磁阻尼器及包括磁阻尼器的单向阀和麻醉呼吸机

技术领域

本发明实施例涉及医疗领域，尤其涉及一种可用于麻醉呼吸机的单向阀中的磁阻尼器以及包括该磁阻尼器的单向阀和麻醉呼吸机。

背景技术

麻醉呼吸机是一种手术室设备，主要用于为正在进行手术的患者提供气体麻醉和呼吸管理支持，其重要的功能之一是使患者吸入和呼出的气体维持在合适的流量和压力。

在麻醉呼吸机中通常会用驱动气体单向阀（DCGV）来控制流到风箱组件的驱动气体的流量，当DCGV打开时，驱动气体可通过DCGV流到风箱组件，以向下推动波纹管并开始提供呼吸。在该过程中，保持气流的稳定非常重要，气流不稳将导致颤动或振荡，进而导致引起患者气道压力波动或呼气困难。

因此，期望改进现有装置以有效解决或缓解了目前所存在的弊端中的至少一个。

发明内容

本发明实施例的一方面涉及一种可用于麻醉呼吸机的单向阀中的磁阻尼器，其包括：

密封元件，其可在第一位置和第二位置之间运动，其中，当所述密封元件在所述第一位置时，所述单向阀被打开，当所述密封元件在所述第二位置时，所述单向阀被关闭；

磁体，其与所述密封元件相连，用于驱动所述密封元件在所述第一位置和所述第二位置之间运动；以及

线圈，其可通过所述磁体的运动感应出电流，所述电流可对所述磁体的运动产生阻尼作用。

在根据本发明实施例所述的磁阻尼器中，可选地，所述磁体可沿重力方向往复运动以驱动所述密封元件在所述第一位置和所述第二位置之间运动，所述磁体的重量经设计，可为所述单向阀的打开提供所需的阈值压力。

在根据本发明实施例所述的磁阻尼器中，可选地，所述磁体与所述线圈的设置使得所述磁体在运动时可从所述线圈内穿过。

在根据本发明实施例所述的磁阻尼器中，可选地，所述线圈是闭合的。

在根据本发明实施例所述的磁阻尼器中，可选地，所述线圈具有两端引线，在所述单向阀的第一模式下，所述两端引线被短接，在所述单向阀的第二模式下，所述两端引线被连接到电源或其他设备。

在根据本发明实施例所述的磁阻尼器中，可选地，当所述磁体运动时，可在所述线圈中感应出电流I，所述电流I对所述磁体施加作用力F，所述作用力F的方向与所述磁体的运动方向相反，且F=KBLIN，其中，K为常数，B为所述磁体的磁通密度，L为所述线圈的单匝导线长度，N为所述线圈的匝数。

在根据本发明实施例所述的磁阻尼器中，可选地，所述磁阻尼器进一步包括线圈架，其中，所述线圈围绕所述线圈架布线。

在根据本发明实施例所述的磁阻尼器中，可选地，所述磁阻尼器进一步包括支架，其中，所述线圈架被安装在所述支架上，所述支架用于安装到所述单向阀的一部分上。

在根据本发明实施例所述的磁阻尼器中，可选地，所述磁阻尼器进一步包括壳体，所述壳体内提供有用以容纳所述磁阻尼器中的其他部件的内部空间，且所述壳体还设置有与所述内部空间相连通的气体出口，在所述单向阀被打开时，气体可从所述单向阀内的腔室流到所述内部空间中，再从所述气体出口流出。

本发明实施例的另一方面涉及一种可用于麻醉呼吸机中的单向阀，其包括：

阀体，其上开设有气孔，所述气孔被打开时，所述单向阀被打开，所述气孔被关闭时，所述单向阀被关闭；

密封元件，其可在第一位置和第二位置之间运动，其中，当所述密封元件在所述第一位置时，所述气孔被打开，当所述密封元件在所述第二位置时，所述气孔被关闭；

磁体，其与所述密封元件相连，用于驱动所述密封元件在所述第一位置和所述第二位置之间运动；以及

线圈，其可通过所述磁体的运动感应出电流，所述电流可对所述磁体的运动产生阻尼作用。

在根据本发明实施例所述的单向阀中，可选地，所述密封元件包括附接在所述磁体下方的硅橡胶密封元件。

本发明实施例的另一方面涉及一种麻醉呼吸机，其包括以上任一项所述的磁阻尼器或单向阀。

附图说明

以下参照附图中所示的实施例对本发明进行详细解释，在附图中：

图1显示了一种示例性的麻醉呼吸机的一部分的示意图；

图2显示了根据本发明实施例的一种可用于麻醉呼吸机的单向阀中的示例性磁阻尼器的立体示意图；

图3显示了图2所示的磁阻尼器安装于一个示例性单向阀上并且其中的密封元件处于第一位置时的状态；

图4显示了图3所示的磁阻尼器中的密封元件处于第二位置时的状态；以及

图5显示了包括壳体的磁阻尼器的立体示意图，其中壳体以透明的形式表示以显示其内部结构。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的一些实施例进行更详细的描述。除非本文中清楚地另行定义，本文所使用的科学和技术术语的含义为本领域技术人员通常理解的含义。

