本申請(qǐng)是名稱為“葉輪和馬達(dá)組件”、申請(qǐng)日為2012年7月13日、國際申請(qǐng)?zhí)枮閜ct/nz2012/000124、國家申請(qǐng)?zhí)枮?01280034511.4的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及一種氣體供應(yīng)和氣體增濕裝置，其特別地但不僅僅用于為需要供應(yīng)氣體以便治療諸如阻塞性睡眠呼吸暫停(osa)、打鼾或慢性阻塞性肺病(copd)等的疾病的患者或用戶提供呼吸輔助。特別地，本發(fā)明涉及一種在使用中與氣體供應(yīng)裝置成一體的用于氣體供應(yīng)裝置中的壓縮器或送風(fēng)器。

背景技術(shù)：

為了治療目的將增濕氣流提供給患者的設(shè)備或系統(tǒng)在本領(lǐng)域中是公知的。用于提供該類型的療法、例如cpap療法的系統(tǒng)具有一種結(jié)構(gòu)，其中所需壓力下的氣體從送風(fēng)器(也被稱為壓縮器、輔助呼吸單元、風(fēng)扇單元、流動(dòng)生成器或壓力生成器)輸送到在送風(fēng)器的下游的增濕器室。當(dāng)氣體通過增濕器室中的加熱、增濕空氣時(shí)，它們變?yōu)橛伤羝柡?。氣體然后經(jīng)由氣體管道輸送到在增濕器的下游的用戶或患者。

增濕氣體可以從模塊化系統(tǒng)輸送到用戶，所述模塊化系統(tǒng)已從經(jīng)由管道串聯(lián)連接的獨(dú)立單元(也就是系統(tǒng)，其中增濕器室/加熱器和呼吸單元/送風(fēng)器是獨(dú)立裝置)組裝。在圖1中顯示接收來自模塊化輔助呼吸單元和增濕器系統(tǒng)(一起或獨(dú)立地，“呼吸輔助裝置”)的空氣的用戶1的示意圖。加壓空氣從輔助呼吸單元或送風(fēng)器2a經(jīng)由連接器管道10提供給增濕器室4a。增濕、加熱和加壓氣體經(jīng)由用戶管道3離開增濕器室4a，并且經(jīng)由用戶接口5提供給患者或用戶1。

使用一體化送風(fēng)器/增濕器系統(tǒng)越來越常見。典型的一體化系統(tǒng)(“呼吸輔助裝置”)由提供加壓氣流的主送風(fēng)器或輔助呼吸單元和與送風(fēng)器單元配合或以另外方式剛性地連接到送風(fēng)器單元的增濕器單元組成。該配合例如通過滑動(dòng)式或推動(dòng)式連接發(fā)生，使得增濕器緊緊地保持就位在主送風(fēng)器單元上。在圖2中顯示接收來自一體化送風(fēng)器/增濕器單元6的空氣的用戶1的示意圖。系統(tǒng)以與圖1中所示的模塊化系統(tǒng)相同的方式操作，區(qū)別在于增濕器室4b已與送風(fēng)器單元一體化以形成一體化單元6。圖1和2中所示的用戶接口5是覆蓋用戶1的鼻的鼻罩。然而，應(yīng)當(dāng)注意在這些類型的系統(tǒng)中，覆蓋口和鼻的罩、全面罩、鼻套管或任何其它合適的用戶接口可以代替所示的鼻罩。也可以使用單獨(dú)口接口或口罩。而且，管道的患者或用戶端可以連接到氣管切開配件或氣管內(nèi)插管。

us7,111,624包括一體化系統(tǒng)的詳細(xì)描述。‘滑動(dòng)式’水室在使用中連接到送風(fēng)器單元。該設(shè)計(jì)的變型是滑動(dòng)式或夾式設(shè)計(jì)，其中室在使用中封閉在一體化單元的一部分的內(nèi)部。在wo2004/112873中顯示該類型的設(shè)計(jì)的例子，其描述送風(fēng)器或流動(dòng)生成器50和關(guān)聯(lián)的增濕器150。

對(duì)于這些系統(tǒng)，最常見的操作模式如下：由送風(fēng)器通過入口將空氣吸引到至少圍繞并且封閉系統(tǒng)的送風(fēng)器部分的殼體中。送風(fēng)器(由微控制器、微處理器或類似裝置控制)加壓來自流動(dòng)生成器出口的空氣流并且將其傳到增濕器室中?？諝饬髟谠鰸衿魇抑屑訜岷驮鰸?，并且經(jīng)由出口離開增濕器室。撓性軟管或管道直接或間接連接到增濕器出口，并且加熱、增濕氣體經(jīng)由管道傳到用戶。這在圖2中示意性地顯示。

葉輪型風(fēng)扇或送風(fēng)器在該類型的呼吸系統(tǒng)中最常用。葉輪葉片單元包含在葉輪外殼內(nèi)。葉輪葉片單元通中央芯軸連接到某種形式的驅(qū)動(dòng)器。在圖3和4中顯示典型的葉輪外殼。在圖5和6中顯示典型的旋轉(zhuǎn)葉輪單元54，其具有多個(gè)葉片151和在使用中位于外殼的內(nèi)部的護(hù)罩152?？諝馔ㄟ^孔吸引到葉輪單元的中心中，并且然后由旋轉(zhuǎn)葉輪單元的葉片從外殼的中心向外朝著出口通道(通常位于外殼的一側(cè))推動(dòng)。一般而言，家庭用戶接受睡眠呼吸暫停或類似疾病的治療。最常見的是使用鼻罩或覆蓋口和鼻的罩。如果使用鼻罩，常見的是綁住或封住口，使得系統(tǒng)的使用是有效的(口泄漏和關(guān)聯(lián)的壓降明顯減小或消除)。對(duì)于由用戶的呼吸確定的流動(dòng)的范圍，cpap裝置壓力生成器以大致恒定的壓力提供氣體的流動(dòng)。

通常可以在使用之前或使用期間由用戶或設(shè)置系統(tǒng)的醫(yī)療專業(yè)人員壓力調(diào)節(jié)壓力。在使用期間提供可變壓力的系統(tǒng)也是已知的，例如提供兩個(gè)壓力水平(一個(gè)用于吸氣的壓力(ipap)和一個(gè)呼氣相期間的低壓力(epap))的bipap機(jī)器?？勺儔毫蚝愣▔毫ο到y(tǒng)全部是“呼吸輔助裝置”。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于呼吸輔助裝置的改進(jìn)的葉輪或送風(fēng)器/壓縮器或一種改進(jìn)的呼吸輔助裝置。

在一方面本發(fā)明可以被說成涉及一種呼吸輔助裝置，其包括：加壓氣體源，所述加壓氣體源包括：氣體入口，能夠?qū)⒓訅簹怏w排出到所述呼吸輔助裝置的出口的氣體出口，和輕質(zhì)葉輪。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪是無護(hù)罩的或被以另外方式減少材料。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪被一件式地形成。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪具有15到60mm之間的半徑。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪具有小于2克并且優(yōu)選地在0.8到1.8克之間的質(zhì)量。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪具有大于50:1pa/克*mm并且優(yōu)選地大于80:1pa/克*mm的慣性壓力與半徑的比率。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪具有小于15g*mm并且優(yōu)選地在8到12g*mm的范圍內(nèi)的慣性力矩與半徑的比率。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪具有16:1或更大的葉片掃掠體積與葉片體積的比率。

優(yōu)選地所述葉輪是圍繞中心軸線可旋轉(zhuǎn)的離心葉輪。

優(yōu)選地所述呼吸輔助裝置包括用于驅(qū)動(dòng)所述葉輪的馬達(dá)，其中使用場(chǎng)定向控制操作所述馬達(dá)。

優(yōu)選地所述氣體源還包括外殼，所述外殼具有封閉所述葉輪的上和下內(nèi)表面，并且其中所述葉輪具有多個(gè)葉片，所述多個(gè)葉片憑借無護(hù)罩大致向所述外殼的所述上和下內(nèi)表面開放。

優(yōu)選地所述外殼形成所述呼吸輔助裝置的一部分或與所述呼吸輔助裝置一體化。

優(yōu)選地所述氣體源還包括限定所述外殼內(nèi)的第一和第二內(nèi)部區(qū)域的分隔部，其中所述第一和第二區(qū)域由形成于所述分隔部中或由所述分隔部形成的開口流體地連接。

