CN112335158A - 用于mri兼容性的无铁心电动马达 - Google Patents

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Abstract

一种能邻近磁共振成像(MRI)设备(4)使用的电动马达(20)包括定子(30)和转子(40、50、60)，所述定子包括电气绕组(32)，所述转子与所述定子磁性地耦合。所述电动马达不包括铁磁材料，并且所述电动马达不包括任何永磁体。所述转子可以包括环绕所述定子的外转子圆柱体(50、60)，并且可以还包括内转子圆柱体(40)，所述内转子圆柱体被设置在所述定子内部并且被连接以与所述外转子圆柱体一起旋转。所述转子可以包括圆柱形片状转子(40、50)。备选地，所述转子(60)可以包括一个或多个导电环(62A、62B、62C)和耦合的分裂式定子(301、302)，每个导电环被成形为使得一个环部分(HL1)中的感应电压抵消另一环部分(HL2)中的感应电压的影响。在另一公开的方面中，一种输注泵(10)包括所述电动马达。

Description

用于MRI兼容性的无铁心电动马达
技术领域
以下总体涉及医学设备领域、输注泵领域、磁共振成像(MRI)领域、电动马达领域、以及相关的领域。
背景技术
磁共振成像(MRI)是强有力的医学诊断和临床评价技术。然而，MRI生成强磁场和射频(RF)干扰，并且进而由于来自附近磁场和/或RF发射设备的RF干扰，MRI图像易遭受降级。鉴于此，医学MRI系统一般被封闭在RF屏蔽房间(有时也被称为MRI房间)中，即墙壁(以及可能地板和/或屋顶)包括形成封闭式法拉第笼的钢丝网片等的房间中。经历MRI检查程序的患者在程序前被评估以确保他们没有过多植入的铁磁材料，例如，任何植入的心脏起搏器需要是MRI兼容的或MRI安全的。实验室安全协议禁止包含铁磁材料的物品。一般来说，禁止在MRI房间中引入或使用铁磁材料，因为MRI场可以引起大的吸引力，导致危险的情况，并且因为铁磁材料可以使MRI系统的成像失真。
这种情况造成在MRI房间中使用机动化设备(诸如输注泵、风扇、机动化患者床等)的困难。电动马达是电磁设备，并且采用电场与磁场之间的相互作用以将输入的电功率转换成动力(机械力)输出，通常以其旋转由马达驱动的旋转轴的形式。在这样的马达中，绕组被缠绕在铁磁芯上，以形成当线圈被电气地激励时产生磁场的电磁体。这些被布置为以固定方式被安装的定子绕组和被安装在旋转元件(转子)上的转子绕组。定子与转子磁场之间的相互作用产生动力。备选地，这些磁场中的一个可以由包括磁化的铁磁材料的永磁体提供。在感应马达中，仅一组绕组(通常定子绕组)使用输入的交流电流(a.c.电流)被电气地激励，并且得到的时变磁场在转子绕组中感应出a.c.电流，由此提供在转子上生成动力的相互作用的磁场。感应马达因此以类似于变压器的方式操作，除了输出是感应马达中的次级电磁体的旋转，而非在次级电磁体中感应出的电流。在变型的感应子式马达设计中，转子绕组由短路导电条代替，这也被称为鼠笼形转子。
当在MRI房间中使用时，此类马达是有问题的。如果它被由MRI设备生成的强磁场吸入MRI膛中，铁磁材料存在物理性危害。此外，铁磁材料和所生成的磁场两者能够干扰MRI设备的操作，由此导致降级的临床MRI图像和医学误诊的可能性。
各种方法被用来解决在MRI房间中使用电动马达的困难。这些方法一般需要采用MRI兼容的专门设计的马达。例如，在电荷的吸引和排斥的基础上操作的静电马达能够被采用。然而，静电马达是非标准的马达设计，并且一般需要高操作电压且提供低效率，并且更通常用于微型化设备，例如微机电系统(MEMS)。高电压也能够引入具有伴随的RF噪声的静电放电。压电马达具有类似的困难。另一方法是将电动马达定位在MRI房间外部，并且使旋转轴延伸通过墙壁进入MRI房间。这种方法需要长旋转轴，使当马达被定位在MRI房间外部时的操作复杂，并且轴穿透损害MRI房间的RF屏蔽的完整性。在仅用于MRI房间中的专用设备的情况下，在马达操作中利用由MRI设备本身生成的磁场的专门的马达设计是已知的。参见例如Roeck等人的美国公开号2010/0264918A1。由于其对由MRI设备生成的磁场的依赖，这样的马达仅在MRI房间内部可用。这意味着输注泵不能与患者一起进出MRI房间，这存在大量的实际困难。
