CN112915318B

CN112915318B - 无针注射装置

Info

Publication number: CN112915318B
Application number: CN202110104520.7A
Authority: CN
Inventors: 刘苏衡; 吴荣荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2022-09-23
Anticipated expiration: 2041-01-26
Also published as: CN112915318A; CN115645685A

Abstract

本发明提供一种无针注射装置，包括机械弹簧蓄能组件、坐力平衡组件、闭环磁电装置调节组件、注射器组件、电路控制组件；电路控制组件用于控制机械弹簧蓄能组件动作产生机械蓄能、以及瞬间能量释放，坐力平衡组件用于在机械弹簧蓄能组件瞬间能量释放时平衡坐力，闭环磁电装置调节组件包括磁轴电机上的磁轴以及线圈，磁轴用于承接机械弹簧蓄能组件瞬间能量释放时冲击力并传递给注射器组件以进行液体注射，电路控制组件根据线圈监测的磁轴的速度传感信号调节线圈的电流，以对磁轴的运动进行加速或减速的调节。本发明通过坐力平衡组件和闭环磁电装置调节组件的设计，可实现控制注射过程、能耗低、又可解决后坐力问题且体积小巧的目的。

Description

无针注射装置

技术领域

本发明涉及医用设备技术领域，具体是一种无针注射装置。

背景技术

1866年法国科学家首次提出“无针注射”的概念，众多学者就开始研制无需针头、凭借高速气流推动将药液扩散注入病人皮内等先进注射器。经多年研制，世界上第一只无针注射器产品于1992年在德国上市，获批专用于注射胰岛素。

继而，无针注射作为一种医疗技术中的一种新的注射技术，渐渐扩大应用于临床等各个领域。采用不同原理、具有不同功能的、具有各种特点的注射器逐渐充斥市场。如德国产的益捷(INJEX)压缩弹簧注射器，可以方便的进行单次注射；中国“快舒尔“品牌的弹簧注射器，可以一次灌液，多次注射；美国MIT采用音圈电机原理的注射器，可精确控制注射速度；江苏常州中安科技的注射器，采用电磁原理，可连续注射；加拿大”MIT”的气动连续注射器，将运用范围扩大到面部的护理。

上述的各个发明有各自的优点，也有不足之处。例如，小巧单用弹簧的注射器，在击发后对注射的过程无法掌控；可以掌控注射全过程的音圈注射器的耗能又太多，几乎无法实用化；采用外接供气供电的，可连续实施注射的注射器，有较大的后坐力，震动得不能让人接受；而无坐力、无需供气供电的注射器的体积，又大到不可能成为小巧的便携式。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种可控制注射过程、能耗低、又可解决后坐力问题且体积小巧的无针注射装置。

一种无针注射装置，包括机械弹簧蓄能组件、坐力平衡组件、闭环磁电装置调节组件、注射器组件、电路控制组件；所述电路控制组件用于控制机械弹簧蓄能组件动作产生机械蓄能、以及瞬间能量释放，所述坐力平衡组件用于在机械弹簧蓄能组件瞬间能量释放时平衡坐力，所述闭环磁电装置调节组件包括磁轴电机上的磁轴以及线圈，所述磁轴用于承接机械弹簧蓄能组件瞬间能量释放时冲击力并传递给注射器组件以进行液体注射，所述线圈用于监测磁轴的运动速度将速度传感信号传送给电路控制组件，电路控制组件根据磁轴的速度传感信号调节磁轴电机的线圈的电流，以对磁轴的运动进行加速或减速的调节。

进一步的，所述机械弹簧蓄能组件包括电池、电机、曲面推进轮、主齿条、动力弹簧，所述电池与电机连接，所述电机的输出轴与曲面推进轮驱动连接，所述曲面推进轮包括柱体及围绕柱体螺旋上升的螺旋曲面，电机用于带动曲面推进轮旋转，主齿条设于曲面推进轮一侧，主齿条上设有位于螺旋曲面之上的拨柱，主齿条的上部连接有动力弹簧。

