技术领域
[0001] 本发明涉及流体输送领域，具体涉及一种基于电磁驱动的流体精密输送装置及应用其的贴敷产品。
相关背景技术
[0002] 在临床上，经常需要定时定量往患者体内输送治疗性流体，如针对糖尿病，就需要往部分糖尿病患者体内定时定量注射胰岛素。为了提高输送的方便性以及单次输送的精确度，越来越多的流体输送装置被研发出来。
[0003] 流体输送装置主要是通过一个直线移动驱动机构驱动柱塞将储液器内的流体推送出来。直线移动驱动机构一般包括一个动力机构和相互配合的丝杆螺母结构，动力机构驱动丝杆旋转，转换为螺母的直线移动，螺母通过其直线移动推动柱塞移动。动力机构多采用电机，这种动力机构存在以下问题。
[0004] 其一，电机转动的比较快，还需要配备一套减速齿轮系统来减速，导致尺寸比较大，与轻薄化、微型化的发展趋势相违背；其二，受电机能够转动的最小角度的限制，转动角度不能很小，转角分辨率低，对液体的输送精度低；
其三，电机运行噪音大，影响患者的使用感受；
其四，电机成本高，在流体输送装置为一次性耗材时，使用电机，性价比低，并且，电机结构复杂，使用可靠性差。
[0005] 因此，需要提供一种性能更优的流体输送装置。
具体实施方式
[0022] 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
[0023] 实施例一
[0024] 如图1至图16所示，一种基于电磁驱动的流体精密输送装置，包括：储液器1；
推液机构2，包括相互连接的活塞21和推杆22，活塞21滑配于储液器1，且不允许相对储液器1转动；
转动轮3，具有与推杆22螺纹连接的螺纹杆31，转动轮3在朝向第一方向转动时通
过螺纹杆31与推杆22的配合推动推液机构2沿推液方向移动；
电磁致动机构，包括电磁铁61、配合块62和复位元件63，在电磁铁61通电时，电磁铁61向配合块62施加吸力或斥力使配合块62朝相应方向运动，在电磁铁61断电时，复位元件63使得配合块62复位，配合块62用于在其朝相应方向运动或复位过程中联动转动轮3朝向第一方向转动。
[0025] 本实施例采用电磁驱动作为推液机构2移动的动力，将配合块62朝向相应方向的运动转换为转动轮3朝向第一方向转动的运动，相比于普通电机，运行噪音小，结构得到简化，并且也省去了减速系统，整个流体输送装置乃至应用这种流体输送装置的贴敷产品，如胰岛素贴、止疼贴、麻醉贴等，可以更轻薄、更微型，提高患者使用舒适度，也降低使用成本，适宜用作一次性医疗产品；并且，本实施例中的电磁致动机构使用起来也比较节能，配置容量较小的电源，如小容量小体积的电池就能够满足使用要求，促使整个流体输送装置乃至应用这种流体输送装置的贴敷产品进一步做到更轻薄化、更微型化。另外，本实施例通过给电磁铁61间歇性供电的方式实现转动轮3的进给式转动，在每个周期内，可以使转动轮3仅转动一个很小的角度，相应地，推液机构2移动推液的量也很小，流体输送分辨率可以做到很高，满足医学上高精度给药的需求。
[0026] 需要注意的是，如果配合块62是在电磁铁61所施加的吸力作用下运动，配合块62可以是磁铁，也可以是材质为磁性材料的非磁铁块，如果配合块62是在电磁铁61所施加的斥力作用下运动，配合块62为磁铁。
[0027] 在本实施例中，如图1、图16所示，基于电磁驱动的流体精密输送装置还包括载体9，载体9设置有储液器槽91、推杆槽92和转动轮槽93，储液器1的至少一部分、推杆22的至少一部分及转动轮3的至少一部分分别被约束在储液器槽91、推杆槽92及转动轮槽93内。载体
9的各个槽对各个部件起到约束固定的作用，将整个基于电磁驱动的流体精密输送装置集成为一个整体。载体9上还具有螺纹杆槽，螺纹杆槽和推杆槽92是连接在一起的，为了防止各个部件脱离载体9上的槽，载体9上还设置有将螺纹杆或推杆22约束在相应槽内的压盖。
