动轴管110之间。现在参见图3A，静止的马达外壳116的近侧部分与能够旋转的驱动轴管110之间设有间隙124。间隙124可为环形环，该环形环围绕驱动轴管110的延伸超过马达轴106近端的部分。作为另外一种选择，间隙124可为围绕驱动轴管110的延伸超过马达轴106近端的部分的任何形状的空间。具体地讲，间隙124可设在马达外壳116的近侧部分的内表面116A与驱动轴管110的外表面110A之间。间隙124提供驱动轴管110可在其中旋转的空隙（或空间）。为防止流体通过间隙124渗漏，可在间隙124中设置密封构件112。密封构件112的至少一部分可接触驱动轴管110的外表面110A。密封构件112的接触驱动轴管110的外表面110A的部分可围绕驱动轴管110的整个外表面110A周向延伸。例如，密封构件112可为唇缘密封件、O形环、或任何类型的密封件。密封构件112可由适用于防止流体渗漏到马达102的任何类型的材料形成，例如橡胶（即，NBR、硅氧烷等）。

密封构件112可围绕驱动轴管110的外表面110A设置。例如，参见图3A和3B，密封构件112可具有同心环112A和唇缘112B。唇缘112B可从同心环112A径向地延伸，并且唇缘112B可从同心环112A渐缩。通过使唇缘112B渐缩，唇缘112B的接触驱动轴管110的外表面110A的部分可减小。同心环112A可围绕驱动轴管110的外表面110A设置，使得唇缘112B的至少一部分接触驱动轴管110的外表面110A。因此，密封构件112防止流体渗漏到马达102中。

除密封构件112之外，还可邻近马达轴106的近端设置支撑构件114。在一些具体实施中，可将支撑构件114设在马达外壳116与驱动轴管110之间。作为另外一种选择，在其它具体实施中，可将支撑构件114设在端件150与驱动轴管110之间。例如，可将支撑构件114设在马达外壳116的近侧部分与驱动轴管110之间所设有的间隙124中，也可设置在密封构件112与马达轴106的近端之间。驱动轴管110可穿过支撑构件114安装。支撑构件114提供对驱动轴管110的支撑，使得驱动轴管110不接触马达轴106。如上所述，马达轴106可以高于驱动轴管110的旋转速度旋转。因此，驱动轴管110和马达轴106不应发生接触。如图3A所示，在驱动轴管110与马达轴106之间设有空间126。具体地讲，空间126设于驱动轴管110的外表面110A与马达轴106的内表面之间。空间126可为例如围绕驱动轴管110的外表面110A延伸的环形环。支撑构件114可被配置成保持驱动轴管110与马达轴106之间的空间126。此外，支撑构件114容许驱动轴管110在支撑构件114内旋转。例如，支撑构件114可为滚珠轴承。

与上文所讨论的（且设于外科装置100的近端附近的）密封构件112和支撑构件114相似，可在外科装置100的远端附近设置远侧密封构件132和远侧支撑构件134。例如，如图1和图2所示，远侧密封构件132和远侧支撑构件134可邻近驱动轴108的远端设置。远侧密封构件132和远侧支撑构件134可设于外科装置100的静止组件与可旋转的驱动轴108之间的空间中。远侧支撑构件134（例如可为滚珠轴承）可为驱动轴108提供支撑，同时容许驱动轴108在远侧支撑构件134内旋转。此外，远侧密封构件132（例如可为唇缘密封件）可防止流体在驱动轴108与马达102之间渗漏。

根据本文所讨论的具体实施，在外科装置中提供更可靠的密封是可能的。例如，提供更可靠密封的原因在于，密封构件在驱动轴管（其更缓慢地旋转）与马达之间而非在马达轴（其更快速地旋转）与马达之间进行密封。此外，减小保护外科装置的马达所需的密封构件的数目是可能的，因为无需附加的密封构件在马达轴与驱动轴之间进行密封。减小马达上的阻力力矩也是可能的，因为旋转较慢（且扭矩较高）的驱动轴管比旋转较快（且扭矩较低）的马达轴上存在更小的摩擦。此外，通过减小克氏针与驱动轴管之间的速度差，减少噪声以及对克氏针和旋转轴两者的磨损是可能的。

尽管在语言上针对结构特征和/或方法步骤阐述了本发明的主题，然而应当理解，随附权利要求书中所限定的主题未必仅限于上文所述的具体特征或步骤。更确切地说，上文所述的具体特征和步骤是作为实施权利要求书的例子形式而公开的。

Claims

1.一种外科装置，包括：

马达，所述马达包括马达外壳和空心马达轴，所述空心马达轴具有近端和远端；

齿轮箱装置；

驱动轴，所述驱动轴通过所述齿轮箱装置可连通地连接至所述空心马达轴，所述驱动轴从所述齿轮箱装置朝远侧延伸，并且所述空心马达轴朝远侧延伸到所述齿轮箱装置，其中所述空心马达轴和所述驱动轴具有共同的旋转轴线；

驱动轴管，所述驱动轴管联接到所述驱动轴，并通过所述空心马达轴从所述齿轮箱装置朝近侧延伸且超过所述空心马达轴的所述近端，以使得所述马达外壳的近侧部分与所述驱动轴管之间设有间隙，所述间隙围绕所述驱动轴管的延伸超过所述空心马达轴的近端的部分；

密封构件，所述密封构件邻近所述空心马达轴的所述近端布置且位于所述马达外壳和所述驱动轴管之间，所述密封构件在所述驱动轴管与所述马达外壳之间提供密封，其中所述密封构件包括同心环和唇缘，所述唇缘从所述同心环径向地延伸，所述同心环围绕所述驱动轴管的外表面设置，其中所述唇缘从所述同心环向所述驱动轴的所述外表面渐缩，并且所述唇缘的至少一部分接触所述驱动轴管的所述外表面；以及

支撑构件，所述支撑构件邻近所述空心马达轴的所述近端布置，其中所述支撑构件位于所述驱动轴管和所述马达外壳之间，使得所述驱动轴管与所述空心马达轴之间设有空间，所述支撑构件设置成邻近所述密封构件并且位于所述密封构件的远侧，所述密封构件和所述支撑构件均设置在所述间隙中，其中没有支撑构件位于所述空心马达轴和所述马达外壳之间，

其中，所述马达外壳的近侧部分被配置成容纳端件，所述端件将所述外科装置的壳体保持在合适位置，

其中，所述外科装置还包括柄部，所述柄部带有两个用于操作所述马达的触发器，一个触发器被配置成使所述马达沿向前的方向旋转，另一个触发器被配置成使所述马达沿向后的方向旋转。

2.根据权利要求1的权利要求所述的外科装置，其中所述齿轮箱装置被配置成将所述空心马达轴的较高旋转速度转换成所述驱动轴的较低旋转速度。

3.根据权利要求2所述的外科装置，其中所述驱动轴管联接到所述驱动轴，使得所述驱动轴管被配置成以所述驱动轴的所述较低旋转速度旋转。

4.根据权利要求2所述的外科装置，其中所述驱动轴管和所述驱动轴由单件材料形成，使得所述驱动轴管被配置成以所述驱动轴的所述较低旋转速度旋转。

5.根据权利要求1所述的外科装置，其中所述密封构件的至少一部分接触所述驱动轴管的外表面。