JP2011152445A - 携帯型人工呼吸器用のコンプレッサ制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アナログ磁気センサから、ロータ角度位置に関係づけられる連続的な信号測定値が、ロータ角速度とは無関係なサンプリング・レートで得られる。一実施形態においては、アナログ信号測定値はその後に、逆正接関数を用いて処理されて、ロータ角度位置が得られる。逆正接の算出を、演算、微小角近似、多項式評価アプローチ、テーブル索引アプローチ、または種々の方法の組み合わせを用いて行なってもよい。一実施形態においては、BLDCロータは、携帯型の機械的人工呼吸器システムにおいてコンプレッサとして用いられるルーツ・ブロワを駆動するために、用いられる。
【選択図】 図1
Description
圧力制御モードには、吸入サイクルの継続時間の間、吸気圧力を制御することが含まれる。このモードでは、ルーツ・ブロワは、特定の波形または圧力プロファイルを得るように患者に流量を送る必要がある。図7に、圧力制御サーボ・モードの概略的な図を示す。例示したように、所望の圧力701を、患者の気道内で生じる実際の圧力703と比較して、誤差を出す。誤差は、ブロック710で補償されて、流量コマンドが生成される。ブロック710における補償には、回路たとえばPIDコントローラ(比例積分微分コントローラ)および圧力−流量変換因子が含まれる。
体積制御モードでは、吸気サイクルの間に患者の肺に所望の空気量が送られる。こうして、吸入の間、人工呼吸器は患者に所望のガス流量を送っている。図8は、本発明の実施形態による流量制御サーボを示す説明図である。
図9は、本発明の実施形態による速度制御サーボを示す説明図である。この説明図では、速度制御サーボは、以下のものを備えている。すなわち、コントローラ960、速度計算モジュール940、転流制御回路950、位置算出モジュール930、アナログ・デジタル・コンバータ(ADC)回路920、パルス幅変調(PWM)発生器回路170、三相インバータ回路180、BLDCモータ910、およびアナログ・センサ401A〜Dである。
以下の一般的な最小2乗フィット方程式を仮定する。
Claims (33)
- コンプレッサ及びブラッシュレスDC(BLDC)モータを含む携帯型人口呼吸器を制御するための方法であって、
前記BLDCモータのロータの角度位置に応じた振幅を有する1つまたは複数のアナログ・センサ信号を得ること、
前記アナログ・センサ信号から前記ロータの角度位置を算出すること、
前記角度位置から角速度を算出すること、
前記角速度を、前記BLDCモータに対する速度制御サーボにおいて用いること、
前記算出された角速度と、前記コンプレッサに対する入力圧力と出力圧力との間、または所望の気道内圧と実際の気道内圧との間の差圧とを用いて実際の空気流量を推定すること、
所望の空気流量と前記携帯型人口呼吸器に対する前記実際の空気流量とを比較して、所望の角速度を決定すること、
前記角速度および前記所望の角速度に基づいて速度誤差を算出すること、
前記BLDCモータの動作中、前記速度誤差に従って前記角速度を前記所望の角速度と一致するように調節することにより、前記BLDCモータによって携帯型人口呼吸器のコンプレッサを駆動すること、を備え、
前記アナログ・センサ信号は、一定のサンプリング・レートで得られる、方法。 - 前記アナログ・センサ信号は、アナログ・ホール効果センサを用いて得られる、請求項1に記載の方法。
- 前記アナログ・センサ信号は、異方性の磁気抵抗(AMR)センサから得られる、請求項1に記載の方法。
- 前記角度位置は、前記アナログ・センサ信号の逆正接を算出することによって得られる、請求項1に記載の方法。
- 前記角速度は、前記角度位置の差を取ることによって得られる、請求項1に記載の方法。
- 前記コンプレッサは、ルーツ・ブロワを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記角度位置を算出することが、
第1のアナログ・センサから第1のアナログ・センサ信号を得ること、
前記第1のアナログ・センサから180度だけ変移された第2のアナログ・センサから第2のアナログ・センサ信号を得ること、
前記第2のアナログ・センサ信号を前記第1のアナログ・センサ信号から差し引くこと、を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記角度位置を算出することが、前記1つまたは複数のアナログ・センサ信号にDCオフセット補正を適用することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記角度位置を算出することが、算出された位置値に転流補正角度を適用することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記角度位置を算出することが、
回転の現在の四分円を確認すること、
前記現在の四分円に対する記憶された係数を得ること、
前記現在の係数および複数のデジタル化されたセンサ読み取り値を用いて多項方程式を解くこと、を含む、請求項1に記載の方法。 - 携帯型人工呼吸器装置であって、
ブラッシュレスDC(BLDC)モータと、
携帯型人工呼吸器内のコンプレッサであって、前記BLDCモータによって駆動されるコンプレッサと、
前記BLDCモータの角度位置を表わす複数のアナログ信号を提供する複数のセンサと、
前記複数のアナログ信号から前記BLDCモータの前記角度位置および速度を算出するように構成された算出回路と、
前記角速度を前記BLDCモータの動作中、前記角速度と前記所望の速度との間の差に基づいて所望の速度で駆動するための速度制御サーボと、
