CN114480118A - 一种分体式振荡器以及包括该分体式振荡器的振荡培养箱 - Google Patents

一种分体式振荡器以及包括该分体式振荡器的振荡培养箱 Download PDF

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Abstract

本公开描述了一种用于振荡培养箱的分体式振荡器，振荡培养箱限定培养腔，该分体式振荡器包括：振荡托板；用于驱动振荡托板的盘式驱动电机，盘式驱动电机包括定子组件与转子组件，定子组件用于设置在培养腔的外部，转子组件用于设置在培养腔的内部并包括中央轴以及安装在中央轴上的转子转盘；其中，转子转盘的转动驱动振荡托板的振荡运动。

Description

一种分体式振荡器以及包括该分体式振荡器的振荡培养箱
技术领域
本公开涉及振荡器，尤其是一种分体式振荡器以及包括该分体式振荡器的振荡培养箱。
背景技术
用于微生物或者细胞培养的培养箱，培养腔均需要有效地清洁和消毒，例如，这对于符合GMP(药品生产质量管理规范，Good Manufacturing Practice)要求的细胞培养至关重要。而且，精确控制在培养室内的各环境参数，例如温度、湿度、二氧化碳的含量、氧气的含量，等等，对于维持最佳的细胞培养条件是必要的。其次，培养箱中的空间是很宝贵的，振荡器的设计要尽量低节省培养箱内部的空间，给放置更多的培养物或者更大的容器提供可能。
现有的振荡培养箱，其中振荡器一般安装在培养箱内部。其中的一些培养箱包括皮带等传动装置以实现电机对中央输出轴的控制，这种结构引入了皮带等传动用的耗材，容易受到皮带等耗材质量的影响，故障率高，维护困难。并且内部结构复杂，电机通常设置在培养箱内的侧面，占据了很大的空间，特别是占用了很大高度，使得同样体积的设备整体利用率降低。同时，将包括电机在内的振荡器整体放置在培养箱内部，使得由于电机的发热以及复杂电机结构染菌而对培养箱内洁净环境的维持造成了很大的影响。为此，一些振荡培养箱的设计将振荡器的部件分别设置在培养箱的培养腔内部和外部。
例如，美国专利US 2010/0330663A1涉及一种振荡培养箱。所述培养箱包括培养腔和设备腔。振荡器的驱动臂，驱动轴，偏心旋转接头及振荡托板位于培养腔中；电机及驱动皮带位于设备腔中。电机通过驱动皮带带动驱动轴转动。培养箱的底板将培养腔与设备腔相互密封隔离。振荡器的部分部件位于培养腔内，另一部分位于设备腔中，电机和振荡托板之间的距离相对较大，会导致振荡托板产生剧烈的震动。而且因为整个结构复杂，清理培养腔很困难。另外，驱动皮带及两腔体之间的密封件都是耗材，需要定期更换。
本发明的发明人认识到，上述的振荡培养箱不易于清洁，且占用培养腔的内部空间。
发明内容
本公开提供了一种分体式振荡器以及相应的分体式振荡培养箱，可以至少部分地克服上述问题。
根据本公开的一方面，公开了一种用于振荡培养箱的分体式振荡器，其中振荡培养箱限定培养腔。所述的分体式振荡器包括：振荡托板；用于驱动振荡托板的盘式驱动电机，盘式驱动电机包括定子组件与转子组件，定子组件用于设置在培养腔的外部，转子组件用于设置在培养腔的内部并包括中央轴以及安装在中央轴上的转子转盘；其中，转子转盘的转动驱动振荡托板的振荡运动。
根据本公开的一些实施例，定子组件包括电磁线圈，转子转盘中设置有第一永磁体，电磁线圈与第一永磁体轴向相对地设置。
根据本公开的一些实施例，所述的分体式振荡器还包括基座，用于固定至培养腔的底板并设置在培养腔的外部，基座限定容置空间，容置空间用于与培养腔连通；其中中央轴可旋转地安装于容置空间中。
根据本公开的一些实施例，所述的分体式振荡器还包括安装在转子转盘上的具有偏心输出轴的偏心结构；其中振荡托板可旋转地安装在偏心输出轴上，偏心机构的旋转运动驱动振荡托板的振荡运动。
根据本公开的一些实施例，中央轴通过第一轴承可旋转地安装于容置空间中；可选地，中央轴底部偏心地设置有第二永磁体，基座中埋设有霍尔传感器以监测中央轴的旋转角位置。
根据本公开的一些实施例，转子转盘设置有平衡体；可选地，平衡体与转子转盘一体成型；可选地，转子转盘还设有外部平衡块。
根据本公开的一些实施例，定子组件还包括定子外壳，以及用于监测转子转盘的转速的转速传感器。
根据本公开的一些实施例，基座在容置空间的边缘处设置有阻挡凸台。