[0028] 在本实施例中，防止推液机构2相对于储液器1转动的结构可以有多种，在图1、图2和图3所示的示例中，将储液器1垂直于推液方向截面设置成椭圆形，将活塞21垂直于推液方向的截面也设置为椭圆形，从而防止推液机构2相对于储液器1转动。当然，储液器1和活塞21垂直于推液方向的截面还可以为方形、三角形、五边形、六边形等其它非圆形结构。还可以通过键与键槽的配合等防止推液机构2相对于储液器1转动。
[0029] 在本实施例中，如图2、图3所示，推杆22和螺纹杆31中的一个设置外螺纹，另一个设置内螺纹，从而实现螺纹连接。图1、图2和图3所示的示例中，推杆22设置有外螺纹221，螺纹杆31为中空结构，设置内螺纹311，外螺纹221和内螺纹311之间的螺接，将转动轮3的转动转换为推杆22沿轴向的直线移动。
[0030] 在本实施例中，复位元件63可以为弹性元件，也可以为复位电磁铁。在复位元件63为弹性元件的情况下，在电磁铁61通电时，电磁铁61向配合块62施加吸力或斥力使配合块62朝使弹性元件形变的方向运动，在电磁铁61断电时，弹性元件回弹使配合块62朝所述弹性元件的复位方向运动。在复位元件63为复位电磁铁的情况下，在电磁铁61断电时，复位电磁铁通电，向配合块62施加吸力或斥力使配合块62复位。
[0031] 在本实施例中，如图1、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示，转动轮3为第一棘轮3a，一止退棘爪4与第一棘轮3a配合，用于阻止第一棘轮3a沿与第一方向相反的第二方向回转，且不干涉第一棘轮3a朝向第一方向转动。配合块62通过联动结构5与第一棘轮3a联动。
[0032] 在本实施例中，第一方向和第二方向中的一个为顺时针方向，另一个为逆时针方向。第一棘轮3a的棘齿，自根部到头部朝向第二方向倾斜，止退棘爪4设置在载体9上，具有一定的弹性，与第一棘轮3a的棘齿的内侧相抵，在第一棘轮3a朝向第一方向转动的过程中，止退棘爪4能够越过第一棘轮3a的棘齿的外侧进入棘齿槽内，与该棘齿的内侧相抵，因此止退棘爪4不会干涉第一棘轮3a朝向第一方向转动。在第一棘轮3a欲朝向第二方向转动时，因为止退棘爪4抵着棘齿槽，因此能够起到阻止第一棘轮3a朝向第二方向回转的目的。
[0033] 在本实施例中，止退棘爪4可以有多种结构，如图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示，止退棘爪4包括弹片和止退爪，弹片的一端部固定在载体9上，止退爪的一端部通过铰接轴铰接在载体9上，另一端部与弹片的另一端部相抵。当然，止退爪还可以不铰接在载体9上，直接通过粘接或焊接等方式固定在弹片的另一端部，弹片和止退爪也可以一体成型。
[0034] 在本实施例中，联动结构5可以有多种，只要能够将电磁铁61或复位元件63使配合块62产生的运动转化为第一棘轮3a朝向第一方向的转动即可，现列举两种联动结构5的结构。
[0035] 第一种，如图1、图4、图5、图6和图7所示，联动结构5包括：第二棘轮51a，与第一棘轮3a同轴，且能够相对于第一棘轮3a转动，第二棘轮51a的棘齿的倾斜方向与第一棘轮3a的棘齿的倾斜方向相反；
配合棘爪52a，安装在第一棘轮3a上，与第二棘轮51a相配合，且不干涉第二棘轮
51a独立于第一棘轮3a朝向第二方向转动，第二棘轮51a在朝向第一方向转动的过程中通过配合棘爪52a推动第一棘轮3a朝向第一方向转动；
转动杆53a，转动杆53a与第二棘轮51a同轴且固定连接，配合块62通过连接杆54a
连接转动杆53a。载体9上还设置有转动杆槽94，转动杆53a的至少一部分被约束在转动杆槽
94内。
[0036] 一般情况下，第一棘轮3a和第二棘轮51a的棘齿数一致。第一棘轮3a和第二棘轮51a的棘齿数有很多，图1、图3、图4、图5、图6和图7中画出的棘齿数较少，只是为了示意出结构，并不代表真实的棘齿数。
[0037] 此种结构中，第一棘轮3a和第二棘轮51a之间可以通过转动轴承转动配合，也可以采用一种简化结构实现转动配合，即在第一棘轮3a和第二棘轮51a的中心各设置一中心孔，将一销轴同时插在第一棘轮3a和第二棘轮51a的中心孔内。为了做到结构紧凑化，可以在第一棘轮3a的端面设置一个容置第二棘轮51a的槽，第一棘轮3a作为外棘轮，第二棘轮51a作为内棘轮。
