包括機電裝置和運動檢測器的設備以及用于操作設備的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包括機電裝置、控制單元和運動檢測器的設備，其中，機電裝置可由控制單元經(jīng)控制信號控制，運動檢測器被配置成使得機電裝置的機械運動得以確定，并且運動檢測器提供運動檢測器信號。本發(fā)明還涉及一種用于操作機電裝置的方法。提供一種具有機電裝置的設備使其可靠性和功率消耗得到改善的技術問題得到了解決，因為控制單元被配置成使得它能夠受到控制信號與運動檢測器信號之間的相位差的影響。該技術問題還通過用于操作設備具體地說是根據(jù)本發(fā)明的設備的方法來解決，方法包括如下步驟：通過控制信號運行機電裝置；根據(jù)機電裝置的機械運動產生運動檢測器信號；和依賴于控制信號與運動檢測器信號之間的相位差影響控制信號。
【專利說明】包括機電裝置和運動檢測器的設備以及用于操作設備的方 法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種包括機電裝置、被配置成通過信號控制該機電裝置的控制單元和 被配置成提供運動檢測器信號的運動檢測器的設備，其中，所述運動檢測器被配置成使得 所述機電裝置的所述機械運動得以確定。本發(fā)明還涉及一種用于操作機電裝置的方法。

【背景技術】
[0002] 從現(xiàn)有技術得知，使用例如機電裝置借助于電能來提供機械運動。還得知利用運 動檢測器來監(jiān)測這種機械運動。這能夠進一步保證機電裝置的某種移動已經(jīng)的確發(fā)生，因 而減小使用了這種機電裝置的裝置發(fā)生未記錄錯誤的概率。在此處，例如，錯誤是指機電裝 置不移動但是控制信號被發(fā)送，或恰好相反。但是，不利的是，這樣做時，錯誤僅在它已經(jīng)發(fā) 生之后才被檢測到。
[0003] 通過任意機械驅動系統(tǒng)，一個人可能希望完成多種不同的功能。一個常見功能目 標是"位置控制"，其中，存在輸入位置要求，而輸出將遵循該位置要求。
[0004] 另一個功能目標能夠是"力控制"，其中，存在輸入力（或扭矩）要求，并且要求驅 動系統(tǒng)將該力（或扭矩）精確地施加到輸出端。通過這些中的任一種，裝置遵循位置或力 要求的能力將受到驅動系統(tǒng)的輸出力（或扭矩）能力的限制。顯然，如果在輸出端處存在 大負載，則可能發(fā)生的是，電機不能驅動（太）大負載，使得輸出將不遵循位置要求或力要 求。
[0005] 為何機電裝置會不遵循控制信號，存在若干原因?？赡艽嬖谑ъ`或機械裝置上的 負載對于機電裝置而言可能太大以至于不能以預期的方式移動。特別是為了克服后一個問 題，例如可以對這種系統(tǒng)進行過度設計，并提供在每種情況下強到足以驅動負載的機電裝 置。然而，這可能導致高得多的成本和高得多的能量和空間消耗。
[0006] 特別是對于步進電機，存在所謂的打滑和停轉的問題。在步進電機（和電刷DC電 機）的情況下，不存在容易測量的指示電機正在驅動的負載的大小的電機參數(shù)。由電機相 位汲取的電流為近似恒定的，無論電機正在驅動的負載如何。在施加的相電壓、電機相電 流、以及還有電機的反電動勢之間存在復雜的相互作用，這取決于電機速度。電機相電流和 相電壓還可能是不連續(xù)的（例如，它們在每個步驟期間改變），并且因此難以精確地測量。
[0007] 如果步進電機滑過了一步，則即使該步的控制信號被發(fā)送，步進電機也不執(zhí)行該 步。在極端情況下，步進電機停轉。然后，負載太高，步進電機不只是滑過一步或多步，而是 根本不移動。能夠以小電流（或電壓）驅動步進電機以及還有無刷DC電機，在這種情況 下，電機在低扭矩下停轉，或者在較高（或最大）電流（或電壓）下，這時電機在較高（或 甚至最大）扭矩下停轉。明顯地，如果電流（或電壓）高，則停轉不太可能，但是較高的電 流（或電壓）使用更多功率，并且還促使電機升溫更高。在一些情況下，高電流（或電壓） 不能被維持長久，因為它促使電機過熱。
[0008] 在某些實施例中，電機可能按組滑步，例如四步、八步、或十二步一組。
[0009] 但是，在許多應用中，特別是醫(yī)療裝置領域，例如通過防止打滑和停轉同時保持功 率消耗盡可能低來提供具有非常低的故障率、不易出現(xiàn)誤差和失靈的裝置是高度重要的。 這可能與便攜式裝置相關，因為便攜式電源在它耗盡而須再充電之前僅能夠提供有限的能 量。
