專利名稱：電磁比例閥和包含該電磁比例閥的呼吸機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體控制領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電磁比例閥和包含該電磁比例閥的呼吸機(jī)。
背景技術(shù)：
在呼吸機(jī)、麻醉機(jī)等醫(yī)療器械的使用過程中，需要對患者進(jìn)行機(jī)械通氣，對于正在接受治療的患者來說，通氣流速的大小和通氣總量的控制是非常重要的，特別是嬰幼兒患者和危重癥患者，不合適的通氣流量會對患者帶來不適感，甚至帶來危險(xiǎn)，因此通氣流量的控制是非常重要的。急救呼吸機(jī)一般采用通斷電磁閥結(jié)合手動流量調(diào)節(jié)閥控制通氣流速和通氣總量。 為了達(dá)到更好的治療效果，目前治療呼吸機(jī)一般采用精密比例閥來同時(shí)控制輸入至患者的氣體流速和通氣總量?，F(xiàn)有的典型的比例閥結(jié)構(gòu)如圖1所示。即由活動銜鐵13’固連閥芯 4’，在線圈9’的電磁力驅(qū)動下，閥芯沿起導(dǎo)向作用和密封作用的密封部件16’左右移動，達(dá)到調(diào)節(jié)閥口 a’大小的目的。當(dāng)然也有銜鐵固定不動，由線圈帶動閥芯左右移動的，結(jié)構(gòu)大體差不多。由于這種比例閥存在相互接觸的相對運(yùn)動，所以不可避免的就存在摩擦力。由于靜摩擦力的影響導(dǎo)致比例閥在不同時(shí)期的輸出流量與輸入電流關(guān)系發(fā)生變化，這就導(dǎo)致使用這種比例閥的設(shè)備(比如有精確流量要求的呼吸機(jī))需要定期使用專用工具校正。由于動摩擦力的影響削弱了電磁力的作用，尤其在輸入控制電流較小時(shí)，會嚴(yán)重影響到輸入電流與輸出電磁力的比例關(guān)系，這也是導(dǎo)致現(xiàn)有比例閥小流量(比如小于lL/m或0. 5L/m 時(shí))輸出不穩(wěn)定無法精確控制的原因之一；而且由于比例閥開啟和關(guān)閉摩擦力的作用正好相反，導(dǎo)致現(xiàn)有比例閥開啟和關(guān)閉產(chǎn)生很大的滯回。為了最大限度的減小滯回對流速控制的影響，不得不研究復(fù)雜的控制算法，使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備定期校準(zhǔn)，大大增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種電磁比例閥和包含該電磁比例閥的呼吸機(jī)，能夠有效避免摩擦力對流量控制帶來的不穩(wěn)定性，克服流量控制的滯回誤差，實(shí)現(xiàn)對小流量的穩(wěn)定控制，降低加工生產(chǎn)的難度。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電磁比例閥，包括閥體， 具有腔體；線圈支架，封設(shè)在閥體的腔體的開口端；線圈，纏繞在線圈支架上，線圈支架具有內(nèi)腔，還包括銜鐵，固定設(shè)置在線圈支架的內(nèi)腔中；閥芯支架，一側(cè)連接在固定設(shè)置在閥體內(nèi)壁上的第一彈簧上，另一側(cè)連接在套設(shè)在銜鐵上的第二彈簧上，通過第一彈簧和第二彈簧懸空設(shè)置在閥體的腔體內(nèi)；閥芯，設(shè)置在閥芯支架內(nèi)。進(jìn)一步地，在閥芯支架的背離所述閥芯的一端設(shè)置有永磁體，永磁體連接在第二彈簧上。進(jìn)一步地，閥芯支架套設(shè)在第一彈簧內(nèi)，其上具有對第一彈簧形成限位的止擋凸緣。
