呼吸辅助装置以及用于电机的总成的制作方法

呼吸辅助装置以及用于电机的总成的制作方法
【专利摘要】一种呼吸辅助装置，该呼吸辅助装置包括：增压气体源，该增压气体源包括：进气口，出气口，该出气口被适配成将增压气体排出到该呼吸辅助装置的出口，以及在可旋转塑料轴上的轻型叶轮。弹性电机安装座将定子与外壳相联接并且为该电机提供顺性和/或减震。本实用新型还涉及用于电机的总成。
【专利说明】
呼吸辅助装置以及用于电机的总成
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种气体供应和气体增湿装置，特别是但不仅仅是用于向需要气 体供应以用于治疗如阻塞性睡眠呼吸暂停(0SA)、打鼾或慢性阻塞性肺病(C0PD)等疾病的 患者或使用者提供呼吸辅助。具体而言，本实用新型涉及一种用于在气体供应装置中使用 的压缩机或鼓风机，该压缩机或鼓风机在使用时与该气体供应装置是一体的。
【背景技术】
[0002] 为治疗目的而向患者提供增湿气体流的设备或系统是本技术领域众所周知的。用 于提供这类疗法的系统(例如CPAP疗法)具有一种结构，其中将在所需压力下的气体从鼓风 机(又称压缩机、辅助呼吸单元、风扇单元、流动发生器或压力发生器)输送至该鼓风机下游 的增湿器室。当这些气体穿过该增湿器室中加热的、增湿的空气时，它们变得是水蒸气饱和 的。然后，这些气体经由气体导管被输送至该增湿器室下游的使用者或患者。
[0003] 增湿后的气体可以从模块化系统被输送至使用者，该模块化系统已经由多个经由 导管串联连接的分离单元组装而成（即，其中增湿器室/加热器以及呼吸单元/鼓风机是分 离的物体的系统）。图1中示出了使用者1从模块化辅助呼吸单元和增湿器系统(一起或单独 地是"呼吸辅助装置"）接收空气的示意图。辅助呼吸单元或鼓风机2a通过连接器导管10提 供增压空气至增湿器室4a。使增湿的、加热的、并增压的气体流通过使用者导管3离开增湿 器室4a，并通过使用者接口 5提供给患者或使用者1。
[0004] 使用集成式鼓风机/增湿器系统变得越来越常见。典型的集成式系统（"呼吸辅助 装置"）由以下各项组成:提供增压气体流的主鼓风机或辅助呼吸单元、以及与鼓风机单元 配合或以其他方式与该鼓风机单元刚性连接的增湿器单元。例如，这种配合通过滑入式或 推动式连接产生，这样使得增湿器在主鼓风机单元上稳固地固持在位。图2示出了使用者1 从集成式鼓风机/增湿器单元6接收空气的示意图。除了增湿器室4b已与该鼓风机单元成一 体而形成集成式系统6以外，该系统以与图1中所示的模块化系统相同的方式进行操作。
[0005] 图1和图2所示的使用者接口 5是覆盖使用者1的鼻子的鼻罩。然而，应该注意，在这 些类型的系统中，覆盖口鼻的口罩、全面罩、鼻插管或任何其他合适的使用者接口均可代替 所示的鼻罩。还可以使用只覆盖口部的接口或口罩。还有，导管的患者或使用者端可以连接 至气管造口术接头或气管内插管。
[0006] US 7,111,624包括一种集成式系统的详细说明。在使用中，将"滑入式"水室与鼓 风机单元连接。这种设计的一种变体是滑入式或夹卡式设计，其中该室在使用中被封闭在 该集成式单元的一部分之内。在W0 2004/112873中示出了这类设计的实例，描述了鼓风机 或流动发生器50以及相关联的增湿器150。
[0007] 对于这些系统，最常见的操作方式如下：通过鼓风机将空气通过入口抽入围绕并 封闭至少该系统的鼓风机部分的外壳。鼓风机(受控于微控制器、微处理器或类似物)将来 自流动发生器出口的空气流增压并将其送入增湿器室。空气流在增湿器室中被加热并增 湿，并且通过出口离开增湿器室。将柔性的软管或导管直接或间接地与增湿器出口连接，并 且加热的、增湿的气体通过该导管传送给使用者。这在图2中示意性地示出。
[0008] 叶轮型风扇或鼓风机最常用于在这种类型的呼吸系统中。叶轮叶片单元被包含在 叶轮外壳中。该叶轮叶片单元通过中心轴连接到某种形式的驱动器上。在图3和图4中示出 了典型的叶轮外壳。在图5和图6中示出了具有多个叶片151和护罩152的典型旋转叶轮单元 54,该叶轮单元在使用时位于该外壳内。空气通过孔口被吸入该叶轮单元的中心内并且然 后通过该旋转叶轮单元的这些叶片而被迫由该外壳中心向外移动到出口通道(通常位于该 外壳的一侧上）。
[0009] 通常，家庭使用者接收睡眠暂停或类似疾病的治疗。最常见使用鼻罩、或覆盖口和 鼻两者的口罩。如果使用鼻罩，则常见的是用条带或胶带将口部闭合，这样使得该系统的使 用是有效的（口部泄露以及相关联的压力下降被大幅度减少或消除）。针对使用者的呼吸所 指示的流量范围，该CPAP装置压力发生器提供基本上恒定压力下的气体流。使用者或设置 该系统的医疗专业人员通常可以在使用前或使用过程中对压力进行调节。在使用过程中提 供可变压力的系统也是已知的，例如提供两个压力水平的BiPAP机器：用于吸气（IPAP)的一 个压力以及用于呼气阶段(EPAP)过程的低压。可变压力或恒定压力系统都是"呼吸辅助装 置" 【实用新型内容】
[0010] 本实用新型的目的是提供一种与呼吸辅助装置一起使用的改进型叶轮或鼓风机/ 压缩机或一种改进型呼吸辅助装置。
[0011] -方面，本实用新型可以说是在于一种呼吸辅助装置，该呼吸辅助装置包括:增压 气体源，该增压气体源包括:进气口、被适配成将增压气体排出到该呼吸辅助装置的出口的 出气口、以及在可旋转塑料轴上的轻型叶轮。
[0012] 优选地，该轻型叶轮是无护罩的或者以其他方式具有减少的材料。
[0013] 优选地，该呼吸辅助装置进一步包括带有定子的电机，其中该可旋转塑料轴位于 该定子内，并且该电机进一步包括至少一个轴承结构来支撑该定子内的可旋转塑料轴，该 轴承结构具有一个或多个轴承安装座。
[0014] 优选地，这些轴承安装座为该可旋转轴提供顺应支撑。
[0015] 优选地，该电机进一步包括在该定子内的转子，该塑料轴通过注塑模制而形成并 且联接到该转子上。
[0016] 在另一方面，本实用新型可以说是在于一种呼吸辅助装置，该呼吸辅助装置包括： 电机，该电机包括位于定子内的可旋转塑料轴;轴承结构，以支撑该定子内的可旋转轴，该 轴承结构具有一个或多个轴承安装座。
[0017] 优选地，这些轴承安装座为该可旋转轴提供顺应支撑。
[0018] 优选地，该电机进一步包括在该定子内的转子，该塑料轴通过注塑模制而形成并 且联接到该转子上。
[0019] 在另一方面，本实用新型可以说是在于一种呼吸辅助装置，该呼吸辅助装包括:增 压气体源，该增压气体源包括:外壳;进气口；出气口，该出气口被适配成将增压气体排出到 该呼吸辅助装置的出口；电机，该电机具有可旋转塑料轴以及至少一个轴承结构来支撑定 子内的可旋转轴，该轴承结构具有一个或多个柔性和/或弹性轴承安装座以为该可旋转轴 提供顺性和/或预负荷和/或减震;联接到该可旋转塑料轴上的轻型叶轮;柔性和/或弹性电 机安装座，该电机安装座将该定子与该外壳相联接以为该电机提供顺性和/或减震;用于限 定该外壳内的第一和第二内部区域的分隔部，其中该第一和第二区域通过该分隔部内形成 或在该分隔部中形成的月牙形开口而流体式连接。
[0020]优选地，该轻型叶轮是无护罩的或者以其他方式具有减少的材料。
[0021 ]优选地，该电机进一步包括在该定子内的转子，该塑料轴通过注塑模制而形成并 且联接到该转子上。
[0022] 在另一方面，本实用新型可以说是在于一种制造用于电机的轴和转子总成的方 法，该方法包括:将带有中心开口的转子插入第一模具零件中，从而支撑延伸通过该中心开 口的轴，将第二模具零件联接到该第一模具零件上以产生环绕该中心开口的模具腔，在该 塑料轴与该中心开口之间注塑模制塑料插入件以将该塑料轴联接到该转子上。
[0023] 在另一方面，本实用新型可以说是在于一种制造用于电机的轴和转子总成的方 法，该方法包括:将带有中心开口的转子插入第一模具零件中，将第二模具零件联接到该第 一模具零件上以产生环绕该中心开口的模具腔，注塑模制塑料轴，该塑料轴延伸通过该转 子的中心开口延伸并且联接到其上。