进一步的，旋转中的曲面推进轮可带动位于其螺旋曲面之上的拨柱，使拨柱从螺旋曲面的曲面底部，缓慢移动到螺旋曲面的曲面顶部，此过程中拨柱带动传导带动主齿条向上运动，给动力弹簧施压将能量蓄积，然后直接从曲面顶部直线滑落到曲面底部，拨柱带动传导带动主齿条向下运动，使压缩蓄能的动力弹簧的能量快速释放。

进一步的，所述坐力平衡组件包括中介齿轮、平衡齿条，主齿条通过中介齿轮与平衡齿条啮合连接，主齿条向下运动时通过中介齿轮带动平衡齿条作反方向的运动以平衡坐力。

进一步的，动力弹簧的上部设有弹簧帽，弹簧帽通过螺旋调节动力弹簧的压缩空间从而调节动力弹簧的蓄能量。

进一步的，所述机械弹簧蓄能组件包括电池、电机、减速齿轮箱、滚针离合器轴承、偏心平衡轮、连杆连接轴、上连杆芯、下连杆、上连杆套，所述电池与电机连接，电机连接减速齿轮箱，减速齿轮箱通过只能单向旋转的滚针离合器轴承与偏心平衡轮连接，偏心平衡轮上连有连杆连接轴，连杆连接轴与上连杆芯的下端和下连杆的上端相连，上连杆套的下端与上连杆芯的上端套接，上连杆套上套设有动力弹簧，下连杆的下端连接滑块，滑块的下端连接闭环磁电装置调节组件的磁轴。

进一步的，所述电机带动减速齿轮箱，减速齿轮箱的输出轴通过处于“合”状态的滚针离合器轴承带动偏心平衡轮朝一个方向旋转，将处于低位的连杆连接轴缓慢的从低位转动到高位，使位于上连杆芯与上连杆套之间的动力弹簧受到压缩；当连杆连接轴转过最高位后，偏心平衡轮在动力弹簧的压力瞬间释放的驱动下，以比减速齿轮箱的输出轴更高的转速转动，滚针离合器轴承自动处于“离”的状态，偏心平衡轮通过连杆连接轴、下连杆、滑块、磁轴电机中的磁轴快速下移。

进一步的，上连杆套的顶端设有固定孔，固定孔的位置可调节以改变动力弹簧被压缩的长短距离或蓄能水平。

进一步的，所述偏心平衡轮是常规曲轴的一端与常规曲轴上的重力平衡块融合而成，所述坐力平衡组件为偏心平衡轮上的重力平衡块，连杆连接轴为常规曲轴的另一端。

进一步的，所述注射器组件包括安瓿及设于安瓿上的安瓿推杆，安瓿推杆位于磁轴的下方；安瓿外接有储液容器，安瓿推杆上设有回位弹簧，用于完成安瓿的循环注液和排液。

本发明通过坐力平衡组件的设置，可在机械弹簧蓄能组件瞬间能量释放时对坐力进行平衡，从而使其瞬间的震动释放在注射时更容易让人接受，而且结构简单，实施容易，不会增加装置的体积；通过闭环磁电装置调节组件中磁轴以及线圈的配合，可实时监测并调整机械弹簧蓄能组件瞬间能量释放时给注射器组件的冲击力，从而按需调整注射的速度，与坐力平衡组件相互配合和协同，从而实现控制注射过程、能耗低、又可解决后坐力问题且体积小巧的目的。

附图说明

图1是本发明无针注射装置实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例一中曲面推进轮的结构示意图；

图3是本发明无针注射装置实施例二的结构示意图；

图中：1—电池，2—电机，3—曲面推进轮，4—主齿条，5—动力弹簧，6—弹簧帽，7—中介齿轮，8—平衡齿条，9—磁轴，10—线圈，11—安瓿，12—安瓿推杆，13—回位弹簧，14—减速齿轮箱，15—滚针离合器轴承，16—偏心平衡轮，17—连杆连接轴，18—上连杆芯，19—下连杆，20—上连杆套，21—固定孔，22—滑块，23—储液容器，31—柱体，32—螺旋曲面，33—曲面底部，34—曲面顶部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，本实施例提供一种无针注射装置，包括机械弹簧蓄能组件、坐力平衡组件、闭环磁电装置调节组件、注射器组件。

