TWM548558U - 醫療用泵 - Google Patents

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TWM548558U
TWM548558U TW106200952U TW106200952U TWM548558U TW M548558 U TWM548558 U TW M548558U TW 106200952 U TW106200952 U TW 106200952U TW 106200952 U TW106200952 U TW 106200952U TW M548558 U TWM548558 U TW M548558U
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medical pump
rotor
permanent magnet
pole
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TW106200952U
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越 李
周垂有
劉艷玲
李桂華
朱曉寧
王勇
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德昌電機（深圳）有限公司
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Description

醫療用泵
本新型涉及一種醫療器具，尤其涉及一種醫療用泵。
電機作為先前的醫療用泵的重要組件之一，其性能對泵能否噴出均勻霧氣至關重要，而其體積及成本亦係影響泵自身體積與成本的重要因素。
本新型的特徵和優點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可透過實踐本新型而學習。
為克服先前技術的問題，本新型提供一種醫療用泵，其中，所述醫療用泵包括：單相同步電機；所述同步電機包括定子以及相對所述定子旋轉的轉子，所述轉子包括複數個永磁體；所述定子包括定子磁芯以及繞設在所述定子磁芯上的定子繞組；所述定子磁芯具有兩個相對的極部，所述兩個相對的極部之間形成用於容納所述永磁體的轉子容納區。
作為本新型的一個改進方案，每個所述永磁體的外側表面為弧面，使所述永磁體與所述極部之間形成厚度不均勻的氣隙。
作為本新型的一個改進方案，所述永磁體形成兩個永磁極，每一永磁極的外表面至轉子中心的距離從其周向中心向兩端逐漸減小，從而使所述氣隙的厚度沿所述永磁體的周向中心向兩端的方向逐漸增大。
作為本新型的一個改進方案，所述永磁體形成兩個永磁極，每一永磁極的與定子極部相對的外表面關於該永磁極的徑向中心線對稱。
作為本新型的一個改進方案，所述醫療用泵還包括U形的定子支架，所述定子支架緊貼地包裹在定子磁芯的形成所述兩個極部的外周，所述定子支架內壁與定子磁芯外表面具有凹凸卡位元結構。
作為本新型的一個改進方案，所述兩個相對的極部互相隔開，所述定子支架上設有填隙凸棱，所述填隙凸棱進入所述兩個相對的極部之間。
作為本新型的一個改進方案，所述定子還包括安裝到定子支架底部的底座以及安裝到定子支架頂部的頂蓋；所述定子磁芯被軸向限位在所述底座和頂蓋之間；所述轉子可轉動地安裝到所述底座和頂蓋。
作為本新型的一個改進方案，所述定子磁芯由“[”形的第一磁芯組件和“]”形的第二磁芯組件相向地拼接形成，第一磁芯組件的第一端、第二磁芯組件的第一端分別形成所述極部；第一磁芯組件的第二端、第二磁芯組件的第二端分別設有燕尾槽、燕尾榫，並通過所述燕尾槽、燕尾榫鎖定。
作為本新型的一個改進方案，所述單相電機還包括驅動電路，所述定子繞組與一外部交流電源串聯於第一、第二節點之間，所述驅動電路包括可控雙向交流開關、與所述雙向交流開關並聯於所述第一、第二節點之間的交流-直流轉換電路、位置感測器及開關控制電路，所述交流-直流轉換電路在所述可控雙向交流開關導通時由於所述第一、第二節點被短路而無電流流過；所述開關控制電路被配置為依據所述位置感測器檢測的轉子磁極位置資訊和所述外部交流電源的極性資訊，控制所述可控雙向交流開關以預定方式 在導通與截止狀態之間切換，使所述定子繞組在電機起動階段僅沿著預定的起動方向拖動所述轉子。
