CN101115517A

CN101115517A - 用于使注射设备中的活塞杆回动的方法和设备

Info

Publication number: CN101115517A
Application number: CNA2006800044639A
Authority: CN
Inventors: 波·V·詹森
Original assignee: Novo Nordisk AS
Current assignee: Novo Nordisk AS
Priority date: 2005-02-23
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2008-01-30
Also published as: JP2008531093A; US20090124977A1; WO2006089547A1; EP1861138A1

Abstract

本发明涉及一种用于回动注射设备中的活塞杆的方法和设备，该活塞杆可操作地连接到电动机的电动机轴，以便电动机轴的转动运动被转换为活塞杆的平移运动，该活塞杆适用于在两个结束位置之间移动，该方法包括下列步骤：向电动机提供第一电源电压电平；测量向电动机提供的电流和活塞杆的对应位置的对应值的集合；以及当所测量的活塞杆的位置等于预定位置时，向电动机提供第二电源电压电平，该第二电源电压电平具有小于第一电源电压电平的RMS值的RMS值。本发明进一步涉及用于执行该方法的设备。

Description

用于使注射设备中的活塞杆回动的方法和设备

技术领域

本发明涉及用于使注射设备中的活塞杆回动的方法和设备。具体来说，本发明涉及用于使用有关提供到可操作地连接到活塞杆的DC电动机的电流以及有关活塞杆的位置的信息，使注射设备中的活塞杆回动的方法。

背景技术

具有DC电动机的注射设备在配量设备领域是公知的。在这些设备中，活塞杆由电动DC电动机进行驱动。当活塞杆已经到达其最外面的位置，并且包含要注射的药物的药物容纳容器是空的，需要使活塞杆回动到其原始位置，以便可以替换药物容纳容器。

US 2004/0085215公开了用于提供受控的流体传送的泵、容器和容器活塞。电动机可操作地耦接到诸如驱动螺杆的驱动构件，该驱动构件用于响应电动机的操作推动活塞块。活塞块可移动地耦接到活塞。测量流向输液泵的电流。基于电流测量值，输液泵检测活塞块何时置于容器中，并且当力传感器不能独立地记录表示活塞块置于容器中的值时，检测力传感器所发生的问题。

US 2004/0085215没有公开在活塞已经到达其最外面的位置并且药物容纳容器变空之后如何使活塞回动到其原始位置。

本发明的目的是提供用于安全地返回注射设备中的活塞杆的方法和设备。

发明内容

上文所提及的目的按如下所述的方式来实现。在本发明第一个方面，提供一种用于回动注射设备中的活塞杆的方法，该活塞杆可操作地连接到电动机的电动机轴，以便电动机轴的转动运动被转换为活塞杆的平移运动，该活塞杆适用于在两个结束位置之间移动，该方法包括下列步骤：

-向电动机提供第一电源电压电平，

-测量向电动机提供的电流和活塞杆位置的对应值的集合，

-在所测量的向电动机提供的电流超过预定值的情况下关闭电动机，以及

-将测量的活塞杆的最终位置与预定位置范围进行比较。

电动机可以是由被微处理器控制的电动机控制器进行驱动的DC电动机。电动机控制器可以包括H桥晶体管配置。当使用H桥时，可以通过对H桥晶体管进行脉冲宽度调制(PWM)颠倒电动机方向，并控制向电动机施加的电压。由微处理器***来控制PWM。

术语“最终位置”主要被理解为在关闭电动机之后活塞杆的位置。然而，最终位置也可以被理解为关闭过程中活塞杆的位置。如此，在测量活塞杆的位置之前，电动机可以不一定被置于完全停止状态。

可以通过测量电动机轴的对应的角位置或通过测量活塞杆的实际位置，从而来测量活塞杆的位置。

预定的电流电平是超过在额定负载条件(额定电流电平)下操作的电动机电流电平的电流电平。原则上，可以任意地设置预定的电流。然而，预定的电流电平必须在电流阈值电流电平之下，在该电流阈值电流水平情况下，由于过电流，开始发生损坏-在电动机控制器中、机械驱动机构中或者在电动机本身中。通常，预定的电流电平落在与电动机的额定电流电平的1.5和4倍相对应的范围内。

预定的位置范围可以是活塞杆的原始位置或起始位置周围的位置的区间。原始位置或起始位置存储在存储器单元中。此位置不一定是固定位置，因为原始位置或起始位置被定义为最后一次活塞杆被要求回动到其原始位置的回动序列的结束位置。