優(yōu)選地形成于所述分隔部中或由所述分隔部形成的所述開口至少部分地是圓的。

優(yōu)選地形成于所述分隔部中或由所述分隔部形成的所述開口為新月形。

優(yōu)選地所述第一區(qū)域由所述外殼和所述分隔部限定并且包括所述氣體入口。

優(yōu)選地所述第二區(qū)域由所述外殼和所述分隔部限定并且包括所述氣體出口。

優(yōu)選地所述葉輪具有旋轉(zhuǎn)軸線，所述分隔部從所述旋轉(zhuǎn)軸線徑向地延伸。

優(yōu)選地所述外殼還包括在所述第二區(qū)域中的螺旋形部。

優(yōu)選地所述開口鄰近所述螺旋形部的周邊。

優(yōu)選地所述葉輪位于所述第一區(qū)域內(nèi)。

優(yōu)選地所述葉輪葉片的遠(yuǎn)端在葉片旋轉(zhuǎn)的方向上彎曲。

優(yōu)選地所述呼吸輔助裝置還包括馬達(dá)，所述馬達(dá)包括：位于定子內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)軸，和支撐所述定子內(nèi)的所述可旋轉(zhuǎn)軸的至少一個(gè)軸承結(jié)構(gòu)，所述軸承結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)軸承安裝件。

優(yōu)選地所述軸承安裝件為所述可旋轉(zhuǎn)軸提供順應(yīng)支撐。

優(yōu)選地所述一個(gè)或多個(gè)軸承安裝件的外部分接合所述定子和/或定子框架和/或其它結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地所述一個(gè)或多個(gè)軸承安裝件的外部分接合所述定子和/或所述定子的框架。

優(yōu)選地所述定子包括定子框架，所述定子框架的內(nèi)表面與所述軸承結(jié)構(gòu)接合。

優(yōu)選地所述軸承結(jié)構(gòu)還包括由所述軸承安裝件圍繞所述可旋轉(zhuǎn)軸的軸線支撐的一個(gè)或多個(gè)軸承。

優(yōu)選地所述加壓氣體源具有外殼，并且所述呼吸裝置還包括馬達(dá)安裝件，所述馬達(dá)安裝件聯(lián)接所述定子和所述外殼以為所述馬達(dá)提供順應(yīng)支撐。

優(yōu)選地所述軸承安裝件和/或所述馬達(dá)安裝件是撓性的和/或彈性的。

優(yōu)選地所述螺旋形部具有至少部分地限定所述螺旋形部和所述氣體出口之間的過渡部的突舌，所述突舌位于所述第二內(nèi)部區(qū)域中。

優(yōu)選地所述軸承安裝件具有彎曲環(huán)形主體并且當(dāng)與所述定子和/或定子框架和/或其它結(jié)構(gòu)接合時(shí)所述環(huán)形主體強(qiáng)制進(jìn)入將預(yù)負(fù)荷提供給所述一個(gè)或多個(gè)軸承的接合配置。

優(yōu)選地所述軸承安裝件由提供彈性和/或撓性的材料制造從而當(dāng)在接合配置中時(shí)提供預(yù)負(fù)荷。

優(yōu)選地所述軸承安裝件由提供阻尼的材料制造。

優(yōu)選地使用場(chǎng)定向控制操作所述馬達(dá)。

在另一方面本發(fā)明可以被說成涉及一種呼吸輔助裝置，其包括：馬達(dá)，所述馬達(dá)包括位于定子內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)軸，支撐所述定子中的所述可旋轉(zhuǎn)軸的軸承結(jié)構(gòu)，所述軸承結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)軸承安裝件。

優(yōu)選地所述軸承安裝件為所述可旋轉(zhuǎn)軸提供順應(yīng)支撐。

優(yōu)選地所述一個(gè)或多個(gè)軸承安裝件的外部分接合所述定子和/或定子框架和/或其它結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地所述定子包括定子框架，所述定子框架的內(nèi)表面與所述軸承結(jié)構(gòu)接合。

優(yōu)選地所述軸承結(jié)構(gòu)還包括由所述軸承安裝件圍繞所述可旋轉(zhuǎn)軸的軸線支撐的一個(gè)或多個(gè)軸承。

優(yōu)選地所述軸承安裝件是撓性的和/或彈性的。

優(yōu)選地所述軸承安裝件具有彎曲環(huán)形主體并且當(dāng)與所述定子和/或定子框架和/或其它結(jié)構(gòu)接合時(shí)所述環(huán)形主體強(qiáng)制進(jìn)入將預(yù)負(fù)荷提供給所述一個(gè)或多個(gè)軸承的接合配置。

優(yōu)選地所述軸承安裝件由提供彈性和/或撓性的材料制造從而當(dāng)在接合配置中時(shí)提供預(yù)負(fù)荷。

優(yōu)選地所述軸承安裝件由提供阻尼的材料制造。

在另一方面中本發(fā)明可以說涉及一種加壓氣體源，其包括：在外殼內(nèi)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的離心葉輪，所述外殼具有氣體入口、氣體出口和限定第一和第二內(nèi)部區(qū)域的分隔部，其中所述第一和第二區(qū)域由所述分隔部中的開口流體地連接。

優(yōu)選地所述第一區(qū)域由所述外殼和所述分隔部限定并且包括所述氣體入口。

優(yōu)選地所述第二區(qū)域由所述外殼和所述分隔部限定并且包括所述氣體出口。

根據(jù)以上任何一項(xiàng)的加壓氣體源在根據(jù)以上任何一項(xiàng)的呼吸輔助裝置中的用途。

在另一方面本發(fā)明可以被說成涉及一種呼吸輔助裝置，其包括：加壓氣體源，所述加壓氣體源包括：外殼，氣體入口，能夠?qū)⒓訅簹怏w排出到所述呼吸輔助裝置的出口的氣體出口，馬達(dá)，所述馬達(dá)具有可旋轉(zhuǎn)軸和在定子內(nèi)支撐所述可旋轉(zhuǎn)軸的至少一個(gè)軸承結(jié)構(gòu)，所述軸承結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)撓性和/或彈性軸承安裝件以為所述可旋轉(zhuǎn)軸提供順應(yīng)性和/或預(yù)負(fù)荷和/或阻尼，聯(lián)接到所述可旋轉(zhuǎn)軸的輕質(zhì)葉輪，撓性和/或彈性馬達(dá)安裝件，所述馬達(dá)安裝件聯(lián)接所述定子和所述外殼以為所述馬達(dá)提供順應(yīng)性和/或阻尼，分隔部，所述分隔部限定所述外殼內(nèi)的第一和第二內(nèi)部區(qū)域，其中所述第一和第二區(qū)域由形成于所述分隔部中或由所述分隔部形成的新月形開口流體地連接。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪是無護(hù)罩的或以另外方式減少了材料。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪一件式地形成。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪具有15到60mm之間的半徑。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪具有小于2克并且優(yōu)選地在0.8到1.8克之間的質(zhì)量。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪具有大于50:1pa/克*mm并且優(yōu)選地大于80:1pa/克*mm的慣性壓力與半徑的比率。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪具有小于15g*mm并且優(yōu)選地在8到12g*mm的范圍內(nèi)的慣性力矩與半徑的比率。

優(yōu)選地所述輕質(zhì)葉輪具有16:1或更大的葉片掃掠體積與葉片體積的比率。

在另一方面本發(fā)明可以被說成涉及一種加壓氣體源，其包括：氣體入口，氣體出口，具有軸的馬達(dá)，和輕質(zhì)葉輪，所述輕質(zhì)葉輪連接到所述馬達(dá)并且可旋轉(zhuǎn)以吸引來自入口的氣體并且通過出口排出氣體，其中所述葉輪是無護(hù)罩的或以另外方式減少了材料。

優(yōu)選地所述葉輪是圍繞中心軸線可旋轉(zhuǎn)的離心葉輪。

優(yōu)選地所述氣體源還包括外殼，所述外殼具有封閉所述葉輪的上和下內(nèi)表面，并且其中所述葉輪具有多個(gè)葉片，所述多個(gè)葉片由于無護(hù)罩的原因而大致向所述外殼的所述上和下內(nèi)表面開放。

優(yōu)選地所述外殼形成cpap機(jī)器的一部分或與cpap機(jī)器一體化。

優(yōu)選地所述氣體源還包括限定所述外殼內(nèi)的第一和第二內(nèi)部區(qū)域的分隔部，其中所述第一和第二區(qū)域由形成于所述分隔部中或由所述分隔部形成的開口流體地連接。