当MRI房间中或邻近MRI设备的操作是说明性问题时，存在电动马达可能由于有害的磁性相互作用的可能性而是有问题的其他情况。例如，在正电子发射断层摄影(PET)成像中，基于光电倍增管(PMT)的辐射探测器易遭受磁性干扰。邻近灵敏磁力计设备(诸如超导量子干扰设备(SQUID)设备)的电动马达能够导致错误的磁场测量。这些仅仅是说明性范例。
以下公开了新的且改善的系统和方法。
发明内容
在一个公开的方面中，一种电动马达包括定子和转子，所述定子包括电气绕组，所述转子与所述定子磁性地耦合。所述电动马达不包括铁磁材料，并且所述电动马达不包括任何永磁体。所述转子可选地包括环绕所述定子的外转子圆柱体。所述转子可选地还包括内转子圆柱体，所述内转子圆柱体被设置在所述定子内部并且被连接以与所述外转子圆柱体一起旋转。所述外转子圆柱体可以包括圆柱形片状转子。在说明性实施例中，所述定子的所述电气绕组被缠绕以将所述定子形成为三相定子。所述电动马达可以还包括固定频率马达驱动器，所述固定频率马达驱动器能操作用于在固定电气频率给所述定子电气地供电。
在另一公开的方面中，一种输注泵包括如上一段中阐述的电动马达以及流体递送部件，所述流体递送部件包括(i)注射器容座和(ii)流体泵中的一个，所述流体泵具有进口和出口，所述进口被配置为与输注流体供应连接，所述出口被配置为与患者输注递送附件连接。所述电动马达被连接以通过驱动被安装在所述注射器容座中的相关联的注射器的柱塞或通过操作所述流体泵来操作所述流体递送部件。
在另一公开的方面中，公开了一种操作医学设备的方法。所述方法包括将所述医学设备操作性地连接到患者，并且操作电动马达以将动力施加到所述医学设备以向所述患者递送治疗。所述电动马达不包括铁磁材料并且不包括永磁体。
一个优点在于提供没有铁磁材料的电动马达。
另一优点在于提供没有铁磁材料并且没有永磁体的电动马达。
另一优点在于提供与MRI设备并且与MRI房间内部的使用兼容的电动马达。
另一优点在于提供具有前述益处中的一个或多个的电动马达，其保留常规的感应马达设计。
另一优点在于提供具有前述益处中的一个或多个的电动马达，其保留常规的感应马达设计，具有减少数量的部件和/或降低的制造成本。
另一优点在于提供具有前述益处中的一个或多个的电动马达，其进一步提供固有的RF屏蔽。
另一优点在于提供具有前述益处中的一个或多个的电动马达，其进一步能使用固定频率马达驱动器来操作，所述固定频率马达驱动器能操作用于在固定电气频率给定子电气地供电以操作电动马达。
另一优点在于提供采用具有前述益处中的一个或多个的电动马达的MRI兼容的输注泵。
另一优点在于提供一种电动马达或采用这种电动马达的MRI兼容的输注泵，其是MRI兼容的但是也能在MRI房间外部而不邻近MRI设备使用。
给定的实施例可以提供前述优点中的零个、一个、两个、更多个或全部，和/或可以提供在阅读并理解本公开后对于本领域普通技术人员来说将会变得显而易见的其他优点。
附图说明
本发明可以采取各种部件和部件的布置，以及各种步骤和步骤的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，并且不得被解释为对本发明的限制。
图1图解性地图示了包括包含MRI设备的MRI房间的说明性电动马达应用环境，其中，输注泵采用如本文中公开的电动马达。
图2和3图解性地图示了根据一个说明性实施例的包括不包括铁磁材料并且不包括任何永磁体的感应马达的电动马达，其中，图3示出了电动马达的图解性侧视图，并且图2示出了图3中指示的剖面A-A。