根据本公开的一些实施例，容置空间与培养腔外部的空间密封隔离，例如基座在培养腔的底板下方设置有O型圈，以及用于安装O型圈的凹槽，以将容置空间与培养腔外部的空间密封隔离。
本公开的另一方面涉及一种振荡培养箱，其包括培养腔，并且包括根据上述任一种分体式振荡器，其中分体式振荡器的定子组件设置在培养腔外部，转子组件设置在培养腔内。
所公开的分体式振荡器通过将定子组件(电气部分)与转子组件(机械部分)分别设置在振荡培养箱的培养腔外部和内部中，避免了定子线圈发热对培养过程的影响，而且易于清洁；同时由于盘式驱动电机的整体高度低，避免了振荡托板的强烈震动，节省了培养腔的内部空间。
附图说明
图1是示意地示出根据本公开的一些实施方式的分体式振荡器的剖视图；
图2是图1的分体式振荡器的示意性立体图；
图3是根据本公开一些实施例的转子转盘的结构示意图。
具体实施方式
通常，除非明确给出和/或从其所使用的上下文中暗示不同的含义，否则本文中使用的所有术语将根据其在相关技术领域中的普通含义来解释。除非明确说明，否则对一个元件，设备，组件，装置，步骤等的所有引用应公开解释为是指该元件，设备，组件，装置，步骤等的至少一个实例。在适当的情况下，本文公开的任何实施例的任何特征可以应用于任何其他实施例。同样，任何实施例的任何优点可以适用于任何其他实施例，反之亦然。通过下面的描述，所附实施例的其他目的，特征和优点将显而易见。
现在将参照附图更全面地描述本文所设想的一些实施例。然而，其他实施例包含在本文公开的保护范围内，所公开的主体不应解释为仅限于本文阐述的实施例。而是，通过示例的方式提供这些实施例，以将本公开的保护范围传达给本领域技术人员。
参考图1，其示出了根据本公开的一些实施例的用于振荡培养箱的分体式振荡器。通常地，振荡培养箱可以包括培养腔1。在一些情况下，振荡培养箱可以包括培养腔1和设备腔2。该分体式振荡器的一部分(例如电气部分)用于布置在振荡培养箱的培养腔1的外部(例如设备腔2内)，另一部分(例如机械部分)用于布置在振荡培养箱的培养腔1内。
以下结合附图描述振荡培养箱包括培养腔1和设备腔2的情况。振荡培养箱的设备腔2和培养腔1由培养腔1的底板3分开。应当理解，振荡培养箱的培养腔1和设备腔2可以各自为密封空间并相互隔离。
所述的分体式振荡器包括振荡托板20以及用于驱动振荡托板20的盘式驱动电机。其中，盘式驱动电机又称为轴向磁场电机，其中气隙磁场沿轴向方向，即转动轴的方向。例如，CN110417157A中描述了一种轴向同步电机，其中转动件与固定件对齐设置。
根据本公开的盘式驱动电机包括定子组件(也称为机械部分)与转子组件(也称为电气部分)，定子组件用于设置在设备腔2内，转子组件用于设置在培养腔1内并包括中央轴11以及安装在中央轴11上的转子转盘21；其中，转子转盘21的转动驱动振荡托板20的振荡运动。
定子组件包括环形地设置的一组电磁线圈4(即定子线圈)。转子转盘21中设置有一组第一永磁体14(即转子永磁体)，电磁线圈4与第一永磁体14轴向相对地设置。例如，第一永磁体14可以环形地设置在转子转盘21的底表面。可选地，转子转盘21底表面可以设置有用于容纳第一永磁体14的凹槽，如图3所示。
转子组件的各部件可以由不锈钢制成，可以方便地拆卸，清洁和消毒。
应当理解的是，电磁线圈4可以不沿着整个圆周分布，而是可以仅分布在部分圆周上，从而提供了安装可以探测转子转盘21转速的转速传感器13(例如霍尔信号传感器)的位置。转速传感器13可以在转子组件旋转时，探测第一永磁体14的转动。
定子组件还可以包括定子外壳5。定子外壳5内部限定有足够空间以安装散热风扇或者水冷管路，以进一步为电磁线圈4散热。定子组件整体处于设备腔2中，因此避免了由振荡器向培养腔1内引入电气元件的可能性，对于严格要求培养环境清洁的培养腔1，这具有重大的意义。而且由于定子组件外置于培养腔1，电磁线圈4产生的热量可以较少地进入培养腔1，有利于保证培养腔1内部的温度稳定性。
分体式振荡器还可以包括基座8，用于固定至培养腔1的底板3并设置在设备腔2内。基座8限定了容置空间22，容置空间22与培养腔1连通。转子组件的中央轴11(例如通过第一轴承12)可以可旋转地安装于容置空间22中，定子组件的电磁线圈4围绕基座8设置。
