一种提高性能和寿命的蠕动泵系统及在血液分离中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于医疗设备技术领域，尤其涉及一种蠕动栗系统及其在血液成分分离机上的应用。
【背景技术】
[0002]目前，各行业广泛应用的蠕动栗，尤其是血液成分分离机上应用的蠕动栗，大部分是采用步进电机驱动，有些是采用有刷直流伺服电机驱动。应用步进电机驱动的优点是价格低、低速力矩大、控制简单、寿命长，缺点是振动、发热、容易丢步、高速力矩小、效率低、体积大。由于步进电机不具备伺服特性，所以在血液成分分离机上应用时，更大的隐患是容易将液体管路挤裂。总之，由步进电机驱动的蠕动栗在血液成分分离机上应用，安全性差，动态性能差。
[0003]应用有刷直流伺服电机的优点是伺服特性好、效率高、发热低、不丢步、高速和低速时的转矩都高，缺点是成本高、控制难度大，由于电刷的磨损问题，导致寿命短，体积大。总之，由有刷直流伺服电机驱动的蠕动栗在血液成分分离机上应用，性能好，但寿命低。
【发明内容】
[0004]为了克服步进电机驱动的蠕动栗和有刷直流伺服电机驱动的蠕动栗的缺点，本发明提供了一种新型的提高性能和寿命的蠕动栗系统，及该蠕动栗系统在相关的血液成分分离机上的应用。通过新型的蠕动栗系统的使用，既可以提高蠕动栗性能，又可以延长使用寿命，为血液分离带来了高效性。
[0005]关于本发明的技术方案:一种提高性能和寿命的蠕动栗系统，包括栗头、伺服电机、驱动器、反馈元件)和主控系统，其特征在于:
[0006]伺服电机为无刷伺服电机，由驱动器驱动，伺服电机的输出轴连接栗头，驱动器受主控系统的指令驱动栗头，反馈元件安装于电机转子上，反馈电机转动的位置信息给驱动器。
[0007]伺服电机主要由定子和转子两部分组成，定子包括定子支架和绕于其上的三组磁感应绕组，记为U、V、W绕组，转子包括转轴和固定于转轴上的永磁体，转轴与栗头相连，三组绕组通过电子开关线路提供电源，所述电子开关线路中包含6个功率晶体管，两两为一组，分为上臂和下臂组成换流器，连接到其中一组绕组上；驱动器包含微控制器单元、PWM处理单元和功率驱动单元，微控制器单元接收反馈元件的速度和位置检测信号，与主控系统的给定速度进行比较，进行速度调节，速度的调节再转化为对电流的调节，反映给PWM单元；PWM处理单元通过功率驱动单元和逆变电路连接到电子开关线路。
[0008]无刷伺服电机为直流无刷电机、直流永磁同步电机、交流伺服电机、无刷力矩电机中的一种。
[0009]所述电子开关线路中带有转换器，如果输入的是交流电，先将输入的交流电转换成直流电，直流电压再由换流器转成三相电压来驱动电机；如果输入的是直流电，直接由换流器转成三相电压来驱动电机。
[0010]驱动器采用矢量控制法控制电机的定子电流矢量，分解为产生磁场的电流分量和产生转矩的电流分量分别加以控制。
[0011]所述反馈元件包括传感器定子部分和转子部分，定子部分安装于伺服电机的定子上，转子部分安装于伺服电机的转子上。
[0012]进一步讲，所述反馈元件采用增量式编码器，或绝对式编码器，或旋变，或测速机，或电位器。
[0013]进一步讲，所述反馈元件采用增量式光电编码器，其结构是包括光源、光电码盘、光栅、光挡板、光敏元件和信号处理电路，光挡板固定在电机的定子支架上；带有光栅的光电码盘安装在电机的转轴上；光电码盘随电机轴转动，光源经聚光镜聚光后，根据光栅和光挡板的位置，形成忽明忽暗的光信号，光敏元件位于光挡板后方，接收这种光信号，并转换为脉冲信号，送给信号处理电路整形、放大。
[0014]进一步讲，所述光挡板上有两个狭缝A和B，对应设置两个光敏元件，可使光敏元件接收到的信号相差90度相位，正转时，Ua超前Ub，反转时，Ub超前Ua，通过记录队和U淑个数，判断转轴转过的位置和速度，通过检测队和U 4勺相位差，判别转轴的旋转方向。
[0015]所述的蠕动栗系统在血液分离中的应用方法，其特征是，在血液成分分离机上，安装所述的蠕动栗系统，一套作为血液成分分离机的血栗，另一套作为抗凝剂栗，再一套作为血浆栗。当为单采血浆时(只有血栗和抗凝剂栗)，血液成分分离机开启血浆栗和抗凝剂栗，主控系统通过设定血浆栗和抗凝剂栗的运转速度比例，控制血浆栗和抗凝剂栗协同运转，实现血浆采集；当血液成分分离机还包含血小板采集时，主控系统按照要求量，控制三套栗栗之间的运转速度比例，实现血小板采集。
[0016]本发明的技术方案的有益效果是:1)本发明采用无刷伺服电机驱动蠕动栗，由于无刷伺服电机具有转矩大、效率高、功率密度大、体积小和伺服性能好等特点，且通过电子换向，不使用电刷换向，从而避免了电刷磨损等技术问题，从根本上延长了蠕动栗的使用寿命，从而保证了整个蠕动栗的优良动态特性。2)本发明的驱动器采用矢量控制算法，通过驱动器，能够对无刷伺服电机的转矩、速度、位置实行精确的控制。对管路卡死、负载跳变等故障能够迅速报警，以及速度和位置超差能够迅速报警，从而保证了整个蠕动栗的优良动态特性，从而保证了整个医疗设备的安全性。3)无刷直流伺服电机驱动蠕动栗，具有转矩大、效率高、功率密度大、体积小和伺服性能好等特点，且通过电子换向，不使用电刷换向，从而避免了电刷磨损等技术问题，从根本上延长了蠕动栗的使用寿命，从而保证了整个蠕动栗的动态特性优良。
【附图说明】
[0017]图1是本发明实施例的蠕动栗系统结构示意图。
[0018]图2是无刷伺服电机的结构简图；
[0019]图3是电子开关线路与电机电子的连接关系图；
[0020]图4是驱动器的控制原理图；
[0021]图5是反馈元件在电机上的安装示意图；
[0022]图6是增量式光电编码器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0024]本发明提供一种新型的蠕动栗系统，用以提高其性能和使用寿命，扩展其在血液分离机上的应用。该蠕动栗系统的组成关系如图1所示，包括了:栗头1、伺服电机2、驱动器3、反馈元件4和主控系统5几部分，图中箭头指向为控制方向或信号反馈方向。
[0025]其中，伺服电机2由驱动器3驱动，而驱动器由主控系统5 (也即计算机或工控机系统)发出驱动指令。电机的输出轴连接栗头1，为栗头提供动力。栗头I另一端连接负载(即栗管)。反馈元件4安装于电机转子上，用于监测电机的转子转动位置信息，并反馈给驱动器3。驱动器3可以根据反馈元件4解算出电机的速度和位置信息，并且为下一步调整提供依据。驱动器3与主控系统5电连接，接收主控系统5的指令，根据反馈元件3反馈的位置，控制伺服电机2运转，进行伺服控制，保证蠕动栗的运转特性。
[0026]本发明提供的伺服电机2是采用无刷伺服的形式。无刷伺服电机包括直流无刷电机，直流永磁同步电机(即PMSM电机)，交流伺服电机，无刷力矩电机等。无刷伺服电机具有体积小，重量轻，出力大，响应快，