[0010] 對于能夠從一個或多個存儲部輸送一種或多種藥物制劑的醫(yī)療裝置來說，尤其如 此。這種藥物制劑可以包括第一藥物和可選的第二藥物。醫(yī)療裝置包括用于自動地或由用 戶手動地輸送藥物制劑的劑量設定機構。
[0011] 醫(yī)療裝置可以是注射器，例如手持注射器，特別是筆型注射器，即，通過從一個或 多個多劑量藥筒注射醫(yī)藥產品來提供給送的那種注射器。具體地，本發(fā)明涉及其中用戶可 以設定劑量的這種注射器。
[0012] 藥物制劑可以被包含在一個、兩個或更多個劑量存儲部、容器或包裝中，每個劑量 存儲部、容器或包裝包含獨立的（單種藥物化合物）或預先混合的（聯(lián)合配制的多種藥物 化合物）藥物制劑。
[0013] 某些疾病狀態(tài)需要使用一種或多種不同的藥物治療。一些藥物化合物需要相互以 特定關系被輸送以便輸送最佳的治療劑量。本專利申請在期望組合治療的情況下是特別有 益的，但是由于諸如但不限于穩(wěn)定性、折中治療性能和毒性等原因，混合治療在單配方中是 不可能的。
[0014] 例如，在一些情況下，用長效胰島素（也可以被稱為第一或主要藥物）連同諸如 GLP-1或GLP-1類似物的胰高血糖素樣肽-1 (也可以被稱為第二藥物或次要藥物）來治療 糖尿病患者可能是有益的。
[0015] 因此，存在提供在單次注射或輸送步驟中輸送兩種或更多種藥物的裝置的需要， 這種裝置對用戶而言執(zhí)行起來簡單，無需對藥物輸送裝置進行復雜的物理操縱。所建議的 藥物輸送裝置提供用于兩種或更多種活性藥物制劑的獨立的存儲容器或藥筒固持件。然 后，這些活性藥物制劑在單個輸送程序期間被組合和/或輸送至患者。這些活性制劑可以 以組合劑量一起被給送，或可替代地，這些活性制劑可以以連續(xù)的方式相繼地被組合。
[0016] 該藥物輸送裝置還考慮到改變藥物數(shù)量的機會。例如，可以通過改變注射裝置的 性質（例如，設定用戶可變劑量或改變裝置的"固定"劑量）來改變一種流體數(shù)量?？梢酝?過制造各種包含次要藥物的包裝（且每種變化包含不同體積和/或濃度的第二活性藥劑） 來改變第二藥物數(shù)量。
[0017] 藥物輸送裝置可以具有單個分配接口。該接口可以被構造成與包含至少一種藥物 制劑的藥物的主存儲部以及與次要存儲部流體連通。藥物分配接口能夠是允許兩種或更多 種藥物離開系統(tǒng)并且被傳輸至患者的出口類型。
[0018] 來自獨立的存儲部的化合物的組合物能夠經(jīng)雙頭針組件被輸送至身體。這提供組 合藥物注射系統(tǒng)，就用戶角度而言，該系統(tǒng)以密切匹配當前可用的使用標準針組件的注射 裝置的方式來實現(xiàn)藥物輸送。一個可能的輸送程序可能涉及下列步驟：
[0019] 1.將分配接口附接到機電注射裝置的遠端。分配接口包括第一近側針和第二近側 針。第一和第二針分別刺穿包含主化合物的第一存儲部和包含次要化合物的第二存儲部。
[0020] 2.將諸如雙頭針組件的劑量分配器附接至分配接口的遠端。以這種方式，針組件 的近端與主化合物和次要化合物兩者流體連通。
[0021] 3.撥選/設定來自注射裝置的期望劑量的主化合物，例如經(jīng)圖形用戶界面（⑶I)。
[0022] 4.在用戶設定主化合物的劑量之后，微處理器控制的控制單元可以確定或計算次 要化合物的劑量并且優(yōu)選地可以基于先前存儲的治療劑量圖表來確定或計算該第二劑量。 然后，用戶將該計算的藥物組合物注入。治療劑量圖表可以是用戶可選的?？商娲?，用戶 能夠撥選或設定期望劑量的次要化合物。
[0023] 5.可選地，在第二劑量已經(jīng)被設置之后，可以將裝置放置在解除保險狀態(tài)下?？蛇x 的解除保險狀態(tài)可以通過按壓和/或把持控制盤上的"0K (就緒）"或"Arm(解除保險）" 按鈕來實現(xiàn)。解除保險狀態(tài)可以提供持續(xù)預先定義的一段時間，在該時間段內，能夠使用裝 置來分配組合的劑量。
[0024] 6.然后，用戶將劑量分配器（例如，雙端針組件）的遠端插入或施加到期望的注射 部位中。主化合物和次要化合物（以及潛在地第三藥物）的組合物的劑量通過啟動注射用 戶接口（例如，注射按鈕）來給送。
[0025] 兩種藥物都可以經(jīng)一個注射針或劑量分配器并且在一個注射步驟中被輸送。這與 給送兩次獨立的注射物相比，在減少用戶步驟方面，為用戶提供方便的益處。


【發(fā)明內容】