根据本发明的方法可以进一步包括步骤：如果活塞杆的测量的最终位置不在预定的位置范围内，则生成出错信号。如此，在阻止活塞杆回动到其原始位置或其原始位置周围的位置的情况下，产生警报信号，以告诉注射设备的用户出现了某种故障。例如，可能会发生活塞杆遇到阻止活塞杆返回到其原始位置的机械阻塞。

如果测量的最终位置被包括在预定的位置范围内，则根据本发明的方法可以进一步包括生成批准信号的步骤。批准信号通知注射设备的用户活塞杆已经返回到其起始位置或它周围的位置，现在可以替换空的药物容纳容器了。根据本发明的方法可以进一步包括存储活塞杆的测量的最终位置的步骤。关闭电动机时活塞杆的位置可以作为新的起始位置存储在关联的存储器模块中。此新的起始位置可以替换旧的起始位置。这意味着，下一次活塞杆要被回动到其起始位置时，新的起始位置被加载到***中，并被用作要返回到的位置。

在第二个方面，本发明涉及一种用于回动注射设备中的活塞杆的方法，该活塞杆可操作地连接到电动机的电动机轴，以便电动机轴的转动运动被转换为活塞杆的平移运动，该活塞杆适用于在两个结束位置之间移动，该方法包括下列步骤：

-向电动机提供第一电源电压电平，

-测量向电动机提供的电流和活塞杆位置的对应值的集合，以及

-在测量的活塞杆的位置等于预定的位置的情况下，向电动机提供第二电源电压电平，该第二电源电压电平具有小于第一电源电压电平的RMS值的RMS值。

而且，可以通过测量电动机轴的对应的角位置来测量活塞杆的位置。

预定的位置可以是活塞杆的起始位置附近的位置的区间。如此，当活塞杆接近其起始位置时，减慢返回活塞杆的速度，以便当活塞杆到达起始位置时确保活塞杆的软着陆。通过减慢活塞杆的速度，提高了回动过程的精度。此外，也可以防止包括活塞杆本身的机械部件过载，以及当降低速度时所产生的不需要的磨损。

根据第二个方面的方法可以进一步包括步骤：在向电动机提供的电流超过预定的值(如电动机的额定电流电平的1.5和4倍之间)的情况下，关闭电动机。该方法可以进一步包括步骤：将测量的活塞杆的最终位置与预定的位置范围进行比较，如果测量的最终位置不被包括在预定的位置范围内，则生成出错信号。

相反地，如果测量的最终位置被包括在预定的位置范围内，则该方法可以进一步生成批准信号并将活塞杆的测量的最终位置存储在关联的存储器模块中以供稍后使用的步骤。

在第三个方面，本发明涉及一种用于回动注射设备中的活塞杆的方法，该活塞杆可操作地连接到电动机的电动机轴，以便电动机轴的转动移动被转换为活塞杆的平移运动，该活塞杆适用于在两个结束位置之间移动，该方法包括下列步骤：

-向电动机提供电源电压电平，

-如果测量的活塞杆的位置等于预定的位置，或者如果向电动机提供的电流超过预定的值，则改变电源电压电平。

在第四个方面，本发明涉及用于执行根据本发明的第一个方面的方法的设备，该设备包括：

-用于向电动机提供第一电源电压电平的装置，

-用于测量向电动机提供的电流和活塞杆位置的对应值的集合的装置，

-用于在测量的向电动机提供的电流超过预定的值的情况下关闭电动机的装置，以及

-用于将测量的活塞杆的最终位置与预定的位置范围进行比较的装置。

在第五个方面，本发明涉及一种用于执行根据本发明的第二个方面的方法的设备，该设备包括：

-用于向电动机提供第一电源电压电平的装置，

-用于测量向电动机提供的电流和活塞杆位置的对应值的集合的装置，以及

-如果测量的活塞杆的位置等于预定的位置，用于向电动机提供第二电源电压电平的装置，该第二电源电压电平具有小于第一电源电压电平的RMS值的RMS值。

在第六个方面，本发明涉及用于执行根据本发明的第三个方面的方法的设备，该设备包括：

-用于向电动机提供电源电压电平的装置，

-如果测量的活塞杆的位置等于预定的位置，或者如果向电动机提供的电流超过预定的值，用于改变电源电压电平的装置。

用于向电动机提供电源电压的装置可以是包括四个晶体管的H桥-两个晶体管合作以在前进方向驱动电动机，而另外两个晶体管用于在回动方向驱动电动机。电动机本身可以是DC电动机。用于测量向电动机提供的电流的装置可以是电流互感器，或者可以是与电动机有关的外部电阻，通过该外部电阻可以测量电压降。向电动机提供的电流的测量的代表值通过使用A/D转换器转换为数字格式。可以通过测量电动机的电动机轴的角位置来间接地测量活塞的位置。例如，可以使用对方向敏感的编码器来测量电动机轴的角位置。