優(yōu)選地形成于所述分隔部中或由所述分隔部形成的所述開口至少部分地是圓的。

優(yōu)選地所述第一內(nèi)部區(qū)域由所述外殼和所述分隔部限定并且包括所述氣體入口。

優(yōu)選地所述第二內(nèi)部區(qū)域由所述外殼和所述分隔部限定并且包括所述氣體出口。

優(yōu)選地所述葉輪具有旋轉(zhuǎn)軸線，所述分隔部從所述旋轉(zhuǎn)軸線徑向地延伸。

優(yōu)選地所述外殼還包括在所述第二區(qū)域中的螺旋形部。

優(yōu)選地所述開口鄰近所述螺旋形部的周邊。

優(yōu)選地所述葉輪位于所述第一區(qū)域內(nèi)。

優(yōu)選地所述葉輪葉片的遠(yuǎn)端在葉片旋轉(zhuǎn)的方向上彎曲。

優(yōu)選地還包括馬達(dá)，所述馬達(dá)包括：位于定子內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)軸，和支撐所述可旋轉(zhuǎn)軸的至少一個(gè)軸承結(jié)構(gòu)，所述軸承結(jié)構(gòu)具有與所述定子接合并且軸向地對(duì)準(zhǔn)以為所述可旋轉(zhuǎn)軸提供順應(yīng)支撐的一個(gè)或多個(gè)軸承安裝件。

優(yōu)選地所述一個(gè)或多個(gè)軸承安裝件的外部分接合所述定子。

優(yōu)選地所述定子包括定子框架，所述定子框架的內(nèi)表面與所述軸承結(jié)構(gòu)接合。

優(yōu)選地所述軸承結(jié)構(gòu)還包括由所述軸承安裝件圍繞所述可旋轉(zhuǎn)軸的軸線支撐的一個(gè)或多個(gè)軸承。

優(yōu)選地所述加壓氣體源還包括馬達(dá)安裝件，所述馬達(dá)安裝件聯(lián)接所述定子框架和所述外殼以為所述馬達(dá)提供順應(yīng)支撐。

優(yōu)選地所述軸承安裝件是撓性的和/或彈性的。

優(yōu)選地所述螺旋形部具有至少部分地限定所述螺旋形部和所述氣體出口之間的過渡部的突舌，所述突舌位于所述第二內(nèi)部區(qū)域中。

優(yōu)選地所述馬達(dá)是矢量控制的。

引用專利說明書、其它外部文獻(xiàn)或其它信息源的該說明書中，這一般是為了提供用于論述本發(fā)明的特征的背景。除非另外具體地說明，對(duì)這樣外部文獻(xiàn)的引用不應(yīng)當(dāng)被理解為承認(rèn)在任何管轄范圍內(nèi)的這樣的文獻(xiàn)、這樣的信息源是現(xiàn)有技術(shù)或形成本領(lǐng)域中的公知常識(shí)的一部分。

當(dāng)在該說明書中使用時(shí)，術(shù)語“包括”表示“至少部分地由…組成”。當(dāng)解釋包括術(shù)語“包括”的該說明書中的每個(gè)語句時(shí)，除了以該術(shù)語開頭的那個(gè)或那些以外的特征也可能存在?！鞍ā钡南嚓P(guān)術(shù)語應(yīng)當(dāng)以相同的方式解釋。

對(duì)本文中所公開的數(shù)字的范圍(例如，1到10)的引用也意圖包含對(duì)該范圍內(nèi)的所有有理數(shù)(例如，1,1.1,2,3,3.9,4,5,6,6.5,7,8,9和10)以及該范圍內(nèi)的有理數(shù)的任何范圍(例如，2到8，1.5到5.5和3.1到4.7)的引用。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選形式。

圖1顯示模塊化輔助呼吸單元和增濕器系統(tǒng)的示意圖。

圖2顯示模塊化輔助呼吸單元和增濕器系統(tǒng)的示意圖。

圖3顯示送風(fēng)器單元的例子的平面圖。

圖4顯示圖3的送風(fēng)器單元的側(cè)視圖。

圖5顯示葉輪的輪廓圖。

圖6顯示葉輪的另一輪廓圖。

圖7顯示氣體供應(yīng)單元的輪廓圖。

圖8顯示圖7的氣體供應(yīng)單元的分解圖。

圖9顯示氣體供應(yīng)單元的內(nèi)部視圖(從下面觀察)。

圖10顯示圖9的氣體供應(yīng)單元的輪廓圖。

圖11顯示一個(gè)實(shí)施例的送風(fēng)器單元的頂側(cè)的平面圖。

圖12顯示圖11的送風(fēng)器的底側(cè)的平面圖。

圖13顯示圖12的送風(fēng)器單元的底側(cè)的輪廓圖。

圖14a顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的不具有護(hù)罩的葉輪的平面圖。

圖15a顯示不具有護(hù)罩的圖14a的葉輪的輪廓圖。

圖14b顯示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有減少的護(hù)罩材料的葉輪的平面圖。

圖15b顯示具有減少的護(hù)罩材料的圖14b的葉輪的輪廓圖。

圖14c顯示具有蹼結(jié)構(gòu)的葉輪的平面圖。

圖15c顯示具有蹼結(jié)構(gòu)的圖14c的葉輪的輪廓圖。

圖16顯示一個(gè)實(shí)施例的優(yōu)選外殼和葉輪的分解圖。

圖17顯示一個(gè)實(shí)施例的下外殼、分隔部和葉輪的平面圖。

圖18顯示圖17的部件的輪廓圖。

圖19顯示一個(gè)實(shí)施例的馬達(dá)和葉輪的橫截面圖。

圖20顯示一個(gè)實(shí)施例的馬達(dá)安裝結(jié)構(gòu)。

圖21顯示一個(gè)實(shí)施例的具有馬達(dá)和葉輪的馬達(dá)安裝結(jié)構(gòu)。

圖22a顯示早期送風(fēng)器單元的平均聲壓水平的圖形。

圖22b顯示本發(fā)明的送風(fēng)器單元的平均聲壓水平的圖形。

圖23顯示第二實(shí)施例的具有馬達(dá)和葉輪的馬達(dá)安裝結(jié)構(gòu)。

圖24顯示第二實(shí)施例的定子疊片。

圖25顯示第二實(shí)施例的極面。

圖26顯示第二實(shí)施例的軸承安裝件。

圖27顯示第二實(shí)施例的馬達(dá)和葉輪的橫截面圖。

圖28顯示第二實(shí)施例的馬達(dá)安裝結(jié)構(gòu)。

圖29a是早期送風(fēng)器單元的壓力響應(yīng)圖。

圖29b是本發(fā)明的送風(fēng)器單元的壓力響應(yīng)圖。

具體實(shí)施方式

將參考呼吸輔助裝置/系統(tǒng)描述本發(fā)明，其中增濕器室與氣體供應(yīng)單元(也被稱為呼吸器單元或送風(fēng)器單元)一體化。然而，應(yīng)當(dāng)注意系統(tǒng)同樣可應(yīng)用于模塊化系統(tǒng)。

本發(fā)明涉及一種輕質(zhì)/低慣性葉輪。葉輪的輕質(zhì)性質(zhì)提供低慣性。

在圖7中顯示本發(fā)明所體現(xiàn)的一體化氣體供應(yīng)單元7的例子，這是一個(gè)例子并且不應(yīng)當(dāng)是限制。一體化單元7包括兩個(gè)主要部件：氣體供應(yīng)單元或送風(fēng)器單元8和增濕器單元9。除了增濕單元9的頂部以外，增濕器單元9在使用中部分地封閉在送風(fēng)器單元8的外部殼體80內(nèi)。它也包括用于控制送風(fēng)器單元和其它操作的內(nèi)部控制器14，例如微控制器、微處理器或類似裝置，例如以虛線示意性地顯示。不必詳細(xì)地描述增濕單元9的結(jié)構(gòu)和操作以便完整地描述本發(fā)明。

氣體供應(yīng)單元8的主體具有大體矩形塊的形式，具有大致豎直側(cè)和后壁，以及稍稍向后傾斜的前面(如果需要，所有壁可以稍稍向內(nèi)傾斜)。在優(yōu)選實(shí)施例中，壁、基部和頂表面全部盡量制造和連接成最小化接縫的出現(xiàn)，并且密封任何必要的接縫。

如圖7中所示，氣體供應(yīng)單元8包括位于氣體供應(yīng)單元8的前面的下部分上的控制旋鈕11，控制顯示器12位于旋鈕11的正上方?；颊叱隹?0顯示為穿出氣體供應(yīng)單元8的后壁。在優(yōu)選實(shí)施例中，出口30的自由端部面向上以易于連接?；颊叱隹?0能夠允許氣動(dòng)和電氣連接到在一體化單元7和患者接口(例如，接口5)之間延伸的管道(例如，管道3)的一個(gè)端部?？梢允褂玫倪B接器的類型和可以進(jìn)行的雙向連接的類型的例子在us6,953,354中被描述。應(yīng)當(dāng)注意為了閱讀該說明書，在適當(dāng)情況下患者接口可以認(rèn)為包括接口5和管道3。