[0024] 优选地，该电机包括塑料可旋转轴，该塑料可旋转轴延伸通过磁转子中的开口并 且被联接到其上。
[0025] 还说明了一种呼吸辅助装置，该呼吸辅助装置包括:增压气体源，该增压气体源包 括:进气口、被适配成将增压气体排出到该呼吸辅助装置的出口的出气口、以及轻型叶轮。
[0026] 优选地，轻型叶轮是无护罩的或者以其他方式具有减少的材料。
[0027] 优选地，轻型叶轮式是一件式形成的。
[0028] 优选地，该轻型叶轮具有15mm与60mm之间的半径。
[0029] 优选地，该轻型叶轮具有少于2克并且优选在0.8克与1.8克之间的质量。
[0030] 优选地，该轻型叶轮具有大于50: lPa/gram*mm、并且优选大于80: lPa/gram*mm的 惯性对压力对半径的比（pressure to inertia to radius ratio)。
[0031 ] 优选地，该轻型叶轮具有小于15g*mm并且优选在8至12g*mm范围内的惯性动量对 半径的比。
[0032] 优选地，该轻型叶轮具有16:1或更大的叶片扫掠体积对叶片体积比。
[0033] 优选地，该叶轮是绕中心轴线可旋转的离心式叶轮。
[0034] 优选地，该呼吸辅助装置包括用于驱动该叶轮的电机，其中该电机是利用场定向 控制来运行的。
[0035] 优选地，该气体源进一步包括外壳，该外壳具有封闭该叶轮的上内表面和下内表 面，并且其中该叶轮具有多个叶片，由于没有护罩，这些叶片大体上是对该外壳的上内表面 和下内表面开放的。
[0036] 优选地，该外壳形成该呼吸辅助装置的一部分或者与该呼吸辅助装置成一体。
[0037] 优选地，该气体源进一步包括分隔部以在该外壳内部限定第一和第二内部区域， 其中该第一和第二区域通过在该分隔部内或由该分隔部形成的开口而流体式连接。
[0038] 优选地，在该分隔部中或由该分隔部形成的开口至少是局部圆周的。
[0039 ]优选地，在该分隔部中或由该分隔部形成的开口是月牙形的。
[0040] 优选地，该第一区域是由该外壳和该分隔部限定的并且包括该进气口。
[0041] 优选地，该第二区域是由该外壳和该分隔部限定的并且包括该出气口。
[0042] 优选地，该叶轮具有旋转轴线，该分隔部从该旋转轴线径向地延伸。
[0043] 优选地，该外壳进一步包括在第二区域中的蜗壳。
[0044] 优选地，该开口靠近该蜗壳的外围。
[0045] 优选地，该叶轮位于该第一区域内。
[0046] 优选地，这些叶轮叶片的远端在叶片旋转方向上弯曲。
[0047] 优选地，该呼吸辅助装置进一步包括电机，该电机包括:位于定子内的可旋转塑料 轴，以及至少一个轴承结构来支撑该定子内的可旋转塑料轴，该轴承结构具有一个或多个 轴承安装座。
[0048] 优选地，该轴承安装座为该可旋转轴提供顺应支撑。
[0049] 优选地，该一个或多个轴承安装座的外部接合该定子和/或定子框架和/或其他结 构。
[0050] 优选地，该一个或多个轴承安装座的外部接合该定子和/或该定子的框架。
[0051] 优选地，该定子包括定子框架，该定子框架的内表面与该轴承结构接合。
[0052]优选地，该轴承结构进一步包括一个或多个由这些轴承安装座支撑的轴承，这些 轴承安装座围绕该可旋转轴的轴线。
[0053] 优选地，该增压气体源具有外壳并且该呼吸装置进一步包括电机安装座，该电机 安装座将该定子与该外壳相联接以为该电机提供顺应支撑。
[0054] 优选地，该轴承安装座和/或电机安装座是柔性的和/或弹性的。
[0055] 优选地，该蜗壳具有舌状物，该舌状物至少部分地限定在该蜗壳与该出气口之间 的过渡部，该舌状物位于该第二内部区域中。
[0056] 优选地，这些轴承安装座具有弯曲的环状本体并且当与该定子和/或定子框架和/ 或其他结构接合时，该环状本体被迫形成为该一个或更多轴承提供预负荷的接合构型。
[0057] 优选地，该轴承安装座是由提供弹性和/或柔性的材料制成的以便当处于接合构 型时提供预负荷。
[0058]优选地，这些轴承安装座是由提供减震的材料制成的。
[0059] 优选地，该电机是利用场定向控制来运行的。
[0060] 还说明了一种呼吸辅助装置，该呼吸辅助装置包括：电机，该电机包括位于定子内 的可旋转塑料轴;轴承结构，以支撑该定子内的可旋转轴，该轴承结构具有一个或多个轴承 安装座。
[0061 ]优选地，这些轴承安装座为该可旋转轴提供顺应支撑。
[0062] 优选地，该一个或多个轴承安装座的外部接合该定子和/或定子框架和/或其他结 构。
[0063] 优选地，该定子包括定子框架，该定子框架的内表面与该轴承结构接合。
[0064] 优选地，该轴承结构进一步包括一个或多个由这些轴承安装座支撑的轴承，这些 轴承安装座围绕该可旋转轴的轴线。
[0065] 优选地，该轴承安装座是柔性的和/或弹性的。
[0066] 优选地，这些轴承安装座具有弯曲的环状本体并且当与该定子和/或定子框架和/ 或其他结构接合时，该环状本体被迫形成为该一个或更多轴承提供预负荷的接合构型。
[0067] 优选地，该轴承安装座是由提供弹性和/或柔性的材料制成的以便当处于接合构 型时提供预负荷。
[0068] 优选地，这些轴承安装座是由提供减震的材料制成的。
[0069] 还说明了一种增压气体源，该增压气体源包括由外壳内的电机驱动的离心式叶 轮，该外壳具有进气口、出气口、以及分隔部以限定第一和第二内部区域，其中该第一和第 二区域通过该分隔部中的开口而流体式连接。
[0070] 优选地，该第一区域是由该外壳和该分隔部限定的并且包括该进气口。
[0071] 优选地，该第二区域是由该外壳和该分隔部限定的并且包括该出气口。
[0072] 根据以上任一项的增压气体源用在根据以上任一项的呼吸辅助装置中。
[0073] 还说明了一种呼吸辅助装置，包括：增压气体源，该增压气体源包括：外壳；进气 □，
[0074] 出气口，该出气口被适配成将增压气体排出到该呼吸辅助装置的出口；电机，该电 机具有可旋转轴以及至少一个轴承结构来支撑定子内的可旋转轴，该轴承结构具有一个或 多个柔性和/或弹性轴承安装座以为该可旋转轴提供顺性和/或预负荷和/或减震;联接到 该可旋转轴上的轻型叶轮;柔性和/或弹性电机安装座，该电机安装座将该定子与该外壳相 联接以为该电机提供顺性和/或减震；用于限定该外壳内的第一和第二内部区域的分隔部， 其中该第一和第二区域通过由该分隔部形成或在该分隔部中形成的月牙形开口而流体式 连接。
[0075] 优选地，该轻型叶轮是无护罩的或者以其他方式具有减少的材料。
[0076] 优选地，该轻型叶轮式一件式形成的。
[0077] 优选地，该轻型叶轮具有15mm与60mm之间的半径。
[0078] 优选地，该轻型叶轮具有少于2克并且优选在0.8克与1.8克之间的质量。
[0079] 优选地，该轻型叶轮具有大于50: lPa/gram*mm、并且优选地大于80: lPa/gram*mm 的惯性对压力对半径的比。
[0080] 优选地，该轻型叶轮具有小于15g*mm并且优选在8至12g*mm范围内的惯性动量对 半径的比。
[0081] 优选地，该轻型叶轮具有16:1或更大的叶片扫掠体积对叶片体积比。
[0082] 还说明了一种增压气体源，包括:进气口、出气口、带有轴的电机、以及轻型叶轮， 该轻型叶轮连接到该电机上并且可旋转以从该进口吸入气体并且通过该出口将气体排出， 其中该叶轮是无护罩的或以其他方式具有减少的材料。
[0083]优选地，该叶轮是绕中心轴线可旋转的离心式叶轮。
[0084] 优选地，该气体源进一步包括外壳，该外壳具有封闭该叶轮的上内表面和下内表 面，并且其中该叶轮具有多个叶片，由于没有护罩，这些叶片大体上是对该外壳的上内表面 和下内表面开放的。
[0085] 优选地，该外壳形成CPAP机器的一部分或者与其成一体。
[0086] 优选地，该气体源进一步包括分隔部以在该外壳内部限定第一和第二内部区域， 其中该第一和第二区域通过在该分隔部中或由该分隔部形成的开口而流体式连接。
[0087] 优选地，在该分隔部中或由该分隔部形成的开口至少是局部圆周的。
[0088] 优选地，该第一内部区域是由该外壳和该分隔部限定的并且包括该进气口。
