CN101291703B

CN101291703B - 传送压缩气体的设备

Info

Publication number: CN101291703B
Application number: CN2006800393254A
Authority: CN
Inventors: D·伯顿; F·布劳奇林格尔; W·弗里曼; G·帕拉特; A·沃莱斯
Original assignee: Compumedics Ltd
Current assignee: Compumedics Ltd
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-10-16
Also published as: NZ582812A; AU2010200652B2; BRPI0617296A2; US8985105B2; JP2009511218A; KR20130023408A; IL221358A0; JP2013165974A; CA2768869A1; JP5750135B2; AU2006303868A1; CA2688920A1; AU2010200652A1; HK1123511A1; EP1945288A2; NZ566721A; CA2688920C; WO2007045017A3; KR101326936B1; KR20080057261A

Abstract

本发明提供了一种通过导管将加湿后的压缩气体传送到对象的气体传送装置、系统以及方法。该气体传送装置的各元件的结构使得该装置能够从水平位置到垂直位置进行方便取向以满足用户的需要。该气体传送装置可以包括对电机的声音隔音的亥姆霍兹谐振器。该导管可以包括同心管，从而使得它便利地在一个孔与加湿器进行接合。本发明包括利用一个霍尔传感器操作气体传送装置的鼓风机电机的方法。该气体传送装置可以置于用于对电机的声音隔音的隔音壳体内。该气体传送装置可以包括用于使得鼓风机能够迅速改变气体压力或流速的阀室。本发明还包括一种根据叶轮的旋转位置或速度调整绕组激励的时序来操作鼓风机电机的方法。

Description

传送压缩气体的设备

技术领域

本发明涉及用于传送可呼吸气体的系统、装置和方法。具体地讲，本发明涉及以恒定的或可变的流量、压力和湿度传送气体的系统、装置和方法。更具体地讲，本发明涉及将可呼吸气体传送到面罩从而对呼吸紊乱进行治疗的装置和方法。

背景技术

许多装置都可以将包括空气的可呼吸气体传送到患者从而对紊乱呼吸具体地讲对睡眠紊乱呼吸进行治疗。例如，在治疗包括阻塞性睡眠呼吸暂停症的睡眠呼吸暂停症的过程中，通常以持续性正空气压(CPAP)传送空气，其中，空气通过面罩以大于环境压力的压力持续性地供给睡着的患者的气道从而保持患者的气道畅通以进行有效呼吸。

对于压缩空气的持续性疗效来讲，以适于期望的呼吸模式的压力和流速传送空气和其它气体是非常重要的。治疗期间，这种气体的传送不应该引发“吹进风”的感觉。在本领域中已知，通常为了舒适而给气体加湿的包括气体传送装置的系统包含风扇、空气导管、面罩和面罩组件的多种组合。气体传送装置可由电路和计算机软件进行控制，从而通过空气导管以期望的流速和压力将气体传送到面罩。

现有技术中的气体传送系统、方法和装置一般包括有限数目的期望特征。例如，可以以仅仅一种流速或者有限数目的多种流速传送气体。类似地，可以简单地作为压缩空气传送气体，利用湿度不够的压缩空气进行治疗会使得患者的呼吸道变干，从而产生不舒适感。传送气体的装置可能大而笨重，从而难于操纵。在本领域中已知，使用在装置中的风扇会产生噪声从而利用这种装置会干扰患者的睡眠。现有技术中的装置是已知的，其中，通过改变电机速度来控制流速。在通过这样一种速度控制流速的功效方面，这种装置受到限制：在采用该速度的情况下，可以通过电机的动力影响压力变化。

需要的是这样的用于传送气体的气体传送系统和方法，其包括相对容易进行操纵、操作、安静以及以期望流速和压力传送湿度适当的气体。另外，气体传送系统应该相对容易制造和运输。气体传送系统应该能够在压力水平之间进行快速切换，从而适应呼气和呼吸变化。

于此所述的气体传送系统包括CPAP、VPAP(可变的正空气压力)、BiPAP(双水平正空气压力)、或APAP(自动正空气压力)的系统和装置，所有这些都描述了由装置或系统传送的气体的流速和压力。例如，在患者呼气期间，在合适的时候，BiPAP切换到低气流，从而患者能够更加舒适地进行呼吸而不必吸入“空气力”。另外，表1中提供了在本文献中用于描述各元件的首字母缩略词及其含义。在本文献中，术语“包括”和“包含”都用于非限制性的情况。