現(xiàn)在將參考圖8、9和10描述氣體供應(yīng)單元8的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和部件。氣體供應(yīng)單元8包括形成氣體供應(yīng)單元8的一部分或封閉氣體供應(yīng)單元的封閉外部殼體80。殼體80包括用于管道輸送通過氣體供應(yīng)單元8的內(nèi)部空氣通道，并且也包括在使用中氣體供應(yīng)單元8的部件位于其中的內(nèi)部凹陷、腔或狹槽。氣體供應(yīng)單元8的殼體80還能夠包括頂部敞開隔室13。在使用中，增濕器室9位于隔室13內(nèi)。送風(fēng)器單元8包括位于隔室13的底部處的加熱器基部或加熱器板。增濕器入口孔15和增濕器出口孔16位于隔室13的壁上，朝著隔室13的頂部。在優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)系統(tǒng)在使用中時(shí)入口和出口孔15、16對(duì)準(zhǔn)以與位于增濕器室9上的入口和出口增濕器端口17、18配合。應(yīng)當(dāng)注意其它形式的增濕器入口是可能的。例如，管道在氣體供應(yīng)單元8和例如增濕器室9的蓋之間延伸。而且，如果增濕器室是獨(dú)立裝置(也就是說，在使用中非剛性地連接到氣體供應(yīng)單元)，則增濕器入口孔15將不直接連接到增濕器室，而是將改為連接到從氣體供應(yīng)單元上的增濕器入口孔通向增濕器室的管道或類似裝置的一個(gè)端部。

來自大氣的空氣通過大氣入口通氣孔19抽入到氣體供應(yīng)單元8的殼體中。該通氣孔19可以在任何適宜的位置位于氣體供應(yīng)單元8的殼體的外表面上。在優(yōu)選實(shí)施例中，如圖9中所示(從下面觀察外殼)，入口通氣孔19位于氣體供應(yīng)單元8的殼體的后表面上，在后表面的右手側(cè)(當(dāng)向前看時(shí)的右手側(cè))。在優(yōu)選實(shí)施例中，空氣借助于風(fēng)扇單元20通過入口通氣孔19被吸入，所述風(fēng)扇單元形成氣體供應(yīng)單元8的一部分，并且位于氣體供應(yīng)單元8的封閉外部殼體的內(nèi)部。風(fēng)扇單元20提供用于氣體供應(yīng)單元和因此用于輔助呼吸系統(tǒng)的加壓氣流。下面將更詳細(xì)地描述風(fēng)扇單元20。空氣經(jīng)由通過氣體供應(yīng)單元8的殼體形成的彎曲入口路徑22間接地被抽入到風(fēng)扇單元20中。路徑c從入口通氣孔19向上延伸到電源腔之上并且通過文丘里管(以虛線顯示)進(jìn)入彎曲路徑22(包括吸收泡沫通道并且通過熱敏電阻流動(dòng)傳感器)到達(dá)形成于氣體供應(yīng)單元?dú)んw80中的孔23，孔23進(jìn)入形成于風(fēng)扇單元20位于其中的氣體供應(yīng)單元?dú)んw80中的凹陷/送氣室21。

氣流如下通過風(fēng)扇單元20傳到增濕器入口孔15：氣體供應(yīng)單元8的殼體包括室或出口導(dǎo)管26，所述導(dǎo)管形成出口空氣路徑的至少一部分以允許風(fēng)扇單元20和增濕器入口孔15之間的氣體連通。在優(yōu)選實(shí)施例中，出口導(dǎo)管26在氣體供應(yīng)單元8的右手側(cè)壁(從后面向前看)和前壁之間向上延伸，一直到增濕器入口孔15。如圖9和10中所示，離開風(fēng)扇單元20的空氣進(jìn)入導(dǎo)管26。

在使用中，空氣經(jīng)由增濕器入口孔15離開氣體供應(yīng)單元或送風(fēng)器8的殼體并且進(jìn)入增濕器室9。在優(yōu)選形式中，增濕器入口孔15形成導(dǎo)管26的端部處的出口。氣體在通過直接或間接連接到患者出口30的增濕器出口孔16離開室9之前在室9中增濕和加熱(應(yīng)當(dāng)注意增濕器室9的出口也可以完全從氣體供應(yīng)單元8分離)。加熱增濕氣體然后經(jīng)由管道3傳到用戶1?；颊叱隹?0能夠允許患者管道3的氣動(dòng)附連，并且在優(yōu)選實(shí)施例中，出口30也能夠允許經(jīng)由電連接器的電氣連接。如果管道3將被加熱，則組合電氣和氣動(dòng)連接會(huì)是有用的。管道、例如管道3的電加熱可以防止或最小化管道3內(nèi)的冷凝的發(fā)生。也應(yīng)當(dāng)注意出口連接不必須經(jīng)由一體化單元7的殼體。如果需要，用于管道3的連接可以直接位于來自增濕器室9的出口上。

送風(fēng)器單元8在使用中被設(shè)置到用戶指定的壓力水平和/或可以自動(dòng)地控制壓力水平。取決于用戶呼吸，優(yōu)選實(shí)施例的流率將在使用期間變化。到達(dá)風(fēng)扇單元20的功率可以變化以改變?nèi)~輪24旋轉(zhuǎn)的速度并且因此改變壓力。

現(xiàn)在將特別地參考圖11、12和13描述根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)扇單元20的結(jié)構(gòu)。風(fēng)扇單元20在使用中位于氣體供應(yīng)單元8的殼體的凹陷21中，如上面參考圖9和10所述。在優(yōu)選形式中，風(fēng)扇單元20包括位于具有蝸殼或渦殼25形式的殼體的內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)葉輪。

可以看到風(fēng)扇單元20在平面圖中看上去為大體圓形，如圖11和12中所示。風(fēng)扇殼體25包括入口孔27。在優(yōu)選形式中，入口孔27是大致位于殼體25的中心中并且從殼體的內(nèi)部通向內(nèi)部的圓形孔。來自入口路徑22(參見圖10)的空氣經(jīng)由入口孔27進(jìn)入風(fēng)扇殼體25。應(yīng)當(dāng)注意在包括孔23和凹陷21的至少一部分作為空氣入口路徑的一部分的適合情況下，說明書應(yīng)當(dāng)被理解為包括這些元件。風(fēng)扇單元20的殼體25的優(yōu)選形式也包括出口通道28。

在優(yōu)選形式中，出口通道28是短通道，所述短通道形成為殼體25的一體部分并且大致在圓周的切向上對(duì)準(zhǔn)大體圓形殼體25的剩余部分。風(fēng)扇殼體出口孔或出口孔29(例如參見圖13)位于通道28的外端處。應(yīng)當(dāng)注意風(fēng)扇殼體出口孔29可以在任何適當(dāng)?shù)奈恢梦挥谕ǖ?8上(即，它不必須在通道的端部處，它例如可以通過沿著它的長度的通道壁中途)。出口孔29通向?qū)Ч?6中。出口通道28形成從風(fēng)扇到增濕器入口孔15的空氣路徑的一部分。

除了通道28的入口孔27和出口孔29以外，風(fēng)扇殼體25在使用中包圍風(fēng)扇。在優(yōu)選實(shí)施例中，風(fēng)扇單元20的旋轉(zhuǎn)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，風(fēng)扇或葉輪單元能夠連接到馬達(dá)。空氣或氣體通過殼體25的中心中的入口孔27被抽入到葉輪單元24的中心中，并且然后當(dāng)葉輪單元24旋轉(zhuǎn)時(shí)作為氣流由葉輪葉片31向外推動(dòng)通過出口通道28的出口孔29。

在優(yōu)選形式中，風(fēng)扇出口通道或出口通道28具有大體矩形橫截面，并且出口通道28大致切向地對(duì)準(zhǔn)殼體25。然而，風(fēng)扇出口通道28的橫截面可以是任何合適的形狀，例如卵形、矩形或圓形。風(fēng)扇出口通道28也可以與葉輪單元成任何合適的角布置，例如徑向地面向外，或成切向和徑向之間的任何合適角。風(fēng)扇出口通道28導(dǎo)致氣體由葉輪單元24向外推出以聯(lián)合作為流體氣流，并且確定氣流流動(dòng)的方向。氣流的總體路徑或總體方向?qū)⒀刂鴱娘L(fēng)扇朝著風(fēng)扇殼體出口孔29的通道。