[0089] 优选地，该第二内部区域是由该外壳和该分隔部限定的并且包括该出气口。
[0090] 优选地，该叶轮具有旋转轴线，该分隔部从该旋转轴线径向地延伸。
[0091] 优选地，该外壳进一步包括在第二区域中的蜗壳。
[0092]优选地，该开口靠近该蜗壳的外围。
[0093]优选地，该叶轮位于该第一区域内。
[0094] 优选地，这些叶轮叶片的远端在叶片旋转方向上弯曲。
[0095] 优选地，进一步包括电机，该电机包括:位于定子内的可旋转轴，以及至少一个轴 承结构以支撑该可旋转轴，该轴承结构具有一个或多个轴承安装座，该一个或多个轴承安 装座与该定子接合并与其轴向地对齐以为该可旋转轴提供顺应支撑。
[0096] 优选地，该一个或多个轴承安装座的外部接合该定子。
[0097] 优选地，该定子包括定子框架，该定子框架的内表面与该轴承结构接合。
[0098] 优选地，该轴承结构进一步包括一个或多个由这些轴承安装座支撑的轴承，这些 轴承安装座围绕该可旋转轴的轴线。
[0099] 优选地，该增压气体源进一步包括电机安装座，该电机安装座将该定子框架与该 外壳相联接以为该电机提供顺应支撑。
[0100] 优选地，该轴承安装座是柔性的和/或弹性的。
[0101] 优选地，该蜗壳具有舌状物，该舌状物至少部分地限定在该蜗壳与该出气口之间 的过渡部，该舌状物位于该第二内部区域中。
[0102] 优选地，该电机是矢量控制的。
[0103] 在本说明书中，已经引用了专利说明书、其他外部文件、或其他信息来源，这通常 是为讨论本实用新型的特征而提供背景的目的。除非另有具体说明，引用这种外部文件在 任何司法权下不应被解释为承认这种文件或这种信息源是现有技术或者形成本领域中公 知常识的一部分。
[0104]本说明书中使用的术语"包括(comprising)"意为"至少部分地由......组成"。当 解释本说明书中的含有术语"包括(comprising)"的每条陈述时，也可能存在除该术语之后 的那个或那些特征以外的特征。以相同的方式来解释相关的术语，如"包括（comprise和 comprises)''。
[0105] 在此的意图是提及在此披露的数字范围（例如，1至10)同样结合了对在该范围内 的所有的有理数(例如，1、1.1、2、3、3.9、4、5、6、6.5、7、8、9以及10)以及还有在那个范围内 的任何有理数范围（例如，2至8、1.5至5.5以及3.1至4.7)的引用。
[0106] 对于本实用新型所涉及的领域的技术人员来说，在结构方面的许多变化以及本实 用新型的极不相同的实施例和应用将得到暗示，而不脱离如在所附权利要求书中所定义的 本实用新型的范围。在此的披露和说明完全是说明性的，并不是旨在进行任何意义上的限 制。当在此提到具有本实用新型所涉及的领域中的已知等价物的特定整数时，此类已知等 价物被认为也结合在此，就如同个别地列出一样。本实用新型在于前述内容、并且还设想了 多种结构，下文仅给出这些结构的实例。
【附图说明】
[0107] 现在将参照附图对本实用新型的优选形式进行说明。
[0108] 图1示出了模块化辅助呼吸系统单元和增湿系统的示意图。
[0109] 图2示出了模块化的辅助呼吸系统单元和增湿系统的示意图。
[0110]图3示出了鼓风机单元的实例的平面图。
[0111] 图4示出了图3的鼓风机单元的侧视图。
[0112] 图5示出了叶轮的轮廓图。
[0113] 图6示出了叶轮的另一个轮廓图。
[0114]图7示出了气体供应单元的轮廓图。
[0115]图8示出了图7的气体供应单元的分解图。
[0116]图9示出了气体供应单元的内视图（从下方看）。
[0117] 图10示出了图9的气体供应单元的轮廓图。
[0118] 图11示出了一个实施例的鼓风机单元的顶面的平面图。
[0119]图12示出了图11的鼓风机单元的底面的平面图。
[0120]图13示出了图12的鼓风机单元的底面的轮廓图
[0121 ]图14A示出了根据一个实施例的没有护罩的叶轮的平面图。
[0122 ]图15A示出了图14a的没有护罩的叶轮的轮廓图。
[0123] 图14B示出了根据一个实施例的带有减少的护罩材料的叶轮的平面图。
[0124] 图15B示出了图14b的带有减少的护罩材料的叶轮的轮廓图。
[0125] 图14C示出了根据一个实施例的带有腹板结构的叶轮的平面图。
[0126] 图15C示出了图14c的带有腹板结构的叶轮的轮廓图。
[0127]图16示出了 一个实施例的优选外壳和叶轮的分解图。
[0128] 图17示出了一个实施例的下部外壳、分隔部和叶轮的平面图。
[0129] 图18示出了图17的部件的轮廓图。
[0130]图19示出了一个实施例的电机和叶轮的截面图。
[0131] 图20示出了一个实施例的电机安装结构。
[0132] 图21示出了 一个实施例的具有电机和叶轮的电机安装结构。
[0133] 图22A是之前的鼓风机单元的平均声压水平的曲线图。
[0134] 图22B是本实用新型的鼓风机单元的平均声压水平的曲线图。
[0135] 图23示出了第二实施例的带有电机和叶轮的电机安装结构。
[0136] 图24示出了第二实施例的定子叠层。
[0137] 图25示出了第二实施例的极面。
[0138] 图26示出了第二实施例的轴承安装座。
[0139] 图27示出了第二实施例的电机和叶轮的截面图。
[0140]图28示出了第二实施例的电机安装结构。
[0141] 图29A是之前的鼓风机单元的压力响应曲线图。
[0142] 图29B是本实用新型的鼓风机单元的压力响应曲线图。
[0143]图30A、图30B不出了形成电机的一部分的金属轴和磁转子总成。
[0144] 图31示出了图30A、图30B中的总成的金属轴。
[0145] 图32示出了形成该电机的另一个实施例的一部分的塑料轴和磁转子总成。
[0146] 图33A和图33B示出了用于制造图32的塑料轴和转子总成的注塑模制工具。
[0147] 图34示出了用于该金属轴/插入式转子总成的注塑模制工艺的流程图。
[0148] 图35示出了用于该塑料轴转子总成的注塑模制工艺的流程图。
【具体实施方式】
[0149] 将参照呼吸辅助装置/系统来对本实用新型进行说明，其中增湿器室是与气体供 应单元(又称为呼吸器单元或鼓风机单元)成一体。然而，应注意的是，该系统同样适用于模 块化系统。
[0150] 本实用新型涉及一种轻型/低惯性叶轮。该叶轮的轻型性质提供了低惯性。
[0151] 图7示出了实施本实用新型的集成式气体供应单元7的实例，这是一个实例而不应 是限制性的。该集成式单元7包括两个主要零件:气体供应单元或鼓风机单元8和增湿器单 元9。除了增湿单元9的顶部外，增湿单元9在使用过程中部分地被围在鼓风机单元8的外部 壳体80中。它还包括内部控制器14(如微控制器、微处理器或相似物）以用于控制该鼓风机 单元和其他操作（如虚线示意性示出的那个）。没有必要详细描述增湿单元9的结构和操作 即可完全说明本实用新型。
[0152] 该气体供应单元8的本体具有总体上矩形块的形式，该矩形块具有大体上竖直的 侧壁和后壁、以及稍向后成角度的正面(如果需要，所有的壁都可以稍向内成角度的）。在优 选实施例中，这些壁、底面和顶面都被制造并尽可能地连接以最小化接缝的产生，并且密封 任何必要的接缝。如在图7中所示的，该气体供应单元8包括控制旋钮11，该控制旋钮位于该 气体供应单元8的正面的下区段上，其中控制显示器12直接位于该旋钮11的上方。示出了从 气体供应单元8的后壁穿出的患者出口 30。在优选实施例中，出口 30的自由端面朝向上以方 便连接。患者出口 30被适配成允许气动和电连接到导管(例如，导管3)的一个末端，该导管 在集成式单元7与患者接口（例如，接口 5)之间延伸。在US 6，953，354中说明了可以使用的 连接器类型和可以制造的双连接类型的实例。应注意的是，为了阅读本说明书的目的，患者 接口可以被认为是包括接口 5和导管3，以这种方式阅读本说明书将是合适的。