附图说明

现在将参考附图比较详细地描述本发明，其中

图1显示了包括电动机、活塞杆控制单元等等的***，

图2显示了位置校准过程，

图3显示了如何使活塞杆回动到其起始位置的流程图，以及

图4显示了电动机电流与活塞杆位置的测量值的关系。

尽管本发明可以具有各种修改和替代形式，但是，这里通过以图形为例显示了各特定实施例，并将对这些实施例进行详细描述。然而，应该理解，本发明不仅限于所公开的特定形式。相反，本发明将涵盖如附后权利要求所定义的、本发明的精神和范围内的所有修改、等同内容和替代方案。

具体实施方式

在其最一般的方面，本发明涉及用于回动注射设备中的电驱动的活塞杆的方法。电驱动的意思是指，活塞杆是由诸如DC电动机的电动机进行驱动的。可选地，电动机的轴通过某种齿轮机构(如齿轮箱)可操作地连接到活塞杆。通过测量向电动机提供的电流和活塞杆的位置来监视电动机性能。通过在前进方向移动活塞杆，可以从注射设备中注射设定剂量的药物。当活塞杆已经向前移动了基本上等于包含要注射的药物的药物容纳容器的长度的总距离时，需要使活塞杆回动到其原始位置，以便可以替换空的药物容纳容器。

图1显示了控制单元、电动机、齿轮箱、活塞杆和药物容纳容器。控制单元包括用户界面、CPU、存储器模块、用于处理一个或多个输入的控制信号的A/D转换器，以及电动机控制器。在一个优选实施例中，A/D转换器接收代表向电动机提供的电流的控制信号。代表提供的电流的控制信号是模拟形式，而位置信号可以是数字和模拟形式两者。电动机控制器向电动机馈送合适的电压电平。优选情况下，电动机控制器包括包含有四个晶体管的H桥，其中两个晶体管合作以在前进方向驱动电动机，而另外两个晶体管合作以在回动方向驱动电动机。当在前进方向驱动电动机时，通过以脉宽调制(PWM)模式操作两个晶体管中的至少一个，改变向电动机提供的电源电压。类似地，当电动机被回动到其原始位置时，可以使用PWM改变电源电压。

图2显示了如何确定活塞杆的起始位置，以及由此如何对***进行校准。在启动活塞杆的回动过程之后，不断地测量向电动机提供的电流和活塞杆的位置。只要向电动机提供的电流在预定的值之下，则继续活塞杆的回动。然而，如果向电动机提供的电流超过预定的值，则停止电动机，确定活塞杆的位置，并将其存储在关联的存储器模块中。活塞杆的存储的位置被用作下一次活塞杆将被回动以便替换药物容纳容器时将到达的理想位置。从实际观点来看，不必准确地到达理想的位置。通常，对应于±0.15mm的范围被定义为理想位置的周围，意味着只要活塞杆被返回到此范围内的一个位置，就可以说活塞杆已经成功地返回到其起始位置。

图3显示了如何将活塞杆回动到其原始位置的流程图。在已经启动活塞杆回动序列之后，从控制单元的存储器模块中读取已经存储的起始位置。当已经读取了起始位置之后，通过向电动机提供电源电压来启动活塞杆的回动。不断地测量向电动机提供的电流以及活塞杆的位置。如果向电动机提供的电流的电平超过预定的值，则停止电动机，将电动机在其停止位置的位置与其起始位置进行比较。如果电动机的位置在相对于其起始位置的预定的范围内(通常在大约0.15毫米的距离内)，则控制单元将电动机的实际位置作为新的起始位置保存在存储器中。下一次活塞杆要被回动时，使用此新的起始位置。

如果电动机的位置在预定的范围之外则产生出错信号，并停止回动序列。如果由于某种原因活塞杆被阻止回动到其原始位置-例如，如果活塞杆要遵循的路径被堵塞，则可能会发生这样的情况。