图4和5图解性地图示了根据另一说明性实施例的包括不包括铁磁材料并且不包括任何永磁体的感应马达的电动马达，其中，图5示出了电动马达的图解性侧视图，并且图4示出了图5中指示的剖面B-B。
图6和7图解性地图示了根据另一说明性实施例的包括不包括铁磁材料并且不包括任何永磁体的感应马达的电动马达，其中，图7示出了电动马达的图解性侧视图，并且图6示出了图7中指示的剖面C-C。
图8、9和10根据如本文中描述的计算来绘制针对包括不包括铁磁材料并且不包括任何永磁体的感应马达的电动马达的计算的马达特性。
图11图解性地图示了包括双环样式的绕组的备选转子以及通过虚线图解性地指示的分裂式定子的透视图。
图12图解性地图示了图11的转子/定子设计的变型的透视图，其中，转子绕组经由换向器被电气地激励。
具体实施方式
参考图1，示出了说明性电动马达应用环境，包括包含MRI设备4的MRI房间2，MRI设备包括包含生成显著磁场的磁体的外壳6。例如，说明性MRI设备4可以是飞利浦的AchievaTM1.5T MRI设备，其中磁体生成大约1.5特斯拉的静磁场(有时也被称为B0磁场)。可从飞利浦或其他制造商获得的用于临床应用的其他MRI设备通常生成大约0.2-7.0特斯拉的B0场，但是更低或更高的主磁场强度也被预见到。MRI外壳6通常还包含出于诸如空间选择性磁共振激励、对激励的磁共振的相位和/或频率进行空间编码、毁坏磁共振的目的和/或其他目的而将空间变化的磁场梯度叠加在B0磁场上的磁场梯度线圈。说明性患者支撑物8被提供用于将患者加载到MRI设备4内以便成像并且用于在MRI成像阶段完成之后撤回患者，并且也可以被提供用于其他调整，诸如逐渐移动患者通过MRI设备以采集一系列MRI图像从而形成“全身”扫描。尽管未图示，但是MRI设备4通常包括其他常规MRI部件，诸如用于激励和/或检测磁共振的全身RF线圈和/或局部RF线圈、用于激励梯度线圈、RF线圈等的电子设备、用于将磁体维持在低温温度的低温压缩机(在MRI磁体是超导磁体的情况下)等。
患者可能在MRI成像程序期间需要医学辅助或治疗。例如，输注泵10可以被用来向患者递送输注流体，例如生理盐水、输注的药物等。说明性输注泵10是包括注射器容座12的注射器输注泵，注射器14被插入到注射器容座内。(还应注意，图1未按比例，例如MRI设备4和输注泵10的图示的相对尺寸分别未按比例)。患者输注递送附件16(诸如泌尿导管、静脉内(IV)端口等)将注射器14连接到患者(注意，图1通过示出远离注射器14延伸的流体管的一部分而图解性地指示患者附件16)，并且注射器的柱塞18由注射器输注泵10驱动从而以受控的流速向患者递送被包含在注射器14中的输注流体供应。为了提供用于驱动柱塞18的动力，注射器输注泵10包括电动马达20。(应注意，马达20通常是被设置在输注泵10的外壳内的内部部件，但是出于说明性目的而被示出在外部)。电动马达20通过齿轮装置或其他机械硬件(未图示)耦合以驱动接合注射器14的柱塞18的臂22。
电动马达20包括驱动可旋转轴26的转子/定子组件24，驱动可旋转轴与注射器输注泵10的驱动臂22耦合(再次，使用齿轮装置、离合器等，未示出；或，更一般地，轴26与需要操作性动力的医学设备等的部件操作性地机械地耦合)。转子/定子组件24包括定子和转子，所述定子包括电气绕组，所述转子与定子磁性地耦合以定义电动马达20。说明性马达具有不被电气地驱动的定子，并且被分类为感应马达。如本文中公开的，电动马达20不包括铁磁材料，并且不包括任何永磁体。电动马达20还包括马达驱动器28或与马达驱动器操作性连接(例如经由合适的电线或电缆)，马达驱动器能操作用于在固定电气频率给定子电气地供电。
注射器输注泵被设置在MRI房间2内部，并且被示为使用如本文中公开的MRI兼容的电动马达20的可以在MRI房间2内部有用地使用的机动化设备的说明性范例。在其他实施例中，输注泵可以是无注射器变体，其中流体递送部件(而非是注射器容座12)包括具有进口和出口的流体泵，所述进口被配置为与(例如悬挂在IV支架上的)输注流体供应连接，所述出口被配置为与患者输注递送附件16连接。作为另一范例，机动化风扇可以被有用地部署在MRI房间2内部。此外，如之前提到的，如本文中公开的电动马达20的实施例可以被采用在磁场相互作用可能对邻近的设备(诸如PET成像设备、SQUID或其他磁力计等)的操作有害的环境中使用的基本上任何其他类型的机动化设备中。