所述机械弹簧蓄能组件包括电池1、电机2、曲面推进轮3、主齿条4、动力弹簧5、弹簧帽6，所述电池1与电机2连接，用于给电机2提供工作电源，所述电池为一节或数节可充电的18650/26650锂电池或专用锂电池，所述电机2可采用高功率密度高能量转化率的直流永磁无刷或同步磁阻电机。所述电机2的输出轴与曲面推进轮3驱动连接，如图2所示，所述曲面推进轮3包括柱体31及围绕柱体31螺旋上升的螺旋曲面32，电机2与齿轮减速箱为一体，可带动曲面推进轮3旋转。主齿条4设于曲面推进轮3一侧，主齿条4上设有位于螺旋曲面32之上的拨柱41。

所述坐力平衡组件包括中介齿轮7、平衡齿条8，主齿条4通过中介齿轮7与平衡齿条8啮合连接。

旋转中的曲面推进轮3可带动位于其螺旋曲面32之上的拨柱41，可使拨柱41从螺旋曲面32的曲面底部33，缓慢移动到螺旋曲面32的曲面顶部34，然后可直接从曲面顶部34直线滑落到曲面底部33。拨柱41的运动，可带动与其连为一体的主齿条4一起运动。由于主齿条4受滑槽(未显示)限制，所以主齿条只4能直线滑动。主齿条4又通过中介齿轮7带动同样受滑槽(未显示)限制的平衡齿条8作反方向的运动。

主齿条4的上部连接有动力弹簧5。拨柱41从螺旋曲面32的底部向螺旋曲面32的顶部的运动，可经传导带动主齿条4向上运动，给动力弹簧5施压，将能量蓄积。动力弹簧5的上部设有弹簧帽6，弹簧帽6可以通过螺旋调节动力弹簧5的压缩空间，从而调节动力弹簧5的蓄能量。随着曲面推进轮4的旋转，拨柱41会被移出螺旋曲面32的顶部失去支撑，此时拨柱41可从螺旋曲面32的顶部向螺旋曲面32的底部快速滑落，拨柱41带动传导带动主齿条4向下运动，使压缩蓄能的动力弹簧5的能量有机会快速释放。主齿条4同时通过中介齿轮7带动平衡齿条8作反方向的运动，可平衡坐力。

所述闭环磁电装置调节组件包括磁轴电机上的磁轴9以及线圈10，磁轴9与主齿条4的下端连接，磁轴9的外部设有线圈10，磁轴9的运动速度可被磁轴电机的线圈10或霍尔传感器(未显示)所感受而得到相关的速度传感信号，与磁轴电机连接的控制器可根据磁轴9的速度传感信号调节磁轴电机的线圈10的电流，以对磁轴9的运动进行加速或减速的调节。

所述注射器组件包括安瓿11及设于安瓿11上的安瓿推杆12；磁轴6的下方设置安瓿推杆12，以特定速度向下运动的磁轴9可击打安瓿推杆12，并在击打过程中，不断的根据程序设定调整速度，将安瓿11中的液体注射到所需的地方。

