專利名稱：用于人工輔助心臟系統(tǒng)無(wú)位置傳感器電機(jī)的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種人工輔助心臟系統(tǒng)電機(jī)控制器，具體涉及一種用于人工輔助 心臟系統(tǒng)無(wú)位置傳感器永磁軸承盤(pán)式無(wú)刷直流電機(jī)的控制器。
背景技術(shù)：
人工輔助心臟泵采用電機(jī)、泵一體的結(jié)構(gòu)，電機(jī)屬于盤(pán)式無(wú)刷直流電機(jī)，此種電機(jī) 的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)需要控制器根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置實(shí)現(xiàn)精確換相，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置需要位置傳感器測(cè) 量得到，而常用的位置傳感器不可避免地具有增大電機(jī)尺寸、增加引出線等弊端，從而加深 了患者的痛苦，并且降低了人工輔助心臟系統(tǒng)的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于人工輔助心臟系統(tǒng)無(wú)位置傳感器電機(jī)的控 制器，該控制器采用了無(wú)位置傳感器電機(jī)控制方式，不需要安裝機(jī)械式位置傳感器檢測(cè)電 機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，而只需間接通過(guò)檢測(cè)電機(jī)的電壓、電流等物理量來(lái)得到轉(zhuǎn)子的位置信息， 避免了有傳感器電機(jī)控制的種種問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案一種用于人工輔助心臟系統(tǒng)無(wú)位置傳感器電機(jī) 的控制器，其中，它包括電源電路、驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路、保護(hù)電路和主控單元，電源電路分 別與驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、主控單元連通，主控單元還分別與驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路、保護(hù)電路 連通，逆變電路還分別與驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路連通。所述的主控單元包括控制芯片、通訊電路、顯示電路、按鍵電路、報(bào)警電路、時(shí)鐘電 路和存儲(chǔ)記錄電路，控制芯片分別與驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路、保護(hù)電路、雙路電壓調(diào)整器、通訊 電路、顯示電路、按鍵電路、報(bào)警電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)記錄電路連通，雙路電壓調(diào)整器還分 別與通訊電路、顯示電路、按鍵電路、報(bào)警電路、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)記錄電路連通，微型DC/DCII 與驅(qū)動(dòng)電路連通。本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果本實(shí)用新型的控制器不使用機(jī)械式位置傳感器檢測(cè) 電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息，節(jié)約心臟泵本就十分受限的空間尺寸，并避免了位置傳感器引出線穿 過(guò)患者皮膚增加的患者痛苦，最大限度地減小感染幾率?？刂破鞅旧聿捎眉啥雀?、能耗低 的元器件，并根據(jù)人體工程學(xué)設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)緊湊、適合移動(dòng)攜帶的殼體，使患者獲得行動(dòng)上的 最大自由，重新收獲生活的樂(lè)趣。本實(shí)用新型除了用于人工輔助心臟泵的控制驅(qū)動(dòng)外，還可 用于其他要求高可靠、便攜式的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制。控制器由電源電路、驅(qū)動(dòng) 電路、逆變電路、保護(hù)電路和主控單元組成。電源電路將外部電池組的24V直流電源變換為 穩(wěn)定的二次電源，提供給主控單元、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路，并最大限度地降低電機(jī)運(yùn)行中產(chǎn) 生的電壓波動(dòng)對(duì)控制電路的不利影響；驅(qū)動(dòng)電路將主控單元的電子換相信號(hào)放大，驅(qū)動(dòng)逆 變電路工作；逆變電路將直流MV電源調(diào)制為具有一定邏輯順序的“交流”電源，驅(qū)動(dòng)血泵 的盤(pán)式電機(jī)運(yùn)行；保護(hù)電路包括過(guò)流、欠壓等多重保護(hù)模式，在控制器發(fā)生工作異常時(shí)保護(hù) 其不被損壞；主控單元主要完成無(wú)位置傳感器電機(jī)控制的位置估算、速度環(huán)、電流環(huán)控制、