电动马达20不包含任何铁磁零件，因此它将不会被由MRI设备4生成的磁场吸引。作为另一优点，电动马达20不包含可以使MRI的成像场失真的任何铁磁零件。电动马达20生成能够被设计为足够小以至于不干扰MRI的成像场的弱杂散磁场。可选地，任何其余的杂散磁场能够使用例如导电片状覆盖物来屏蔽。
电动马达20是感应马达。(然而，备选地预见到不同类型的电动马达，例如如图12中图示的)。然而，不像常规的感应马达，电动马达20在转子和定子中不包含铁磁材料(例如铁、钢、钕等)。在常规的感应马达中，铁磁材料被用来提供由于定子绕组的电气激励的比在不包含铁磁材料的电动马达20中产生的磁通量大许多倍的磁通量。如本领域中已知的，通过铁磁材料的使用而提供的高磁通量使得能够实现高转矩。与在其定子和/或转子中具有铁磁材料的常规的感应马达相比，电动马达20中的铁磁材料的省略导致以下差异：(1)没有静磁场(诸如由MRI设备4生成的B0磁场)中的吸引力；(2)由于用于定子绕组的铁磁芯的省略，与常规的感应马达相比更低的效率；(3)在更高的频率驱动的选项，因为定子线圈由于铁磁芯的省略而具有更低的自感；以及(4)由于在电动马达20中可实现的大滑差范围，在恒定频率驱动(不需要向量控制)的选项。电动马达20与具有铁磁材料的常规感应马达相比更低的效率是缺点；然而，本文中意识到并且经由本文中报告的马达特性展示了，尽管其没有铁磁材料，但是电动马达20能够实现有用的转矩。
线圈电流和在电动马达20的操作期间产生的感应电流将生成具有干扰MRI设备4的成像功能的可能性的磁场。然而，本文中进一步意识到，在正常电流水平和马达相距MRI设备的实际距离(例如，大约半米或更大)处，场和场梯度将是低的，例如在毫特斯拉(mT)范围处或更可能低于其的场和在mT/m范围处或更可能低于其的梯度。在一些说明性实施例中，外片状转子被采用，其提供在电动马达20外部传播的场的固有屏蔽和随之发生的额外减少。可选地，额外的屏蔽层可以被应用以进一步屏蔽杂散场。
感应马达的工作原理是通过许多定子线圈(通常3相，但是其他线圈分布存在并且被预见用于电动马达20)的交流电流产生旋转的磁场。该旋转的磁场在转子中产生感应电流，感应电流进而产生与定子场相互作用以提供引起转子和被连接以与转子一起旋转的轴26的旋转的动力(例如转矩)的磁场。产生动力的零件是导电零件(线圈和转子)。在常规的感应马达中，添加铁磁材料以增加效率。然而，如本文中公开的，电动马达20不包括铁磁材料。在铁磁材料被省略的情况下，电动马达20仍然以与常规感应马达相同的方式但是以显著更低的效率运行。
当电动马达20在诸如由操作的MRI设备4生成的磁场环境中被操作时，将会存在若干干扰力。外部磁场将与马达线圈中的电流相互作用，产生洛伦兹力。因为定子的线圈被机械地连接到固定支撑物，所以只要定子支撑物是足够的，这就不会造成问题。外部场也会在转子的导电材料中产生涡电流，其产生与场的平方成比例并且也与旋转频率的平方成比例的阻尼转矩。为了抵消这种影响，大量的马达线圈能够被使用。这减少阻尼转矩，因为电气工作频率比转子的旋转频率大得多。相反，马达线圈将会产生可能会使MRI场失真的磁场。然而，因为存在多个线圈，其得到的场将随着距离非常快地降低。进一步的措施(诸如如本文中公开的一些实施例中的外部片状转子的使用和/或额外马达屏蔽的使用)能够确保马达的外部杂散磁场将会保持在允许(设计基础)干扰场之下。