附图的简要说明

图1示出压缩气体传送系统的视图；

图2示出气体传送装置的电机控制器的视图；

图3示出电机电流感测电路；

图4示出电机控制器的框图；

图5示出电机控制器PWM的操作；

图6示出气体传送装置的加湿器部件；

图7示出具有用于控制操作的键盘的气体传送装置的电子子系统的功能性机构框图；

图8示出气体传送装置的透视图；

图9示出部分剖开的鼓风机的侧视图；

图10示出部分剖开的鼓风机的侧视图；

图11以透视图的形式示出气体过滤器；

图12a示出蓄水池置于气体传送装置之外的气体传送装置的顶部透视图；

图12b示出蓄水池可操作地置于气体传送装置内部的气体传送装置的顶部透视图；

图13示出气体传送装置的纵向截面的侧视图；以及

图14示出气体传送装置的隔音壳体内的鼓风机的俯视图。

发明概述

本发明的目的在于提供一种简单的用于压缩气体的加湿系统。本发明的另一个目的在于提供一种相对易于使用的气体传送系统。本发明的另一个目的在于提供一种通过导管将湿化的气体传送到对象的方法。

本发明提供了一种包括加湿器组件的气体传送系统，该加湿器组件包括可移动的蓄水池。对于本发明，可由装置用户选择通过水的气体的湿度水平。本发明有利地具有这样的功能，可以通过调整蓄水池中的水的温度来控制设置湿度水平的变化。能够容易地移走根据本发明构造的气体传送装置中的蓄水池，以进行清洗或更换。

本发明可以包括一种压力感测装置，用于检测在用于传送来自气体传送装置的压缩气体的导管与该装置接合的位置附近的位置处的气体压力。有利的是，这种布置使得通过该导管传送的气体的压力可以被计算为包括检测到的压力的变量的函数，该函数考虑了面罩类型和导管长度的参数。

本发明的另一个目的在于提供一种气体传送装置和系统，该气体传送装置和系统能够对气体压力和流速进行迅速的改变以有效地将气体提供到患者的气道，同时适应患者呼吸模式。当患者在治疗期间进行呼吸时，这些系统元件协作以减小患者面罩处的压力波动。本发明提供了一种气体传送系统，该气体传送系统由在微控制器上运行的计算机软件进行控制。根据本发明，来自测量压力的传感器传感器、流速传感器、温度传感器和湿度传感器的输出被模拟-数字转换器(ADC)便利地转换成数字值，以便后续的信号处理。对于本发明，微控制器通过根据计算机软件调整风扇的电机速度来设置期望的导管和面罩中的瞬时压力。本发明提供了一种电机速度控制方法，其中，对来自一个转子位置传感器的信号进行数字化处理以确定当前的速度、位置和三相位绕组驱动信号。对于本发明，电机具有足够小的惯性从而使得该气体传送装置可以对预定的气体压力设置的变化进行迅速的响应。

该加湿系统包括用于对传送的气体进行加湿的蓄水池，当该装置盖处于关闭位置时，该蓄水池与导管进行接合并且密封。本发明还提供了一种蓄水池，当该装置盖处于关闭位置时，该蓄水池与加热片(heating plate)接合。该加热片对水容器施加偏压以使其与加热片接合。本发明还提供了一种与气体供应系统成为一体的水容器。本发明对该蓄水池提供了一种组合入气口和出气口的端口，这会有利地简化蓄水池的再填充。优选由可进行吹塑的聚合物形成的蓄水池的简单结构能够有利地减小蓄水池的制造的成本。更有利的是，能够容易地清洗或更换该蓄水池。

本发明提供了一种围绕鼓风机的严密隔离室，从而能够有效地对从鼓风机发出的声音进行隔音。优选的是，它由金属形成，更优选的是，它由锌模铸造形成，优选的是，该隔离室的墙壁一般厚度大于1.6mm。该隔离室中的整体部件包括一个或多个增压室，所述增压室可以有效地衰减沿着空气通道传播的声音。另外，有利的是，整个隔离室用作亥姆霍兹谐振器，其频率能够通过对入口和/或出口通道设置优选尺寸进行修改。优选的是，该入口和/或出口通道的截面一般是环形的，并且具有足够长度以将该隔离室的谐振频率最小化，而不会导致过分的流量限制。

对于本发明，气体传送装置的各部件的结构允许该气体传送装置以相对于水平或垂直的任何合适的取向即可替换的安装取向进行设置。更有利的是，本发明提供了这样一种实施例，该实施例包括垂直设置的气体传送装置，从而可以将该装置安装在墙壁上。