[0026] 鑒于上述內容，本發(fā)明面對的技術問題為提供一種具有機電裝置的設備，其可靠 性以及功率消耗得到改進。
[0027] 該技術問題得到解決，方法是控制單元被配置成使得控制信號能夠受到控制信號 與運動檢測器信號之間的相位差的影響。
[0028] -些機電裝置，像步進電機或無刷DC電機，可能表現(xiàn)出在控制信號與電機的實際 移動之間存在延遲或相位差的性質。在步進電機的情況下，控制信號可以由單獨的脈沖或 例如一系列脈沖組成，每個脈沖表示所謂的階躍，該階躍促使步進電機執(zhí)行機械運動或更 準確地說促使步進電機的轉子旋轉通過一定度數(shù)。因此，控制信號攜帶相信息，可能是直接 的或者間接的，例如由與電機的一步將被執(zhí)行的時間或預期時間相關的信號邊沿攜帶。
[0029] 如果在這種機電裝置上不存在負載，則在機電裝置的控制信號與實際移動之間基 本上不存在延遲或僅存在短延遲。如果電機上的負載增加，則控制信號與實際移動之間的 延遲增加。利用運動檢測器，機電裝置的該運動或移動能夠被轉換或被編碼成運動檢測器 信號。然后，控制信號與機電裝置的實際移動之間的延遲能夠以這兩個信號之間的相位差 表達。
[0030] 本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，尤其是對于步進電機，在以阻力扭矩或動量形式的電機上增加的負 載與控制信號與運動檢測器信號之間的相位差之間存在關系。對于步進電機，該關系為基 本上線性的。
[0031] 因此，為了讓控制單元向機電裝置提供控制信號，控制信號會受到相位差的影響， 其最佳地被調節(jié)至機電裝置上的負載或阻力扭矩。這導致操作機電裝置的提高的可靠性并 且同時節(jié)省能量，因為機電裝置僅需要提供足夠的施加扭矩來克服阻力扭矩。
[0032] 通過影響或調節(jié)控制信號，應理解，控制信號例如就其頻率或相對于其脈沖（在 信號由脈沖組成的情況下）的幅值或形狀被調節(jié)。例如，當機電裝置上的負載變得太高時， 控制信號完全斷開并且出于安全原因不再發(fā)出進一步的脈沖，也是可能的。調節(jié)信號的方 式取決于機電裝置的特定類型以及特定機電裝置如何受到控制或驅動。
[0033] 至少在提供步進電機的情況下，對相位差的影響的理由是，由于機電裝置上的負 載產生的扭矩，機電裝置中的磁場是扭曲的。這導致步進電機實際上執(zhí)行由控制信號指示 的步的一定延遲。該延遲取決于電機上的機械負載（扭矩形式）并且近似與該機械負載成 比例。
[0034] 通過根據(jù)本發(fā)明配置控制單元，使得控制信號受到控制信號與運動檢測器信號之 間的相位差的影響，一方面，不僅可以檢測機電裝置的錯誤或打滑，而且還可以防止根據(jù)本 發(fā)明的設備的任意不期望的失靈。例如，由于增加的延遲能夠被解釋為增加的阻力扭矩，所 以能夠足夠早地開始應對措施以防止機電裝置出現(xiàn)以打滑或停轉形式的任意錯誤。例如， 這種應對措施能夠是增加電流以增加電機所施加扭矩或對用戶提供報警信號。同時，另一 方面，可以調節(jié)并且因此減少根據(jù)本發(fā)明的設備的功率消耗，由于小相位差可以指示機電 裝置不必要的大電流導致例如將通過耗散而損失的損失能量。因此，脈沖電流可以減小，或 脈沖的長度或形狀可以減小以便為電機的移動提供更少但仍然充分的能量。而且，經(jīng)調節(jié) 的控制信號還導致結構元件（具體地說，機電裝置和類似例如傳動系的承載部件）的更長 的壽命，因為如果機電裝置在最大或較高功率級下沒有一直操作，則對這些部分的應力、應 變和操作要求更低。
[0035] 特別是如果機電裝置由例如鋰離子電池的電池提供功率，則低功耗是重要的。
[0036] 即使機電裝置優(yōu)選為旋轉電機，但還可以想到提供例如線性電機。
[0037] 可以使用微處理器作為機電裝置的控制單元。微處理器還能夠用于其它任務。當 然，也可以為機電裝置提供諸如電機驅動器的專用控制單元。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明設備的一個實施例，控制單元被配置成使得，控制信號的電流可以取 決于控制信號與運動檢測器信號之間的相位差得到改變。