感应马达20不包括铁磁材料。感应马达20(并且更具体地转子/定子组件24)包括转子和定子，所述转子可以例如包括薄壁导电圆柱体(但是笼形转子(诸如鼠笼形转子)也被预见到)，所述定子包括以小距离被布置在转子周围或内部的一组线圈(例如当采用3相输入电功率时，三的倍数)。预见到交换旋转零件和固定零件(使得圆柱体是固定的并且线圈在它周围或内部旋转)，但是这一般不是优选的，因为这将会使线圈的电气连接复杂。
现在参考图2-7，描述了转子/定子组件24的三个说明性实施例。每个说明性实施例包括定子30，如图2、4和6的剖视图中最佳所见，定子包括电气绕组32。定子30以固定的方式被安装(安装未图示)，并且从马达驱动器28(参见图1)接收电功率以激励电气绕组32。电气绕组32被布置为具有不同电气相位(例如围绕定子30的圆周顺序地重复的三个相位)的线圈的样式。例如，电气绕组32可以被布置为五组3相线圈，但是更大或更小的组数被预见到。定子的电气频率通过3相功率的电气频率(例如60Hz在美国是常规的，而50Hz在欧洲是常规的)和3相线圈的组数(更多的组为马达20提供更高的操作电气频率)来确定。定子30在图2-7的所有三个实施例中具有相同的构造；这些说明性实施例的不同在于转子的构造。
参考图2和3，在第一说明性实施例中，转子包括被设置在定子30内部的内转子圆柱体40。在该设计中，转子可以还包括端板42、44，端板封闭内转子圆柱体40的端部，并且轴26延伸通过端板以与两个端板42、44固定在一起从而连接轴26与转子。定子30在转子外部，并且因此被容易地锚定到固定支撑物(未图示，例如马达框架)。
参考图4和5，在第二说明性实施例中，转子包括被设置在定子30外部的外转子圆柱体50。外转子圆柱体50在一端处通过端板54与轴26固定在一起；与端板54相反的一端是开放的，以提供用于将定子30锚定到固定支撑物(未图示，例如马达框架)的入口。
参考图6和7，在第三说明性实施例中，转子包括被设置在定子30内部的内转子圆柱体40和被设置在定子30外部的外转子圆柱体50两者。端板54提供用于将内转子圆柱体40和外转子圆柱体50固定在一起，因此它们一起旋转以驱动轴26。可选地，端板42如在图2和3的第一实施例中那样被包括，以便提供用于固定轴26与转子的额外锚固点。
就外转子圆柱体50提供针对定子30的固有RF和磁性屏蔽而言，包括被设置在定子30外部的外转子圆柱体50的图4-7的实施例具有优于省略该外转子圆柱体的图2-3的实施例的实质性优点。这减少了在图4 7的实施例的情况下由马达发射的场，并且还减少了在这些实施例中外部场对马达的影响。
在一些实施例中，内转子圆柱体40是圆柱形片状转子，其为被成形为形成转子的圆柱体的金属薄片。同样地，在一些实施例中，外转子圆柱体50是圆柱形片状转子。这种设计增强了所提供的屏蔽，尤其是在外圆柱形片状转子50的情况下。在其他实施例中，内转子圆柱体40和/或外转子圆柱体50可以是(一个或多个)介电圆柱体，例如具有被打印或以其他方式被形成在(一个或多个)介电圆柱体上或中的导电环图案的印刷电路板(PCB)。在其他实施例中，内转子圆柱体40和/或外转子圆柱体50可以是(一个或多个)鼠笼形转子。
图2-7的实施例是说明性范例，并且预见到许多变型。例如，在包括外转子圆柱体50的图4-7的实施例中，不同的布置可以被用来提供用于将其锚定到马达框架的到定子30的入口。作为另一说明性的预见到的变型，不同的相位方案代替3相被预见到；只要旋转磁场被产生。虽然说明性转子/定子设计是圆柱形的，但是盘形转子/定子设计备选地被预见到。
如之前提到的，在本领域中一般认为有必要在感应马达中包括铁磁材料，以便提供足够的磁通量来使得能够实现高转矩。然而，本文中意识到，所公开的没有铁磁材料的感应马达20能够为诸如驱动输注泵、机械风扇等的许多应用提供足够的转矩。
参考图8-10，呈现了展示此的马达特性的计算。针对3相输入电流的变化的频率，计算马达的性能。将会存在转矩被最大化的某一最佳频率以及马达陡度具有最大值的最佳频率(不一定相同)。马达陡度能够被视为性能指标，从而实现效率的比较。图8-10中呈现的计算是针对包括内转子圆柱体40和外转子圆柱体50的图6和7的实施例，并且根据电气操作频率绘制转矩(图8)、耗散功率(图9)和平方转矩/功率(图10)的马达特性，假设利用多组绕组的3相功率对提供横坐标中示出的电气操作频率有效。