更有利的是，对于本发明，该气体传送装置包括可以容纳于可移动透明壳体内的空气过滤器，可以通过透明壳体看见该过滤器的脏侧。

本发明还提供了一种图形用户接口(GUI)，从而便于该装置的构造、装配以及患者历史反馈。根据本发明，该GUI可以包括警报时钟功能。

对于本发明，装置患者特定结构以及睡眠研究数据可以记录在可移动SD卡介质上。由于患者仅仅需要传递SD卡，所以这个特征在本发明的装配以及随后的通过本发明的远程实验室进行的数据分析方面提供了灵活性。

在一个方面中，本发明提供了用于将可呼吸气体传送到对象的设备，该设备包括：鼓风机，用于将压缩气体传送到蓄水池以对该气体进行加湿；加热器；壳体，用于容纳该鼓风机和该蓄水池；入气口和出气口，所述入气口和所述出气口均与该蓄水池中的一个端口进行接合；以及导管，用于将来自出气口的气体引导到对象。

在另一个方面中，本发明提供了用于将可呼吸气体传送到对象的设备，该设备包括：鼓风机，用于传送压缩气体，该鼓风机位于隔音壳体内；壳体，用于容纳该鼓风机和蓄水池；加热器，用于对该蓄水池中的水进行加热；入气口和出气口；气体过滤器，容纳于可移动透明壳体内；以及导管，用于将来自该出气口的气体引导到对象。

在另一个方面中，本发明提供了用于将可呼吸气体传送到对象的设备，该设备包括：鼓风机，用于传送压缩气体；壳体，用于容纳该鼓风机；加热器；入气口和出气口；导管，用于将来自该出气口的气体引导到对象；以及至少一个增压室和至少一个谐振装置，与该鼓风机相邻。在这个方面中，该设备可以包括蓄水池和对该蓄水池中的水进行加热的加热器。

在另一个方面中，本发明提供了用于将可呼吸气体传送到对象的设备，该设备包括：鼓风机，用于传送压缩气体；蓄水池，用于对气体进行加湿；加热器；壳体，用于容纳该鼓风机和该蓄水池；入气口和出气口；以及导管，用于将来自该出气口的气体引导到对象，其中，该设备可以以从基本水平到基本垂直的取向的任何合适角度进行定位操作，而该蓄水池中的液体不会泄露。

在另一个方面中，本发明提供了用于将可呼吸气体传送到对象的设备，该设备包括：鼓风机，具有用于传送压缩气体的出口，该鼓风机包括电机室、两个出口气道、和阀室，该鼓风机包括用于迅速改变气体压力或流速的装置；壳体，用于容纳该鼓风机和该蓄水池；入气口和出气口；气体过滤器，容纳于可移动透明壳体内；以及导管，用于将来自该出气口的气体引导到对象。

在上述任何一个方面中，该导管可以由用于气体流入和流出的同心导管构成。优选的是，该内部导管提供进入气体。

优选的是，用于改变气体压力或流速的装置是至少一个叶轮。优选的是，该设备包括用于用户确定该设备的时间的时间信号发送装置。优选的是，该信号发送装置是时钟。

在另一方面中，本发明提供了一种用于控制气体传送装置中的鼓风机的电机的方法，该方法包括如下步骤：确定步骤，确定叶轮的旋转位置；确定步骤，确定叶轮的速度；以及调整步骤，调整用于控制该叶轮的速度的绕组激励的时序。

在另一方面中，本发明提供了一种将可呼吸气体传送到对象的方法，该方法包括如下步骤：压缩步骤，采用叶轮对环境气体进行压缩；加湿步骤，对该环境气体进行加湿；发送步骤，将加湿后的气体引导到对象的气道；其中，该压缩步骤包括：检测步骤，采用一个传感器装置检测该叶轮的位置。优选的是，使用在该方法中的传感器装置是霍尔效应传感器。

附图和最优选实施例的详述

对照附图更加容易地理解本发明。应该明白，这些附图的目的在于示意性示出本发明的实施例，并且权利要求中所限定的本发明的范围包括未曾示出的另外一些实施例。图1示出压缩气体传送系统的各典型元件。本发明包括：气体通过可更换的过滤器系统被电机和鼓风机组件吸入到气体传送装置中，该电机和鼓风机组件容纳于抑噪壳体内，从而使得该系统能够更加安静地操作。与气体通道串联而置的流量感测装置可以用于检测气体流量。在本发明的范围内的另外方面包括在下面描述中。