[0039] 通過影響控制信號使得電流（或電壓）被改變，提供了調節(jié)機電裝置的功率的容 易的方式。能夠以這種方式調節(jié)大部分機電裝置，諸如步進電機或無刷DC電機。存在改變 電流的不同的方式。在步進電機的情況下，單個脈沖的電流幅值直接影響步進電機可以驅 動的最大扭矩或負載并且仍然輸出該步。代替改變電流的幅值，控制步進電機的單個脈沖 也可減少以減小提供給步進電機的有效功率（或每步的能量）。脈沖寬度的這種減小可以 通過脈沖寬度調制來實現(xiàn)。通過修改脈沖寬度調制，可以相應地調節(jié)有效功率（或每步的 能量）。由于步進電機的離散步，與其它電機相比，使控制信號與運動檢測器信號（兩者都 示出離散階躍）的關聯(lián)性簡單。
[0040] 因此，最小但是仍然充分的電流能夠被用來確保，由電機施加的扭矩或動量足以 克服阻力扭矩，并且同時，所供應的電流小到足以不浪費任意能量。因此，可靠性以及功率 消耗進一步提1?。
[0041] 機電裝置可以驅動傳動系。這種傳動系能夠包括齒輪傳動裝置和/或驅動桿。以 這種方式，機電裝置的旋轉運動能夠被轉換成橫向移動。通過提供齒輪傳動裝置，電機的精 確度和施加的扭矩也能夠受到影響以例如通過使得機電裝置在最佳工作點操作來進一步 改善可靠性和功率消耗。
[0042] 當根據(jù)本發(fā)明設備的另一個實施例的運動檢測器包括至少一個發(fā)射源（例如，光 源）、檢測器和位于該發(fā)射源與檢測器之間的遮斷板時，能夠提供具有低功耗的省空間運動 檢測器。利用布置在發(fā)射源與檢測器之間的遮斷板，發(fā)射源能夠通過機電裝置的機械運動 交替地被覆蓋和顯露。這可以通過安裝在機電裝置的小齒輪上的旗形件的布置或具有旗形 件的獨立盤來實現(xiàn)，使得旗形件覆蓋和顯露檢測器或發(fā)射源。當然，在傳動系內的其它位置 處也能夠檢測到機械運動。取決于旗形件的數(shù)量，在控制信號中的脈沖與運動檢測器信號 中的脈沖之間可能不一定存在一對一關系。在這個意義上，檢測器為編碼器，將機械運動或 光信號編碼成電信號。
[0043] 優(yōu)選地，使用兩個檢測器，并且使用一個發(fā)射源。因此，在一個旗形件經(jīng)過檢測器 的情況下，單個遮斷旗形件在運動檢測器信號中能夠產生四個邊沿。由于存在兩個檢測器 和旗形件的兩個邊沿，所以當旗形件經(jīng)過兩個檢測器時，從兩個檢測器產生四個可區(qū)別的 信號。以這種方式，運動檢測器的分辨率能夠增加，并且因此機電裝置上的兩個方向上的變 化負載的檢測精確度和速度得到改善。
[0044] 優(yōu)選地，電機每轉從運動檢測器接收的可區(qū)別的信號的數(shù)量等于來自產生電機一 轉的控制單元的脈沖的數(shù)量?？商娲兀瑑烧叱屎唵蔚谋嚷赎P系。例如，來自控制單元的每 轉脈沖數(shù)量為從運動檢測器接收的可區(qū)別信號的數(shù)量的整數(shù)倍數(shù)。
[0045] 發(fā)射源優(yōu)選是像例如LED之類的光源，而檢測器是光檢測器。
[0046] 當提供對在控制信號與運動檢測器信號之間的多個相位差進行平均的單元時，確 定控制信號與運動檢測器信號之間的相位差的可靠性得到改善。這種單元不一定需要為獨 立的單元，而是這種單元還能夠例如在控制單元內。
[0047] 因為相位差的測量中的誤差和抖動，平均相位差不太易于受這種統(tǒng)計誤差或制造 公差的影響，因為統(tǒng)計誤差和公差在平均期間在很大程度上相互抵消。因此，能夠確定更可 靠且穩(wěn)定的相位差，產生對控制信號更精確的影響。例如，這種裝置能夠是任一種處理單元 或在控制單元內。
[0048] 當每個光學編碼器的遮斷旗形件存在四個信號時，對4個、8個或12個相位差求平 均值是優(yōu)選的。已經(jīng)示出，在這種情況下4的倍數(shù)產生測量誤差的最佳減小。增加相位差 的數(shù)量提高精確度，但是，它降低確定相位差的速度。
[0049] 特別優(yōu)選的是，作為控制信號與運動檢測器信號之間的相位差的度量，確定階躍 函數(shù)之間的面積，其中，階躍函數(shù)中的階躍表示由控制信號指示的步和由運動檢測器檢測 到的步。在相位差增加的情況下，階躍函數(shù)之間的面積也增加，反之減小。對多個相位差求 平均值能夠以這種方式有效地實施并且節(jié)省計算能力。
[0050] 根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，控制信號被調節(jié)為使得所述機電裝置所施加的扭矩 總是超過所述機電裝置上的阻力扭矩。因此，防止機電裝置停轉。通過確保由機電裝置施 加的扭矩或動量總是大于阻力扭矩或動量，有效地防止機電裝置停轉。因此，設備的可靠性 被最大化，而同時，不必使機電裝置在負載低時以最大功率運行以防止它停轉。