图8针对片状转子厚度的若干值绘制了计算的马达转矩对比驱动频率。从图8能够看出，该说明性几何结构在几kHz的驱动频率下导致0.14–0.17N-mm转矩。另一显著观察是，当线圈的数量刚好多于几个时，薄片的旋转频率导致相对于驱动频率小的滑差频率，使得预期能够仅使用一个固定频率来驱动该马达。(即，马达驱动器28可以可选地是能操作用于在固定电气频率给定子30电气地供电的固定频率马达驱动器)。在此情况下不需要向量控制，这将简化马达驱动器28的电子驱动器设计。
返回参考图1，一种操作医学设备的方法包括将医学设备操作性地连接到患者，并且操作感应马达20以将动力施加到医学设备以向患者递送治疗；其中，感应马达20不包括铁磁材料，并且不包括永磁体。这样的方法可以有利地还包括，与操作感应马达20以将动力施加到医学设备以向患者递送治疗同时，使用MRI设备4来采集患者的MRI图像。又一优点是感应马达20不依赖于由MRI设备4生成的磁场。因此，当未采集患者的MRI图像时并且在感应马达20被定位在由MRI设备生成的任何磁场外部(例如在MRI房间2外部)的情况下，感应马达将动力施加到医学设备以向患者递送治疗的操作可以被重复。在图1的说明性实施例中，医学设备是输注泵10，并且感应马达20被操作用于将泵送力施加到输注流体以向患者递送输注。该方法可以还包括，在感应马达20的操作期间，使用转子(例如使用外转子圆柱体50)来提供对定子30的电磁屏蔽。在一些此类方法实施例中，感应马达20的操作包括在固定电气频率下操作感应马达。
图2-7的说明性实施例采用片状转子40、50。在其他实施例中，如之前提及的，内转子圆柱体40和/或外转子圆柱体50可以是(一个或多个)介电圆柱体(例如具有被打印或以其他形式被形成在(一个或多个)介电圆柱体上或中的导电环图案的打印电路板(PCB))或(一个或多个)鼠笼形转子。
图11描绘了可以代替内转子40和/或外转子50被合适地使用的另一说明性转子60。说明性转子60包括被设置在基底(例如如下面描述的处于三相构造的介电线圈架64)上的导电环图案62A、62B、62C。例如，转子60可以被构建为PCB，其中基底64是PCB的板，并且导电环62A、62B、62C被实施为PCB迹线。
当转子正在移动时，MRI设备4的磁场可以在转子的导电零件中感应出电流，导致阻尼转矩。更具体地，根据楞次定律感应出电压，当存在导电路径时，这导致电流。由该电流耗散的电功率必须被递送，并且被添加到转子的机械输入功率。因为机械功率被表示为转矩和转速的乘积，所以该额外功率被观察为与转速成比例的转矩，因此它似乎为纯阻尼。感应电流的大小取决于若干因素：(i)与转子径向对准的磁场分量的大小；(ii)转子的转速；以及(iii)导电路径的电阻。与转子轴线轴向对准的磁场分量将会具有可忽略的影响。因此，如果转子被取向为使得转子轴线不与局部MRI(杂散)场对准，则额外的阻尼将会发生。在不利的情况(高B场、高旋转速度)下，该额外的阻尼转矩可以显著地限制马达的性能。
为了防止此，说明性转子60不被成形为闭合薄片(即，不是片状转子)，而是包括一个或多个导电环62A、62B、62C。这些环被成形为使得环的一个半部(被指示为半环HL1)中的感应电压抵消另一个半环HL2中的感应电压的影响。在说明性范例中，这通过具有类似于8字形的图案的导电环62A、62B、62C来实现。(在交叉点处，导体应当与彼此隔离开，例如通过使用具有插设的电绝缘介电层的不同PCB层)。多个环能够以这种方式被构建，使得转子被高效地填充有这些导体。不同层上的环可以彼此交叠，假设它们不被电气地连接。说明性导电环62A、62B、62C是一组三个相位，并且每个导电环包括闭合轮廓使得具有相反电流方向(出于说明性目的，仅针对导电环62A利用箭头指示)的封闭区域在尺寸上是相等的。在预见到的变型中，相位的数量可以改变，线圈端部能够以不同的方式交叠，和/或环形状可以被改变(同时确保具有相反电流方向的封闭区域是相等的)。具有多于两个环零件的设计也被预见到，假设具有顺时针电流方向的所有封闭区域的和等于具有逆时针电流方向的所有区域的和。