[0038] 此种结构中，第二棘轮51a的棘齿自根部到头部朝向第一方向倾斜，与第一棘轮3a的棘齿方向恰好相反，配合棘爪52a可以与止退棘爪4采用相同的结构，只是止退棘爪安装于载体9上，配合棘爪52a安装于第一棘轮3a上，在此不做详细介绍。在第二棘轮51a朝向第一方向转动的过程中，第二棘轮51a通过配合棘爪52a推动第一棘轮3a朝向第一方向转动；在第二棘轮51a朝向第二方向转动的过程中，配合棘爪52a能够越过第二棘轮51a的棘齿的外侧进入棘齿槽，配合棘爪52a在此过程中不会推动第一棘轮3a转动，第一棘轮3a维持在原位。也就是说，第二棘轮51a可以推动第一棘轮3a同步朝向第一方向转动，也可以脱离第一棘轮3a独立朝向第二方向转动。
[0039] 需要注意的是，图1、图4、图5所示的结构中，复位元件63为弹性元件，在图6、图7所示的结构中，复位元件63为复位电磁铁。图4和图6中的结构，在一个周期内，动作状态类似。
[0040] 如图4、图5所示，在复位元件63为弹性元件的情况下，弹性元件的一端部与固定块64相连接，另一端部与配合块62相连接。
[0041] 基于图4这种结构，向电磁铁61间歇性供电，即通电‑断电‑通电‑断电……，在一个周期内，具体过程如图5所示：第一阶段，电磁铁61通电，电磁铁61向配合块62施加斥力，配合块62朝向固定块64移动，压缩弹性元件，同时通过连接杆54a带动转动杆53a朝向第一方向转动，转动杆53a带动第二棘轮51a、第二棘轮51a又通过配合棘爪52a推动第一棘轮3a朝向第一方向转动，推液机构沿推液方向移动一定距离；
第二阶段，电磁铁61断电，电磁铁61施加给配合块62的斥力消失，配合块62在弹性元件的回弹下复位，在复位的过程中通过连接杆54a连带动转动杆53a朝向第二方向转动，转动杆53a带动第二棘轮51a独自朝向第二方向转动。
[0042] 即，在每个通电周期内，单次推液量的分辨率可以为第一棘轮3a转动一个棘齿所转换得到的推液机构2的直线位移量，分辨率可以做到很高。
[0043] 另外，如图1、图2、图4和图5所示，转动杆53a与第二棘轮51a的旋转中心线同轴，并且，转动杆53a的直径比第二棘轮51a的直径要小很多，将配合块62通过连接杆54a连接到转动杆53a上，在保证配合块62有比较大的转动半径的情况下，配合块62可以不超出第二棘轮51a的外周，进一步保证结构轻薄化，微型化。
[0044] 第二种，如图8、图9、图10和图11所示，联动结构5包括勾部51b，勾部51b连接在配合块62上，且具有弹性，在电磁铁61向配合块62施加吸力或斥力时，勾部51b拨动第一棘轮3a的棘齿的内侧以使第一棘轮3a朝向第一方向转动。其中，在勾部51b拨动第一棘轮3a的棘齿的过程中，勾部51b的内侧对着第一棘轮3a的棘齿的内侧，勾部51b的内侧与配合块62之间的夹角为锐角。为了使配合块62能够可靠地拨动第一棘轮3a的棘齿的内侧，载体上设置有滑槽，配合块62滑配在滑槽内，通过滑槽对配合块62的运动轨迹起到约束作用。
[0045] 需要注意的是，图8、图9所示的结构中，复位元件63为弹性元件，在图10、图11所示的结构中，复位元件63为复位电磁铁。图8和图10中的结构，在一个周期内，动作状态类似。另外，为了限定配合块62的移动轨迹，配合块滑配在载体9的槽内或滑配在一个固定在载体
9的杆上。
[0046] 基于图8中的结构，向电磁铁间歇性供电，即通电‑断电‑通电‑断电……，在一个周期内，如图9所示，具体过程为：第一阶段，电磁铁61通电，配合块62在电磁铁61的吸力作用下朝向电磁铁61移动，配合块62在移动的过程中将弹性元件拉长，同时通过勾部51b拨动第一棘轮3a朝向第一方向转动，推液机构沿推液方向移动一定距离；
第二阶段，电磁铁61断电，电磁铁61施加给配合块62的吸力消失，配合块62在弹性元件的回弹下复位，配合块62在复位过程中带动勾部51b弹性变形进而滑过第一棘轮3a的棘齿外侧复位，第一棘轮3a保持不动。单次推液量的分辨率可以为第一棘轮3a转动一个棘齿所转换得到的推液机构2的直线位移量，分辨率可以做到很高。