本文中使用的“包括”、“具有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围以内。术语“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在所提及项目中的至少一个，并且包括所提及项目的组合可能存在的情况。术语“和/或”包括一个或多个所提及项目的任意的和所有的组合。本文中提及“一些实施例”等，表示所述与本发明相关的一种特定要素（例如特征、结构和/或特点）被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或可能不出现于其它实施例中。另外，需要理解的是，所述发明要素可以以任何适当的方式结合。

在本文中，当某一部件被称为“设置于”、“安装于”或“连接于”（或类似用语）另一部件时，其可以直接地设置、安装或连接于该另一部件上，也可以通过其它居中元件间接地设置、安装或连接于该另一部件上。此外，用“连接”或“相连”表示的两个部件既可以是通过连接装置直接或间接地连接在一起的两个独立部件，也可以是一体成型在一起的两个部件（即，一个整体的两个部分）。

本发明实施例的一方面涉及可用于麻醉呼吸机的单向阀中的磁阻尼器。图1显示了一种示例性的麻醉呼吸机1的一部分的示意图，如图1所示，麻醉呼吸机1包括气体源8，该气体源8通常以约50 psi的压力提供加压气体，该气体源8通过主调节器12与源导管14连通，该源导管14向流量控制阀16提供约26 psi的呼吸气体。流量控制阀16典型地为比例电磁阀，并控制进入导管18的气体流量。导管20与导管18连通，并提供通向呼吸机接口22的吸气支流。导管24提供呼气支流，起到将气体从呼吸机接口22输送到排气阀26的作用。单向阀（止回阀）10位于导管20中，以防止患者接口22的气体在呼出时从导管24和20流入导管18。

呼气阀26控制通过导管24的压力和流量。呼气阀26典型地为隔膜或球囊型阀，其能够根据参考压力控制导管24中的压力。通过压力控制导管28向呼气阀26提供参考控制压力。在排气导管21上设有限流器29，以提供来自压力控制导管28的控制排放。当呼气导管24中的压力超过导管28中的参考压力时，气体从呼气导管24排放到大气中。因此，呼气导管24中的压力由压力控制导管28中的参考压力控制，参考压力又由流量控制阀16控制。

呼吸机接口22可通过风箱组件23连接至患者，也可直接连接至患者。在呼吸机接口22通过风箱组件23连接至患者的应用中，导管20与波纹管25的外部腔室连通以致动波纹管25，患者的呼吸道与波纹管25的内部连通并且因此与呼吸机8中的气体隔离。或者，ICU应用中，风箱组件23可被省略，呼吸机接口22可直接与患者的呼吸道连通，从而将呼吸气体直接提供给患者。

导管18、20和24限定了与呼吸机接口22连通的呼吸机回路。在患者呼吸的大部分吸气阶段中，气流从气体源8通过流量控制阀16传输到导管18和20并最终到达患者接口22。在患者呼吸的大部分呼气阶段中，单向阀10阻止从导管20到导管18的气流，气体通过导管24到达呼气阀26，然后被排放至大气。

典型地，单向阀10在其内设有容纳气体的腔室，且在其顶部开设有可由密封元件密闭或打开的气孔，气孔打开时，单向阀10内的气体腔室与后端气路连通，气孔关闭时，单向阀10内的气体腔室与后端气路隔离。为了和缓地打开和关闭气孔，防止从气孔中流出的加压气流在后端推动波纹管25的过程中冲击波纹管25而导致发生振颤，可在气孔的密封元件上设置阻尼结构。在一些实施例中，单向阀10包括内空的长方盒体结构，该长方盒体结构的顶部平板上开设有所述气孔。