[0153] 现在将参照图8、图9和图10对气体供应单元8的内部结构和部件进行说明。气体供 应单元8包括封闭的外部壳体80,该壳体形成气体供应单元8的一部分并且围绕该气体供应 单元。壳体80包括用于输送空气穿过气体供应单元8的内部空气通道、并且还有多个内部凹 陷、腔或槽，在使用时气体供应单元8的部件位于其中。气体供应单元8的壳体80进一步被适 配成包括开顶式隔室13。在使用时，增湿器室9位于隔室13内。鼓风机单元8包括位于该隔 室13的底部的加热器基底或加热器板。增湿器入口孔15和增湿器出口孔16位于隔室13的壁 上，朝向隔室13的顶部。在优选实施例中，该入口孔15和出口孔16是对准的以便该系统在使 用时与位于增湿器室9上的增湿器入口和出口端口 17、18相匹配。应注意的是，其他形式的 增湿器入口是可能的。例如，在气体供应单元8与例如增湿器室9的盖之间延伸的导管。同 样，如果增湿器室是分离的物体(即，在使用时没有刚性地连接到气体供应单元上），则增湿 器入口孔15将不会直接连接到增湿器室，而将会连接到从气体供应单元上的增湿器入口孔 引向增湿器室的导管或类似物的一个末端上。
[0154] 来自大气的空气通过大气入口通气孔19被吸入到气体供应单元8的外壳中。这个 通气孔19可以位于气体供应单元8的外壳的外表面上的任何方便的地方。在优选实施例中， 如在图9中所示的（从下面观察该外壳），入口通气孔19位于气体供应单元8的壳体的后面 上，在该后面的右手侧（当向前看时右手侧)上。在优选实施例中，借助风扇单元20空气通过 入口通气孔19被吸入，该风扇单元形成气体供应单元8的一部分并且位于气体供应单元8的 封闭用外部壳体内。风扇单元20为该气体供应单元并且因此为辅助呼吸系统提供增压气体 流。下文中将更加详细地描述风扇单元20。通过贯穿气体供应单元8的壳体而形成的弯曲的 入口路径22，空气被直接吸入风扇单元20内。路径C从入口通气孔19向上延伸到动力供应室 上方并且通过文丘里管(虚线所示)进入弯曲的路径22(包括吸收器泡沫通道并且穿过热敏 电阻流量传感器)到达在气体供应单元壳体80内形成的孔口 23,该孔口 23穿过在该气体供 应单元壳体80中形成的凹陷/集气室21，该风扇单元20位于该气体供应单元壳体中。空气然 后进入入口 27。
[0155] 气体流穿过风扇单元20到达增湿器入口孔15，如下:气体供应单元8的壳体包括室 或出口管26,该管形成出口空气路径的至少一部分以允许风扇单元20与增湿器入口孔15之 间的气体式连通。在优选实施例中，出口管26在气体供应单元8的右手侧壁(从后向前看)与 前壁之间向上延伸至增湿器入口孔15。如在图9和图10中所示的，离开风扇单元20的空气进 入管26。
[0156] 在使用时，空气经由增湿器入口孔15离开气体供应单元或鼓风机8的壳体并且进 入增湿器室9中。在优选形式中，增湿器入口孔15在管26末端形成出口。在通过增湿器出口 孔16流出室9之前，气体在室9中被增湿并加热，该增湿器出口孔直接或间接连接到患者出 口 30上(应注意的是，增湿器室9的出口还可以与气体供应单元8完全分离）。然后，经加热增 湿的气体经由导管3流到使用者1。患者出口 30被适配成能够实现患者导管3的气动附接，并 且在优选实施例中，出口30还被适配成能够通过电连接器实现电连接。例如如果导管3将被 加热，电和气动的组合连接会是有用的。导管（如导管3)的电加热可以防止或最小化导管3 内的冷凝发生。应注意的是，该出口连接不必通过集成式单元7的壳体。如果需要，导管3的 连接可以直接位于增湿器室9的出口上。
[0157] 鼓风机单元8在使用时被设置到使用者指定的压力水平和/或能够自动控制的压 力水平。优选实施例的流速在使用过程中将根据使用者的呼吸而变化。给风扇单元20的动 力可以变化以改变叶轮24的旋转速度并且因此改变压力。
[0158] 根据一个实施例的风扇单元20的结构将具体参照图11、图12和图13来进行说明。 该风扇单元20在使用时位于气体供应单元8的壳体的凹陷21中，如以上参照图9和图10所述 的。在优选形式中，风扇单元20包括位于外壳内的旋转叶轮，该外壳具有蜗牛形或涡形外壳 25的形式。
[0159]可以看见的是，风扇单兀20在平面图中看上去是大体上圆形的，如图11和12中所 示。该风扇外壳25包括入口孔27。在优选形式中，入口孔27是圆形孔，该圆形孔大约位于该 外壳25的中心并且从该外壳的外部穿到内部。来自入口路径22 (见图10)的空气经由入口孔 27进入风扇外壳25。应注意的是，当包括孔口 23以及凹陷21的至少一部分作为空气入口路 径的一部分是合适的时，本说明书应被解读为包括这些元件。风扇单元20的外壳25的优选 形式还包括出口通道28。
[0160]在优选形式中，出口通道28是短通道，该短通道被形成为外壳25的组成部分并且 与总体上圆形外壳25的剩余部分的圆周大体上切向地对齐。风扇外壳出口孔或出孔29(例 如见图13)位于通道28的外端处。应注意的是，风扇外壳出孔29可以位于通道28上任何方便 的地方（即，它不必位于该通道的末端处，例如，它可以部分地沿其长度穿过该通道壁）。出 孔29通向管26中。出口通道28形成从该风扇到增湿器入口孔15的空气路径的一部分。
[0161] 除了通道28的入口孔27和出孔29外，在使用时风扇外壳25围绕该风扇。在优选实 施例中，风扇单元20的旋转是由电机来驱动的，风扇或叶轮单元被适配成用于连接到该电 机上。当叶轮单元24旋转时，空气或气体通过外壳25的中心处的入口孔27被吸入到叶轮单 元24的中心，并且然后被这些叶轮叶片31迫使以气体流形式向外流动通过出口通道28的出 孔29。
[0162] 在优选形式中，风扇出口通道或出口通道28具有总体上矩形的截面，并且该出口 通道28是大体上切向地与外壳25对齐。然而，风扇出口通道28的截面可以是任何合适的形 状，例如椭圆形、矩形或圆形。风扇出口通道28还可以被安排成与该叶轮单元成任何合适的 角度(例如径向地朝外面向）或者被安排成在径向和切向之间成任何合适的角度。风扇出口 通道28致使由叶轮单元24迫使向外流动的气体合并成流体气体流，并且指示该气体流流动 的方向。该气体流动的整个路径或总体方向将沿着从该风扇到风扇外壳出孔29的通道。
[0163] 在图14和图15中示出了该叶轮的优选形式。叶轮24具有多个从中心毂32向外延伸 的叶片31。该叶轮是离心式叶轮。毂32限定该叶轮绕着其旋转的轴线。优选地，毂32具有在 下侧的孔口或凹陷以允许实现与电机轴的接合，这便于叶轮旋转。然而，可以使用其他接合 机构，例如，该毂与轴的包覆模制造。当叶轮旋转时，空气在毂32附近的区域中进入这些叶 轮叶片、径向向外行进并且在叶片尖端33附近离开这些叶片。与以多个零件模制而成并且 联接在一起相反，该叶轮优选地是一件式制成的（"一件式结构"）。当没有护罩-或至多一个 护罩时，这是可能的。这减少了可能导致失衡或其他缺点的部件不对准。在优选实施例中， 不存在护罩(例如与图5和图6中所不的护罩152相对照）。
[0164] 这些叶片31优选地提供从毂32到叶片尖端的大体上平坦的表面并且随之而来的 旋转方向以便由此使气体受到离心作用。优选地，这些叶轮叶片尖端33的尖端部分地在叶 轮旋转方向上(箭头"A"）弯曲。即，这些叶片尖端33是向前扫掠的。向前扫掠的叶片尖端有 助于在流动穿过叶轮的气体上产生比笔直或向后扫掠的叶片更强的旋转力。向前扫掠的叶 片尖端有助于在每个叶片的尖端外之间产生高压力环。该叶轮叶片的内部部分31可以是稍 微向后扫掠的。向后扫掠的叶片允许实现在叶片表面本身上的气体循环。向后扫掠的叶片 内部部分可以有利于增加压力的产生并且允许稳定的低且逆向的气体流。