在圖14和15中顯示葉輪的優(yōu)選形式。葉輪24具有從中心轂32向外延伸的多個(gè)葉片31。葉輪是離心葉輪。轂32限定軸線，葉輪圍繞所述軸線旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地轂32具有在下側(cè)上的孔或凹陷以允許與促進(jìn)葉輪旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)軸接合。然而，可以使用其它接合機(jī)構(gòu)，例如用軸包覆模制轂。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣在鄰近轂32的區(qū)域中進(jìn)入葉輪葉片，徑向向外移動(dòng)并且鄰近葉片尖端33離開葉片。葉輪優(yōu)選地一件式地被制造(“整體構(gòu)造”)，與模制成多個(gè)部分并且相聯(lián)接是相反的。當(dāng)沒有護(hù)罩或最多有一個(gè)護(hù)罩時(shí)這是可能的。這減小可能導(dǎo)致不平衡或其它缺陷的部件的失配。在優(yōu)選實(shí)施例中沒有護(hù)罩(與例如圖5和6中所示的護(hù)罩152形成對(duì)比)。

葉片31優(yōu)選地提供從轂32到葉片尖端的大致平坦表面，并且入射旋轉(zhuǎn)的方向以由此離心氣體。優(yōu)選地，葉輪葉片尖端33的尖端在葉輪旋轉(zhuǎn)的方向上(箭頭“a”)部分地彎曲。也就是說，葉片尖端33是前掠的。與直或后掠葉片相比前掠葉片尖端有助于將更強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)力施加到流動(dòng)通過葉輪的氣體。前掠葉片尖端有助于產(chǎn)生每個(gè)葉片的尖端之間的高壓力環(huán)形空間。葉輪葉片的內(nèi)部分31可以是稍稍后掠的。后掠葉片允許氣體在葉片表面自身上的某種程度的再循環(huán)。后掠內(nèi)葉片部分可以有益于增加壓力生成并且允許穩(wěn)定的低和反向氣流。

葉輪構(gòu)造成輕質(zhì)的。優(yōu)選地，這通過使葉輪無護(hù)罩或至少部分地?zé)o護(hù)罩，由此減輕重量。為了獲得輕質(zhì)葉輪，如圖14a和15a中所示，優(yōu)選葉輪24的葉片31的每一個(gè)在葉片之間敞開(也就是說，葉輪的上和下“面”或“平面”向風(fēng)扇單元20的外殼的內(nèi)表面開放)，由此限定無護(hù)罩離心葉輪。通過省略葉輪葉片的上和/或下面上的護(hù)罩，葉輪24的重量可以顯著減小。除了省略護(hù)罩以外或替代地，葉輪的重量也可以以其它方式減小。例如，可以使用輕質(zhì)材料。而且，具有最少材料和葉片之間的大間隙的薄葉片可以實(shí)現(xiàn)以減小重量。替代地，可以使用例如圖14b、15b中所示的去除一些材料的護(hù)罩35。提供扇貝形36護(hù)罩，由此去除葉片31之間的一些材料?？梢匀コ牧系娜魏魏线m量。護(hù)罩溝流來自葉輪的空氣。在去除相當(dāng)多材料的情況下，由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)實(shí)際上可以不再執(zhí)行護(hù)罩的該功能，而是僅僅為葉輪葉片31提供支撐。在該情況下，葉輪24仍然可以被認(rèn)為是無護(hù)罩的，盡管具有葉輪葉片31之間的某個(gè)結(jié)構(gòu)。在圖14c、15c所示的又一實(shí)施例中，葉輪葉片之間的結(jié)構(gòu)是居中地布置在葉輪之間的蹼。這樣的結(jié)構(gòu)不用作護(hù)罩。減少材料的結(jié)構(gòu)或蹼36可以具有任何形狀(不僅僅是扇貝形)或范圍，圖14b、15b、14c、15c顯示其中的兩個(gè)例子。輕質(zhì)葉輪24提供例如制造成本、低旋轉(zhuǎn)慣性的益處，并且一旦制造就平衡或需要很少的努力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)平衡。具有低旋轉(zhuǎn)慣性的葉輪可以快速地加速和減速。輕質(zhì)、無護(hù)罩葉輪因此能夠快速地響應(yīng)波動(dòng)壓力要求，例如連接到葉輪在其中操作的呼吸輔助裝置的患者的正常吸氣和呼氣周期。

例如，通常在呼吸輔助裝置上使用的、重量為大約17克并且具有6kg.mm²的慣性的常規(guī)護(hù)罩葉輪可以在大約2秒內(nèi)響應(yīng)10cmh2o的壓力波動(dòng)。相比之下，重量為大約1.7克并且具有0.5kg.mm²的慣性的優(yōu)選葉輪在大約100ms內(nèi)響應(yīng)10cmh2o的壓力波動(dòng)。圖29a顯示重量為17克的早期葉輪的壓力與時(shí)間的關(guān)系的圖形。葉輪操作以試圖在患者的正常吸氣和呼氣周期期間保持4cmh2o的恒定壓力。相比之下，圖29b顯示優(yōu)選葉輪24的壓力與時(shí)間的關(guān)系的圖形。可以看到早期葉輪上的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)慣性的減小具有比圖29a的葉輪小得多的壓力波動(dòng)。減小的壓力波動(dòng)對(duì)患者的呼吸過程的破壞較小，并且因此有利地增加患者舒適性。

如上所述，可以通過省略護(hù)罩獲得輕質(zhì)。然而，不必省略整個(gè)護(hù)罩，而是僅僅省略足夠的護(hù)罩以將葉輪的重量減小到合適水平，例如如圖14b、15b、14c、15c中所示。所以，可以通過在葉片之間具有盡可能多的敞開空間(區(qū)域或體積)獲得輕質(zhì)。可以根據(jù)葉片體積與葉片掃掠體積比率/百分比限定敞開空間。也就是說，葉片在旋轉(zhuǎn)時(shí)掃掠體積x，并且葉片自身具有組合體積y(其是每個(gè)葉片的組合體積)。替代地，從平面圖的角度看，可以根據(jù)葉片面積與葉片掃掠面積的比率限定敞開空間。比率應(yīng)當(dāng)保持盡可能低。在一個(gè)實(shí)施例中，例如葉輪的掃掠體積為大約19,000mm³，其中葉片構(gòu)成大約1,200mm³的體積。掃掠體積與葉片體積的比率因此為大約16:1，由此限定與較小、設(shè)計(jì)更致密并且更重的早期使用葉輪相比輕質(zhì)的葉輪。

輕質(zhì)葉輪可以具有例如小于2克并且優(yōu)選地在0.8到1.8克之間或更優(yōu)選地在1.2到1.7克之間、乃至更優(yōu)選地為1.7克的重量。這些僅僅是例子或優(yōu)選實(shí)施例并且葉輪不需要這樣重量，而可以是使它輕質(zhì)的某個(gè)其它重量。

替代地，輕質(zhì)葉輪可以設(shè)計(jì)成去除盡可能多的護(hù)罩以將慣性力矩與半徑的比率降低到優(yōu)選地小于15克*mm，并且更優(yōu)選地在8-12克*mm之間并且在一個(gè)可能的實(shí)施例中為大約11克*mm。例如，在一個(gè)可能的實(shí)施例中，這樣的葉輪可以具有35mm的半徑，219mm的周長和在15,000rpm下的344.22的慣性力矩，54.98m/s的尖端速度，1,800pa的壓力和3.5或更大、例如5.59的慣性尖端速度與半徑的比率。更一般地，輕質(zhì)葉輪可以具有在以下范圍內(nèi)的尺寸/參數(shù)(應(yīng)當(dāng)注意這些范圍是指示而不是限制)：

半徑：15mm-60mm

重量：小于2克。

在1,000pa下慣性壓力與半徑的比率大于50:1帕/克*mm并且優(yōu)選地為80:1帕/克*mm。

輕質(zhì)葉輪允許使用更大半徑的葉輪。可以使用不同于上述的另一較大半徑葉輪。較大半徑葉輪提供更大的尖端速度和壓力。葉輪的構(gòu)造允許更大半徑的葉輪，原因是葉輪的輕質(zhì)性質(zhì)使得即使具有更大的葉輪，慣性仍然足夠低以提供所需的響應(yīng)和壓力。

可以通過用任何合適的手段去除質(zhì)量、例如從葉輪去除護(hù)罩和/或材料和/或使用更輕的材料獲得葉輪的輕質(zhì)性質(zhì)。減小葉輪質(zhì)量的一種可能方式是減少葉片的數(shù)量。

葉輪生成尖端和外殼的內(nèi)面之間的高壓環(huán)形空間。具有在尖端處的前掠的面向后葉輪允許在葉片自身上的再循環(huán)，這有助于增加的壓力生成和穩(wěn)定的流動(dòng)和反向流動(dòng)。