進(jìn)一步地，永磁體套設(shè)在第二彈簧上，第二彈簧的另一端抵接在線圈支架上。進(jìn)一步地，第一彈簧為強(qiáng)力彈簧。進(jìn)一步地，第二彈簧為弱彈簧。進(jìn)一步地，線圈支架與閥體的結(jié)合面上設(shè)置有密封圈。進(jìn)一步地，在銜鐵與永磁體相對的端面上設(shè)置有限位塊。進(jìn)一步地，弱彈簧為變系數(shù)彈簧，其彈力F與位移χ的關(guān)系為F = kx2。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種呼吸機(jī)，包括上述的電磁比例閥。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，閥芯位于閥芯支架內(nèi)，并通過連接在閥芯支架兩端的彈簧懸置在閥體的腔體內(nèi)，避免了閥芯與閥體相互接觸的運(yùn)動，避免了摩擦力對流量控制帶來的不穩(wěn)定性，以及流量大小變化帶來的滯回性，能夠使比例閥控制的流量長期保持穩(wěn)定。 由于不需要考慮閥芯與閥體之間的配合，因此減少了閥芯和閥體的加工要求，降低了加工難度。由于彈簧的壓力可以計(jì)算，因此可以通過控制電流的大小來克服彈簧的阻力，實(shí)現(xiàn)對流量的精確控制。


構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的電磁比例閥的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電磁比例閥的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的管線連接示意圖；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電流-流量單調(diào)曲線圖。
具體實(shí)施例方式下文中將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電磁比例閥包括閥體2，具有腔體；線圈支架 11，封設(shè)在閥體2的腔體的開口端；線圈9，纏繞在線圈支架11上，線圈支架11具有內(nèi)腔， 電磁比例閥還包括銜鐵8，固定設(shè)置在線圈支架11的內(nèi)腔中；閥芯支架5，一側(cè)連接在固定設(shè)置在閥體2內(nèi)壁上的第一彈簧3上，另一側(cè)連接在套設(shè)在銜鐵8上的第二彈簧7上，通過第一彈簧3和第二彈簧7懸空設(shè)置在閥體2的腔體內(nèi)；閥芯4，設(shè)置在閥芯支架5內(nèi)。圖中箭頭方向代表氣體流動方向。本發(fā)明的實(shí)施例在基本原理上與現(xiàn)有比例閥相同，都是依靠輸入電流大小控制比例閥輸出流量大小。區(qū)別是現(xiàn)有比例閥依靠線圈或銜鐵產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動閥芯位移實(shí)現(xiàn)比例閥的開啟或關(guān)閉；本發(fā)明采用的是，線圈或銜鐵與閥芯不直接接觸，利用永磁體與電磁鐵在一定距離內(nèi)的相互吸引或排斥力驅(qū)動由強(qiáng)力彈簧和弱彈簧支撐的閥芯移動，實(shí)現(xiàn)比例閥的開啟或關(guān)閉。閥體2是電磁比例閥的支撐部件，左側(cè)為比例閥的氣源入口，氣源入口內(nèi)安裝有過濾器1，能夠?qū)M(jìn)入比例閥中的氣體進(jìn)行過濾，防止雜質(zhì)進(jìn)入，能夠保證電磁比例閥的控制精度，延長其使用壽命。閥口 a與閥芯4相互配合，即閥芯4左右移動開啟或關(guān)閉閥口a。閥芯支架5右側(cè)安裝永磁體6，左側(cè)安裝閥芯4。閥芯支架5左側(cè)套有強(qiáng)力彈簧即第一彈簧3，右側(cè)套有弱彈簧即第二彈簧7，強(qiáng)力彈簧與弱彈簧相互作用支撐起閥芯支架5，避免閥芯支架5與閥體2接觸。其中強(qiáng)彈簧的一端設(shè)置在閥體2的內(nèi)壁上，另一端套過閥芯支架5的外壁然后抵接在閥芯支架5的止擋凸緣51上。永磁體6從閥芯支架5的背離閥芯 4的一端伸出，并伸入弱彈簧即第二彈簧7內(nèi)設(shè)置，弱彈簧的一端抵接在閥芯支架5的側(cè)壁上，另一端抵接在線圈支架11上。銜鐵8與線圈支架11固連安裝，并伸出線圈支架11進(jìn)入閥體2的腔體內(nèi)，其上纏繞有弱彈簧，銜鐵8對弱彈簧起支撐作用，并使弱彈簧支撐起永磁體6。