[0051] 根據(jù)另一個實施例，設備為醫(yī)療裝置，具體地便攜式醫(yī)療裝置，用于輸送至少一種 流體，具體地藥物輸送裝置。特別是醫(yī)療裝置，某種藥物的精確劑量輸送非常重要，因為過 劑量和欠劑量都是不期望的。因此，如果流體（具體地說藥物或藥劑）通過機電裝置的移 動被輸送，則重要的是為機電裝置提供可靠且可預測的移動。特別是對于便攜式醫(yī)療裝置， 經(jīng)濟功率使用也是重要的。由于為了用戶方便，以不頻繁的再充電為目的，同時，必須確保 便攜式醫(yī)療裝置的適當工作。
[0052] 根據(jù)本發(fā)明設備的另一個實施例，該設備進一步至少包括包含第一流體的第一存 儲部和至少連接至該第一存儲部的流體通道。機電裝置被配置成使得它能夠至少對第一存 儲部中的第一流體施加壓力，使得流體被引導通過流體通道。為機電裝置預測和提供合適 的扭矩或力數(shù)量以對流體提供壓力是特別大的問題，因為必要的扭矩取決于像例如流體粘 度、通道直徑或環(huán)境溫度之類的多個因素。已調節(jié)的控制信號，受到控制信號與運動檢測器 信號之間的相位差的影響，允許以低功耗可靠操作。
[0053] 進一步優(yōu)選的是，設備進一步包括包含第二流體的第二存儲部和至少連接至該第 二存儲部的流體通道。機電裝置被配置成使得它能夠對第二存儲部中的第二流體施加壓 力，使得第二流體被引導通過流體通道。在這種情況下，當使用第二機電裝置和/或第二控 制單元和/或第二運動檢測器時，也是特別優(yōu)選的。以這種方式，兩種不同的流體（具體地 說，藥物或藥劑）能夠優(yōu)選地獨立于彼此被輸送至用戶。存儲部優(yōu)選地以可更換藥筒的形 式提供。
[0054] 根據(jù)另一個實施例，優(yōu)選地，設備進一步包括傳動系，其中，所述機電裝置驅動所 述傳動系以對所述第一流體施加壓力。這種傳動系可以包括例如小齒輪或和/或活塞桿和 /或齒輪傳動裝置。以這種方式，能夠容易地將旋轉運動轉換成線性移動，而同時，對所施加 的扭矩和阻力扭矩的進一步的調節(jié)能夠例如通過傳動比來實現(xiàn)。活塞桿特別地能夠被用來 在被用來對流體施加壓力的柱塞或塞子上提供力。
[0055] 該技術問題還通過操作設備（具體地說，根據(jù)本發(fā)的設備）的方法來解決，所述方 法包括如下步驟：使機電裝置利用控制信號運行，根據(jù)所述機電裝置的機械移動產生運動 檢測器信號，以及依賴于所述控制信號與所述運動檢測器信號之間的相位差來影響所述控 制信號。
[0056] 通過允許將相位差作為阻力扭矩或動量或負載的度量來影響控制信號，一方面， 裝置的可靠性將得到改善，因為停轉不僅能夠被運動檢測器檢測到，而且是能夠被預測到。 能夠采取諸如增加控制信號的電流之類的對策。另一方面，能夠節(jié)省能量，因為機電裝置不 需要在最大或高功率水平下操作，因為操作機電裝置所需的控制信號并且因此功率能夠適 于機電裝置的實際瞬間負載。而且，還可以導致結構元件（具體地說，機電裝置和類似例如 傳動系的加載部分）的更長的壽命，因為如果機電裝置在最大或較高功率級下沒有一直操 作，則對這些部分的應力、應變和操作要求可以更低。
[0057] 根據(jù)該方法的實施例，取決于控制信號與運動檢測器信號之間的相位差，控制信 號的電流被改變。
[0058] 通過改變控制信號的電流，提供調節(jié)機電裝置的功率的容易的方式。在步進電機 的情況下，相電流的幅值直接影響由機電裝置施加的扭矩或動量。在某些實施例中，可以調 節(jié)電機的相電壓的幅值。代替改變電流（或電壓）的幅度，為減小施加到步進電機的有效 電功率，也可以調節(jié)用以控制步進電機的脈沖的長度或形狀。
[0059] 最小但是仍然充分的電流能夠被用來確保，所施加的扭矩或動量足以克服機電裝 置上的阻力扭矩，同時，機電裝置的所施加的扭矩小到足以不浪費任意能量。因此，可靠性 以及功率消耗得到改善。
[0060] 通過對控制信號與運動檢測器信號之間的幾個相位差求平均值，控制的質量能夠 得到改善。因為相位差的測量中的誤差和抖動，平均相位差不太易于受到統(tǒng)計誤差或部件 公差的影響，因為統(tǒng)計誤差或機電誤差在求平均值期間在很大程度上相互抵消。因此，能夠 確定更可靠且穩(wěn)定的相位差，產生對控制信號更精確的影響。時域相位差樣本采集得越多， 相位測量中的誤差就更小。但是如果采集較少的樣本用于求平均值，則對機電裝置上的負 載的測量被更快地確定，允許對機電裝置上的變化負載做出更快的反應。
