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醫用器械的電動機的運轉方法.pdf

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醫用 器械 電動機 運轉 方法
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摘要
申請專利號:

CN201310162828.2

申請日:

20130506

公開號:

CN103385761B

公開日:

20180316

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61C1/06 主分類號: A61C1/06
申請人: 卡爾藤巴赫福格特有限公司
發明人: R·布爾克
地址: 德國比伯拉赫
優先權: 12166943.6
專利代理機構: 北京三友知識產權代理有限公司 代理人: 黨曉林;王小東
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310162828.2

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明涉及一種醫用器械的電動機的運轉方法。在運轉具有接納由電動機(2)驅動的工具(5)的機構的醫用器械尤其是牙外科器械或牙髓病治療器械的電動機(2)的方法中,在調校步驟中使該電動機(2)連同所容納的工具(5)在至少一個工作時刻運轉,并且針對該工作時刻確定電動機(2)的發電機電壓(UEMK)、電動機(2)的轉速(n電動機)和電動機(2)的空轉耗電量(I電動機)。根據所確定的參數來計算用于該器械(1)的空轉摩擦力矩(Mreib),它在該器械(1)的隨后運轉中被考慮作為電動機(2)控制中的修正系數。

權利要求書

1.一種運轉醫用器械的電動機(2)的方法,所述醫用器械具有接納由所述電動機(2)驅動的工具(5)的機構,該方法包括以下步驟:a.在調校步驟中使所述電動機(2)連同所容納的所述工具(5)在至少一個工作時刻運轉;b.針對該工作時刻確定以下參數:·電動機(2)的發電機電壓(U),·電動機(2)的轉速(n),·電動機(2)的空轉耗電量(I),其中所述電動機(2)的發電機電壓(U)、所述電動機(2)的轉速(n)和所述電動機(2)的空轉耗電量(I)通過對在用于所述電動機(2)的供應管線(8)內流動的電流以及電壓的相應監測和分析來獲得;c.根據步驟b)中所確定的參數來計算用于所述器械(1)的空轉摩擦力矩(M);以及d.使所述器械(1)運轉,其中該空轉摩擦力矩(M)被考慮作為所述電動機(2)的轉矩的控制中的修正系數。2.根據權利要求1所述的方法,其特征是,在調校步驟中,所述電動機(2)在多個工作時刻被運轉工作并且基于在各個不同工作時刻所確定的參數來確定與轉速相關的空轉摩擦力矩(M(n))。3.根據權利要求2所述的方法,其特征是,基于補償曲線來確定與轉速相關的空轉摩擦力矩(M(n))。4.根據權利要求1至3中之一所述的方法,其特征是,為了計算出空轉摩擦力矩(M),首先確定電動機力矩常數(k)。5.根據權利要求1所述的方法,其特征是,使所述電動機的所測得的發電機電壓(U)、計算出的空轉摩擦力矩和/或計算出的電動機力矩常數在所述器械(1)使用前接受可信度檢查。6.根據權利要求5所述的方法,其特征是,如果所述電動機的發電機電壓(U)、計算出的空轉摩擦力矩和/或計算出的電動機力矩常數分別在容許范圍外,則重復調校過程。7.根據權利要求1所述的方法,其特征是,如果所述電動機的發電機電壓(U)、計算出的空轉摩擦力矩和/或計算出的電動機力矩常數在容許誤差范圍外,則發出警報或錯誤報告。8.根據權利要求1所述的方法,其特征是,如果所述電動機的發電機電壓(U)、計算出的空轉摩擦力矩和/或計算出的電動機力矩常數在容許誤差范圍外,則阻止所述器械運轉工作。9.根據權利要求1所述的方法,其特征是,所述醫用器械是牙外科器械或牙髓病治療器械。10.一種牙科裝置,該牙科裝置包括:·包括電動機(2)的醫用器械(1),該醫用器械具有用于接納由所述電動機(2)驅動的工具(5)的機構;和·用于控制所述電動機(2)的供應單元/控制單元(10),其中該供應單元/控制單元設計為用于按照前述權利要求中之一所述的方法來控制所述電動機(2)。

說明書

技術領域

本發明涉及醫用器械的電動機的運轉方法,該醫用器械具有用于接納由所述電動機驅動的工具的機構。醫用器械尤其涉及牙外科器械或所謂的牙髓病治療器械。本發明還涉及具有相應器械的牙科裝置。

背景技術

牙科器械通常在用于該器械中的驅動裝置類型方面是不同的。雖然早先主要使用具有渦輪驅動裝置的器械,但也越來越多地使用具有電驅動裝置的器械,因為在這樣的驅動裝置中同時也可以獲得在牙科實踐中針對相應治療所需要的轉速。具有電驅動裝置的牙科器械的一個優點還在于,可通過相應地控制該電動機來精確地調節轉速和轉矩。