3上位機(jī)通訊，以及人機(jī)用戶界面的按鍵響應(yīng)、液晶屏顯示等功能。
圖1為本實(shí)用新型所提的一種用于人工輔助心臟系統(tǒng)無(wú)位置傳感器電機(jī)的控制 器的系統(tǒng)示意圖；圖2為本實(shí)用新型所提的一種用于人工輔助心臟系統(tǒng)無(wú)位置傳感器電機(jī)的控制 器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.電源電路，2.驅(qū)動(dòng)電路，3.逆變電路，4.保護(hù)電路，5.主控單元，6.微型 DC/DCI，7.微型DC/DCII，8.雙路電壓調(diào)整器，9.控制芯片，10.通訊電路，11.顯示電路， 12.按鍵電路，13.報(bào)警電路，14.時(shí)鐘電路，15.存儲(chǔ)記錄電路，16.電機(jī)，17.上位機(jī)，18.電源。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，一種用于人工輔助心臟系統(tǒng)無(wú)位置傳感器電機(jī)的控制器，它包括電 源電路1、驅(qū)動(dòng)電路2、逆變電路3、保護(hù)電路4和主控單元5。電源電路1為主控單元5、保 護(hù)電路4和驅(qū)動(dòng)電路2提供穩(wěn)定可靠的能源；驅(qū)動(dòng)電路2接收主控單元5的PWM控制信號(hào)， 經(jīng)過(guò)信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)逆變電路3工作；逆變電路3的工作電流、工作電壓信號(hào)反饋到主控單 元5中，主控單元5通過(guò)電流、電壓信號(hào)以及主控單元5中設(shè)定的人工輔助心臟電機(jī)16轉(zhuǎn) 速值，生成PWM控制信號(hào)；同時(shí)逆變電路3的工作電流、工作電壓信號(hào)進(jìn)入保護(hù)電路4，由保 護(hù)電路4判斷控制器的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常，保護(hù)電路4輸出保護(hù)信號(hào)給主控單元5， 主控單元5將短時(shí)間關(guān)閉PWM輸出以保護(hù)控制器。24V電源18給電源電路1和逆變電路3 提供穩(wěn)定可靠的能源。如圖2所示，電源電路1包括微型DC/DCI6、微型DC/DCII7和雙路電壓調(diào)整器8， 其中微型DC/DC 16將24V直流電源變換為5V，為雙路電壓調(diào)整器8提供穩(wěn)定可靠的低電壓 輸入；雙路電壓調(diào)整器8將微型DC/DC 16提供的5V直流電源變換為3. 3V/1. 8V雙路電源， 提供給主控單元5中的各模塊和保護(hù)電路4 ；微型DC/DCII7將24V直流電源變換為12V，為 驅(qū)動(dòng)電路2提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大的能源。人工輔助心臟泵用控制器為了便攜持久，要求耗電 量低、工作效率高。本實(shí)用新型中電源電路微型DC/DC 16和微型DC/DC 117的電壓轉(zhuǎn)換效 率大于85 %，達(dá)到了降低控制器功耗，抑制控制器溫升，提高元器件使用壽命的目的。驅(qū)動(dòng)電路2采用功率驅(qū)動(dòng)集成芯片，集成度高、體積小，驅(qū)動(dòng)方式為自舉驅(qū)動(dòng)，這 種驅(qū)動(dòng)方式結(jié)構(gòu)緊湊、所用外圍元器件數(shù)量少、驅(qū)動(dòng)效率高；逆變電路3采用三相MOSFET 橋，MOSFET功率器件具有電壓驅(qū)動(dòng)、開(kāi)關(guān)損耗小、適合于低電壓應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型中 驅(qū)動(dòng)電路2和逆變電路3均滿足小巧便攜，效率高的要求。保護(hù)電路4包括過(guò)流保護(hù)和欠壓保護(hù)等多重保護(hù)模式，其中過(guò)流保護(hù)通過(guò)采樣電 阻將電機(jī)電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷褐担ㄟ^(guò)電壓比較器與設(shè)定值比較產(chǎn)生過(guò)流信號(hào)，進(jìn)而由控制單 元5短時(shí)切斷驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)電流降低目的。