前記複数のアナログ信号を一定のサンプリング・レートでサンプリングし、対応するデジタル値を前記算出回路に供給するアナログ・デジタル・コンバータと、
を備え、
前記速度制御サーボは、前記算出された角速度と、前記コンプレッサに対する入力圧力と出力圧力との間、または所望の気道内圧と実際の気道内圧との間の差圧とを用いて実際の空気流量を推定し、
前記速度制御サーボは、所望の空気流量と前記携帯型人口呼吸器に対する前記実際の空気流量とを比較して、所望の角速度を決定する、携帯型人口呼吸器装置。 - 前記複数のセンサのそれぞれは、アナログ・ホール効果センサを含む、請求項11に記載の装置。
- 前記複数のセンサのそれぞれは、異方性磁気抵抗(AMR)センサを含む、請求項11に記載の装置。
- 前記複数のアナログ・センサは、円形パターン上に互いに90度だけ離れて配置された4つのアナログ・センサを含む、請求項11に記載の装置。
- 前記コンプレッサを介しての必要な流量を得るために、前記コマンド速度が流量制御ループによって計算される、請求項11に記載の装置。
- 前記必要な流量は、圧力制御関数によって計算される、請求項15に記載の装置。
- 前記算出回路は、プロセッサを含む、請求項11に記載の装置。
- 前記算出回路が、逆正接関数を用いて前記複数のアナログ信号から前記角度位置を算出する、請求項11に記載の装置。
- 前記算出回路が、テーブル索引関数を用いて前記複数のアナログ信号から前記角度位置を算出する、請求項11に記載の装置。
- 前記算出回路が、多項式評価を用いて前記複数のアナログ信号から前記角度位置を算出する、請求項11に記載の装置。
- 前記算出回路が、多項方程式から前記角度位置を算出するための複数の記憶された係数値を含む、請求項11に記載の装置。
- 前記複数の係数値が、回転の各四分円に関連する係数の組を含む、請求項21に記載の装置。
- ロータの回転に関連する磁束を検出する複数のアナログ・センサを備え、かつ人口呼吸器のコンプレッサを駆動するのに用いられる電動モータを制御するための方法であって、
前記複数のアナログ・センサの出力を一定のサンプリング・レートでサンプリングして、複数のデジタル化されたセンサ信号を得ること、
第1のセンサに関連する第1のデジタル化された信号を、第2のセンサに関連する第2のデジタル化された信号から差し引いて、前記ロータの角度位置に応じた第1の正弦曲線値を得ること、前記第1のセンサおよび前記第2のセンサは180度だけ互いにずれており、
前記第1の正弦曲線値から前記角度位置を導き出すこと、
前記角度位置から前記角速度を導き出すこと、
前記導き出された角速度と、前記コンプレッサに対する入力圧力と出力圧力との間、または所望の気道内圧と実際の気道内圧との間の差圧とを用いて実際の空気流量を推定すること、
所望の空気流量と前記携帯型人口呼吸器に対する前記実際の空気流量とを比較して、所望の角速度を決定すること、
前記導き出された角速度を速度制御サーボに適用して、前記ロータを所望の角速度で駆動すること、を備える方法。 - 第3のセンサに関連する第3のデジタル化された信号を、第4のセンサに関連する第4のデジタル化された信号から差し引いて、前記ロータの前記角度位置に応じた第2の正弦曲線値を得ることをさらに備え、
前記第2の正弦曲線値は、前記第1の正弦曲線値とともに前記角度位置を導き出すために用いられる、請求項23に記載の方法。 - 前記方法はさらに、前記導き出された角速度を空気流制御ループに適用して、所望の空気流から前記所望の角速度を得ることを備える、請求項23に記載の方法。
- 所望の圧力と測定圧力とを比較して、前記所望の空気流を得ることをさらに備える、請求項25に記載の方法。
- 前記角度位置を導き出すことが、前記第1の正弦曲線値にDCオフセットを適用することを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記角度位置を導き出すことが、算出された位置値に転流補正角度を付加することを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記角度位置を導き出すことが、多項方程式を解くために1つまたは複数の記憶された係数を得ることを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記1つまたは複数の記憶された係数を得ることが、
現在の四分円を決定すること、
前記現在の四分円に関連する1つまたは複数の係数を得ること、を含む、請求項29に記載の方法。 - ロータ・シャフトに取り付けられた磁石を有する電動モータと、前記磁石に隣接する円内に配置された対向するアナログ・センサの複数の対とを備える速度サーボを校正するための方法であって、前記アナログ・センサは一定のサンプリング・レートでサンプリングされ、前記方法は、
前記ロータ・シャフトを一定速度で回転させること、
対向するアナログ・センサの各対に対して、第1のアナログ・センサのデジタル化されたセンサ信号を、第2のアナログ・センサのデジタル化されたセンサ信号から差し引いて、正弦曲線信号を得ること、
各四分円に対して、複数の前記正弦曲線信号に適合された多項方程式の複数の係数を決定すること、を備える方法。 - 各正弦曲線信号に対して、1つまたは複数の信号ピークに基づいてDCオフセットを決定することをさらに備える、請求項31に記載の方法。
- 前記正弦曲線信号の1つまたは複数のゼロ交差に基づいて、転流補正角度を決定することをさらに備える、請求項31に記載の方法。
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