作為本新型的一個改進方案，所述轉子在穩態階段以3000轉/分或3600轉/分的轉速恒速運行。
作為本新型的一個改進方案，所述同步電機的輸入功率為45W至50W；電流為0.4A至0.6A，所述定子磁芯的長度為50mm至65mm；寬度為20mm至30mm。
作為本新型的一個改進方案，所述永磁體形成兩個永磁極，所述永磁極的極弧係數為0.75~0.95之間。
作為本新型的一個改進方案，所述定子極部的極面到所述轉子的轉軸中心的距離沿轉子周向從極面的一端至另一端逐漸增加。
作為本新型的一個改進方案，所述電機包括輸出軸，所述醫療用泵還包括連接到電機輸出軸的偏心曲柄、連桿活塞和氣缸；所述連桿活塞的一端與偏心曲柄相連並受其驅動，另一端收容於所述氣缸內。
本新型提供了一種醫療用泵，採用單相同步電機，電機轉速穩定，不受電壓影響，且體積較小。
透過閱讀說明書，本領域普通技術人員將更好地瞭解該等技術方案的特徵和內容。
80‧‧‧電機
10‧‧‧轉子
11‧‧‧轉軸
13‧‧‧轉子磁芯
14‧‧‧凸棱
15‧‧‧永磁體
19‧‧‧氣隙
20‧‧‧定子
21‧‧‧定子磁芯
21a‧‧‧第一磁芯組件
21b‧‧‧第二磁芯元件
22‧‧‧絕緣線架
23‧‧‧定子繞組
24a‧‧‧燕尾槽
24b‧‧‧燕尾榫
25‧‧‧極部
26‧‧‧極面
27‧‧‧轉子容納區
28‧‧‧定位槽
29‧‧‧第一凹槽
31‧‧‧第二凹槽
39‧‧‧間隙
40‧‧‧定子固定架
41‧‧‧定子支架
44‧‧‧第一通孔
47‧‧‧第一凸棱
48‧‧‧第三凹槽
49‧‧‧填隙凸棱
51‧‧‧定子支架底座
52‧‧‧第一轂部
54‧‧‧第二通孔
56‧‧‧第一凸環
61‧‧‧定子支架頂蓋
62‧‧‧第二轂部
64‧‧‧第三通孔
66‧‧‧第二凸環
91‧‧‧偏心曲柄
92‧‧‧環體
93‧‧‧連桿活塞
94‧‧‧活塞
95‧‧‧進口
97‧‧‧氣缸
99‧‧‧出口
75‧‧‧開關控制電路
81‧‧‧交流電源
82‧‧‧可控雙向交流開關
83‧‧‧交流-直流轉換電路
100‧‧‧位置感測器
50‧‧‧電機
下面通過參考圖示並結合實例具體地描述本新型，本新型的優點和實現方式將會更加明顯，其中圖示所示內容僅用於對本新型的解釋說明，而不構成對本新型的任何意義上的限制，在圖示中：
圖1為本新型實施方式的醫療用泵的結構示意圖。
圖2為圖1所示醫療用泵的連桿活塞的結構示意圖。
圖3為圖1所示醫療用泵的電機整體結構示意圖。
圖4為圖3所示電機的轉子結構示意圖。
圖5為圖3所示電機的移除了定子固定架中的底座和頂蓋後的俯視圖。
圖6為圖3所示電機的定子磁芯的結構示意圖。
圖7為圖3所示電機的定子固定架的結構爆炸圖。
圖8為本新型實施方式的部分驅動電路的示意圖。
圖9為本新型另一實施方式的電機的俯視圖。
如圖1、圖2所示，本新型提供一種醫療用泵，包括：電機80；安裝到電機80輸出軸的偏心曲柄91；連桿活塞93，其一端具有環體92與偏心曲柄91相連並受偏心曲柄91驅動，另一端設有活塞94；氣缸97，用於容納連桿活塞93以便連桿活塞93在其內進行往復運動；氣缸97上設有進口95以及出口99。在使用時，電機80帶動連桿活塞93在氣缸97內往復運動，壓縮氣缸97內的流體如空氣等從出口99噴出。
請一併參閱圖3至圖4，所述電機80為單相同步電機，包括定子20、相對定子20旋轉的轉子10。定子20包括定子磁芯21、繞設在定子磁芯21的上的定子繞組23，定子磁芯21與定子繞組23之間設絕緣件。具體地，定子繞組23繞制到絕緣線架22，而絕緣線架22套設到定子磁芯21，且該定子磁芯21為框架狀。定子磁芯21固定到定子固定架40(見圖7)。轉子10可轉動地安裝到定子固定架40。本實施方式中，轉子10的轉軸11作為電機80的輸出軸。
轉子10包括固定到轉軸11的轉子磁芯13以及安裝到轉子磁芯13的外周表面的複數個永磁體15。永磁體15沿轉子磁芯13的周向設置，在轉子磁芯13的外周表面還設有複數軸向延伸的凸棱14，每個凸棱14位於每兩個永磁體15的分界處。在本實施方式中，永磁體15為2個圓弧狀永磁體，永磁體15沿徑向極化，凸棱14亦為2個，分別位於該兩個永磁體15的2個分界處。在具體實施時，永磁體亦可被直接固定到轉軸上。在本實施方式中，每一塊永磁體15形成一個永磁極。可理解地，亦可由多塊永磁體15拼成一個永磁極。