銜鐵8的與永磁體6相對的端面上裝有限位塊18，對于永磁體6隨閥芯支架5的移動形成限位，防止永磁體6與銜鐵8接觸造成銜鐵8的磨損，或者引起銜鐵8的性質(zhì)的變化。銜鐵8的磁性大小和極性隨著通入線圈9的電流大小和方向改變，可以通過控制電流的大小和方向來控制電磁比例閥的閥芯開口大小，以使流體的流量滿足需要。線圈支架11 與閥體2固連，并在接觸面上增加了密封環(huán)12，增強(qiáng)了電磁比例閥的氣密性。接線端子10 連接外部電源，用于使線圈通電，并可以調(diào)節(jié)電流的大小。整個(gè)比例閥內(nèi)只有一個(gè)活動部件閥芯支架5，忽略重力的影響(重力是恒定不變的，通過第一彈簧3和第二彈簧7相互作用支撐起閥芯支架5的重力)，在氣源壓力、第一彈簧3、第二彈簧7及與銜鐵8的相互作用力下保持平衡。如果保持氣源壓力不變，線圈9通入電流為零，即永磁體6與銜鐵8之間沒有相互作用力，調(diào)節(jié)第一彈簧3和第二彈簧7的長度，改變相互作用力使閥芯4移到最左端與閥口 a配合即關(guān)閉氣源入口。這時(shí)線圈9通入電流，并且逐漸增大，銜鐵8的磁性越來越大，銜鐵8吸引永磁體6向右移動。為了避免由于永磁體6與銜鐵8相互位置變化帶來的相互作用力變化，第二彈簧7被設(shè)計(jì)成變系數(shù)彈簧即彈力F與位移χ的關(guān)系約為F = kx2。永磁體6帶動閥芯支架5向右移動，閥口 a逐漸打開，隨著銜鐵8與永磁體6相互作用力增大，即能克服更大的彈簧變形力，閥芯支架5 繼續(xù)右移，直到永磁體6碰到限位塊18，S卩比例閥的最大開啟位置。本發(fā)明的實(shí)施例的電磁比例閥使用在治療呼吸機(jī)上，用作呼吸機(jī)的吸氣流量執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于精確控制患者每個(gè)呼吸周期吸入潮氣量，或者瞬間吸入流量大小控制。在實(shí)際測試中，得到了穩(wěn)定的流量控制效果，避免了頻繁的校準(zhǔn)，并且得到了呼吸機(jī)流速觸發(fā)需要的 0. 5L/m的穩(wěn)定流量控制，避免了壓力模式下流量持續(xù)變化容易出現(xiàn)的流量控制滯回現(xiàn)象， 導(dǎo)致壓力控制不準(zhǔn)的問題。在呼吸機(jī)內(nèi)的連接方式如圖3所示。氣源經(jīng)過減壓閥調(diào)整到合適的壓力之后，從本實(shí)施例的入口進(jìn)入通過閥口 2與閥芯4的流量調(diào)節(jié)。輸出流量大小及開啟時(shí)間是從PCB 通入接線端子10的電流大小來控制，呼吸機(jī)調(diào)試時(shí)，通過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備得出比例閥輸出流量與控制電流的關(guān)系曲線圖，如圖4所示。由于本發(fā)明的實(shí)施例的電磁比例閥沒有摩擦損耗，電磁力完全用于克服第一彈簧3和第二彈簧7的變形力作用，進(jìn)而控制閥芯4的位移，改變閥口 a的開啟大小，從出口流出，進(jìn)入流量監(jiān)測模塊，準(zhǔn)備輸入患者氣路。從以上的描述中，可以看出，本發(fā)明上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果閥芯位于閥芯支架內(nèi)，并通過連接在閥芯支架兩端的彈簧懸置在閥體的腔體內(nèi)，避免了閥芯與閥體相互接觸的運(yùn)動，避免了摩擦力對流量控制帶來的不穩(wěn)定性，以及流量大小變化帶來的滯回性，能夠使比例閥控制的流量長期保持穩(wěn)定。由于不需要考慮閥芯與閥體之間的配合，因此減少了閥芯和閥體的加工要求，降低了加工難度。由于彈簧的壓力可以計(jì)算，因此可以通過控制電流的大小來克服彈簧的阻力，實(shí)現(xiàn)對流量的精確控制。