如圖11和12中所示并且如上所述的風(fēng)扇單元20以分解形式在圖16中被顯示。送風(fēng)器具有組裝以包封分隔層52和葉輪24的上外殼層50和下外殼層51。葉輪的葉片向上和下外殼層的內(nèi)表面敞開。當(dāng)層被組裝時(shí)，分隔層52和上層50的內(nèi)表面構(gòu)型成大致封閉葉輪葉片。這形成第一內(nèi)部區(qū)域(“上區(qū)域”)。上外殼層50具有限定進(jìn)入送風(fēng)器的氣體入口的孔27。下外殼層限定螺旋形部53，其中氣體在從送風(fēng)器排出之前被收集。優(yōu)選地，螺旋形部53也具有密封內(nèi)壁56。壁56限定在下外殼的內(nèi)部的空間，所述空間可以用于容納馬達(dá)。下外殼層51和分隔部52形成第二內(nèi)部區(qū)域(“下區(qū)域”)。

風(fēng)扇單元20的出口通道28經(jīng)由孔54連接到螺旋形部53?？?4和螺旋形部壁53限定突舌55，由此在螺旋形部53中循環(huán)的氣體分流到出口通道28中。

分隔層52為大體圓形并且將上外殼50大致與下外殼51分開，由此限定送風(fēng)器的上和下氣體流動(dòng)(內(nèi)部)區(qū)域。為了允許氣體從上區(qū)域流動(dòng)到下區(qū)域，孔(開口)57位于分隔部的外緣處或附近。在圖17和18中更清楚地顯示孔57?？?7最優(yōu)選地是通過在分隔層52中切除形成的開口或外殼51的某個(gè)其它配置/形狀，使得分隔層52和外殼51的組合/布置產(chǎn)生兩者之間的孔/開口。然而孔57也可以包括獨(dú)立于分隔層形成的流動(dòng)路徑，例如在上和下外殼50和51的壁中形成的凸起或流體通道。切除例如可以形成外殼51和分隔部52之間的圓周孔57。圓周孔57的曲率/半徑的中心優(yōu)選地偏離分隔部52的半徑的中心或以另外方式具有不同于分隔部52的圓周的曲率，導(dǎo)致圍繞分隔部52的圓周的偏心或以另外方式偏移的圓周孔57，如圖中所示。這產(chǎn)生具有新月形(“笑臉”)開口的孔57，所述孔從前緣58橫跨到后緣59。然而，孔可以具有相對(duì)于葉輪旋轉(zhuǎn)的平面逐漸打開和閉合的任何形狀?？自试S從送風(fēng)器的頂部處的高靜壓力源逐漸供應(yīng)壓力和流動(dòng)。調(diào)節(jié)孔打開和閉合的角以允許反向流動(dòng)以穩(wěn)定方式通過系統(tǒng)返回。它也有助于通過不具有幾何形狀的突然中斷而減小葉片通過噪聲?？滋峁└郊油簧?，以及在出口上的突舌。孔的逐漸打開和閉合(“錐部”)提供突舌。出口處的最大速度(例如，10m/s)小于錐部處的最大速度(例如，60m/s)。葉片在該速度下通過時(shí)的逐漸打開和閉合控制葉片通過噪聲?？?7的寬度和長度控制外殼的下(螺旋形部)部分的速度。更寬和更長的孔例如增加螺旋形部的速度。

在送風(fēng)器的操作期間，葉輪24在方向a上旋轉(zhuǎn)，參見圖17。葉輪24的旋轉(zhuǎn)通過入口27并且通過葉片31朝著上外殼層50的外壁抽入氣體。在操作期間，空氣b也可以通過定子/轉(zhuǎn)子從外殼的另一側(cè)被抽入，例如參見圖13。通過罐吸入的空氣b冷卻馬達(dá)。無護(hù)罩葉輪24允許空氣以該方式通過馬達(dá)被吸引，因此提供冷卻。前掠葉片尖端31將強(qiáng)旋轉(zhuǎn)力施加到在送風(fēng)器外殼的上區(qū)域中循環(huán)的氣體，由此產(chǎn)生高循環(huán)氣體速度。上區(qū)域中的氣體將由于區(qū)域之間的壓力差自然地通過孔57流動(dòng)到下區(qū)域。當(dāng)具有高速度和低壓力的上區(qū)域中的氣體進(jìn)入下區(qū)域、特別是螺旋形部53時(shí)，氣體速度下降并且壓力增加。典型地，螺旋形部53具有比上區(qū)域更大的體積以有助于促進(jìn)氣體壓力增加。

通過將送風(fēng)器內(nèi)部空間分成兩個(gè)獨(dú)立區(qū)域，可以實(shí)現(xiàn)許多優(yōu)點(diǎn)。在常規(guī)送風(fēng)器中，離開葉輪的高速氣體入射到限定物理邊界的邊緣和突舌，在所述物理邊界處氣體由螺旋形部分開以進(jìn)入出口通道。在突舌處入射的高速氣流是紊流并且對(duì)于送風(fēng)器性能是不足的。由突舌導(dǎo)致的紊流也引起噪聲源。相比之下，將優(yōu)選送風(fēng)器的外殼分成上和下區(qū)域減小由突舌導(dǎo)致的影響。上區(qū)域允許氣體以高速度循環(huán)。優(yōu)選分隔部57的逐漸徑向打開和閉合提供到達(dá)下區(qū)域的流體路徑，所述流體路徑?jīng)]有(或具有減小的)空氣動(dòng)力學(xué)紊流邊緣。當(dāng)循環(huán)氣體已進(jìn)入下區(qū)域時(shí)，螺旋形部的擴(kuò)大體積促使氣體減慢并且增加壓力。減小的氣體速度將通常由突舌55導(dǎo)致的紊流的影響減小到低或可忽略水平。因此當(dāng)與其它送風(fēng)器相比時(shí)該送風(fēng)器單元能夠以顯著減小的噪聲輸出在寬壓力和流動(dòng)范圍上操作。更寬和更長的孔57增加下區(qū)域相對(duì)于上區(qū)域的流率。所以，根據(jù)送風(fēng)器單元的期望流率和壓力范圍選擇孔的尺寸。

用于驅(qū)動(dòng)葉輪24的馬達(dá)在圖19中的橫截面中被顯示。優(yōu)選地馬達(dá)是使用無傳感器矢量控制(也被稱為“場(chǎng)定向控制”)操作的無刷dc馬達(dá)，其由微控制器、微處理器或類似控制器14(例如在圖7中顯示)例如經(jīng)由安裝到pcb130的連接器131控制?？梢哉{(diào)節(jié)控制以適合低慣性葉輪。葉輪31的中心轂32與從馬達(dá)61延伸的軸60接合。多個(gè)優(yōu)選小的磁性段安裝到軸以形成轉(zhuǎn)子62。在一個(gè)實(shí)施例中磁體在直徑上為20mm，但是更一般地，直徑可以小于20mm并且優(yōu)選地在10mm到15mm之間。磁體體積小于1600mm³并且可以在500mm³到1600mm³之間。具有多個(gè)極63和繞組68的疊層定子圍繞轉(zhuǎn)子62。定子安裝到pcb或其它襯底130并且繞組聯(lián)接到連接器131。繞組由微控制器14經(jīng)由連接器131選擇性地賦能以促進(jìn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)并進(jìn)而促進(jìn)軸60和葉輪31圍繞軸60的中心線所限定的中心軸線的旋轉(zhuǎn)。

軸60由軸承結(jié)構(gòu)保持在馬達(dá)內(nèi)。優(yōu)選地，軸承結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)軸承64和一個(gè)或多個(gè)軸承安裝件65。如圖所示的軸承安裝件65在內(nèi)表面上與軸承并且在外表面上與定子接合。安裝件的軸承和定子的優(yōu)選接合是摩擦的。為了促進(jìn)摩擦接合，軸承安裝件65由柔軟、但是彈性和/或撓性材料、例如硅橡膠或其它彈性體材料制造。材料可以具有低蠕變、溫度性能穩(wěn)定、具有高正切角的低壓縮變形(高粘性)、高阻尼。例子包括：