如圖5至圖7所示，定子磁芯21具有兩個相對的極部25，該兩個相對的極部25之間形成用於容納永磁體15的轉子容納區27。本實施方式中，定子磁芯21近似於矩形，由“[”形的第一磁芯組件21a和“]”形的第二磁芯組件21b相向地拼接形成。第一磁芯組件21a和第二磁芯組件21b的一端分別形成有燕尾槽24a、燕尾榫24b，並透過燕尾槽24a、燕尾榫24b的配合卡接在一起，另一端分別形成相對的極部25。每個極部25均具有內凹的弧形的極面26，兩個極面26相對並在兩者之間形成用於容納轉子的轉子容納區27。極面26設置有定位槽28以使得在定子繞組未通電的狀態下電機轉子永磁體15的中心偏離相應定子極部25的中心，從而控制轉子的停止位置或者稱為初始位置以使得轉子的停止位置偏離死點位置(轉子磁極的沿徑向延伸的中心線正對相應定子極部的沿徑向延伸的中心線)，定位槽28沿電機軸向連續或不連續地延伸，優選地，所述定位槽28偏離定子極部25的中心，從而使得轉子朝一個方向啟動比較容易。優選地，所述極面26除定位槽外的其餘部分皆位元於同一圓柱面上且所述圓柱面與轉子同軸心。優選地，定子磁芯21的長度L1為60mm至70mm，例如係65mm；寬度L2為20mm至30mm。
本實施方式中，轉子10中的每個永磁體15的外側表面為弧面，使永磁體15與極部25之間形成厚度不均勻氣隙19(圖5)。在具體實施時，可使 永磁體15的厚度從周向中心向兩端逐漸減小以使得從永磁體的外圓柱面至轉子中心的距離從永磁體15的周向中心向兩端逐漸減小，從而使轉子與定子極部25之間的氣隙19的厚度從永磁體15的周向中心向兩端逐漸減小從而形成關於永磁體15的周向中心基本對稱的對稱非均勻氣隙，之所以稱為基本對稱，係因為在定位槽28及定子極部25之間的間隙39處氣隙不對稱，但在其他絕大部分處氣隙係對稱的。
定子磁芯21固定到如圖7所示的定子固定架40。定子固定架40包括“U”形的定子支架41、固定到定子支架41底部的定子支架底座51以及固定於定子支架41頂部的定子支架頂蓋61；其中定子支架底座51上設有第一轂部52，該第一轂部52安裝有軸承(圖中未顯示)，轉軸11被軸承支撐。定子支架頂蓋61上設有第二轂部62，該第二轂部62亦支撐轉軸11，從而能夠相對於定子20轉動。在本實施方式中，定子支架41上具有沿電機軸向設置連接第一通孔44，定子支架底座51、定子支架頂蓋61在相應位置亦分別設有相應的第二通孔54、第三通孔64，可透過連接件(圖中未顯示)順次穿過第一通孔44、第二通孔54、第三通孔64，從而定子支架底座51、定子支架頂蓋61固定到定子支架41的兩端。定子磁芯21設有極部25的一端被“U”形的定子支架41緊貼包圍，並且被軸向限位在定子支架底座51、定子支架頂蓋61之間。
為方便定子支架41、定子支架底座51、定子支架頂蓋61之間的定位安裝，定子支架底座51在第二通孔54的孔口處設有第一凸環56，該第一凸環56可插入定子支架41的第一通孔44，優選地，第一凸環56與第一通孔44內壁微緊配。類似地，定子支架頂蓋61在第三通孔64的孔口處設有第二凸環66，該第二凸環66可插入定子支架41的第一通孔44。優選地，第二凸環66與第一通孔44內壁微緊配。在具體裝配時，將定子支架41安裝到定子支架底座51，並使將第一凸環56插入第一通孔44的下端部，然後將定子磁芯21、轉子10 等安裝到定子支架41及定子支架底座51，然後安裝定子支架頂蓋61，使第二凸環66插入第一通孔44的上端部，從而將定子支架41、定子支架底座51、定子磁芯21、轉子10以及定子支架頂蓋61固定連接在一起。
其中，“U”形的定子支架41套在定子磁芯21設有轉子容納區27的一端的外周側。優選地，定子磁芯21與定子支架41之間設置有凹凸卡位元結構，以鎖定兩者之間的連接。請同時參閱圖5，本實施方式中，定子磁芯21的外周設有複數軸向的第一凹槽29以及第二凹槽31，定子支架41的內壁設有複數第一凸棱47，用於與第一凹槽29配合形成凹凸卡位元結構；其中，第一凹槽29內壁為平滑的圓弧面，第一凸棱47的外表面亦係平滑的圓弧面。定子支架41的內壁還設有複數第三凹槽48，用於與定子磁芯上的第二凹槽31配合形成通孔，該通孔可用於定子磁芯的定位及固定，保證定轉子同心。
優選地，定子磁芯21的兩個相對的極部25之間相互隔開，此時U形定子支架41的底壁可設置填隙凸棱49，用於伸入到定子磁芯21的兩個極部25之間的間隙39。當然，上述兩個相對的極部25之間亦可通過磁阻較大的磁橋相連，該磁橋可與極部25一體成型。