为了适应环半部HL1、HL2的相反取向，定子被分成两个半部，所述两个半部以180度相位差(一般地，以与定子激励对应的环半部中的感应电流同相的这种相位差)被电气地驱动，使得两个环半部组合其对转矩的贡献。在图11中，分裂式定子通过虚线来指示，示出了与第一转子半环HL1磁性地耦合的第一定子301和与第二转子半环HL2磁性地耦合的第二定子302。说明性定子301、302被定位在转子60内部，即转子60是如图4和5的实施例中的外转子(但是其中片状转子50由转子60代替)。尽管未图示，但是备选的或额外的内片状转子40可以类似地由对应于转子60的设计代替。一般来说，说明性转子60的设计的转子、导电路径以使得来自MRI设备4的外部磁场的影响将会(至少部分地)抵消的这种方式被成形，而定子电流的影响通过以180°相位差驱动的第一定子301和第二定子302的使用被最大化。
参考图12，再次示出了转子60。在图12的布置中，导电环62A、62B、62C被连接到相应的换向器电刷70A、70B、70C，使得受控电流能够经由相应的换向器电刷70A、70B、70C被发送通过转子的导电环62A、62B、62C。虽然图2-7的实施例的马达能够被分类为感应马达(即使其中(一个或多个)转子40、50由图11的转子60代替)，但是具有经由换向器70A、70B、70C驱动的转子60的导电环62A、62B、62C的图12的实施例不被分类为感应马达，因为其不利用感应电流。图12的实施例的一些优点是能够使转子电流与感应电流相比更大，和/或电流的相位能够被控制以便实现最佳的转矩。
本发明已经参考优选实施例进行描述。他人在阅读和理解前面的详细描述时，可以进行修改和更改。旨在将本发明解释为包括所有这样的修改和更改，只要它们落在随附权利要求或其等价方案的范围内。

Claims (20)

1.一种电动马达，包括：
定子(30)，其包括电气绕组(32)；以及
转子(40、50、60)，其与所述定子磁性地耦合；
其中，所述电动马达不包括铁磁材料；并且
其中，所述电动马达不包括任何永磁体。
2.根据权利要求1所述的电动马达，其中，所述转子包括环绕所述定子(30)的外转子圆柱体(50、60)。
3.根据权利要求2所述的电动马达，其中，所述转子还包括内转子圆柱体(40)，所述内转子圆柱体被设置在所述定子(30)内部并且被连接以与所述外转子圆柱体(50、60)一起旋转。
4.根据权利要求2-3中的任一项所述的电动马达，其中，所述电动马达是感应马达，并且所述外转子圆柱体(50、60)包括圆柱形片状转子(50)。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的电动马达，其中：
所述转子(60)包括一个或多个导电环(62A、62B、62C)，每个导电环被成形为使得一个半环(HL1)中的感应电压抵消另一个半环(HL2)中的感应电压的影响；并且
所述定子(30)包括第一定子(301)和第二定子(302)，所述第一定子与所述一个半环(HL1)磁性地耦合，所述第二定子与所述另一个半环(HL2)磁性地耦合，其中，所述第一定子和所述第二定子以180度相位差被电气地驱动。
6.根据权利要求5所述的电动马达，还包括：
换向器电刷(70A、70B、70C)，其与每个相应的导电环(62A、62B、62C)操作性地耦合。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的电动马达，其中，所述定子(30)的所述电气绕组(32)被缠绕以将所述定子形成为三相定子。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的电动马达，还包括：