本实施例还可包括与机械弹簧蓄能组件电性连接的电路控制组件，其具有触屏显示模块，通过视窗人机操作控制程序，可操纵完成机械弹簧蓄能组件的弹簧蓄能以及瞬间能量释放、坐力平衡组件的坐力消除、闭环磁电装置调节组件调节注射器组件的注射速度等无针注射全过程，即：使用时，通过触屏显示模块选择所需的注射器操作程序，操作程序会让注射器内的电池1供电启动电机2，经齿轮减速等机械运作，将动力弹簧5压缩蓄能。继而，动力弹簧5快速释放能量，带动含坐力平衡组件的主齿条4快速直线运动。主齿条4上安置有磁电装置(磁轴电机的线圈10或霍尔传感器)，可将信号闭环反馈给控制程序，使控制程序能根据所获的信号，通过磁电装置实时调整主齿条4的瞬间运动速度。继而，主齿条4通过击打无针安瓿的安瓿推杆12将安瓿11中的液体注射到所需的地方。通过电路控制组件，很容易通过限位开关等传感器感知主齿条4的运动状态，而指令其实施单次击打或连续击打。当然，实施连续击打时，可配合实施实例二所显示的多次注射器，来实施连续注射。

本实施例具有如下特点：其一，通过使用体积很小的高功率密度高能量转化率的直流永磁无刷或同步磁阻电机，可以方便将这种电机置于便携式注射器中；其次，利用电机的能量转化率高达90—95％的优势，并配合使用减速电机，采用一节或数节锂电池就足够给弹簧蓄能，完成注射任务；再者，在设计中，将中介齿轮7所耦合的主齿条4与平衡齿条8，连同它们附属的其它联动件，在整体质量上做一个总的平衡，这样无针注射时的坐力就会比常规的坐力要小；最后，更为优异的是，用闭环可以反馈的闭环磁电装置调节组件，对运动中的磁轴9进行微调，这样，既避免了音圈电机类无针注射器在启动时对能量的巨大需求，又能够完美的对注射的速度进行实时调节。

实施例二

实施例二是在实施例一的基础上，采用了只能单向旋转的偏心平衡轮16以及连杆，从另一个方面优化这个发明。

本实施例中机械弹簧蓄能组件包括电池1、电机2、减速齿轮箱14、滚针离合器轴承15、偏心平衡轮16、连杆连接轴17、上连杆芯18、下连杆19、上连杆套20。

如图3所示，这里使用实施例一中同样的电池1、电机2，电机2连接减速齿轮箱14，减速齿轮箱14通过只能单向旋转的滚针离合器轴承15与偏心平衡轮16连接。偏心平衡轮16可以认为是常规曲轴的一端与常规曲轴上的重力平衡块融合而成，本实施例中的坐力平衡组件即为偏心平衡轮16上的重力平衡块。

偏心平衡轮16上连有连杆连接轴17，连杆连接轴17可以认为是常规曲轴的另一端。连杆连接轴17与上连杆芯18的下端和下连杆19的上端相连。上连杆套20的下端与上连杆芯18的上端套接，上连杆套20上套设有动力弹簧5。上连杆套20的顶端设有固定孔21，固定孔21的位置可调节，从而可以改变动力弹簧20被压缩的长短距离或蓄能水平。下连杆19的下端连接一个滑块22，滑块22的下端可连接闭环磁电装置调节组件，如磁轴电机的磁轴9及外部的线圈10。磁轴9下端可击打安瓿推杆12，将安瓿11内的药液输出。本实施例中的安瓿11外接有储液容器23，可采用通用的双单向阀设置(未显示)，安瓿推杆12上设有回位弹簧13，用于完成安瓿11的循环注液和排液。

实施例二的实际工作过程如下：

使用者从电路控制组件中的触屏显示模块选择启动控制程序，控制程序给电机2通电，电机2带动减速齿轮箱14，减速齿轮箱14的输出轴通过处于“合”状态的滚针离合器轴承15带动偏心平衡轮16朝一个方向旋转，将处于低位的连杆连接轴17缓慢的从低位转动到高位，使位于上连杆芯18与上连杆套20之间的动力弹簧5受到压缩。当连杆连接轴17转过最高位后，偏心平衡轮16在动力弹簧5的压力瞬间释放的驱动下，以比减速齿轮箱14的输出轴更高的转速转动，滚针离合器轴承15自动处于“离”的状态。偏心平衡轮16，通过连杆连接轴17、下连杆19、滑块22、磁轴电机中的磁轴9快速下移。磁轴9外的线圈10或霍尔传感器等感受到磁轴9的运动，将信号传送给控制程序。根据这些信号，控制程序根据磁轴9的运动速度，对磁轴电机的线圈9发送相应的电流，对磁轴9的运动进行加速或减速的调节，驱使特定速度向下运动的磁轴击打其下部的安瓿推杆12，并在击打过程中，不断的根据程序设定调整速度，将安瓿11中的液体注射到所需的地方。