尤其是對于用于植入術中的牙科器械,很精確地調節由器械工具所輸出或者說所施加的轉矩是非常重要的。這樣的外科器械例如用于攻絲,借此隨后將植入物旋擰入骨中。為了使植入體隨后發揮作用,相應的螺紋必需無缺陷以便錨固該植入體,這僅在攻絲時由相應的工具施加于骨的轉矩被保持在預定不變的極限內時才得以保證。

與此相應,尤其是在這樣的應用場合中必需準確地控制具有相應容置的工具的器械,這最終也只能通過使用電驅動裝置來實現。但在此情況下所使用的電動機也可能在輸出轉矩方面遇到一定的分散性,這歸結于在電動機制造過程中的不可控因素。雖然可以緊接在電動機制造后獲得相應的修正信息并且在隨后的控制中加以考慮,但現實中這是不切實際的,因為這些修正值對于電動機是特定的并且同類型的不同電動機可以在一個控制單元上被運轉工作。例如應該可以使用一個電動機,而同時原先用過的同類型電動機被殺菌消毒。另外,必須考慮到由于電動機隨著時間推移而在某些工作時刻輸出的轉矩是變化的。與此相應,在隨后使用醫用器械時也必然要按規定調校該電動機。

從現有技術中已知了在牙醫領域的多種不同的電動機調校解決方案。一種常見方法例如在于,電動機或配備有電動機的器械與具有機械制動系統的調校系統相連,并且執行調校過程。機械制動系統例如具有摩擦制動器、粘滯制動器或磁滯制動器,具有機電制動系統或渦流制動器的復雜系統也是已知的。也就是說在醫用器械與制動系接合中已知了器械輸出什么樣的轉矩。基于在此期間獲得的電動機工作參數,于是可以確定修正系數,其在隨后的運行中被考慮以用于修正,以保證總體上由器械輸出的力矩對應的期望值。

這樣的調校方法目前被廣泛使用。但已被證明不利的是,在此情況下涉及總是需要一些時間的附加的人工執行的工作步驟。另外顯然成問題的是,調校無法用被用于隨后進行治療的工具來進行,這是因為該調校系統通常并非能是無菌或消毒的且相應地在此調校過程中該器械和電動機(但尤其是工具)的無菌性喪失。即,在迄今所用的一般是獨立裝置的調校系統中,最終還總是又存在有在隨后實際施加的轉矩方面的某種不安全性。雖然如此,電驅動裝置的按規定的可靠調校還是必不可少的,這是因為所用的電動機如上所述因為材料的分散性而遇到與磁體系統相關的一定誤差,并且該器械根據使用年限和保養狀況具有不同的摩擦。另外,電動機控制一般通過牙科治療器械(即牙科單元)來進行,通常多個前后布置的同類電動機與該牙科治療器械(即牙科單元)相連,因為原先所用的電動機例如必須以間歇的方式被清潔和/或消毒。與之相應,對于精確可靠地發揮功能來說,必須總是在開始一次單獨治療之前完成快速但被精確執行的調校。

發明內容

與此相應,本發明基于以下任務,提供一種新的可能性,即,很迅速、簡單但精確地調校牙科器械中的電驅動裝置。

該任務通過具有權利要求1特征的方法和根據權利要求7的牙科裝置來完成。本發明的有利改進方案是從屬權利要求的主題。

根據本發明的方法容許在治療之前尤其利用例如直接設置用于植入的系統來執行自動調校,而不會在此情況下有損于該裝置的無菌性。而且,對于本發明的方法不需要附加機械輔助手段即制動器等。調校以舒適的方式在相對短的時間內進行并且保證電動機的很精確的隨后控制。

此時本發明規定,在醫用器械的調校步驟中,在至少一個工作時刻使電動機連同容納于其中的工具運轉工作,并且針對該工作時刻確定以下參數:

·電動機的發電機電壓或者EMK,

·電動機轉速,以及

·電動機空轉耗電量。

基于測得的參數,隨后計算出用于該器械的空轉摩擦力矩,該空轉摩擦力矩在隨后的運轉工作中被作為電動機控制中的修正系數。

本發明的方法的特點在于,它可通過該裝置來全自動地進行且尤其不使用需要與該裝置機械連接的外部測量機構。由裝置使用者引起的錯誤調校可被相應排除。但是,尤其如已述地保證了裝置無菌性不會受到不利影響。