·捏塑橡膠，例如nbr、腈和氟硅樹脂。

·熱塑性彈性體(tpe’s)，例如由exxon生產(chǎn)的santoprene。

·熱塑性氨甲酸乙酯，例如由glscorporation生產(chǎn)的dynaplast。

·熱固化鑄造氨甲酸乙酯，例如由nationalurethanes生產(chǎn)的10t90。

·多種其它冷鑄橡膠化合物，例如由dowcorning生產(chǎn)的rtv(室溫固化硬橡膠)、whacker等。

這樣的材料允許安裝件65在安裝時(shí)壓縮，然后膨脹到它們的選擇位置以通過用接合膨脹尺寸限制地保持就位。安裝件65可選地由形成為電絕緣器/隔離器或定子上的其它框架結(jié)構(gòu)(“定子框架”)的一部分的懸突66限制。類似地，軸承可以由形成為軸承安裝件的一部分的懸突67限制。懸突之一或兩者可以圍繞軸承安裝件的內(nèi)和外環(huán)分立地定位，或替代地，圍繞安裝件的圓周延伸以限定安裝件位于其中的凹陷。

軸承安裝件為可旋轉(zhuǎn)軸60提供順應(yīng)性。作為可旋轉(zhuǎn)物體、例如轉(zhuǎn)子62，軸60和葉輪31通常受到一定程度的旋轉(zhuǎn)不平衡，軸承安裝件能夠?qū)⒐逃械男D(zhuǎn)引起的振動(dòng)從馬達(dá)轉(zhuǎn)子隔離。已發(fā)現(xiàn)如上所述具有低旋轉(zhuǎn)慣性的輕質(zhì)、無護(hù)罩葉輪與軸承安裝件的指定順應(yīng)性的組合允許制造轉(zhuǎn)子62、軸60和葉輪31并且完全省略用于旋轉(zhuǎn)部件的任何制造后平衡過程。這些優(yōu)點(diǎn)有利于制造成本和時(shí)間。葉輪的輕質(zhì)性質(zhì)允許由軸承安裝件補(bǔ)償任何不平衡。輕質(zhì)葉輪也允許葉輪對(duì)變化狀態(tài)的更快速度響應(yīng)。由于缺少護(hù)罩引起的壓力的任何非期望波動(dòng)可以通過快速地改變?nèi)~輪速度以將壓力返回到期望水平而進(jìn)行補(bǔ)償。

應(yīng)當(dāng)注意，盡管圖19顯示安裝在馬達(dá)定子內(nèi)的軸承安裝件65，但是它們可以等效地容納在馬達(dá)的外部。例如，安裝件65可以改為安裝在形成于送風(fēng)器外殼內(nèi)的軸頸或氣體供應(yīng)單元7內(nèi)。在軸承安裝件位于氣體供應(yīng)單元7內(nèi)的情況下，也可能有利的是省略用于送風(fēng)器外殼50、51的分離結(jié)構(gòu)，改為將外殼的內(nèi)表面直接安裝到氣體供應(yīng)單元7的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

為了進(jìn)一步提供送風(fēng)器的旋轉(zhuǎn)部件的振動(dòng)阻尼，馬達(dá)和葉輪可以可選地安裝在順應(yīng)性安裝裝置上。圖20顯示這樣的安裝裝置70的一個(gè)實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例安裝件最優(yōu)選地由柔軟、撓性但是彈性的材料、例如硅橡膠制造。安裝裝置70具有定子接收在其中的內(nèi)部凹陷71。優(yōu)選地，內(nèi)部凹陷小于馬達(dá)的外表面以促進(jìn)這些部件之間的干涉配合。圖21顯示定位在安裝凹陷71內(nèi)的馬達(dá)61。

多個(gè)突起72環(huán)繞安裝件70的上和下表面。每個(gè)突起72優(yōu)選地具有凹陷到安裝件的主體中的基部以有效地增加長度，由此突起自由彎曲。突起的端部延伸經(jīng)過安裝件的上和下表面以為安裝件和馬達(dá)組件提供支撐杠桿作用。在馬達(dá)的操作期間，通過允許安裝件70的主體相對(duì)于突起72支撐在其上的表面移動(dòng)，由旋轉(zhuǎn)部件的任何不平衡導(dǎo)致的振動(dòng)由每個(gè)突起吸收。

圖22a是在消聲室中測(cè)試的常規(guī)風(fēng)扇單元的聲壓力水平的圖形。圖22b是根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)扇單元的聲壓力水平的圖形?？梢钥吹捷p質(zhì)和無護(hù)罩葉輪24、撓性軸承安裝件65和撓性馬達(dá)安裝件70有助于在50hz到10khz的測(cè)試譜范圍上的顯著減小的噪聲輸出。

在圖23至28中顯示馬達(dá)和葉輪組件的另一實(shí)施例。該實(shí)施例的許多方面與先前的實(shí)施例中相同。未在該實(shí)施例中描述的關(guān)于先前的實(shí)施例所述的特征在適當(dāng)?shù)那闆r下可以假設(shè)存在于該實(shí)施例中。相似的特征將使用與先前的實(shí)施例相同的附圖標(biāo)記。在圖27中的橫截面中顯示用于驅(qū)動(dòng)葉輪24的馬達(dá)。優(yōu)選地馬達(dá)是使用無傳感器矢量控制(也被稱為“場(chǎng)定向控制”)操作的無刷dc馬達(dá)，其由微控制器、微處理器或類似控制器14(例如在圖7中顯示)例如經(jīng)由安裝到pcb/襯底230(例如在圖23中顯示)的連接器131控制。可以調(diào)節(jié)控制以適應(yīng)低慣性葉輪。參考圖23、24和27，葉輪24的中心轂32與從馬達(dá)61延伸的軸60接合。多個(gè)優(yōu)選小的磁性段安裝到軸以形成轉(zhuǎn)子62。層疊的定子241圍繞著轉(zhuǎn)子62，所述定子具有環(huán)形外部分242和多個(gè)極243和繞組68。定子安裝到pcb或其它襯底230并且繞組68聯(lián)接到連接器231。定子241具有覆蓋環(huán)形部分242和極243的頂部和底部的電絕緣器/隔離器(形成定子框架)270a、270b。每個(gè)繞組68優(yōu)選地組裝在每個(gè)極243之上的絕緣器270a、270b上。圍繞向上延伸的圓周271并且在向上272a和向下272b延伸的極的端部處提供用于接合和保持的突起。

參考圖24中的疊片240中的一個(gè)的平面圖，每個(gè)疊片包括環(huán)形外部分242和向內(nèi)徑向延伸的極部分243。每個(gè)極部分243的邊緣244包括波形。波形包括在中心頂點(diǎn)244c處會(huì)合的兩個(gè)凹部分244a、244b。參考圖25，當(dāng)多個(gè)疊片240堆疊以產(chǎn)生定子241時(shí)，每個(gè)極243具有帶波形的內(nèi)徑向面250，如圖25中所示。面250包括在中心頂點(diǎn)250c處會(huì)合的兩個(gè)凹部分250a、250b。該布置減小嵌齒。定子和/或轉(zhuǎn)子可以具有偏斜磁化。使用控制器14經(jīng)由連接器231選擇性地賦能繞組以促進(jìn)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和因此促進(jìn)軸60和葉輪31圍繞軸60的中心線所限定的中心軸線的旋轉(zhuǎn)。

軸60由軸承結(jié)構(gòu)保持在馬達(dá)內(nèi)。優(yōu)選地軸承結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)軸承64和一個(gè)或多個(gè)軸承安裝件260(參見圖26)。如圖所示的軸承安裝件260在內(nèi)表面261上與軸承64并且在外表面上與定子241/絕緣器270a/270b接合，如圖27中所示。軸承安裝件260包括從中心孔263處的低點(diǎn)向外圓周262處的高點(diǎn)彎曲的主環(huán)形主體265。外圓周包括接合唇邊264，優(yōu)選地具有在外圓周262與主環(huán)形主體265的交叉部上的倒角264a。內(nèi)孔263與主體265的內(nèi)圓周261的交叉部也優(yōu)選地具有倒角261a。環(huán)形壁/凸起266在內(nèi)孔263處從主環(huán)形主體265向上延伸。環(huán)形壁266的頂部分267具有懸突接合唇邊268。唇邊268與環(huán)形壁266和與懸突唇邊側(cè)壁268a的交叉部優(yōu)選地具有倒角268b、268c。軸承安裝件260到軸承64和定子241的優(yōu)選接合是摩擦的。為了促進(jìn)摩擦接合，軸承安裝件260由柔軟、但是彈性和/或撓性材料、例如硅橡膠或其它彈性體材料制造。材料可以具有低蠕變、溫度穩(wěn)定、具有高角正切的低壓縮變形(高粘性)、高阻尼。關(guān)于先前的實(shí)施例描述了可能的材料。這樣的材料允許安裝件260在安裝時(shí)壓縮，然后膨脹到它們的選擇位置以通過用限制接合膨脹尺寸保持就位。它們也提供順應(yīng)性。