外壳体

对照图8到图14更加清楚地理解下面的元件。该气体传送装置的外壳体包括：上壳体1、下壳体2、第一侧板3、与所述第一侧板相对的第二侧板(未示出)、以及盖4。该上壳体和下壳体可以通过合适的接合装置进行接合。优选的是，该接合装置是螺丝。该上盖和下盖的接合对该第一侧板和第二侧板进行定位以形成相对防漏的密封。在接合位置处，该外壳体对防止灌注在该气体传送装置顶部上的水进入的能力比较强，而不管该壳体的取向。该盖通过盖接合装置与上壳体进行接合。优选的是，该盖接合装置是枢轴点卡扣装置(snap-fit at thepivot point means)。该枢轴点装置可以是诸如铰链或铰链销之类的任何合适的回转装置(pivoting means)。或者，更有利的是，该回转装置可以是一种机构，这种机构包括旋转的瞬时点没有相对该壳体进行固定的机构。这种机构的例子包括但不限于四连杆机构(four-barlinkage mechanism)。当在关闭位置进行接合时，该盖可以通过盖锁定机构5进行位置锁定。优选的是，该盖锁定机构是插销。优选的是，该插销是弹簧促动的。优选的是，该盖也是弹簧促动的，从而当该盖插销脱离时它能够打开。如果是弹簧促动，则促动盖的弹簧优选包括旋转阻尼器，从而对于该盖产生平稳的打开动作并且避免也许会另外发生的“急动的”弹簧动作。该枢轴点可以位于该壳体的顶部，或者它可以位于该壳体的背部。

对于本发明，用户接口(UI)位于上壳体之上。优选的是，该UI由透明透镜6、上壳体与该透镜之间的密封装置、以及柔性键盘7形成。优选的是，该密封装置是垫圈。优选的是，该键盘包括至少一个按钮。该透镜通过合适的接合装置与上壳体接合。优选的是，该透镜接合装置是位于透镜每侧上的卡扣装置。或者，该透镜接合装置可以是粘合剂带。最有利的是，该透镜使得气体传送装置的用户通过外壳体看见将信息传送到用户的显示器。该透镜的另一个优点在于：它在固定位置接合该柔性按钮键盘。该透镜的接合的另一个优点在于防止水透过屏幕或按钮孔流入该上壳体的密封。优选的是，该柔性按钮键盘由硅形成，从而允许气体传送装置用户有利地将命令传送到该气体传送装置。

空气过滤器

对于本发明，空气过滤器包括前壳体8、后壳体9、以及至少一个初效过滤器(primary filter)10，如图11所示。优选的是，该壳体材料是透明的。优选的是，该空气过滤器包括中效过滤器(secondaryfilter)11。对于本发明，该前壳体与后壳体进行接合以形成包括至少初效过滤器并且优选包括中效过滤器的通道。优选的是，该接合装置包括卡扣装置。在该气体传送装置的操作中，形成通道的前壳体和后壳体的接合要求由气体传送装置传送的气体必须通过过滤器介质。该过滤器介质可以包括初效介质(primary medium)和中效介质(secondary medium)。该过滤器前壳体包括多个孔，用于允许气体流入初效过滤器并且与初效过滤器介质的表面接触以实现过滤。优选的是，这些孔的横截面积大于400mm²以避免限制流入初效过滤器。该过滤器后壳体包括接收上壳体的连接器接头的孔，该孔在接合时提供良好的密封。优选的是，该连接器接头是雄管。该过滤器在该盖之下与上壳体接合。更有利的是，允许对过滤器壳体进行操作以移走和更换该过滤器。对于根据本发明构造的气体传送装置的利用，更换过滤器将确保吸入空气进行过滤。

该初效过滤器介质使得能够从气体中去除大灰尘粒子，而中效过滤器介质用于去除较小粒子。对于本发明，使用一定范围的中效过滤器介质。该介质的例子包括适于去除花粉、细菌、烟雾空气污染和病毒的介质。应该明白，过滤器介质的范围不限于上述的列举。

鼓风机/电机

对于本发明，该鼓风机可以包括这里举例示出的不同结构的部件。应该明白，其它结构在所要求保护的本发明的范围内。

在图9所示的本发明的第一实施例中，鼓风机由顶壳体12、底壳体13和分割隔板(dividing septum plate)14形成。这些元件利用螺丝或其它接合装置进行接合，以进行气密密封并且形成鼓风机室、电机室、两个出口气道、以及阀室。该鼓风机室容纳有叶轮16，该叶轮16通过每端处的轴承17安装在轴上。优选的是，一个轴承压配到顶壳体并且另一个轴承位于底壳体中，从而使其在壳体内进行轴向移动。优选的是，螺旋弹簧便利地在两个轴承上维持有效的轴向预载。优选的是，这些轴承采用低噪声润滑剂进行润滑。该叶轮16在其顶表面上可以具有一系列翅片，从而当叶轮16旋转时移动空气。对于本发明，每个翅片之间是叶轮的顶表面和底表面之间的小间隙。就组合而言，这些特征使得由叶轮产生的空气流的大部分流出鼓风机室进入顶出口气道(由顶壳体和隔板形成)并且在这个气道中产生较高压力。这些小孔还使得一些空气流入底出口气道(由底壳体和隔板形成)并且在这个气道中形成减小的压力。在该阀室内，阀构件18调整流出顶出口气道和底出口气道中的每个的空气量。最有利的是，这个阀18能够非常迅速地改变全部出口空气的压力，而不需要改变叶轮的速度的电机。该电机室包含电机机构和电子线路，该电机机构和电子线路通过底壳体13和隔板14牢固地保持在合适的位置上。