固定频率马达驱动器(28)，其能操作用于在固定电气频率给所述定子电气地供电。
9.一种输注泵，包括：
根据权利要求1-8中的任一项所述的电动马达(20)；以及
流体递送部件(10)，其包括(i)注射器容座(12)和(ii)流体泵中的一个，所述流体泵具有进口和出口，所述进口被配置为与输注流体供应连接，所述出口被配置为与患者输注递送附件连接；
其中，所述电动马达被连接以通过驱动被安装在所述注射器容座中的相关联的注射器(14)的柱塞(18)或通过操作所述流体泵来操作所述流体递送部件。
10.一种输注泵，包括：
流体递送部件(10)，其包括(i)注射器容座(12)和(ii)流体泵中的一个，所述流体泵具有进口和出口，所述进口被配置为与输注流体供应连接，所述出口被配置为与患者输注递送附件连接；以及
电动马达(20)，其被连接以通过驱动被安装在所述注射器容座中的相关联的注射器(14)的柱塞(18)或通过操作所述流体泵来操作所述流体递送部件；
其中，所述电动马达不包括铁磁材料并且不包括永磁体。
11.根据权利要求10所述的输注泵，其中，所述电动马达(20)包括：
定子(30)；以及
转子(40、50、60)，其包括环绕所述定子的外转子圆柱体(50、60)。
12.根据权利要求9所述的输注泵，其中，所述转子(40、50、60)还包括内转子圆柱体(40)，所述内转子圆柱体被设置在所述定子(30)内部并且被连接以与所述外转子圆柱体(50、60)一起旋转。
13.根据权利要求11-12中的任一项所述的输注泵，其中，所述电动马达(20)是感应马达，并且所述外转子圆柱体(50、60)包括圆柱形片状转子(50)。
14.根据权利要求11-12中的任一项所述的输注泵，其中：
所述外转子圆柱体(60)包括一个或多个导电环(62A、62B、62C)，每个导电环被成形为使得一个环部分(HL1)中的感应电压抵消另一环部分(HL2)中的感应电压的影响；并且
所述定子(30)包括第一定子(301)和第二定子(302)，所述第一定子与所述一个环部分(HL1)磁性地耦合，所述第二定子与所述另一环部分(HL2)磁性地耦合，其中，所述第一定子和所述第二定子以对在与所述定子对应的环半部中感应出同相的电流有效的相位差被驱动。
15.一种操作医学设备的方法，所述方法包括：
将所述医学设备(10)操作性地连接(16)到患者；以及
操作电动马达(20)以将动力施加到所述医学设备以向所述患者递送治疗；
其中，所述电动马达不包括铁磁材料并且不包括永磁体。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
与操作所述电动马达(20)以将所述动力施加到所述医学设备以向所述患者递送所述治疗同时，使用磁共振成像(MRI)设备(4)来采集所述患者的MRI图像。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
当不采集所述患者的MRI图像时并且在所述电动马达被定位在由所述MRI设备(4)生成的任何磁场外部的情况下，重复所述电动马达(20)将所述动力施加到所述医学设备(10)以向所述患者递送所述治疗的操作。
18.根据权利要求15-17中的任一项所述的方法，其中，所述医学设备是输注泵(10)，并且所述电动马达(20)被操作用于施加泵送力以向所述患者递送输注流体。
19.根据权利要求15-18中的任一项所述的方法，其中，所述电动马达(20)包括定子(30)和转子(40、50、60)，所述定子包括电气绕组(32)，并且所述方法还包括：
在所述电动马达的操作期间，使用所述转子来提供对所述定子的电磁屏蔽。
20.根据权利要求15-19中的任一项所述的方法，其中，操作所述电动马达(20)包括在固定电气频率下操作感应马达。
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