[0165] 该叶轮被构造成轻型的。优选地，这是通过将叶轮制成无护罩或至少部分地无护 罩，由此去除重量。为了实现轻型的叶轮，如图14a和图15a中所示，优选叶轮24的每个叶片 31在这些叶片之间是开放的（即，叶轮的上和下"面"或"平面"是通向风扇单元20的外壳的 内表面），由此限定无护罩的离心式叶轮。通过省略这些叶轮叶片的上和/或下面上的护罩， 叶轮24的重量可以被大幅度减小。除了或替代于省略护罩，叶轮的重量还可以用其他方式 来减小。例如，可以使用轻型材料。同样地，可以实现带有最少材料以及在叶片之间大的间 隙的薄叶片来减小重量。替代地，可以使用如图14b、图15b中所示的、一些材料被去除的护 罩35。提供了扇形36护罩，由此叶片31之间的一些材料被去除。任何适量的材料可以被去 除。护罩引导来自叶轮的空气。当大量材料被去除时，产生的结构可能事实上不再实施护罩 的这个功能而仅仅为叶轮叶片31提供支撑。在这种情况下，尽管叶轮叶片31之间具有某种 结构，但是叶轮24可以依然被认为是无护罩的。在图14c、图15c中所示的又进一步的实施例 中，这些叶轮叶片之间的结构是在叶轮之间中央布置的腹板。此类结构不起到护罩的作 用。减少的材料结构或腹板36可以具有任何形状(不仅仅是扇形的）或范围，图14b、图15b、 图14c、图15c示出了其两个实例。轻型叶轮24提供了诸如制造成本、低旋转惯量的益处并且 是平衡的或者一旦制成几乎不需要费力来在旋转上进行平衡。具有低旋转惯量的叶轮可以 快速地加速和减速。轻型无护罩的叶轮因此适合于对波动的压力需要做出快速响应，如连 接到叶轮在其中运行的呼吸辅助装置的患者的正常吸气和呼气循环。
[0166] 例如，常用在呼吸辅助装置上的常规有护罩的叶轮，重量大约为17克并且具有 6kg.mm2的惯量，可以在大约2秒内对10cmH20的压力波动进行响应。相比之下，重量大约1.7 克并且惯量为〇.5kg.mm2的优选叶轮在大约100ms内响应10cmH20的压力波动。图29A示出了 之前的重17克的叶轮的压力对时间的曲线图。该叶轮被操作成在患者的正常吸气和呼气循 环过程中尝试维持4cmH20的恒定压力。相比之下，图29B示出了之前的优选叶轮24的压力对 时间的曲线图。可以看出较之前的叶轮的质量和旋转惯量上的减小展示出比图29A的叶轮 小得多的压力波动。减少的压力波动会更少破坏患者的呼吸过程，并且因此有利地提高患 者的舒适度。
[0167] 如所提及的，可以通过省略护罩来实现轻型。然而，没必要省略整个护罩-而是仅 仅足够的护罩，以将叶轮的重量变成合适的水平-如图14B、图15B、图14C、图15C中所示。因 此，可以通过在叶片之间具有尽可能多的开放空间（面积或体积)来实现轻型。开放空间可 以根据叶片体积对叶片扫掠体积比率/百分比来限定。即，这些叶片在旋转时扫掠体积X和 这些叶片自身具有组合的体积Y(该组合体积是每个叶片组合在一起的体积）。替代地，从平 面视角来看，开放空间可以根据叶片面积对叶片扫掠面积来限定。这些比率应保持在尽可 能低。在一个实施例中，例如，叶轮的扫掠体积大约是19，000mm3，而这些叶片构成大约1， 200mm3的体积。扫掠体积对叶片体积的比率因此大约是16:1，由此限定了与之前所使用的 更小、更密集设计的并且更重的叶轮相比较是轻型的叶轮。
[0168] 该轻型叶轮可以具有例如小于2克并且优选在0.8克与1.8克之间、或更优选地在 1.2克与1.7克之间、或甚至更优选地1.7克的重量。这些只是实例或优选实施例并且叶轮不 需要是这个重量，而是使其轻型的其他重量。
[0169] 替代地，轻型叶轮可以被设计成去除必要多的护罩以将惯性动量对半径的比率降 到优选地小于15gram*mm、并且更优选地在8-12gram*mm之间并且在一个可能的实施例中大 约为11 gram*mm。例如，在一个可能的实施例中，此类叶轮可以具有35mm的半径、219mm的周 长以及15，OOOrpm时344.22的动量、54.98的尖端速度、1，800Pa的压力以及3.5或更多并且 例如5.59的尖端速度对惯性对半径的比率。更通常而言，轻型叶轮可以具有在以下范围内 的尺寸/参数(应注意的是，这些范围是指示性的-而非限制性的）：半径：15_至16_;和/或 重量:小于2克。
[0170] 大于50: lPa/g*mm，并且在1，000Pa时优选地80: lPa/g*mm或更大的压力比率对惯 量对半径的比率。
[0171] 轻型叶轮使得能够使用更大半径的叶轮。然而，可以使用比上述那些更大半径的 叶轮。更大半径的叶轮提供更大的尖端速度和压力。该叶轮结构允许更大半径的叶轮，因为 该叶轮的轻型性质使得即使叶轮更大，惯性依然低到足够提供所需要的响应和压力。
[0172] 叶轮的轻型性质可以通过任何合适的方式来去除质量而实现，例如从叶轮除护罩 和/或材料和/或使用更轻的材料。减少叶轮质量的一个可能的方式是减少叶片的数量。
[0173] 该叶轮在尖端与外壳的内面之间产生高压力环。该面向后的、在尖端处向前扫掠 的叶轮还允许在该叶片本身上的循环，这有助于产生增加的压力以及稳定流动和逆向流 动。
[0174] 如图11和图12中所示的并且如上述的风扇单元20在图16中以分解形式示出。该鼓 风机具有上外壳层50和下外壳层51，这两个外壳层可组装在一起以封装分隔层52和叶轮 24。该叶轮的叶片通向这些上外壳层和下外壳层的内表面。分隔层52和上层50的内表面的 轮廓被确定成当这些层被组装时大体上围绕这些叶轮叶片。这形成了第一内部区域（"上区 域"）。上外壳层50具有孔口 27,该孔口限定了该鼓风机的进气口。该下外壳层限定了蜗壳 53，气体在从该鼓风机排出之前被收集在该蜗壳中。优选地，该蜗壳53还具有密封的内壁 56。 壁56限定了该下外壳内部的空间，该空间可以用于容纳电机。下外壳层51和分隔部52形 成第二内部区域（"下区域"）。
[0175] 风扇单元20的出口通道28通过孔口 54连接到蜗壳53上。孔口 54和蜗壳壁53限定了 舌状物55，由此在蜗壳53中循环的气体被分散到出口通道28中。
[0176] 分隔层52通常是圆形的并且大体上将上外壳50与下外壳51分开，由此限定该鼓风 机的上和下气体流动（内部）区域。为了允许气体从上区域流动到下区域，孔口（开口）57位 于在该分隔部的外边缘或在其附近。图17和图18中更清楚地示出了孔口57。孔口57最优选 地是通过在分隔层52中的切除部形成的开口，或是外壳51的某些其他构型/形状，这样使得 分隔层52与外壳51的组合/安排在这两者之间产生孔口 /开□。然而，孔□ 57还可以包括与 该分隔层分开形成的流动路径，如在上外壳50和下外壳51的壁中形成的膨胀或流体通道。 该切除部可以例如在外壳51与分隔部52之间形成圆周孔口 57。圆周孔口 57的曲率/半径中 心优选是偏离分隔部52的半径中心的或者另外地具有不同于分隔部52的圆周的曲率的曲 率，从而产生围绕在图中所示的分隔部52的圆周的偏心的或以其他方式偏移的圆周孔口 57。 这产生孔口 57，该孔口具有从前缘58跨越到后缘59的月牙（"微笑"）形开口。然而，该孔 口可以具有相对叶轮旋转平面逐渐打开和关闭的任何形状。该孔口允许实现来自处于鼓风 机顶部的高静压力源的压力和流量的逐渐供应。该孔口打开和关闭的角度被调谐以便允许 逆向流以稳定的方式通过该系统返回。它通过不具有在几何形状上的急剧断开有而助于减 少叶片通过噪音(blade pass noise)。该孔口提供额外的舌状物，也在出口处提供舌状物。 该逐渐打开和关闭的孔口（ "锥体"）提供舌状物。该出口处的最大速度(例如l〇m/S)小于这 些椎体处的速度(例如60m/s)。随着叶片以那个速度通过而逐渐打开和关闭对叶片通过噪 音进行管理。孔口 57的宽度和长度控制着外壳的下部区段(蜗壳）的速度。更宽并且更长的 孔口增加了例如蜗壳中的速度。
[0177] 在鼓风机运行过程中，叶轮24是在方向A上旋转的-见图17。叶轮24的旋转通过入 口27并且通过这些叶片31被吸向上外壳层50的外壁。在运行过程中，空气B还可以通过定 子/转子从外壳的另一侧被吸入-见例如图13。吸入的空气B可以冷却电机。无护罩的叶轮24 使得空气能够以这个方式被吸入通过电机，从而提供冷却。向前的扫掠叶片尖端31对鼓风 机外壳的上部区域中循环的气体形成强旋转力，由此产生高的气体循环速度。由于区域之 间的压力差，上部区域中的气体将自然地流过孔口 57到达下部区域。当上部区域中的具有 高速度和低压力的气体进入下部区域(确切地蜗壳53)时，气体速度下降并且压力上升。典 型地，蜗壳53具有比该上部区域更大的体积以便有助于促进气体压力增加。