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電磁比例閥，包括閥體O)，具有腔體；線圈支架(11)，封設(shè)在所述閥體O)的腔體的開口端；線圈(9)，纏繞在所述線圈支架(11)上，所述線圈支架(11)具有內(nèi)腔，其特征在于，還包括銜鐵(8)，固定設(shè)置在所述線圈支架(11)的內(nèi)腔中；閥芯支架(5)，一側(cè)連接在固定設(shè)置在閥體O)內(nèi)壁上的第一彈簧C3)上，另一側(cè)連接在套設(shè)在所述銜鐵(8)上的第二彈簧(7)上，通過所述第一彈簧C3)和所述第二彈簧(7) 懸空設(shè)置在所述閥體O)的腔體內(nèi)；閥芯G)，設(shè)置在所述閥芯支架(5)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁比例閥，其特征在于，在所述閥芯支架(5)的背離所述閥芯的一端設(shè)置有永磁體(6)，所述永磁體(6)連接在所述第二彈簧(7)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁比例閥，其特征在于，所述閥芯支架(5)套設(shè)在所述第一彈簧(3)內(nèi)，其上具有對所述第一彈簧C3)形成限位的止擋凸緣(51)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁比例閥，其特征在于，所述永磁體(6)套設(shè)在所述第二彈簧(7)上，所述第二彈簧(7)的另一端抵接在所述線圈支架(11)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁比例閥，其特征在于，所述第一彈簧(3)為強(qiáng)力彈簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁比例閥，其特征在于，所述第二彈簧(7)為弱彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電磁比例閥，其特征在于，所述線圈支架(11) 與所述閥體O)的結(jié)合面上設(shè)置有密封圈(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電磁比例閥，其特征在于，在所述銜鐵(8)與所述永磁體(6)相對的端面上設(shè)置有限位塊(18)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電磁比例閥，其特征在于，所述弱彈簧為變系數(shù)彈簧，其彈力 F與位移χ的關(guān)系為F = kx2。
10.一種呼吸機(jī)，其特征在于，包括權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的電磁比例閥。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電磁比例閥和包含該電磁比例閥的呼吸機(jī)。該電磁比例閥包括閥體(2)，具有腔體；線圈支架(11)，封設(shè)在閥體(2)的腔體的開口端；線圈(9)，纏繞在線圈支架(11)上；銜鐵(8)，固定設(shè)置在線圈支架(11)的內(nèi)腔中；閥芯支架(5)，一側(cè)連接在第一彈簧(3)上，另一側(cè)連接在第二彈簧(7)上，通過第一彈簧(3)和第二彈簧(7)懸空設(shè)置在閥體(2)的腔體內(nèi)；閥芯(4)，設(shè)置在閥芯支架(5)內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的電磁比例閥能夠有效避免摩擦力對流量控制帶來的不穩(wěn)定性，克服流量控制的滯回誤差，實(shí)現(xiàn)對小流量的穩(wěn)定控制，降低加工生產(chǎn)的難度。根據(jù)本發(fā)明的呼吸機(jī)，包括上述的電磁比例閥。
文檔編號A61M16/20GK102266633SQ20101062046
公開日2011年12月7日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者王軍 申請人:北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司