注射完成之后，动力弹簧5的压力完全释放，偏心平衡轮16的转速下降，经滚针离合器轴承15、一体化的减速电机继续带动偏心平衡轮16，将处于低位的连杆连接轴17缓慢的从低位转动到高位，开始下一轮动力弹簧5的缩循环。随着磁轴9的上移，安瓿推杆12的回位弹簧13将安瓿推杆12上移，从储液容器23内吸入液体，完成下次注射的准备工作。根据需要，控制程序可操控注射器组件，使其连续不断的注射，直至储液容器23内的溶液耗尽。

本实施例的特点是在电机蓄能、闭环磁电调节的基础上，采用了曲轴来往复驱动安瓿推杆运动，采用了偏心平衡轮16，仔细平衡了曲轴上各个组件的质量，对冲消除因动力弹簧5瞬间能量释放引起的坐力；采用了单向旋转的滚针离合器轴承15，使动力弹簧5瞬间能量释放的控制变得简单；采用了储液容器23及单向阀门，使连续注射成为可能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种无针注射装置，其特征在于：包括机械弹簧蓄能组件、坐力平衡组件、闭环磁电装置调节组件、注射器组件、电路控制组件；所述电路控制组件用于控制机械弹簧蓄能组件动作产生机械蓄能、以及瞬间能量释放，所述坐力平衡组件用于在机械弹簧蓄能组件瞬间能量释放时平衡坐力，所述闭环磁电装置调节组件包括磁轴电机上的磁轴以及线圈，所述磁轴用于承接机械弹簧蓄能组件瞬间能量释放时冲击力并传递给注射器组件以进行液体注射，所述线圈用于监测磁轴的运动速度将速度传感信号传送给电路控制组件，电路控制组件根据磁轴的速度传感信号调节磁轴电机的线圈的电流，以对磁轴的运动进行加速或减速的调节；所述机械弹簧蓄能组件包括电池、电机、曲面推进轮、主齿条、动力弹簧，所述电池与电机连接，所述电机的输出轴与曲面推进轮驱动连接，所述曲面推进轮包括柱体及围绕柱体螺旋上升的螺旋曲面，电机用于带动曲面推进轮旋转，主齿条设于曲面推进轮一侧，主齿条上设有位于螺旋曲面之上的拨柱，主齿条的上部连接有动力弹簧；旋转中的曲面推进轮可带动位于其螺旋曲面之上的拨柱，使拨柱从螺旋曲面的曲面底部，缓慢移动到螺旋曲面的曲面顶部，此过程中拨柱带动传导带动主齿条向上运动，给动力弹簧施压将能量蓄积，然后直接从曲面顶部直线滑落到曲面底部，拨柱带动传导带动主齿条向下运动，使压缩蓄能的动力弹簧的能量快速释放。

2.如权利要求1所述的无针注射装置，其特征在于：所述坐力平衡组件包括中介齿轮、平衡齿条，主齿条通过中介齿轮与平衡齿条啮合连接，主齿条向下运动时通过中介齿轮带动平衡齿条作反方向的运动以平衡坐力。

3.如权利要求1所述的无针注射装置，其特征在于：动力弹簧的上部设有弹簧帽，弹簧帽通过螺旋调节动力弹簧的压缩空间从而调节动力弹簧的蓄能量。

4.如权利要求1-3中任一项所述的无针注射装置，其特征在于：所述注射器组件包括安瓿及设于安瓿上的安瓿推杆，安瓿推杆位于磁轴的下方；安瓿外接有储液容器，安瓿推杆上设有回位弹簧，用于完成安瓿的循环注液和排液。