根據本發明的方法的一個優選實施方式而規定,在調校步驟中,在多個工作時刻運轉該電動機并且在此情況下隨后分別確定三個上述參數。隨后,根據在各個不同工作時刻所獲得的參數計算出與轉速相關的空轉摩擦力矩,由此再次優化隨后獲得的電動機控制。

此外,為了計算該空轉摩擦力矩,可以確定所謂的電動機力矩常數,這例如可以基于如申請人的WO2008/135138A1所述的方法來進行。通過利用空轉耗電量的逆運算,于是可以很簡單快速地求出該器械或整個裝置的空轉摩擦力矩。此時獲得的數據如上所述在隨后的電動機控制中被考慮進來并且允許消除與力矩產生和在器械和電動機中的摩擦相關的電動機誤差。因而在所有的隨后工作時刻存在很精準的轉矩控制。

本發明的方法的一個改進方案還在于,在調校步驟中使測量并確定的數據尤其是電動機發電機電壓、電動機力矩常數和/或由此算出的摩擦力矩接受可信度檢查。就是說,在此情況下將所測量且計算確定的參數與原先所提供的數據進行比較。這是可以實現的,因為生產廠家知道電動機力矩常數的范圍以及所容許的摩擦力矩,并且在調校步驟中計算出的參數不應該顯著不同于初始值。但如果出現這種情況,則可以向使用者表明且例如為此要求再次進行調校,其中該步驟也可以自動地進行。但如果沒有求出用于電動機力矩常數和/或摩擦力矩的可信值或者所述參數在容許范圍外,則可以以報警或錯誤報告的方式向使用者表明該電動機或帶有電動機的器械應該在其被使用之前被檢查其是否正確工作。或許在此情況下甚至能阻止器械工作。尤其是該自動調校與可信度檢查相關地再次提供了突出的可靠性,這是因為在使用之前再次檢查了整個裝置的正確功能。而隨后要用在治療中的出故障的器械可能導致病人骨頭等的嚴重傷害,這通過本發明方法得以消除。

附圖說明

以下將結合附圖來詳述本發明,其中:

圖1示出了本發明的牙科裝置,其包括治療器械和設置為用于控制該器械的控制單元;

圖2示意地示出了用于確定與轉速相關的空轉摩擦力矩的方式。

具體實施方式

圖1示出了本發明的裝置,其包括帶有標記1的牙科器械以及設置為用于該器械1的供應和控制的供應單元/控制單元10。牙科器械1具有作為驅動單元的電動機2,其中前手柄3安裝在電動機2上并且具有包括用于接納工具5的機構的頭部4。在前手柄3上的頭部4附近可以具有構成器械照明的用于照亮治療部位的光源6以及還可以具有用于輸出空氣和/或水的輸出機構7。

器械1借助供應軟管8與供應單元/控制單元10相連,其中通過供應軟管8供應器械1工作所需要的介質尤其是電流。但是也可以通過軟管8進行空氣、水和/或光的輸送。

此外,對電動機2進行控制的中心部件是位于單元10內的控制部11,借助該控制部尤其能調節電動機的電壓和電動機的電流。這些參數可以影響電動機2的轉速和由電動機2產生的轉矩。

原則上在所有牙科應用中期望該電動機2的控制根據使用者的規定條件來很精準地進行。尤其是對于該器械1是外科器械且例如工具5設置用于攻絲以便隨后在頜骨中錨固植入物的情況,如此控制電動機2是非常有意義的,即,由工具5施加具有可精確預定的值的轉矩。這將利用下述的本發明的方法來保證,但在這里,當期望進行精確的電動機控制時,該方法如上所述不僅被用在外科器械中,而且是通用的。

精確控制該電動機2的前提基于以下認識,只要由電動機2、控制工具5的未示出傳動系以及工具5本身組成的該裝置的各組成部分影響由工具5輸出的轉矩即可。在此情況下,老化效果等可能導致在隨后的電動機控制中須加以考慮的所謂的空轉摩擦力矩,因為否則實際施加的轉矩不會對應于期望值。利用現在所述的本發明方法保證了,緊接在進行治療前能獲得關于待考慮使用的修正系數的信息,這相應地積極地影響到電動機2的精確控制。

此外規定,緊接在進行治療之前,即尤其是基于包括具有裝于其中的工具5的器械1的整個系統,執行調校步驟。在此情況下,借助供應單元10的控制部11在至少一個工作時刻使電動機2運轉工作,并且針對該工作時刻確定以下三個參數:

·電動機2的所出現的發電機電壓(UEMK),

·電動機2的轉速,

·電動機的空轉耗電量。

為此在供應單元/控制單元10的控制部11內設有負責相應獲得所述三個參數的多個機構。此時,可以通過對在用于電動機2的供應管線8內流動的電流以及所施加的電壓的相應監測和分析來非常準確地掌握所述三個參數。