主控單元5是控制器的控制核心，包括控制芯片9、通訊電路10、顯示電路11、按 鍵電路12、報(bào)警電路13、時(shí)鐘電路14和存儲(chǔ)記錄電路15。其中控制芯片9為高性能數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812，是整個(gè)控制器的數(shù)據(jù)處理中心，主要完成人工輔助心臟泵電機(jī)轉(zhuǎn) 子位置檢測(cè)、電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算、轉(zhuǎn)速閉環(huán)運(yùn)算、PWM控制信號(hào)生成類實(shí)時(shí)電機(jī)運(yùn)行控制任務(wù)，以 及通訊管理、人機(jī)友好管理、報(bào)警管理、數(shù)據(jù)記錄管理類非實(shí)時(shí)任務(wù)?？刂菩酒?從逆變電 路3中采集電壓、電流，通過(guò)自身的數(shù)據(jù)處理功能計(jì)算出電機(jī)16的轉(zhuǎn)速。用戶可以通過(guò)上 位機(jī)17實(shí)時(shí)檢測(cè)人工輔助心臟泵電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，通訊電路10是控制器與上位機(jī)之間的RS232通訊接口，通訊電路10為RS232總線 收發(fā)器，它將接收的上位機(jī)17強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制芯片9能夠接收的弱電信號(hào)發(fā)送給控制 芯片9，并將控制芯片9需要發(fā)送的的弱電信號(hào)轉(zhuǎn)化為強(qiáng)電信號(hào)發(fā)送到上位機(jī)17上；按鍵 電路12用于控制控制芯片9內(nèi)的信息，使其顯示在顯示電路11上，控制芯片9內(nèi)的信息包 括電壓、電流以及電機(jī)16的轉(zhuǎn)速信息，同時(shí)按鍵電路12將用戶輸入的電機(jī)16的轉(zhuǎn)速設(shè)定 值傳遞給控制芯片9，轉(zhuǎn)速設(shè)定值通過(guò)控制芯片9的判讀后，有效的轉(zhuǎn)速設(shè)定值將被執(zhí)行， 否則將通過(guò)報(bào)警電路13發(fā)出警報(bào)，并在顯示電路11上提示無(wú)效。有效的轉(zhuǎn)速設(shè)定值是指人 體能夠正常工作生活所需的電機(jī)16的轉(zhuǎn)速范圍，該范圍可以依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的方法得到。按鍵電路12采用可靠性高、壽命久的輕觸按鈕連接到控制芯片9的通用I/O端。 顯示電路11采用節(jié)能輕薄的OLED液晶顯示屏。報(bào)警電路13包括高強(qiáng)度發(fā)光二極管和蜂鳴器，在控制器工作異常和用戶輸入的 轉(zhuǎn)速設(shè)定值無(wú)效時(shí)，報(bào)警電路13接收到控制芯片9的報(bào)警指令會(huì)同時(shí)通過(guò)聲、光效果提醒 患者及其監(jiān)護(hù)者注意，出現(xiàn)影響患者生命的嚴(yán)重異常時(shí)會(huì)長(zhǎng)時(shí)間報(bào)警；時(shí)鐘電路14是高精 度日歷芯片，控制芯片9從日歷芯片中讀取時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為用戶提供精確的時(shí)鐘顯示，并為數(shù) 據(jù)記錄提供時(shí)基；存儲(chǔ)記錄電路15采用EEPROM芯片，它將控制器的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄 在存儲(chǔ)器內(nèi)，為醫(yī)生和患者提供準(zhǔn)確可靠的控制器運(yùn)行數(shù)據(jù)。人工輔助心臟泵用控制器根據(jù)用戶設(shè)定的運(yùn)行參數(shù)，控制心臟泵運(yùn)行?？刂破鲿?huì) 對(duì)用戶設(shè)定參數(shù)進(jìn)行判讀，如果參數(shù)合理有效，控制器將控制心臟泵按照新的參數(shù)運(yùn)行，如 果設(shè)定參數(shù)不合理，會(huì)造成患者危險(xiǎn)，控制器的報(bào)警系統(tǒng)會(huì)通過(guò)聲、光形式發(fā)出警報(bào)，并且 在顯示屏上顯示“參數(shù)無(wú)效”提示。同時(shí)控制器對(duì)心臟泵的運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄，一旦 控制器發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常，將通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，如果是危及患者生命的嚴(yán)重錯(cuò)誤，會(huì)發(fā)出 長(zhǎng)時(shí)間報(bào)警信號(hào)，提醒患者及其監(jiān)護(hù)者及時(shí)采取措施。