容置空间22可以实施为凹部，以减小振荡器的整体高度。可选地，基座8在容置空间的边缘处设置有阻挡凸台7，阻挡凸台7朝向培养腔1延伸一定高度，以防止培养腔1内的液体溢流到容置空间22中。可选地，基座8在振荡培养箱的底板3下方设置有用于安装O型圈6的凹槽以及O型圈6，以实现通过静密封将盘式驱动电机的机械部分和电气部分隔离。该隔离防止培养腔1内部的物质进入定子组件的复杂电气结构中，避免了培养物质染菌，也方便培养腔1内部的清洗。
在根据本公开的一些实施例中，分体式振荡器还可以包括具有微处理器的单片机(未示出)。电磁线圈4可以由单片机供电以产生周期性变化的磁场，以驱动转子转盘21旋转。
在根据本公开的一些实施例中，中央轴11底部偏心地设置有永磁体9，基座8中设置有位置传感器10(例如霍尔传感器)以监测中央轴11的旋转角位置。在中央轴11旋转的过程中，位置传感器10可以探测永磁体9的位置，并生成位置信号。单片机可以接收该位置信号，并基于该位置信号控制中央轴11停止转动时的角度位置，并且可以锁定中央轴11的角位置，同时便于对振荡的精确控制，以及保证了在最佳的停止位置进行清洁的安全性。对中央轴11角位置的锁定例如可以通过对盘式驱动电机施加一定的反向电流，使得不能手动转动转子组件来实现。
定子组件中的电磁线圈4，转速传感器13和位置传感器10都可以通过线缆连接到单片机上，由微处理器处理信号，实现了电机速度的闭环反馈控制，并且可以精确控制盘式驱动电机的停止位置。
转子转盘21还可以设置有平衡体15，以用于平衡由于振荡托板20上的负载造成的离心力，并且可选地，平衡体15与转子转盘12可以一体成型。例如在图3中，平衡体15实施为转子转盘21的厚度增厚的部分，并且大致呈扇形。可选地，转子转盘21还包括设置于其上的外部平衡块16，用于进一步平衡由于振荡托板20上的负载造成的离心力。转子转盘21通过设置平衡体15可以减小外部平衡块16的重量。外部平衡块16可以实施为可拆卸的模块，从而实现了振幅及平衡块大小及位置的调节功能。
具有偏心输出轴18的偏心结构17连接至转子转盘21。例如如图2和图3所示，中央轴11上表面上设置有螺丝孔，转子转盘上21设有安装孔，安装孔可以是通孔，螺钉穿过偏心结构17以及转子转盘21将二者安装在中央轴11上。可选地，转子转盘21可以设置有中心开口，偏心结构17的底表面中设有凹部。中央轴11贯穿转子转盘21的中心开口并容纳在偏心结构17的凹部中。
偏心结构17可以拆卸下来，更换偏心轴距不同的模块，则可以简便地调节振荡器的振幅。外部平衡块16也可以单独拆卸，更换大小形状不同的平衡块，以适应振幅，速度范围，以及负载要求的变化。偏心结构17和外部平衡块16也可以通过一些特殊的设计，实现在不拆卸的状况下在一定范围内的位置调节。例如，一般地，振荡器的振幅可以为20至50mm，振荡器的转速可以为30至400rpm，振荡负载的质量可以为0至25kg。
振荡托板20可旋转地安装于转子组件的偏心结构17上，例如通过第二轴承19安装在偏心结构17的偏心输出轴18上。振荡托板20可以通过两对弹簧片(未示出)进行限位和调节振荡的方式，比如，圆周振荡，左右或者前后某一个方向的往复式振荡。
为了确保培养腔1内的所有表面耐化学腐蚀并易于清洁，转子转盘21，外部平衡块16和培养腔1的内壁均可以由不锈钢制成。
根据本公开的分体式振荡器利用盘式驱动电机的定子线圈4和转子永磁体14之间有一定的距离的特点，让培养腔1的底板3作为分隔平面将盘式驱动电机的定子组件和转子组件分开，并借助于可以稳固安装在底板3或者箱体上的基座8，来为盘式驱动电机的转子组件提供转轴支撑。借助于该分体式安装方法，密封的培养腔1没有发热的电磁线圈4，有利于培养腔1中的温度控制。培养腔1内没有复杂的电气部分，对于严格要求培养环境清洁的培养箱，这具有重大的意义。盘式驱动电机的高度低，而且占有很大高度的定子组件放置在设备腔2中，所以，振荡器在培养腔1内的高度很低，为培养腔1节省了宝贵的内部空间，同时能避免振动。例如，在其中一个实施例中，从培养腔的底板3到偏心输出轴18的高度可以仅为34mm。
根据本公开的一些实施例，提供了一种振荡培养箱，其包括培养腔1，可选地包括设备腔2，并且包括根据上述任一种分体式振荡器，其中分体式振荡器的定子组件设置在培养腔1的外部，转子组件设置在培养腔1的内部。在该振荡培养箱包括培养腔1和设备腔2的情况下，分体式振荡器的定子组件可以设置在设备腔1中。