接著,在隨后一個步驟中,計算出所謂的電動機力矩常數,其中可為此套用例如如WO2008/135138A1所述的方法。在此文獻中具體地描述了用于確定電動機力矩常數的有效做法,因而以下僅將對此簡要歸納。因此,例如對于電動機2是直流電動機的情況,該電動機在發電機電壓測量前通過施加工作電壓而增速運轉。接著,關斷該工作電壓并且在感應工作電流衰減之后進行發電機電壓UEMK的測量和轉速n電動機的測量。基于這兩個測量值,接著可以按照以下公式來計算電動機力矩常數kM:

而如果該電動機是三相同步電動機,則首先通過無負載地施加工作電壓使電動機增速運轉。隨后,斷開該工作電壓并在感應工作電流衰減后測量發電機電壓,其中該轉速可以同時由所產生的發電機電壓的周期持續時間來求出。即,在此情況下能以非常簡單精確的方式確定該發電機電壓和電動機轉速。在此情況下,如下所述計算電動機力矩常數:

因為也如上所述附加地求出電動機的空轉耗電量I電動機,所以,隨后可以如下所述計算出整個系統的對應于空轉時的電動機轉矩M電動機的摩擦力矩M摩擦:

M摩擦=M電動機=kM·I電動機

在本發明方法的一個簡單變型中,摩擦力矩M摩擦假定為常數并且在隨后的運轉工作中被加以考慮。就是說,規定用于由工具5輸出的轉矩的某個理論值,因而通過控制部11在控制電動機2時考慮了還必須將摩擦力矩加至該理論值,以通過相應正確的方式控制電動機2。

還可以如下所述獲得調校的再次精確執行,即,在調校步驟中在多個工作時刻使電動機2運轉工作,并且對于每個工作時刻分別根據上述做法確定摩擦力矩,就是說確定該電動機力矩常數并基于此計算出該摩擦力矩。基于在此情況下得到的值,隨后確定與轉速相關的空轉摩擦力矩M摩擦(n電動機),這在圖2中被示意示出。

在此情況下,圖2示出了四個空轉摩擦力矩值,它們是在四個不同的工作時刻即四個不同的電動機轉速值下被確定的。空轉摩擦力矩附屬于轉速的關系于是可以通過如圖2所示的相應的補償直線I來接近。如果該直線直接延伸經過原點,因而對于直線I有以下關系:

M摩擦(n電動機)=μ摩擦·n電動機

據此,隨后計算出與轉速相關的摩擦力矩。

而對于該直線如圖所示相對于原點移位的情況,得到另一個修正系數M摩擦0并且如下計算空轉摩擦力矩:

M摩擦(n電動機)=μ摩擦·n電動機+M摩擦0

在治療時的電動機的隨后控制中,隨后將通過此方式算出的摩擦力矩加到使用者所期望的輸出力矩M使用者,從而對于電動機控制得到以下關系:

M控制,電動機=M使用者+M摩擦(n電動機)=M使用者+μ摩擦·n電動機

或者具有基本損耗

M控制,電動機=M使用者+M摩擦(n電動機)=M使用者+μ摩擦·n電動機+M摩擦0

期望的輸出力矩M使用者此時由使用者預定,并且尤其是也還可以考慮該器械的特定性能,例如傳動比和效率。

就是說,顯然通過確定與轉速相關的空轉摩擦力矩來顯著提高在隨后控制中的精確度。所示出的使用補償直線的情況在這里是最簡單的做法,其中也可以想到使用比較復雜的補償函數,尤其是高階多項式。

因為上述的調校過程通過供應單元/控制單元10來自動進行,所以該步驟能很迅速且尤其無需使用者干預地進行。即,在此情況下排除誤操作。

還可以在一個改進方案中規定,對于所測定的電動機發電機電壓和/或用于電動機力矩常數和摩擦力矩的計算值在容許范圍或可信范圍外的情況,自動再次進行調校。如果多次先后進行的調校也沒有導致合理的或可信的結果或者說參數在容許誤差范圍外,則隨后可以發出警報或錯誤通報,或甚至閉鎖該電動機或器械的工作。由此幾乎排除了使用出現錯誤的器械。此外,尤其關于電動機的發電機電壓的可信度檢查的設想也可以與裝置調校設想無關地進行,以便對于醫用器械或牙醫器械總體提高其工作安全性。

最后,可以通過上述措施再次顯著提高整個裝置的工作安全性。此時也非常有利的是,可以進行用于直接針對隨后治療而預定的裝置的調校并且與此相應地存在與要考慮的修正系數相關的很準確的信息。

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