图2-5显示了一种可用于麻醉呼吸机的单向阀中的示例性磁阻尼器的立体示意图。如图2-5所示，磁阻尼器100包括磁体102、围绕线圈架104布线的线圈106、以及与磁体102相连的密封元件108，且其安装在单向阀的内空长方盒体结构200（仅其提供有气孔202的顶部平板204的一部分显示在图3-5中）的气孔202附近的顶部平板204上。其中，密封元件108附接于磁体102，使得密封元件108可随着磁体102的运动在第一位置和第二位置之间运动。在第一位置时，如图3所示，密封元件108远离气孔202以打开气孔202，从而打开单向阀。在气孔202被打开时，气流可以通过气孔202从单向阀内的腔室201中流出。在第二位置时，如图4所示，密封元件108覆盖在单向阀上开设的气孔202上以密闭气孔202，从而关闭单向阀。通过这种方式，可以通过控制磁体102的运动开控制单向阀的打开和关闭，实现单向阀的功能。

在一些实施例中，线圈106为铜线圈。在一些实施例中，密封元件108为硅橡胶密封圈。在一些实施例中，线圈架104被组装在支架110上，支架110可安装在单向阀的气孔202两侧的顶部平板204上，以确密封元件108在第二位置时可以完全覆盖气孔202。在一些实施例中，所述磁阻尼器100还包括壳体120，壳体120内提供有用以容纳磁阻尼器100中的其他部件的内部空间121，且壳体120还设置有与内部空间121相连通的气体出口122，以允许气体从内部空间121流向后端气路。壳体120可密封地安装于单向阀的顶部平板204上，将磁阻尼器100中的其他部件容纳于其内，并使气孔202在打开时与壳体120的内部空间121相连通，这样，在气孔202被打开时，气体可通过气孔202从单向阀内的腔室201流到壳体120的内部空间121中，再从气体出口122流出。

磁体102可沿重力方向往复运动以驱动密封元件108在所第一位置和第二位置之间运动。磁体102的重量经设计，可为单向阀的打开提供所需的阈值压力，换而言之，磁体102的重力G可作用于密封元件108，实现对单向阀气孔202的重力密封。在一些实施例中，磁体102对单向阀气孔202的重力密封使得单向阀前端气路中的气体压力等于单向阀后端气路中的气体压力与磁体102的重力之和。比如，图1所示，单向阀10的前端气路（导管28）中的气体压力F

在一些实施例中，线圈106被制成为闭合的（如在图3-5中所示）。在一些实施例中，线圈106被制成为开环的（如图2所示），其具有两端引线112、114，在单向阀的至少一个模式（如第一模式）下，其两端引线112、114被短接，而没有连接到电源被供电，在单向阀的至少一个模式（如第二模式）下，其两端引线112、114被连接到电源或其他设备，以根据具体的需要提供进一步的性能控制。比如，在单向阀的检修模式下，可将线圈106的两端引线112、114连接到外接电源，从而可根据需要在一段时间内控制单向阀处于持续打开或持续关闭的状态以进行检修。

磁阻尼器100的工作原理可与音圈电动机基本相同。当磁体102向上或向下移动时，线圈106将切割磁体102产生的磁场移动。线圈106中的导体两端感应出电压。电压的大小E可以通过以下公式表示：

E = KBLvN，

其中，K是常数，B是磁体102的磁通密度，L是线圈106的单匝导线长度，v是磁体102相对于线圈106的运动速度，N是线圈106的匝数。

根据洛伦兹力原理，当将载流导体（线圈106）置于磁体102的磁场中时，会对磁体102施加作用力F。作用力F的方向与磁体102的运动方向相反。该力F可被认为是由磁阻尼器100产生的阻尼力。力F的大小可以通过以下公式表示：

F = KBLIN，

其中，I是线圈106中的电流，另外，与上述公式相同地，K是常数，B是磁体102的磁通密度，L是线圈106的单匝导线长度，N是线圈106的匝数。

磁阻尼器100的阻尼系数c可以通过以下公式表示：

c = -F/v =(-KBLIN×KBLN)/(I×R) = -(KBLN)

本发明实施例中的磁阻尼器以及包括该磁阻尼器的单向阀或麻醉呼吸机可确保连续和平滑的分流，防止颤动。磁阻尼器中使用的零件成本低廉且易于获得，并且对制造过程中的精确度要求不太高，提供了替代昂贵的单源空气缓冲器的解决方案。此外，磁阻尼器中的活动部件无密封和润滑要求，并且可以提供零摩擦力的阻尼功能，没有由于磁力导致的机械磨损。磁阻尼器还可以提供精确的受控阻尼力。决定阻尼力的因素主要是线圈电阻和磁通密度，这些因素在制造过程中很容易控制。

提供以上具体的实施例的目的是为了使得对本发明的公开内容的理解更加透彻全面，但本发明并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应理解，还可以对本发明做各种修改、等同替换和变化等等，只要这些变换未违背本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。