Claims (10)

1.一种用于振荡培养箱的分体式振荡器，所述振荡培养箱限定培养腔，其特征在于，包括：
振荡托板；
用于驱动所述振荡托板的盘式驱动电机，所述盘式驱动电机包括定子组件与转子组件，所述定子组件用于设置在所述培养腔的外部，所述转子组件用于设置在所述培养腔的内部并包括中央轴以及安装在所述中央轴上的转子转盘；
其中，所述转子转盘的转动驱动所述振荡托板的振荡运动。
2.根据权利要求1所述的分体式振荡器，其特征在于：
所述定子组件包括电磁线圈，所述转子转盘中设置有第一永磁体，所述电磁线圈与所述第一永磁体轴向相对地设置。
3.根据权利要求1所述的分体式振荡器，其特征在于，还包括：
基座，用于固定至所述培养腔的底板并设置在所述培养腔的外部，所述基座限定容置空间，所述容置空间用于与所述培养腔连通；
所述中央轴可旋转地安装于所述容置空间中。
4.根据权利要求1所述的分体式振荡器，其特征在于，还包括：
安装在所述转子转盘上的具有偏心输出轴的偏心结构；
所述振荡托板可旋转地安装在所述偏心输出轴上，所述偏心机构的旋转运动驱动所述振荡托板的振荡运动。
5.根据权利要求3所述的分体式振荡器，其特征在于：
所述中央轴通过第一轴承可旋转地安装于所述容置空间中；
可选地，所述中央轴底部偏心地设置有第二永磁体，所述基座中埋设有霍尔传感器以监测所述中央轴的旋转角位置。
6.根据权利要求1所述的分体式振荡器，其特征在于：
所述转子转盘设置有平衡体；
可选地，所述平衡体与所述转子转盘一体成型；
可选地，所述转子转盘还设有外部平衡块。
7.根据权利要求1所述的分体式振荡器，其特征在于：
所述定子组件还包括定子外壳，以及用于监测所述转子转盘的转速的转速传感器。
8.根据权利要求2所述的分体式振荡器，其特征在于：
所述基座在所述容置空间的边缘处设置有阻挡凸台。
9.根据权利要求2所述的分体式振荡器，其特征在于：
所述容置空间与所述培养腔外部的空间密封隔离，例如所述基座在所述培养腔的底板下方设置有O型圈，以及用于安装O型圈的凹槽，以将所述容置空间与所述培养腔的外部空间密封隔离。
10.一种振荡培养箱，包括培养腔，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的分体式振荡器，所述分体式振荡器的定子组件设置在所述培养腔的外部，所述转子组件设置在所述培养腔的内部。
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