[0178] 通过将该鼓风机内部空间分成两个分开的区域，可以实现多个优点。在常规鼓风 机中，离开叶轮的高速气体冲向限定物理边界的边缘或舌状物，在该物理边界处气体离开 该蜗壳进入出口通道。冲向舌状物处的高速气体流是湍流的并且对鼓风机性能是无效率 的。由舌状物引起的湍流减少还引入了噪音源。相比之下，将优选鼓风机的外壳分成上部区 域和下部区域减少了由舌状物引起的影响。该上部区域允许气体高速循环。优选分隔部57 的逐渐的径向打开和关闭提供了至下部区域的流体路径，该下部区域没有(或者具有减少 的）空气动力学的湍流边缘。当循环气体已进入下部区域时，蜗壳的增大的体积鼓励气体减 慢速度并且增加压力。减小的气体速度将一般由舌状物55引起的湍流影响减小到低或可忽 视的水平。因此，该鼓风机单元能够跨宽压力和流量范围来运行，其中当与其他鼓风机相比 较时噪音输出大幅度减少。更宽并且更长的孔口 57相对上部区域增加了下部区域的流速。 因此，该孔口的大小根据所希望的流速和鼓风机单元的压力范围来选择。
[0179] 图19中以截面形式示出了用来驱动叶轮24的电机。优选地，该电机是利用无传感 器矢量控制(又被称为"场定向控制"）来运行的无刷直流电机，该无刷直流电机通过安装到 PCB130上的连接器131而由微控制器、微处理器或类似控制器14(如图7中所示)来控制。该 控制器可以被调谐以适应低惯性叶轮。叶轮31的中心毂32与从电机61延伸出来的轴60相接 合。多个优选地小的磁性区段被安装到该轴上以形成转子62。在一个实施例中，该磁体具有 20mm的直径，但更通常地，该直径可以少于20mm并且优选地在10mm到15mm之间。该磁体体积 小于1600mm3并且可以在500mm3与1600mm3之间。环绕转子62的是具有多个极63和绕组68的 叠层定子。该定子安装到该PCB或其他基底130上并且这些绕组联接到连接器131上。微控制 器14通过连接器131来选择性激励这些线圈以方便该转子并且因此轴60和叶轮31绕由轴60 的中心线所限定的中心轴线旋转。
[0180] 轴60由轴承结构固持在电机内。优选地，该轴承结构具有一个或多个轴承64以及 一个或多个轴承安装座65。如所示的这些轴承安装座65在内表面上与这些轴承接合并且在 外表面上与该定子接合。这些轴承安装座和该定子的优选接合是摩擦式的。为了促成摩擦 式接合，这些轴承安装座65是由软而弹性和/或柔性的材料(如硅酮橡胶或其他弹性材料） 制成的。该材料可以是低蠕变、温度稳定、低压缩形变并具有高角正切（高度粘性的）、高度 减震的。实例包括:捏塑模制橡胶，像NBR、丁腈橡胶和氟代硅酮;热塑性弹性体(TPE)，像埃 克森公司（Exxon)的山都平(Santoprene);热塑性聚氨酯橡胶，像GLS公司的Dynaplast;热 固化饶注聚氨酯橡胶，像国有聚氨酯橡胶公司(National Urethanes)的10T90;以及多种其 他冷饶注橡胶化合物，像道康宁(Dow Corning)、瓦克(Whacker)及其他公司的RTV(室温固 化的硫化橡胶）。在另一个实施例中，可以使用衬套(橡胶或其他)代替轴承。
[0181]此类材料允许这些安装座65在安装时压缩，然后扩展到其所选择的位置以通过接 合扩展尺寸而被限制性地固持在位。这些安装座65任选地由悬突部66来限制，该悬突部形 成该定子上的电绝缘体/隔离体或其他框架结构（"定子框架"）的一部分。类似地，这些轴承 可以由形成该轴承安装座的一部分的悬突部67来限制。这些悬突部中任一个或两个可以都 围绕这些轴承安装座的内环和外环分散地布置，或替代地，围绕安装座的圆周延伸以限定 凹陷，该安装座位于该凹陷中。
[0182] 这些轴承安装座为可旋转轴60提供顺性。因为旋转物体（如转子62、轴60和叶轮 31)通常遭受某种程度的旋转失衡，所以这些轴承安装座能够使电机转子免受固有旋转所 引起的振动。已发现，如上所述的具有低旋转惯性的轻型、无护罩叶轮与轴承安装座的给定 的顺性的结合使得转子62、轴60以及叶轮31能够被制造出来并且完全省略用于旋转部件的 任何制造后的平衡过程。这些优点有益于制造成本和时间。叶轮的轻型性质允许通过轴承 安装座来补偿任何失衡。轻型叶轮还允许实现叶轮对变化的条件的更快速度响应。由于缺 少护罩而引起的压力的任何不想要的波动可以通过快速改变叶轮速度来将压力变回到所 希望的水平而被补偿。
[0183] 应注意的是，尽管图19示出了与安装在电机定子内的轴承安装座65,但它们同样 可以被封装在电机的外部。例如，这些安装座65可以替代地安装在鼓风机外壳或气体供应 单元7内形成的轴颈里。在此类情况下，其中轴承安装座位于气体供应单元7内，还有利的 是，省略用于鼓风机外壳50、51的分散结构，而是将这些外壳的内表面直接安装到气体供应 单元7的内部结构上。
[0184] 为了提供鼓风机的旋转部件的进一步的减震，电机和叶轮可以任选地安装在顺应 安装装置上。图20示出了此类安装装置70的一个实施例。根据本实用新型的优选实施例，该 安装座最优选地由软的、柔性而弹性的材料(如硅酮橡胶）制成。安装装置70具有内部凹陷 71，定子被接纳在该凹陷内。优选地，该内部凹陷小于电机的外表面以鼓励这些部件之间的 过盈配合。图21示出了位于安装凹陷71内的电机61。
[0185] 多个凸起72环绕安装座70的上表面和下表面。每个凸起72优选地具有凹陷到该安 装座的本体内的底座以有效地增加长度，由此这些凸起自由弯曲。该凸起的末端延伸过该 安装座的上表面和下表面以为安装座和电机总成提供支撑杠杆作用。在电机的运行过程 中，由旋转部件的任何失衡引起的振动通过允许安装座70的本体相对于支撑这些凸起72的 表面移动而被每个凸起所吸收。
[0186] 图22A是常规风扇单元在无回声室中所测得的声压水平的曲线图。图22B是根据本 实用新型的风扇单元的声压水平的曲线图。可以看出，轻型和无护罩的叶轮24、柔性轴承安 装座65和柔性电机安装座70有助于显著减少在所测试的50Hz到10kHz的频谱范围内的噪音 输出。
[0187] 图23至28中示出了电机和叶轮总成的进一步的实施例。这个实施例的许多方面与 之前实施例的那些方面相同。与之前实施例相关说明的而没有在本实施例中说明的特征可 以在适当时被认为存在于这个实施例中。相同特征将使用与之前的实施例相同的参考数 字。图27中以截面形式示出了用来驱动叶轮24的电机。优选地，该电机是利用无传感器矢量 控制（"场定向控制"）来运行的无刷直流电机，该无刷直流电机通过安装到PCB/基底230(如 图23中所示）上的连接器231而由微控制器、微处理器或类似控制器14(如图7中所示）来控 制。该控制器可以被调谐以适应低惯性叶轮。参照图23、图24和图27,叶轮24的中心毂32与 从电机61延伸出来的轴60相接合。多个优选小的磁性区段被安装到该轴上以形成转子62。 环绕转子62的是具有环形外部242以及多个极243和绕组68的叠层定子241。该定子安装到 该PCB或其他基底230上并且这些绕组68联接到连接器231上。定子241具有覆盖环形部242 和这些极243的顶部和底部的电绝缘体/隔离体(形成定子框架）270a、270b。每个绕组68优 选地组装在每个极243上的绝缘体270a、270b上。围绕向上延伸的圆周271并且在向上延伸 272a以及向下延伸272b的极的末端处提供了多个用于接合和保持的凸起。
[0188] 参照图24中的叠层240之一的平面图，每个叠层包括环形的外部242和径向向内延 伸的极部分243。每个极部分243的边缘244包括波形。该波形包括两个在中心顶点244c处交 汇的凹部244a、244b。参照图25,当多个叠层240堆叠在一起来产生定子241时，每个极243具 有如图25中所示的波形的内径向面250。该面250包括两个在中心顶点250c处交汇的凹部 250a、250b。此安排减少接头。该定子和/或转子可以具有偏斜的磁化。使用控制器14借助连 接器231来选择性地激励这些绕组以方便转子并且因此轴60和叶轮31围绕由轴60的中心线 所限定的中心轴线旋转。