圖27用實(shí)線顯示處于未安裝/組裝狀態(tài)的具有向上曲率的軸承安裝件。虛線顯示夾入到定子/絕緣器279a、270b的處于安裝/組裝狀態(tài)的軸承安裝件260。在安裝狀態(tài)(也稱為接合狀態(tài)或配置)下環(huán)形主體與定子241和/或定子框架270a、270b接合，并且環(huán)形主體265從彎曲狀態(tài)(以實(shí)線顯示)強(qiáng)制進(jìn)入接合(平坦)配置(以虛線顯示)，通過提供偏壓的軸承安裝件的作用將預(yù)負(fù)荷提供給一個(gè)或多個(gè)軸承，所述偏壓通過彈性/撓性主體作用于定子和/或定子框架和軸承被提供。安裝件260可選地由形成于絕緣器270a、270b上的懸突部272c、272d限制。類似地，軸承64可以由形成為軸承安裝件260上的凸起266的一部分的懸突部268限制。懸突部之一或兩者可以圍繞軸承安裝件的內(nèi)和外環(huán)分離地定位，或替代地，圍繞安裝件的圓周延伸以限定安裝件位于其中的凹陷。通過將軸承64組裝在軸60上、將軸承安裝件260組裝在軸承64上并且操作軸承安裝件260(用手、夾具或其它裝置)將葉輪/軸/轉(zhuǎn)子組裝到定子241中，使得它們?cè)诿總€(gè)極243處與定子絕緣器270a、270b接合。在替代實(shí)施例中，軸承安裝件260不直接聯(lián)接到定子或絕緣器270a/241，而是聯(lián)接到另一結(jié)構(gòu)，例如外殼。提供如下面所述的所需功能的與任何合適結(jié)構(gòu)的任何聯(lián)接布置可以被提供。

軸承安裝件260為可旋轉(zhuǎn)軸60提供順應(yīng)性。作為可旋轉(zhuǎn)物體、例如轉(zhuǎn)子62，軸60和葉輪24通常受到一定程度的旋轉(zhuǎn)不平衡，軸承安裝件能夠?qū)⒐逃械男D(zhuǎn)引起的振動(dòng)從馬達(dá)轉(zhuǎn)子隔離。已發(fā)現(xiàn)如上所述具有低旋轉(zhuǎn)慣性的輕質(zhì)、無護(hù)罩葉輪與軸承安裝件的指定順應(yīng)性的組合允許制造轉(zhuǎn)子62、軸60和葉輪24，并且完全省略用于旋轉(zhuǎn)部件的任何制造后平衡過程。這些優(yōu)點(diǎn)有利于制造成本和時(shí)間。葉輪24的輕質(zhì)性質(zhì)允許由軸承安裝件260補(bǔ)償任何不平衡/失配－由于軸承安裝件順應(yīng)性(例如由于彈性和/或撓性)該布置是自對(duì)準(zhǔn)的。包括幾何形狀和材料的軸承安裝件構(gòu)造也提供例如達(dá)到7牛頓的作用于軸承的軸向預(yù)負(fù)荷。軸承的環(huán)形性質(zhì)提供圍繞軸承64的一致/均勻預(yù)負(fù)荷。彈性/撓性彎曲環(huán)形主體允許軸承安置就位并且提供預(yù)負(fù)荷。軸承安裝件260的環(huán)形性質(zhì)提供圍繞軸承的均勻預(yù)負(fù)荷，同時(shí)低蠕變構(gòu)造材料保持預(yù)負(fù)荷。軸承安裝件260的材料也優(yōu)選地是提供阻尼的粘彈性阻尼材料，其減小馬達(dá)的操作期間的共振的可能性。這樣的粘彈性材料也可以提供所需的彈性/撓性以提供預(yù)負(fù)荷。這樣的材料的例子是熱塑性氨甲酸乙酯，例如由glscorporation生產(chǎn)的dynaplast。用于軸承安裝件260的上述其它彈性和/或撓性材料可以能夠通過加入云母提供所需的阻尼。輕質(zhì)葉輪也允許葉輪對(duì)變化狀態(tài)的更快速度響應(yīng)。由于缺少護(hù)罩引起的壓力的任何非期望波動(dòng)可以通過快速地改變?nèi)~輪速度以將壓力返回到期望水平而進(jìn)行補(bǔ)償。軸承安裝件也提供振動(dòng)隔離。

為了進(jìn)一步提供送風(fēng)器的旋轉(zhuǎn)部件的振動(dòng)阻尼，馬達(dá)和葉輪可以可選地安裝在順應(yīng)性安裝裝置(馬達(dá)安裝件)280上。圖23、27和28顯示這樣的安裝裝置280的一個(gè)實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例安裝件最優(yōu)選地由柔軟、撓性但是彈性的材料、例如硅橡膠制造。安裝裝置280具有環(huán)形主體282，所述環(huán)形主體具有限定定子241布置在其中的內(nèi)部凹陷281的上和下接合唇邊282a、282b。優(yōu)選地，內(nèi)部凹陷281小于定子的外表面以促進(jìn)這些部件之間的干涉配合。圖27顯示定位在安裝凹陷281內(nèi)的馬達(dá)。

多個(gè)突起283環(huán)繞安裝件280的上和下表面。突起的端部延伸經(jīng)過安裝件的上和下表面以為安裝件和馬達(dá)組件提供支撐杠桿作用。在馬達(dá)的操作期間，通過允許安裝件280的主體相對(duì)于突起283支撐在其上的表面移動(dòng)，由旋轉(zhuǎn)部件的任何不平衡導(dǎo)致的振動(dòng)由每個(gè)突起吸收。

本發(fā)明的各種特征的組合提供可以使用單葉輪獲得的優(yōu)點(diǎn)。使用輕質(zhì)/低慣性葉輪(例如通過去除一些或全部護(hù)罩和/或減少葉片材料)減小由于制造公差引起的葉輪的不平衡。在以前，在制造之后和送風(fēng)器的組裝期間，必須為葉輪去除/增加材料以改善平衡。葉輪的輕質(zhì)性質(zhì)意味著可以容忍任何小的不平衡而不需要修正。與此聯(lián)系，在不平衡不夠小的情況下，彈性/撓性軸承結(jié)構(gòu)安裝件65和/或定子安裝件可以補(bǔ)償葉輪中的任何不平衡。當(dāng)葉輪足夠輕質(zhì)時(shí)，任何不平衡具有將由軸承結(jié)構(gòu)安裝件65補(bǔ)償?shù)淖銐蛐〉姆龋恍枰诮M裝期間改變?nèi)~輪的重量。

輕質(zhì)構(gòu)造也允許更大直徑的葉輪，這對(duì)于特定rpm又提供更高的尖端速度。這允許送風(fēng)器的較低rpm操作，同時(shí)仍然獲得所需的壓力(這取決于尖端速度)。具有較低rpm將振動(dòng)減小到可接受水平或可以由軸承結(jié)構(gòu)和/或定子安裝件補(bǔ)償?shù)乃?。如先前所述的葉輪的輕質(zhì)構(gòu)造允許更大的葉輪，原因是它提供獲得所需壓力/響應(yīng)的更低慣性。也就是說，需要的更低的扭矩來加快和減慢葉輪以達(dá)到所需的尖端速度/壓力。這改善動(dòng)態(tài)性能(響應(yīng))。除此之外，馬達(dá)中的小磁體(與軸承結(jié)構(gòu)組合)不需要在組裝期間平衡，改善動(dòng)態(tài)性能。

彈性/撓性軸承結(jié)構(gòu)允許葉輪和軸組件的自對(duì)準(zhǔn)、順應(yīng)、阻尼和預(yù)負(fù)荷。這使組裝更容易，并且與輕質(zhì)/低慣性葉輪組合減小或消除組裝期間的平衡修改的需要，如先前所述。軸承結(jié)構(gòu)提供制造期間的不嚴(yán)格公差，原因是它補(bǔ)償較大公差。軸承結(jié)構(gòu)也隔離和/或阻尼振動(dòng)，必要時(shí)也允許葉輪的高rpm速度。定子框架/馬達(dá)安裝件也提供振動(dòng)隔離。

將送風(fēng)器分成第一和第二區(qū)域的分隔部分出高速區(qū)域以減小噪聲。這允許并且保持恒定的高流動(dòng)速度，同時(shí)將速度分散到壓力。

一般而言，通過如下的一個(gè)或多個(gè)特征的組合提供以下優(yōu)點(diǎn)：

盡管已根據(jù)某些實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見的其它實(shí)施例在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，可以進(jìn)行各種變化和修改而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。例如，各種部件可以根據(jù)需要重新定位。而且，不一定所有的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)需要實(shí)施本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍旨在僅僅由以下的權(quán)利要求限定。