如图10所示，在本发明的第二实施例中，该鼓风机包括顶壳体20和底壳体21，该顶壳体20和底壳体21采用合适的接合装置进行接合以形成气密密封。优选的是，该接合装置包括螺丝。接合后的这些壳体形成鼓风机室、电机室、以及出口通道。叶轮24位于鼓风机室内，该叶轮24具有两个轴承套23和磁铁25，其中，这两个轴承套23安装到鼓风机室的任一端，该磁铁25安装到该室的中心轴的中间。顶轴承套23压入顶壳体，底轴承通过叶轮弹簧22径向垂直地保持在底壳体中。优选的是，该叶轮和轴24由玻璃填充聚合物一体地模塑而成。或者，它们可以作为聚合物完全模塑在金属轴上。

顶壳体包括入气口，该入气口位于鼓风机室之上，允许气体进入该鼓风机室。该叶轮具有一系列翅片，这些翅片位于其顶表面上，被设计用于当叶轮旋转时将空气移到出口。这样的气体运动使得出口处压力上升，该出口处压力上升可由叶轮旋转的速度进行调整。该叶轮的底表面靠近底壳体上的墙壁而置，从而有利地形成电机室。在该电机室内，电机绕组27和电子线路28通过卡扣或其它合适的装置牢固地定位在合适的位置上，并且提供驱动叶轮旋转的功率。

优选的是，该电机利用没有磁接头的环形磁芯。三个相位绕组用于星形结构中，对它们提供正弦调制功率(SPWM)以将扭转激励最小化。优选的是，转子完全由精确模塑塑料形成，从而最有利的是，避免了对内部金属轴和动态平衡的需求。对于本发明，电换向由与转子磁铁相邻而置的一个霍尔效应传感器进行定相。

隔音壳体

对于本发明，在一个实施例中，如图13和14所示，该隔音壳体由上壳体56、下壳体57、密封垫圈58、两个隔离壁59、入口管60、出口管61、柔性鼓风机连接头62、以及这里所述的鼓风机构成。优选的是，该上壳体和下壳体由致密材料模塑或铸造而成以减小从壳体内部到外部的声音传播，由此将声音包含在其中。优选的是，该致密材料是锌或矿物填充塑料。该上壳体和下壳体通过接合装置进行接合，从而定位两个隔离壁、入口管和出口管，并且围绕外围对密封垫圈进行挤压以气密密封。优选的是，该接合装置是螺丝。根据本发明的壳体的这种接合形成了三个室，即鼓风机室、主声音室和次声音室。该鼓风机位于该鼓风机室内。优选的是，该鼓风机安装在两个弹簧上即顶弹簧64和底弹簧65上，这会确保该鼓风机具有低的谐振频率。该弹簧用来减小从鼓风机到隔音壳体的振动的传递。优选的是，为了增加噪声隔离效果，柔性片66位于顶弹簧之上和底弹簧之下。在鼓风机出口处，柔性管将该出口固定到出口管61。优选的是，该柔性管具有波纹状侧面。在这个实施例中，该柔性管形成密封垫圈58的一部分。优选的是，该柔性管由TPE材料模塑而成。或者，它可以是一个独立部分。该隔离壁59隔离这些室并且减小从一个室到下一个室的声音传递。优选的是，这些隔离壁可以包括一个管，该管延伸到下一个室。该管的功能在于传送所有的在这些室之间的空气流。优选的是，该管的端部与下一个室的相对壁有小的距离，足以不会限制空气流动。优选的是，对该相对壁覆盖消音泡沫59或其它合适材料，从而抑制声音传播到该管以及由此在这些室之间。

加湿器

本发明包括加湿器，该加湿器包括在实现气体传送和加湿功能的气体传送装置中，从而在该装置的操作中协作。如图12所示，该加湿器包括：蓄水池30、气体导管接头33、气封装置28、具有内部陶瓷加热器的一组加热片31、以及蓄水池热导体32。在操作中，该加湿器遮蔽在该盖4之下。