[0047] 另外，如图8、图9所示，可以将固定块64和电磁铁61都固定在载体9上，固定块64和电磁铁61上下并列设置，两者在上下方向上均不超出第一棘轮3a，能够进一步确保整个装置乃至整个贴敷产品的轻薄化。图10和图11同理，电磁铁61和复位电磁铁上下并列设置，两者在上下方向上均不超出第一棘轮3a。
[0048] 实施例二
[0049] 本实施例与实施例一的区别在于，如图12、图13、图14和图15所示，转动轮3为光轮结构3b，电磁铁61和弹性元件分别具有两个，两个电磁铁61分别为第一电磁铁611和第二电磁铁612，两个弹性元件分别为第一弹性元件631和第二弹性元件632；其中，第一弹性元件631连接在第一电磁铁611和配合块62之间，在第一电磁铁611通电
时向配合块62施加吸力使配合块62压缩第一弹性元件631以脱离转动轮3或向配合块62施加斥力使配合块62拉伸第一弹性元件631并接触转动轮3，在第一电磁铁611断电时，配合块
62在第一弹性元件631的作用下复位；
第二弹性元件632连接第一电磁铁611，在第二电磁铁612和第一电磁铁611均通电
时，第二电磁铁612向第一电磁铁611施加吸力或斥力使第一电磁铁611在与转动轮3的切线方向相平行的方向移动，并使第二弹性元件632形变，在第一电磁铁611和第二电磁铁612至少之一断电时，第二电磁铁612在第二弹性元件632的作用下复位。
[0050] 一般情况下，在第二弹性元件632固定在第二电磁铁612上的情况下，可以在第一电磁铁611的远离第二电磁铁612侧，设置限位块65，通过限位块65限制第一电磁铁611的运动行程，具体如图12、图13所示。在第二弹性元件632固定在一个固定块64上的情况下，第二电磁铁612位于第一电磁铁611的远离固定块64侧，具体如图14、图15所示。
[0051] 另外，在本实施例中，为了保证第一电磁铁611沿与转动轮3的切线方向相平行的方向平稳移动，在载体9上设置有限位槽，通过限位槽限制第一电磁铁611的运动轨迹。为了使配合块62能够随第一电磁铁611沿与转动轮3的切线方向相平行的方向同步移动，第一弹性元件631中心具有限位销，限位销固定在第一电磁铁611和配合块62中的一个上，与另一个上的限位孔滑动配合。
[0052] 具有两个电磁铁61和两个弹性元件的电磁致动机构，初始状态及工作过程可以有多种，现列举两种。
[0053] 第一种，如图12所示，第一电磁铁611和第二电磁铁612均未通电（初始状态）下，配合块62接触转动轮3。具体工作如图13所示，具体过程为：第一阶段，第一电磁铁611通电，向配合块62施加吸力，配合块62压缩第一弹性元件631，并远离转动轮3；
第二阶段，第二电磁铁612通电，第二电磁铁612向第一电磁铁611施加吸力，第一电磁铁611在与转动轮3的切线方向相平行的方向上朝向第二电磁铁612移动，并压缩第二弹性元件632；
第三阶段，第一电磁铁611和第二电磁铁612均断电，第一电磁铁611在第二弹性元件632的回弹下带动配合块62复位，在第二弹性元件632复位的前半过程，配合块62在第一弹性元件631的回弹下朝向转动轮3移动并接触转动轮3，在第二弹性元件632复位的后半过程，配合块62带动转动轮3朝第一方向转动一个很小的角度。
[0054] 第二种，如图14所示，第一电磁铁611和第二电磁铁612均未通电（初始状态）下，配合块62未接触转动轮3。具体工作如图15所示，具体过程为：第一阶段，第一电磁铁611通电，向配合块62施加斥力，配合块62拉伸第一弹性元件631，并接触转动轮3；
第二阶段，第二电磁铁612通电，第二电磁铁612向第一电磁铁611施加吸力，第一电磁铁611带动转动轮3在与转动轮3的切线方向相平行的方向上朝向第二电磁铁612移动，并拉伸第二弹性元件632，在此阶段，配合块62带动转动轮3朝第一方向转动很小的角度。