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高，能夠控制人工輔助心臟泵長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定可靠工作。上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型并不限于上 述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨 的前提下作出各種變化。本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容均可以采用現(xiàn)有技術(shù)， 例如本實(shí)用新型提及電源電路1、驅(qū)動(dòng)電路2、逆變電路3、保護(hù)電路4、主控單元5、微型DC/ DCI6、微型DC/DCII7、雙路電壓調(diào)整器8、控制芯片9、通訊電路10、顯示電路11、按鍵電路 12、報(bào)警電路13、時(shí)鐘電路14、存儲(chǔ)記錄電路15、電機(jī)16、上位機(jī)17的等均可以采用現(xiàn)有技 術(shù)中任何型號(hào)的產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種用于人工輔助心臟系統(tǒng)無(wú)位置傳感器電機(jī)的控制器，其特征在于它包括電源 電路⑴、驅(qū)動(dòng)電路⑵、逆變電路⑶、保護(hù)電路⑷和主控單元(5)，電源電路⑴分別與 驅(qū)動(dòng)電路⑵、保護(hù)電路⑷、主控單元(5)連通，主控單元(5)還分別與驅(qū)動(dòng)電路(2)、逆變 電路(3)、保護(hù)電路⑷連通，逆變電路(3)還分別與驅(qū)動(dòng)電路O)、保護(hù)電路⑷連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于人工輔助心臟系統(tǒng)無(wú)位置傳感器電機(jī)的控制器， 其特征在于所述的電源電路(1)包括微型DC/DCI(6)、微型DC/DCII(7)和雙路電壓調(diào)整 器(8)，所述的主控單元(5)包括控制芯片(9)、通訊電路(10)、顯示電路(11)、按鍵電路 (12)、報(bào)警電路(13)、時(shí)鐘電路(14)和存儲(chǔ)記錄電路(15)，控制芯片(9)分別與驅(qū)動(dòng)電路 ⑵、逆變電路⑶、保護(hù)電路⑷、雙路電壓調(diào)整器⑶、通訊電路(10)、顯示電路(11)、按鍵 電路(12)、報(bào)警電路(13)、時(shí)鐘電路(14)和存儲(chǔ)記錄電路(15)連通，雙路電壓調(diào)整器(8) 還分別與通訊電路(10)、顯示電路(11)、按鍵電路(12)、報(bào)警電路(13)、時(shí)鐘電路(14)、存 儲(chǔ)記錄電路(15)連通，微型DC/DCII(7)與驅(qū)動(dòng)電路(2)連通。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種人工輔助心臟系統(tǒng)電機(jī)控制器，具體公開(kāi)一種用于人工輔助心臟系統(tǒng)無(wú)位置傳感器電機(jī)的控制器，其中，它包括電源電路、驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路、保護(hù)電路和主控單元，電源電路分別與驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、主控單元連通，主控單元還分別與驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路、保護(hù)電路連通，逆變電路還分別與驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路連通；電源電路為主控單元、保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路提供能源。本實(shí)用新型的控制器采用了無(wú)位置傳感器電機(jī)控制方式，不需要安裝機(jī)械式位置傳感器檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，而只需間接通過(guò)檢測(cè)電機(jī)的電壓、電流等物理量來(lái)得到轉(zhuǎn)子的位置信息，避免了有傳感器電機(jī)控制的種種問(wèn)題。
文檔編號(hào)A61M1/10GK201860285SQ20102019249
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者張建國(guó), 李雪 申請(qǐng)人:北京天高智機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)公司