[0189] 轴60由轴承结构而被固持在电机内。优选地，该轴承结构具有一个或多个轴承64 以及一个或多个轴承安装座260(见图26)。如所示的这些轴承安装座260在内表面261上与 这些轴承64接合并且在外表面上与该定子241/绝缘体270a/270b接合，如图27所示。该轴承 安装座260包括主环形本体265，该主环形本体从中心孔口 263的低点弯曲到外圆周262上的 高点。该外圆周包括接合唇缘264,优选地在外圆周262与主环形本体265交叉处具有斜面 264a。内孔口 263与主本体265的内圆周261的交叉处还优选地具有斜面261a。环形壁/凸台 266在内部孔口 263处从主环形本体265向上延伸。环形壁266的顶部267具有悬伸的接合唇 缘268。唇缘268与环形壁266并且与该悬伸的唇缘侧壁268a的交叉处优选地是斜切的268b、 268c。轴承安装座260与这些轴承64和定子241的优选接合是摩擦式的。为了促成摩擦式接 合，这些轴承安装座260是由软而弹性和/或柔性的材料(例如硅酮橡胶或其他弹性材料)制 成的。该材料可以是低蠕变、温度稳定、低压缩形变并具有高角正切（高度粘性的）、高度减 震的。与之前实施例相关地说明了可能的材料。此类材料允许这些安装座260在安装时压 缩，然后扩展到其所选择的位置以通过接合扩展尺寸而被限制性地固持在位。它们还提供 顺性。
[0190] 图27以实线示出了处于未安装/未组装状态的、具有向上曲率的轴承安装座。这 些虚线示出了处于安装/组装状态的轴承安装座260,被夹到定子/绝缘体279a、270b中。在 安装状态下(又被称为接合状态或构型)该环形本体与定子241和/或定子框架270a、270b相 接合并且该环形本体265被迫从弯曲状态（以实线示出）变成接合(平坦的）构型（以虚线示 出），该接合构型通过提供偏置的轴承安装座的作用来为一个或多个轴承提供预负荷，该偏 置是由作用在该定子和/或定子框架以及轴承上的弹性/柔性本体所提供的。这些座260任 选地由在绝缘体270a、270b上形成的悬突部272c、272d来限制的。类似地，这些轴承64可以 由形成为轴承安装座260上的凸台266-部分的悬突部268来限制。这些悬突部中任一个或 两个都可以围绕这些轴承安装座的内部和外部环形分散地布置，或替代地，围绕安装座的 圆周延伸以限定凹陷，该安装座位于该凹陷中。通过将这些轴承64组装在轴60上，叶轮/轴/ 转子被组装到定子241上，将这些轴承安装座260组装在这些轴承64上并且操纵这些轴承安 装座260(通过手动、夹具或其他方式)从而它们与定子绝缘体270a、270b在每个极243处相 接合。在替代实施例中，这些轴承安装座260没有直接联接到定子或绝缘体270a/241上而是 联接到另一个结构（如外壳)上。可以提供与任何合适结构的任何联接安排，这提供如在下 文中阐述的所需要的功能。
[0191] 这些轴承安装座260为可旋转轴60提供顺性。因为旋转物体(例如转子62、轴60和 叶轮24)通常遭受某种程度的旋转失衡，所以这些轴承安装座能够使电机转子免受固有旋 转所引起的振动。已发现，如上所述的具有低旋转惯性的轻型、无护罩叶轮与轴承安装座的 给出的顺性的结合使得转子62、轴60以及叶轮24能够被制造出来并且完全省略用于旋转部 件的任何制造后的平衡过程。这些优点有益于制造成本和时间。叶轮24的轻型性质允许实 现通过这些轴承安装座260来补偿任何失衡/不对齐，由于该轴承安装座的顺性(例如，由于 弹性和/或柔性），该安排是自对齐的。该轴承结构(包括几何形状和材料)还在轴承上提供 轴向预负荷，例如高达7牛顿。该轴承的环形性质提供围绕该轴承64不变/均匀的预负荷。 该弹性/柔性弯曲的环形本体允许该轴承被安装在位并且提供预负荷。轴承安装座260的环 形性质提供围绕该轴承的均匀预负荷，同时低蠕变结构材料保持预负荷。轴承安装座260的 材料还优选地是提供减震的粘弹性减震材料，这减少了在电机运行过程中共振的可能性。 此类粘弹性材料还可以提供所需要的弹性/柔性以提供预负荷。此类材料的实例是热塑性 聚氨酯橡胶，例如GLS公司的Dynaplast。以上所提及的用于轴承安装座260的其他弹性和/ 或柔性材料可以被适配成通过添加云母而提供所需要的减震。轻型叶轮还允许叶轮对变化 的条件的更快速度响应。由于缺少护罩而引起的压力的任何不想要的波动可以通过快速改 变叶轮速度来将压力变回到所希望的水平而被补偿。这些轴承安装座还提供振动隔离。
[0192] 为了提供鼓风机的旋转部件的进一步的减震，电机和叶轮可以任选地安装在顺应 安装装置(电机安装座)280上。图23、图27和图28示出了此类安装装置280的一个实施例。根 据本实用新型的优选实施例，该安装座最优选由软的、柔性而弹性的材料(例如硅酮橡胶） 制成。安装装置280具有环形本体282，该环形本体带有上接合唇缘282a和下接合唇缘282b， 这些接合唇缘限定内部凹陷281，该定子241被布置在该凹陷中。优选地，该内部凹陷281小 于该定子的外表面以促使这些部件之间的过盈配合。图27示出了位于该安装凹陷281内的 电机。
[0193] 多个凸起283环绕安装座280的上表面和下表面。该凸起的末端延伸过该安装座的 上表面和下表面以为安装座和电机总成提供支撑杠杆作用。在电机的运行过程中，由旋转 部件的任何失衡引起的振动通过允许安装座280的本体相对支撑这些凸起283的表面移动 而被每个凸起所吸收。
[0194] 以上说明描述了包括轻型叶轮总成的鼓风机的多个实施例。图19和图27示出了带 有组装在磁转子62上的金属（例如，钢)轴60的实施例。该金属轴被压力配合到该磁转子中 的孔口中。这需要精密公差控制以确保良好的紧密配合来减少滑动。然而，该配合不应该紧 密到以致该磁转子有破裂风险。
[0195] 图30至图33B中示出了替代性轴和磁转子总成，这些总成可以替代图19或图27中 所示的总成而被用在该定子中。
[0196] 图30A、图30B和图31示出了上述实施例的可能的替代性转子总成。该总成包括金 属轴300(见图31)和磁转子301。该磁转子301具有中心开口 302。该中心开口 302包括具有多 个缺口 303a至303d的中心部。该中心开口还包括穿过中心截面的定型边缘，从而提供阶梯 式平台308(见图30B)。金属轴300具有在其外部的滚花(knurled)区段309b并且延伸穿过中 心开口 302。在轴300与磁转子301之间，塑料插入件303被注塑模制在中心开口 302中。塑料 插入件303被包覆模制到该磁转子的阶梯式平台308上。这提供了插入件303,该插入件具有 与中心开口302类似的外形。在轴300与包覆模制(插入)材料303之间形成互锁(齿接），以便 金属轴滚花区段309b与该包覆模制插入件303相接合以将轴300联接到磁转子301上。该总 成304可以用于上述实施例中，如图19和27,其中那些实施例的轴60和磁转子62被如图30A、 图30B和图31中所述的金属轴300/塑料插入件303/磁转子301总成304所替代。可以如图34 所示的来创造该总成。将转子放在模具中，步骤340;引入该轴，步骤341;引入另一个模具半 部，步骤342;在该轴/转子之间注塑模制该插入件，步骤343;并且接着移除该模具，步骤 344 〇
[0197] 图32示出了根据另一个替代实施例的磁转子和轴总成320的平面、正视以及立体 视图。该总成320包括由磁材料形成的转子301。磁转子301具有中心开口 302。该中心开口 302包括具有多个缺口 303a至303d的中心部。该中心开口还包括穿过中心截面的定型边缘， 从而提供阶梯式平台308。
[0198] 总成320还包括延伸穿过该插入开口 310的中心的塑料轴321并且被包覆模制到磁 转子301上，如将在下文中所说明的。当包覆模制时，该轴包括一体式包覆模制磁插入部 323。该轴321可以被形成包括六角形322或其他位置轮廓用于与叶轮24压力配合联接。塑料 轴321包括任何合适的塑料或其组合，例如，乙酰(acety)或聚丙烯，尽管可以使用任何合 适的注塑模制或其他塑料。