[0061] 在運動檢測器包括遮斷旗形件并且如果使用兩個檢測器的情況下，對多個樣本 (數(shù)量為4的倍數(shù)）求平均值可能是特別有效的。
[0062] 如果通過調節(jié)所述控制信號使得所述施加的扭矩總是超過所述機電裝置的所述 阻力扭矩來防止機電裝置停轉，則操作設備的可靠性被最大化，而同時，功率消耗被最小 化。特別是對于醫(yī)療裝置，在機電裝置限定將被輸送的藥物的劑量的情況下，確保機電裝置 的精確移動是必要的。
[0063] 進一步優(yōu)選的是，如果相位差超過閾值，則控制信號的電流增加。該閾值可以預先 確定。閾值能夠依賴于試驗數(shù)據(jù)，使得機電裝置上的驅動扭矩能夠根據(jù)相位差來計算或能 夠直接考慮臨界相位差。閾值還能夠是可變閾值。以這種方式可以將依賴具體情形的變量 考慮進去，以進一步優(yōu)化相位差與機電裝置上的扭矩或負載之間的關聯(lián)性的精確性。例如， 這種變量可以是驅動負載的慣量或測定的溫度。在設備為醫(yī)療裝置，具體地說是便攜式醫(yī) 療裝置的情況下，可以考慮被輸送的流體或藥物的特性或電池的電荷狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0064] 本領域技術人員在適當參照附圖閱讀下列詳細描述之后，本發(fā)明的各個方面的這 些以及其它優(yōu)點將變得明顯，在這些附圖中：
[0065] 圖1示出包括控制單元、機電裝置和運動檢測器的設備的示例性實施例的示意 圖；
[0066] 圖2示出示例性控制信號和示例性運動檢測器信號的示意圖；
[0067] 圖3示出表示機電裝置根據(jù)控制信號的期望移動的階躍函數(shù)和表示機電裝置根 據(jù)運動檢測器信號的移動的階躍函數(shù)的另一個示意圖；
[0068] 圖4示出利用兩個檢測器的運動檢測器的示例性實施例；
[0069] 圖5示出作為步進電機上的測定阻力扭矩的函數(shù)的控制信號與運動檢測器信號 之間的測定相位差的三個系列測量結果的圖示；
[0070] 圖6示出用于與藥物輸送裝置一起使用的驅動機構的示意圖；
[0071] 圖7示出圖6中所示的驅動機構的另一個示意圖，并且
[0072] 圖8a_b示出可以與圖6所示的驅動機構一起使用的運動檢測器。

【具體實施方式】
[0073] 圖1和圖2示出設備1的示例性實施例的示意圖和示例性運動檢測器信號12、16 和示例性控制信號8的示意圖。設備1包括控制單元2、機電裝置4和運動檢測器6。本情 形中的控制單元2經(jīng)連接裝置向機電裝置4發(fā)送控制信號8(在圖2中能夠看到）阻力扭 矩。機電裝置的機械運動由箭頭5示出并且由運動檢測器6檢測。運動檢測器6然后經(jīng)阻 力扭矩連接裝置7提供影響控制單元2的運動檢測器信號12、16 (在圖2中能夠看到）。
[0074] 控制單元2可以是例如任意一種微處理器。它可以是特別專用于控制機電裝置4 的微處理器或也可以是專用于其它任務的一般微處理器?？刂茊卧?能夠將控制信號通過 諸如電纜的任意典型的阻力扭矩連接裝置3傳輸至機電裝置4,但是，控制單元2和機電裝 置4也可以無線地通信。
[0075] 圖1的示意圖中的運動檢測器6將運動檢測器信號12、16直接提供給控制單元2。 當然，運動檢測器信號12、16還可以經(jīng)例如其它處理單元間接地提供給控制單元2。
[0076] 如從圖1能夠看到的，圖示的設備1包括控制單元2、機電裝置4和運動檢測器6， 并且因此構成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