优选的是，该蓄水池30由吹塑热塑料形成。该蓄水池表面包括笔直的、平坦的多个部分，所述多个部分与接收表面或上壳1上的轨道36相对应。在操作中，这些轨道确保：该蓄水池正确地放置在该设备中且牢固地保持在合适的位置上。在本发明的优选实施例中，蓄水池不能够插入该设备中的除了正确位置以外的任何其它位置。在合适的位置上，该蓄水池热导体32通过偏压装置38的操作与上加热片31进行结合，该偏压装置38对该加热片向该蓄水池的方向施加偏压，以确保在该加热器与水之间进行有效的热传递。优选的是，该偏压装置38是加热片弹簧。更有利的是，对于本发明，该金属盖可以是常用于食品包装中的那种类型。对于本发明，把柄38可以从该蓄水池进行延伸。在这种实施例中，优选的是，该把柄38包括至少一个一体的铰链39。优选的是，该一体的铰链被模塑为平坦的，从而当盖4脱离打开位置时，该把柄自动弹出以方便手指介入。该把柄38还便于将蓄水池从该设备移动到家用水龙头。

在操作中，该蓄水池30充满水并被放回在该设备中的合适位置上，从而允许盖4接合到关闭位置。该气体导管接头33被套入盖4中，从而作为一个部件进行移动和铰接。一旦盖4被接合，则气体导管接头33的外表面还定位为同时与该蓄水池气封装置28在蓄水池开口处29进行接合。在操作中，盖4的脱离还同时使得气体导管接头33从蓄水池脱离，从而实现该蓄水池30的快速的、容易的介入以及去除。

优选的是，该气体导管接头33连接到柔性气体导管40上，从而将压缩气体提供到入气口35并在所述柔性气体导管的两端保持气密密封，同时盖4处于打开或关闭位置。

本发明的最有利方面在于用于从该气体传送装置流入和流出气体的一个孔29。对于本发明，气体导管接头33包括相邻的气体流入导管35和气体流出导管34。优选的是，这些气流导管是同心管。优选的是，气体流入导管35位于气体流出导管34的内部。在操作中，压缩的干气体从该气体流入导管34流入蓄水池30以与温暖的水表面42进行接触，从而该气体在流过气体流出导管34之前变得湿润。

本发明包括小型蓄水池，该小型蓄水池足够大以容纳足够的水，从而可以对患者长夜睡眠所需的足够呼吸气体进行加湿。该蓄水池被构造为其表面与加热器的加热表面进行接合，其中，该加热器通常以近似45度的锐角设置。在通常与接合加热表面的表面平行的表面上的孔29的位置允许气体传送装置在水平取向例如在床边桌子上设置，或者在垂直取向例如在墙壁上设置，或者在任何方便的中间取向上设置，而不会危及该设备及其加湿器的操作。更有利的是，在偏离水平取向或垂直取向的任何方向上将该设备的角度改变20度将不会导致水从蓄水池30中进行任何泄露。

图6是示出根据本发明构造的加湿器的操作的示意图。该加热片的温度是设置气体湿度中的唯一被控制的变量。该加热元件的占空比用于控制加热片温度。光耦合零交叉三端双向可控硅开关元件驱动器用于在微控制器的控制下打开和关闭三端双向可控硅开关元件。这种光耦合包括三端双向可控硅开关元件驱动器输出(在干线电压线上)与微处理器控制信号的隔离。零交叉开关减少由三端双向可控硅开关元件产生的EMI。

对于本发明，在微控制器上运行的计算机程序控制该加热片温度以产生用户选择的湿度水平。在一个实施例中，该气体传送装置包括环境空气温度传感器和多个用户请求的湿度水平。对于本发明，空气温度和加热片输入以及该空气流速由该计算机程序用来设置加热片温度。优选的是，该气体传送装置包括用于环境空气的湿度传感器，从而可以对湿度进行更加精确的控制。

对于本发明，该加湿器包括干线供电的加热器、温度调节装置、以及热元件，其中，该加热器优选由三端双向可控硅开关元件进行切换，该温度调节装置连接到加热片上，该热元件连接到加热片以对该软件提供温度反馈。环境空气温度传感器用于帮助确定用户选择的湿度的水温，湿度传感器可以靠近壳体末端安装并且与该壳体内的热源进行屏蔽。

该气体传送装置可以包括不需要用户介入加热片温度调节装置的手动复位按钮，从而可以在发生故障的情况下提供过温度保护。

电机控制

对鼓风机的电机进行控制，从而使得鼓风机能够对气体压力和流速进行迅速的改变。如图2所示，该气体传送装置包括用于气体传送装置的电机和电机控制器，该电机和电机控制器包括如下主要子系统：