圖8示出本新型的同步電機驅動電路的結構框圖。在驅動電路中，定子繞組23與交流電源81串聯於第一節點A和第二節點B之間。交流電源81較佳的可係市電交流電源，具有例如50赫茲或60赫茲的固定頻率，電流電壓例如可係110伏、220伏、230伏等。可控雙向交流開關82與串聯的定子繞組23和交流電源81並聯於第一節點A和第二節點B之間。可控雙向交流開關82較佳的為三端雙向晶閘管(TRIAC)，其兩個陽極分別連接第一節點A和節點B。可理解，可控雙向交流開關82亦可例如由反向並聯的兩個矽控整流器實現，並設置對應的控制電路以按照預定方式控制這兩個矽控整流器。交流-直流轉換電路83與可控雙向交流開關82並聯於第一節點A和第二節點B之 間。交流-直流轉換電路83將第一節點A和第二節點B之間的交流電轉換為低壓直流電。驅動電路還包括用於檢測轉子位置的位置感測器100，位置感測器100可由交流-直流轉換電路83輸出的低壓直流電供電，用於檢測同步電機80的轉子10的磁極位置，並輸出相應訊號。開關控制電路75與交流-直流轉換電路83、位置感測器100和可控雙向交流開關82連接，被配置為依據位置感測器100檢測的轉子磁極位置資訊和從交流-直流轉換電路83獲取的交流電源的極性資訊，控制可控雙向交流開關82以預定方式在導通與截止狀態之間切換，使定子繞組23在電機起動階段僅沿著前述的固定起動方向拖動轉子10旋轉。本新型實施方式中，當可控雙向交流開關82導通時，第一節點A和第二節點B被短路，交流-直流轉換電路83因無電流流過而不再耗電，是以能夠較大幅度地提高電能利用效率。
本新型提供的單相同步電機在其定子繞組與外部交流電源串聯時，電機50的輸入功率為45W至50W；電流為O.4A至0.6A。電機的轉子10在穩態階段可2800轉/分至3800轉/分的轉速恒速運行，例如以3000轉/分的轉速恒速運行；或，在不同地區，以3600轉/分(60Hz)的轉速恒速運行。
圖9所示為本新型另一實施方式的電機的俯視圖。
在本實施方式中，每個所述永磁極的徑向外表麵包括弧面部分和位於弧面部分兩端的平面部分，兩永磁極的平面部分相連並共面，兩永磁極的弧面部分優選地位於同一圓柱面上且所述圓柱面與轉軸11同軸心；所述定子極部25的極面26到轉軸11中心的距離沿轉子周向從極面26的一端至另一端逐漸增加，從而在轉子永磁極與定子極部25之間形成厚度不均勻的氣隙19。優選地，所述兩定子極部25的極面26離轉軸11中心的最遠端關於轉軸11中心徑向對稱。優選地，所述轉子永磁極的極弧係數為0.75~0.95之間，更進一步為0.9~0.95之間。本實施方式中，採用兩個分離式的弧形永磁極，永磁極的 極弧角度更大，可降低電機的齒槽轉矩，使轉子旋轉更加平滑，與整體式環形磁鐵相比具有更低的成本。
可理解地，本實施方式的轉子亦可使用前述實施方式的永磁極，即永磁極的厚度從其周向中心向兩端逐漸減小，使所述氣隙19的厚度沿所述永磁極的周向中心向兩端的方向逐漸增大。
本新型提供的醫療用泵結構簡單，體積小，有效降低了成本；且其採用的電機速度恒定，不受電壓影響。該種醫療用泵尤其使用於霧化器，電機速度恒定，泵輸出的氣壓亦比較穩定，使噴霧更均勻。此外，該種電機效率高，在相同輸出功率的情況下，體積更小，重量更小。
以上參閱圖示說明瞭本新型的優選實施方式，本領域技術人員不脫離本新型的範圍和實質，可有多種變型方案實現本新型。舉例而言，作為一個實施方式的部分示出或描述的特徵可用於另一實施方式以得到又一實施方式。以上僅為本新型較佳可行的實施方式而已，並非局限本新型的權利範圍，凡運用本新型說明書及圖示內容所作的等效變化，均包含於本新型的權利範圍之內。
80‧‧‧電機
91‧‧‧偏心曲柄
93‧‧‧連桿活塞
95‧‧‧進口
97‧‧‧氣缸
99‧‧‧出口

Claims (15)