[0077] 現(xiàn)在轉向圖2,信號8、12、16被畫在一個坐標系中，在該坐標系中，時間在X軸上， 而產生的階躍和階躍響應在y軸上。為了更好地示出，使信號沿y方向移位以將它們分開， 因此示出脈沖的時間和相位關系?？刂菩盘?包括產生單脈沖10的上升邊沿和下降邊沿。 脈沖10的上升邊沿在該示例中在時間h處。這種脈沖10從控制單元2被發(fā)送至機電裝置 4。在步進電機的情況下，脈沖10的上升邊沿構成單階躍。例如，在機電裝置4能夠基本上 自由移動的情況下（這意味在機電裝置4上不存在負載或阻力扭矩），運動檢測器6產生包 括脈沖14的運動檢測器信號12。如能夠看到的，在控制信號8的脈沖10與運動檢測器信 號12的脈沖14之間已經(jīng)存在延遲。脈沖14的上升邊沿在時間h處。當然，由于電子器件 并且因為控制信號8要在運動檢測器信號12能夠被接收之前被發(fā)送，所以總是存在延遲。 即使該延遲可以是可忽略的，在脈沖10與脈沖14之間也會存在延遲。該延遲取決于運動 檢測器6、6a、6b提供運動檢測器信號12、16的方式以及運動檢測器信號12、16的分辨率。 例如，如果遮斷旗形件32被用作運動檢測器6、6a、6b的部分，則它取決于遮斷器32的旗形 件32a、32b的位置和所提供的旗形件的數(shù)量，以及脈沖10和14在時間上相對于彼此偏移 情況如何（關于運動檢測器的更多細節(jié)，參見圖4、圖8a和圖8b)。當將小齒輪/譯碼器附 接到電機軸時，譯碼器旗形件的旋轉取向在裝配過程期間被設置。因此，即使在電機上不存 在負載時，在控制信號的脈沖10與運動檢測信號的脈沖14之間也可能存在明顯的相位差。 [0078] 在某些構造中，例如，當旗形件的數(shù)量與步進電機一轉的脈沖的數(shù)量相同時，脈沖 10與脈沖14之間的延遲可能是固定的。如果為使步進電機轉一轉而給步進電機的脈沖的 數(shù)量為運動檢測器的脈沖的數(shù)量的整數(shù)倍n，則在給步進電機的每個第η脈沖10與來自運 動檢測器的脈沖14之間存在固定延遲。例如，當電機在無負載下被驅動時，能夠確定該固 定延遲。
[0079] 信號16也為運動檢測器信號。在本情況下機電裝置4受載。機電裝置4上的阻 力扭矩影響機電裝置4的移動，使得與不處于負載下的機電裝置4相比，移動在時間上發(fā)生 明顯偏移。這能夠從包括脈沖18的信號16看到，該脈沖18包括在時間t 2處的上升邊沿。 信號12的脈沖14與信號16的脈沖18之間的差被指示為圖2中的脈沖14和18的上升邊 沿之間的時間差^-^。當然，脈沖的其它特性，諸如下降邊沿，能夠用來確定相位差。就周 期性信號而言，該時間差也能夠被表達為相位差，而該周期性信號的全周期具體地對應于 360。。
[0080] 通常，測定時間差包括延遲。但是，由于如上述，延遲可能是固定 延遲，所以這可以考慮通過從測定的時間差i^-tu減去i^-tu以便獲得時間差1^-ti作為無載 機電裝置與負載機電裝置之間的相位差的度量。
[0081] 可以使用控制信號8與運動檢測器信號16之間的時間或相位差作為機電裝置4 上負載的測量結果。因此，控制單元2能夠獨立于時間或相位差改變控制信號8的幅值（在 本情況下為電流或電壓）。在機電裝置4為步進電機的情況下，針對機電裝置4開始打滑或 甚至停轉之前控制信號8與運動檢測器信號12、16之間的最大時間或相位差，可以有一個 值，例如，根據(jù)經(jīng)驗確定的值。該最大時間或相位差也能夠基于理論計算。這種理論計算可 以例如包括步進速率或被驅動的負載的慣量。最大相位差能夠例如為90°。為了為機電裝 置提供可靠的操作，能夠避免這種高相位差（接近打滑或停轉條件），并且低得多的相位差 優(yōu)選地被維持。
[0082] 圖3示出表示機電裝置4根據(jù)控制信號8的期望移動的階躍函數(shù)20和表示根據(jù) 機電裝置4運動檢測器信號12、16移動的階躍函數(shù)22的另一個示意圖。這些信號被畫在 個坐標系中，在該坐標系中，時間在X軸上，幅值（具體地說步進移動）在y軸上。為了 更好地示出，使信號沿y方向移位以將它們分開。階躍函數(shù)20、22中的每個階躍表示機電 裝置的移動。如能夠看到的，由控制單元2指示的階躍與由運動檢測器6檢測的階躍之間 的比率為1:1。例如，通過改變每轉運動檢測器的遮斷器旗形件的數(shù)量，其它比率也是可能 的。在該示例中，使用了步進電機，并且階躍函數(shù)中的每個階躍表示步進電機的步。如從圖 3能夠看到的，當由控制信號20指示的階躍與由運動檢測器信號22指示的階躍之間的時間 差24、26、28、30增加時，兩個函數(shù)20、22之間的面積增加，反之減小。因此，函數(shù)20、22之 間的面積23也能夠被用作時間差或相位差的度量并且因此用于機電裝置4上的負載或阻 力扭矩的度量。