·包括用于转子位置感测的一个霍尔效应传感器的无刷DC电机；

·数字电机控制器；

·电机驱动器和过量电流检测电子线路；以及

·霍尔效应传感器信号调节和模拟/数字转换器(ADC)。

无刷DC电机

本领域中已知的无刷DC电机需要三个霍尔效应传感器以提供所需的转子位置信息。本发明包括一种控制方法，该控制方法仅仅需要一个霍尔效应位置传感器。

该气体传送装置包括电机，该电机包括三个绕组，这些绕组以星形拓扑进行设计。根据本发明，这些绕组以预定的正弦序列提供能量，从而启动和维持电机旋转。这个序列的占空比确定该电机消耗了多少电能，该电能又控制电机速度。

电机驱动电子线路

该电机驱动子系统包括对电机绕组供电以及感测电机电流所必需的电子线路。该电机驱动器包括六个MOSFET，这六个MOSFET按照三个半桥驱动器的结构布置。这些FET对电机绕组供电。它还包含必需的电平转换器，用于将来自电机控制器的LVCMOS信号转换成适当的MOSFET驱动信号。

图3所示的电机电流感测电路用于将过量电流条件以信号的方式发送到电机控制器。在出现过量电流故障的情况下，这允许控制器关闭电机。根据本发明，这由固定电平过量电流阈值检测器实现。本发明包括电流反馈子系统的两个部分。第一部分是简单的低通滤波器放大器，用于对电流感测电阻器上的电压进行放大和过滤。第二部分是简单的具有磁滞现象的比较器，用于检测过量电流故障。该比较器的输出直接驱动进入电机控制器。

电机位置反馈

根据本发明，该电机具有一个霍尔效应传感器，用于检测转子的位置。该信号通过ADC转换成数字值。

电机控制器

根据本发明，该电机控制器对该气体传送装置电机进行旋转。根据例如CPAP、APAP、BiPAP或VPAP之类的应用，该控制器使得电机以适当的频率进行旋转。它使用一个霍尔效应传感器接收转子位置反馈，并且它使用该霍尔效应传感器产生三个正弦PWM驱动信号。

该电机控制器包括以下输入和输出：

·开/关，通过微处理器接口输入以打开或关闭电机；

·电机增益，通过微处理器接口输入以设置电机速度；

·相位，输入以设置霍尔效应位置传感器与驱动电机绕组1的相位0之间的相对相位；

·过量电流，该输入发送信号通知出现过量电流的情况并且使得该电机控制器停止电机；

·SPI接口，该双向SPI接口周期性地对霍尔效应位置ADC进行抽样并且将该数据传递到控制器；

·相位0，电机绕组1驱动电子线路的高信号和低信号；

·相位120，电机绕组2驱动电子线路的高信号和低信号；

该信号相对于相位0偏移120度。

·相位240，电机绕组3驱动电子线路的高信号和低信号；

该信号相对于相位120偏移120度。

作为实施本发明的示例，于此描述了图4所示的电机控制器框图。

ADC驱动器

该ADC驱动器是每2040个时钟周期(5.1μs)对霍尔效应传感器ADC进行抽样的SPI接口。它将原始转子位置输出为12比特数字，并且用每个新抽样产生抽样使能信号。这触发下面子系统以处理新数据。当旋转时，该霍尔效应传感器的输出在以图形表示时是正弦波。图4中ADC驱动器框之上的曲线示出对1圈转子旋转所获得的数字化的原始霍尔效应传感器信号。“y”轴表示ADC值(0到123)。注意：最小值总是大于0，最大值总是小于1023。

电平偏移

对转子位置进行处理以算出周期、最大值和最小值。这个子系统计算位置传感器原始数据抽样的峰值-峰值幅值(最大ADC值-最小ADC值)。每八个电机周期重新计算一次这个值。通过从电流原始数据抽样减去最小ADC值对它进行电平偏移，并且输出到经信号调整的归一化子系统。图4示出电平偏移波形。

归一化

这个子系统对峰值-峰值幅值和电流信号调整抽样进行处理以对该信号进行归一化，从而使得该位置处于0到1023的范围内。图4示出归一化波形。该归一化信号被修剪为10比特分辨率并且传供给送到周期子系统，在该周期子系统中，对被修剪为10比特分辨率的信号进行处理以确定转子周期。转子周期是每圈转子旋转对系统时钟的量度。该电机由在这个子系统中产生的12抽样数字正弦波振荡器进行换向。同步上升输入发送信号通知转子处于零交叉位置，从而将该正弦波振荡器复位到位置0。因此，该正弦波振荡器的相位被锁定到零交叉点。根据本发明，在每1/12周期的系统时钟以后，该电流正弦波振荡器值增加。如果电机速度超过预定水平，则该电流正弦波振荡器值乘以增益输入，并且然后被修剪为10比特。该增益输入是由包括电机速度控制的微处理器接口控制的10比特值。根据本发明，如果电机速度小于该预定水平，则系统增益被设置为固定值从而确保可靠电机启动。