如果向电动机提供的电流的电平在预定的电平之下，但是活塞杆进入了预定的位置的范围，则降低电动机的速度，从而降低活塞杆的回动速度。预定的位置的范围通常是与活塞杆的起始位置接近的区域。如此，在到达起始位置之前，减慢活塞杆的运动速度。在此低速度下，不断地测量向电动机提供的电流以及活塞杆的位置。如果向电动机(其以较慢的速度运行)提供的电流的电平超过预定的值，则停止电动机，将电动机在停止位置的位置与其起始位置进行比较。如果电动机的位置在相对其起始位置的预定的范围内，则控制单元将电动机的实际位置作为新的起始位置保存在存储器中。下一次活塞杆要被回动时，使用此新的起始位置。如果活塞杆回动到起始位置后面的位置，即，如果活塞杆的位置小于起始位置减去预定的范围的一半，则产生出错信号，通知注射设备的用户活塞杆的回动过程没有正确地完成。如果发生此情况，则注射设备最有可能需要修理。

图4显示了在回动过程中向电动机提供的电流与活塞位置，以及电动机转速与活塞位置的关系。通过查看电动机转速，可以看出，电动机被加速到其额定速度，该额定速度保持恒定，直到距离起始位置的大约1.5毫米。从此点，线性地降低活塞速度。只要增大电动机速度，向电动机提供的电流就高于额定电流。当已经到达电动机的额定速度时，电流稳定在额定电平周围。当活塞杆进入以降低的速度驱动电动机的区域时，电流下降，直到活塞杆进入活塞杆起始位置附近的区域。在此区域，由于活塞杆和其周围环境之间的机械摩擦增大，活塞杆更加难以运动。由于此增大的摩擦，在短距离内，向电动机提供的电流快速地增大，并且当电流到达预定的电平时，停止电动机，确定活塞杆的位置，并且如果该位置落在预先确定的范围内，则将其存储起来。

Claims

1.一种用于回动注射设备中的活塞杆的方法，该活塞杆可操作地连接到电动机的电动机轴，以便电动机轴的转动移动被转换为活塞杆的平移运动，该活塞杆适用于在两个结束位置之间运动，该方法包括下列步骤：

-向电动机提供第一电源电压电平，

-测量向电动机提供的电流和活塞杆位置的对应值的集合，

-将所测量的活塞杆的最终位置与预定位置范围进行比较。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过测量电动机轴的对应的角位置来测量活塞杆的位置。

3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括步骤：如果活塞杆的测量的最终位置不被包括在预定的位置范围内，则生成出错信号。

4.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括步骤：如果活塞杆的测量的最终位置被包括在预定的位置范围内，则生成批准信号。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括步骤：将活塞杆的最终位置存储在关联的存储器模块中以供稍后使用。

6.一种用于回动注射设备中的活塞杆的方法，该活塞杆可操作地连接到电动机的电动机轴，以便电动机轴的转动移动被转换为活塞杆的平移运动，该活塞杆适用于在两个结束位置之间移动，该方法包括下列步骤：

-向电动机提供第一电源电压电平，

-在所测量的活塞杆的位置等于预定位置的情况下，向电动机提供第二电源电压电平，该第二电源电压电平具有小于第一电源电压电平的RMS值的RMS值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过测量电动机轴的对应的角位置来测量活塞杆的位置。

8.根据权利要求6或7所述的方法，进一步包括步骤：在向电动机提供的电流超过预定值的情况下，关闭电动机。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括步骤：将测量的活塞杆的最终位置与预定的位置范围进行比较。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括步骤：如果测量的最终位置不被包括在预定的位置范围内，则生成出错信号。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括步骤：如果测量的最终位置被包括在预定的位置范围内，则生成批准信号。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括步骤：将活塞杆的最终位置存储在关联的存储器模块中以供稍后使用。

13.一种用于回动注射设备中的活塞杆的设备，该活塞杆可操作地连接到电动机的电动机轴，以便电动机轴的转动运动被转换为活塞杆的平移运动，该活塞杆适用于在两个结束位置之间移动，该设备包括：

-用于向电动机提供第一电源电压电平的装置，

-用于在所测量的向电动机提供的电流超过预定值的情况下关闭电动机的装置。

14.一种用于回动注射设备中的活塞杆的设备，该活塞杆可操作地连接到电动机的电动机轴，以便电动机轴的转动运动被转换为活塞杆的平移运动，该活塞杆适用于在两个结束位置之间移动，该设备包括：

-用于向电动机提供第一电源电压电平的装置，

-用于如果测量的活塞杆的位置等于预定位置则向电动机提供第二电源电压电平的装置，该第二电源电压电平具有小于第一电源电压电平的RMS值的RMS值。