  1. 一種醫療用泵，其改良在於，所述醫療用泵包括：單相同步電機，所述單相同步電機包括定子以及相對所述定子旋轉的轉子，所述轉子包括複數個永磁體；所述定子包括定子磁芯以及繞設在所述定子磁芯上的定子繞組；所述定子磁芯具有兩個相對的極部，所述兩個相對的極部之間形成用於容納所述永磁體的轉子容納區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的醫療用泵，其中，每個所述永磁體的外側表面為弧面，使所述永磁體與所述極部之間形成厚度不均勻的氣隙。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的醫療用泵，其中，所述永磁體形成兩個永磁極，每一永磁極的外表面至轉子中心的距離從其周向中心向兩端逐漸減小，從而使所述氣隙的厚度沿所述永磁體的周向中心向兩端的方向逐漸增大。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的醫療用泵，其中，所述永磁體形成兩個永磁極，每一永磁極的與定子極部相對的外表面關於該永磁極的徑向中心線對稱。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的醫療用泵，其中，所述醫療用泵還包括U形的定子支架，所述定子支架緊貼地包裹在定子磁芯的形成所述兩個極部的外周，所述定子支架內壁與定子磁芯外表面具有凹凸卡位元結構。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的醫療用泵，其中，所述定子磁芯在兩個相對的外側面均設有沿電機軸向延伸的第一凹槽，所述定子支架在兩個相對的內壁上均設有沿電機軸向延伸的第一凸棱，所述第一凹槽與所述第一凸棱配合形成所述凹凸卡位元結構。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的醫療用泵，其中，所述兩個相對的極部互相隔開，所述定子支架上設有填隙凸棱，所述填隙凸棱進入所述兩個相對的極部之間。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的醫療用泵，其中，所述定子還包括安裝到定子支架底部的底座以及安裝到定子支架頂部的頂蓋；所述定子磁芯被軸向限位在所述底座和頂蓋之間；所述轉子可轉動地安裝到所述底座和頂蓋。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的醫療用泵，其中，所述定子磁芯由“[”形的第一磁芯組件和“]”形的第二磁芯組件相向地拼接形成，第一磁芯組件的第一端、第二磁芯組件的第一端分別形成所述極部；第一磁芯組件的第二端、第二磁芯組件的第二端分別設有燕尾槽、燕尾榫，並通過所述燕尾槽、燕尾榫鎖定。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的醫療用泵，其中，所述單相電機還包括驅動電路，所述定子繞組與一外部交流電源串聯於第一、第二節點之間，所述驅動電路包括可控雙向交流開關、與所述雙向交流開關並聯於所述第一、第二節點之間的交流-直流轉換電路、位置感測器及開關控制電路，所述交流-直流轉換電路在所述可控雙向交流開關導通時由於所述第一、第二節點被短路而無電流流過；所述開關控制電路被配置為依據所述位置感測器檢測的轉子磁極位置資訊和所述外部交流電源的極性資訊，控制所述可控雙向交流開關以預定方式在導通與截止狀態之間切換，使所述定子繞組在電機起動階段僅沿著預定的起動方向拖動所述轉子。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的醫療用泵，其中，所述轉子在穩態階段以3000轉/分或3600轉/分的轉速恒速運行。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的醫療用泵，其中，所述同步電機的輸入功率為45W至50W；電流為0.4A至0.6A，所述定子磁芯的長度為50mm至65mm；寬度為20mm至30mm。
  13. 如申請專利範圍1所述的醫療用泵，其中，所述永磁體形成兩個永磁極，所述永磁極的極弧係數為0.75~0.95之間。
  14. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的醫療用泵，其中，所述定子極部的極面到所述轉子的轉軸中心的距離沿轉子周向從極面的一端至另一端逐漸增加。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的醫療用泵，其中，所述電機包括輸出軸，所述醫療用泵還包括連接到電機輸出軸的偏心曲柄、連桿活塞和氣缸；所述連桿活塞的一端與偏心曲柄相連並受其驅動，另一端收容於所述氣缸內。
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