[0055] 第三阶段，第一电磁铁611和第二电磁铁612均断电，配合块62在第一弹性元件631的回弹下远离转动轮3，同时第一电磁铁611在第二弹性元件632的回弹下复位。
[0056] 实施例三
[0057] 在实施例一或实施例二的基础上，如图1和图15所示，基于电磁驱动的流体精密输送装置还包括转动轮传感器 7，用于检测转动轮3的转动角度。
[0058] 转动轮传感器7的结构可以为多种，现列举一种。如图1、图12、图14和图16所示，转动轮传感器 7为对射传感器，对射传感器的发射端71和接收端72分布于转动轮3的两侧。
[0059] 在转动轮3为第一棘轮3a的情况下，转动轮传感器7每被遮挡一次，则表示第一棘轮3a转动一个棘齿。在转动轮3为光轮结构3b的情况下，如图8、图9、图10和图11所示，可以在光轮结构3b的边缘部分均设多个对射孔32，转动轮传感器7每被遮挡一次，则表示光轮结构3b转动相邻两个对射孔32之间的角度。
[0060] 设置转动轮传感器7，可以监测转动轮3是否正常转动，确定整个基于电磁驱动的流体精密输送装置是否正常工作，还能够根据转动轮传感器7反馈的角度控制电磁致动机构工作的周期信号的周期数。
[0061] 实施例四
[0062] 在实施例一或实施例二或实施例三的基础上 ，如图1和图16所示，基于电磁驱动的流体精密输送装置还包括活塞位移传感器8，用于检测活塞21的位移量。
[0063] 设置活塞位移传感器8，可以监测活塞21是否按照预期移动，从而进一步确定整个基于电磁驱动的流体精密输送装置是否正常工作。
[0064] 活塞位移传感器8的安装位置有多种，现列举一种。如图1所示，储液器1的朝向转动轮3的端面开设有检测口11，活塞位移传感器8位于储液器1外，用于自检测口11检测活塞21的位移量。
[0065] 实施例五
[0066] 一种贴敷产品，包括实施例一至实施例四任一实施例中的基于电磁驱动的流体精密输送装置。贴敷产品可以为胰岛素贴、止疼贴、麻醉贴等，能够往皮下输注或肌肉输注型药物。
[0067] 这种贴敷产品一般为一次性耗材，贴在患者体表，储液器1的出液口通过注液管道连通输送针，输送针刺入患者体内，即可自动向患者定时定量输送治疗性流体。达到使用时长或累计注液量后，更换新的贴敷产品。
[0068] 本实施例中的贴敷产品，应用实施例一至实施例四任一实施例中的基于电磁驱动的流体精密输送装置，流体输送精度高，可靠性高，且能够做到足够轻薄、微型。
[0069] 输送精度高体现在：传统结构中，采用普通电机作为流体输送的动力机构，受电机能够转动的最小角度的限制，对输送流体的分辨率的提升量有限，并且，为了提升分辨率，付出的成本很高，得不偿失；而本实施例中的贴敷产品，电磁致动机构在每个工作周期内，可以使转动轮3仅转动一个很小的角度，相应地，推液机构2每次推液的量也就很小，即流体输送分辨率可以做到很高，满足医学上高精度给药的需求。
[0070] 可靠性高体现在：其一，传统结构中，采用普通电机，还需要配备一套减速齿轮系统，结构相对复杂，可靠性就会降低；而本实施例中的贴敷产品，采用电磁致动机构作为动力机构，结构得到简化，可靠性自然得到提升。其二，由于本实施例中的贴敷产品结构得以简化，成本低，自然可以作为一次性耗材使用，且能够提高更换频次，在使用时长少于其原本能够使用的寿命的情况下，就更换新的贴敷产品，进一步保证了其使用过程中的可靠性。
[0071] 足够轻薄、微型化体现在：传统结构中，采用普通电机作为流体输送的动力机构，需要配置一套减速齿轮系统来减速，导致尺寸比较大，并且能耗高，需要配备容量较大的电源进行驱动，如加装大电池或多节电池，导致不能够实现轻薄及微型化；而本实施例中，采用电磁驱动作为动力来源，整个动力机构的结构比较简单，整个贴敷产品可以做到足够轻薄，足够微型化，加之电磁致动机构能耗比较低，配置容量较小的电源，如小容量小体积的电池就能够满足使用要求，促使贴敷产品能够进一步做到足够轻薄和足够微型化，提高患者使用舒适度。
[0072] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