[0083] 如圖3所示，兩個函數(shù)20、22的兩個相關的階躍之間的時間差或相位差能夠針對 后續(xù)階躍變化。例如，相位差30大于相位差28。這不僅由于機電裝置上的變化負載，而且 由于測量不準確。通過使用多個階躍之間的面積23作為機電裝置上的負載或阻力扭矩的 測量，在圖3中，例如，在時間t 3與時間t4之間，能夠實現(xiàn)求平均值，以更低的統(tǒng)計誤差提供 時間差或相位差。
[0084] 例如，如果相位差24、26、28和30分別用Φ24、<P26、Φ28和φ3〇指示，則平均相位 差能夠被計算為：
[0085]

【權利要求】
1. 一種設備，包括： -機電裝置（4、70、86)， -控制單元（2)，其被配置成通過控制信號（8)控制所述機電裝置（4、70、86)，和 -運動檢測器（6、6a、6b)，其被配置成提供運動檢測器信號（12、16)， -其中，所述運動檢測器（6、6a、6b)被配置成使得所述機電裝置（4、70、86)的機械運動 得以確定， 其特征在于， 所述控制單元（2)被配置成使得所述控制信號能夠受到所述控制信號（8)與所述運動 檢測器信號（12、16)之間的相位差的影響。
2. 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，所述控制單元（2)被配置成使得所述控制信號 (8)的電流能夠取決于所述控制信號（8)與所述運動檢測器信號（12、16)之間的相位差而 改變。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的設備，其中，所述機電裝置（4、70、86)是步進電機或無刷 DC-電機。
4. 根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的設備，其中，所述運動檢測器^、6a、6b)至少 包括遮斷器（32)、發(fā)射源（34)和檢測器（28、30)。
5. 根據(jù)權利要求1至4中的任一項所述的設備，其中，提供用以對控制信號（8)與運動 檢測器信號（12、16)之間的多個相位差進行平均的單元。
6. 根據(jù)權利要求1至5中的任一項所述的設備，其中，所述控制信號（8)被調節(jié)為使 得所述機電裝置（4、70、86)的所施加的扭矩總是超過所述機電裝置（4、70、86)上的阻力扭 矩。
7. 根據(jù)權利要求1至6中的任一項所述的設備，所述設備是醫(yī)療裝置，具體地是便攜式 醫(yī)療裝置，用于輸送至少一種流體，具體地是藥物輸送裝置。
8. 根據(jù)權利要求1至7中的任一項所述的設備，進一步包括： -包含第一流體的至少第一存儲部（58)，和 -至少連接至所述第一存儲部的流體通道， -其中，所述機電裝置（4、70、86)被配置成使其能夠至少在所述第一存儲部（58)中的 所述第一流體上施加壓力，使得所述流體被引導通過所述流體通道。
9. 根據(jù)權利要求1至8中的任一項所述的設備，進一步包括傳動系（50)，其中，所述機 電裝置（4、70、86)驅動所述傳動系（50)以施加壓力在所述第一流體上。
10. -種用于操作設備的方法，具體地用于操作根據(jù)權利要求1至9中的任一項所述的 設備，所述方法包括如下步驟： -通過控制信號運行機電裝置， -根據(jù)所述機電裝置的機械運動產生運動檢測器信號，和 -依賴于所述控制信號與所述運動檢測器信號之間的相位差，影響所述控制信號。
11. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述控制信號的電流取決于所述控制信號與 所述運動檢測器信號之間的所述相位差而改變。
12. 根據(jù)權利要求10或11所述的方法，其中，所述控制信號與所述運動檢測器信號之 間的多個相位差在所述控制信號受到影響之前被平均。
13. 根據(jù)權利要求10至12中的任一項所述的方法，其中，通過調節(jié)所述控制信號使得 所述機電裝置的所施加的扭矩總是超過阻力扭矩而防止所述機電裝置停轉。
14. 根據(jù)權利要求10至14中的任一項所述的方法，其中，如果所述相位差超過閾值，則 所述控制信號的所述電流增加。
【文檔編號】H02P8/16GK104221276SQ201380020075
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年4月24日 優(yōu)先權日:2012年4月25日
【發(fā)明者】C·內塞爾, D·穆爾 申請人:賽諾菲-安萬特德國有限公司