[0199] 总成320可以用于上述实施例中，例如图19和图27,其中这些实施例的轴60和磁转 子62被如图32中所述的塑料轴321/磁转子301总成320所替代。
[0200] 图33A和图33B示出了可以用来制造轴/转子总成320的注塑模制工具，并且图35是 制造方法的流程图。工具320是打开和关闭的两部分模具工具，包括第一模具部分/部331a 和第二模具部分/部331b，该第一和第二模具部分/部一起形成包括磁性夹具333的模具/腔 室332。该模具包括腔室来形成轴321、六角形配合形状322和包覆模制部323。在总成320的 制造过程中，将如上所述的带有开口302的磁转子301引入到该模具中并且在该模具的一个 半部中布置在位从而形成夹具333,步骤350。该模具的顶部321a被放置在位以产生带有底 部321b的模具腔室332,步骤351。注塑模制过程开始(步骤352)，以注塑模制塑料来产生轴 321，该轴包覆模制到磁转子301上。该注塑模制过程将塑料包覆模制到转子磁体301的阶梯 式平台308部上以产生插入件部323。一旦该注塑模制过程完成，这些模具部分321a、321b被 移除，从而剩下总成320,步骤353。该总成320然后可以用于例如图19或图27的电机中。
[0201] 之前，一直不可能在CAPA机器或类似机器的鼓风机的电机中使用塑料轴/转子总 成。塑料轴的强度不足以承受此类电机中所涉及的力。然而，在上述轻型叶轮实施例中，这 些力是使得塑料轴转子变成可能。转子的轻型和低惯性性质以及顺应轴承安装座和减小不 平衡力和其他力的其他特征使得能够使用塑料轴。塑料转子总成和制造方法两者提供超越 现有金属轴转子的优点。
[0202] 本实用新型的不同特征的组合提供多个优点，这可以通过使用单一叶轮来实现。 利用轻型/低惯性叶轮(例如，通过去除一些或所有护罩和/或减少叶片材料)减小了由于制 造公差所引起的叶轮失衡。之前，在制造之后并且在组装鼓风机过程中，有必要去除材料/ 增加材料到叶轮上以改进平衡。叶轮的轻型性质意味着任何小的失衡都是可忍受的而无 需矫正。与此结合，如果失衡不够小时，弹性/柔性轴承结构安装座65和/或定子安装座可以 补偿叶轮的任何失衡。由于叶轮足够轻，任何失衡是足够小的量级以致可以通过轴承结构 安装座65来补偿，而无需在组装过程中改变叶轮的重量。
[0203] 轻型结构还允许更大直径的叶轮，这进而提供更高的特定RPM的尖端速度。这允许 鼓风机的低RPM运行，同时依然实现所需要的压力（这依赖于尖端速度）。具有更低的RPM将 振动减小到可接受的水平，或者减小到能够通过轴承结构和/或定子安装座补偿的水平。如 之前所述的叶轮轻型结构使得能够使用更大的叶轮，因为它提供实现所需要的压力/响应 的低惯性。即，需要更低的转矩使叶轮加速和减速以达到所需要的尖端速度/压力。这提高 动态性能（响应）。除此以外，电机中的小磁体(与轴承结构组合)消除了在组装过程中进行 平衡的需要，改进了动态性能。
[0204]弹性/柔性轴承结构允许实现叶轮和轴总成的自对齐、顺性、减震和预负荷。并且 组合轻型/低惯性叶轮减少或消除了在组装过程中平衡修改的需要（如上所述），这使得组 装更容易。轴承结构提供制造过程中的宽松公差，因为它补偿更大的公差。轴承结构还隔离 振动和/或减震，同时在需要时还允许叶轮的高RPM速度。定子框架/电机安装座还提供振动 隔离。
[0205]将鼓风机分成第一和第二区域的分隔部分出高速区域以减少噪音。这允许并且保 持恒定的高流速同时将速度分散到压力上。
[0206] 塑料轴的使用还较金属(例如，钢)轴提供了多个益处，包括(但不限于）以下方面
[0207] 与不同材料相关联的可靠性风险降低。
[0208] 钝齿/卡爪插入件与轴之间的滚花接口不必针对破裂、滑动、脱离、收缩、流体进 入/腐蚀而被监控。
[0209] 叶轮到轴的接口被改进并且承载着类似减小的可靠性风险。由于相似的热膨胀 (由于塑料对塑料的压力配合)它更不易于破裂。由于添加某个键接特征（例如六角形或 槽)的机会，减少了滑动的机会。
[0210] 塑料轴总成是压力配合而不是滑动配合，所以更加稳定，并且发出响声的机会更 小。
[0211] 相对于金属轴，成本被降低。这是由于以下方面。
[0212] 不需要根据滑动配合的公差制造该轴，因为该塑料轴的塑性允许以宽松得多的公 差或不精确性来压力配合这些轴承。
[0213] 不需要在滚花之后研磨该轴以重建平直度的需要。
[0214] 不需要处理该轴和将其插入到模具中。
[0215] 有可能使用比钢具有更好的振动吸收特性的材料。
[0216] 易组装性可以通过减少轴承压力配合接合的长度来提高，通过减小带有六角形的 轴直径，根切该轴的叶轮侧减少该长度。
[0217] 总之，以下优点通过组合以下一个或多个特征来提供的：
[0220]尽管已经根据某一实施例对本实用新型进行了描述，但是对于本领域普通技术人 员清楚的其他实施例也在本实用新型的范围之内。因此，在不偏离本实用新型的精神和范 围的情况下，可以做出各种改变和修改。例如，可以根据需要重新定位不同的部件。而且，并 非所有这些特征、方面和优点都是实践本实用新型必不可少的。因此，本实用新型的范围旨 在只由以下权利要求书来限定。
【主权项】
1. 一种呼吸辅助装置，其特征在于，该呼吸辅助装置包括： 增压气体源，该增压气体源包括： 进气口， 出气口，该出气口被适配成将增压气体排出到该呼吸辅助装置的出口，以及 在可旋转塑料轴上的轻型叶轮。2. 根据权利要求1所述的呼吸辅助装置，其特征在于，该轻型叶轮是无护罩的或以其他 方式具有减少的材料。3. 根据权利要求1至2中任一项所述的呼吸辅助装置，其特征在于，该呼吸辅助装置进 一步包括带有定子的电机，其中该可旋转塑料轴位于该定子内，并且该电机进一步包括至 少一个轴承结构来支撑该定子内的可旋转塑料轴，该轴承结构具有一个或多个轴承安装 座。4. 根据权利要求3所述的呼吸辅助装置，其特征在于，这些轴承安装座为该可旋转轴提 供顺应支撑。5. 根据权利要求3所述的呼吸辅助装置，其特征在于，该电机进一步包括在该定子内的 转子，该塑料轴通过注塑模制而形成并且联接到该转子上。6. -种呼吸辅助装置，其特征在于，该呼吸辅助装置包括： 电机，该电机包括位于定子内的可旋转塑料轴， 轴承结构，以支撑该定子内的该可旋转轴，该轴承结构具有一个或多个轴承安装座。7. 根据权利要求6所述的呼吸辅助装置，其特征在于，这些轴承安装座为该可旋转轴提 供顺应支撑。8. 根据权利要求6或7所述的呼吸辅助装置，其特征在于，该电机进一步包括在该定子 内的转子，该塑料轴通过注塑模制而形成并且联接到该转子上。9. 一种呼吸辅助装置，其特征在于，该呼吸辅助装置包括： 增压气体源，该增压气体源包括： 外壳 进气口， 出气口，该出气口被适配成将增压气体排出到该呼吸辅助装置的出口， 电机，该电机具有可旋转塑料轴以及至少一个轴承结构来支撑定子内的该可旋转轴， 该轴承结构具有一个或多个柔性和/或弹性轴承安装座以为该可旋转轴提供顺性和/或预 负荷和/或减震， 联接到该可旋转塑料轴上的轻型叶轮， 柔性和/或弹性电机安装座，该电机安装座将该定子与该外壳相联接以为该电机提供 顺性和/或减震， 分隔部，该分隔部在该外壳内部限定第一和第二内部区域，其中该第一和第二区域通 过在该分隔部中或由该分隔部形成的月牙形开口而流体式连接。10. 根据权利要求9所述的呼吸辅助装置，其特征在于，该轻型叶轮是无护罩的或以其 他方式具有减少的材料。11. 根据权利要求9或10所述的呼吸辅助装置，其特征在于，该电机进一步包括在该定 子内的转子，该塑料轴通过注塑模制而形成并且联接到该转子上。12. -种用于电机的总成，其特征在于，该总成包括塑料可旋转轴，该塑料可旋转轴延 伸通过磁转子中的开口并且被联接到其上。
【文档编号】A61M16/00GK205515844SQ201390001102
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2013年12月2日
【发明人】J·N·博特马, S·本特, A·J·达比
【申请人】费雪派克医疗保健有限公司