周期检测

周期检测子系统根据每圈转子旋转的系统时钟计算该转子周期。该归一化信号输入的最低有效位和最高有效位(msb)过渡表示零交叉点。这些过渡之间的系统时钟的数目被给出作为周期。为了提供过滤的水平，该周期值是当前和先前周期计算的平均值。该相位输入允许用户可选择的(通过微处理器接口)相位偏移加入该系统。这用于优化电机性能以及解决相对绕组1的传感器位置。这是8比特值，其中，值128表示180度的相位偏移。相位0延迟输出包含进行延迟以获得所需的相位偏移的ADC抽样的数目。相位120延迟输出包含进行等待以获得120度相位偏移的ADC抽样的数目。

三个相位产生

该驱动信号通过3条延迟线以产生0°、120°和240°驱动信号。该0°延迟线用于将零交叉点与转子位置进行同步。利用1/3的周期对120°和240°延迟线进行动态调整，以算出每条线应该延迟多少。

对称的PWM产生

然后，对这三个正弦波进行脉宽调制。这些脉冲被排列为关于中心点对称。根据本发明，这是通过利用三角形参考波形而非标准锯齿波参考波形实现的。图5示出PWM函数的操作。每个输入抽样由斜坡函数进行调制以产生二进制输出，该二进制输出的逻辑一个脉冲宽度与10比特输入抽样的幅值成比例。因此，该归一化子系统中的增益设置具有调整PWM输出的占空比的作用。该脉冲宽度越大，传送到电机的功率越大，从而电机旋转得越快。

电机H驱动

每个PWM信号被转换成2个互补的驱动信号，其中一个驱动信号用于N沟道FET，另一个驱动信号用于P沟道FET。当从N FET切换到P FET时(反之亦然)，小量的死区被插入以防止N沟道和P沟道同时导通以及将9V轨道短路。这减小了FET的功耗以及还减小了噪声产生。

电子线路子系统

本发明包括按照图7所示的那样进行布置的两个印刷线路板(PCB)。

该CPU框负责：

·APAP算法

·加湿器控制器

·数据记录

·视觉显示

·音调

·高电平数据通信

·存储器框包括计算机存储器。

LCD框包含LCD显示器，优选采用白色LED。它用于对用户提供视觉反馈。RTC利用实时时钟芯片。它将具有进行数据维护的备用电源。除了保持时间以外，该时钟还用于保持关于气体传送装置的状态信息，从而能够在电源故障的情况下对操作进行恢复。该EEPROM存储该单元的定标数据。这些装置都与CPU框进行通信。

调试/RS232框包含用于诊断和控制目的的所必需的以太网或RS232的接口接头/逻辑。

键盘框包括控制该单元的四个LED背面照明按钮。这些按钮布置在一行中。一个按钮既可以用作开/关开关又可以用作模式选择按钮。其它的按钮是选项选择按钮。

FPGA框包括下面功能：

·电机控制器

·用于传感器信号(流量、压力、环境温度、片温度和湿度)的CPU接口

·用于SD卡的CPU接口

·用于以太网控制器的CPU接口

·用于蜂鸣器框的CPU接口和控制器

该蜂鸣器框用于对按钮按下和报警提供听觉反馈。

该传感器ADC包括用于流量、压力和片温度传感器信号的模拟-数字转换。该压力传感器测量所产生的空气流的压力。差压技术用于测量空气流的流速。它包括用于加湿器控制器的片温度反馈。该电源采用DC输入并产生四个电压。该加热器框包含用于控制加湿加热片的切换机构和隔离。该SD卡框包括用于SD卡固定器和用于将FPGA框接口到SD卡的必需的逻辑。该RS232或以太网框包含用于串行或LAN连接的接头。

对于本发明，该FPGA控制电机的操作。该CPU接口允许微处理器控制FPGA。该解码器是对该接口执行芯片选择的独立框。该传感器ADC接口执行串并转换。该接口读取沟道并且将结果存储在可通过CPU接口访问的寄存器中。该温度接口对温度传感器执行串并转换。该温度存储在可通过CPU接口进行访问的寄存器中。该湿度接口对来自气体传送装置的干线PCB的湿度信号执行周期测量。该结果可通过CPU接口进行访问。该蜂鸣器控制器产生用于驱动蜂鸣器的方波信号，优选的是压电蜂鸣器。可通过CPU接口对频率和占空比进行编程。

该卡控制器包括用于对气体传送装置上的卡进行访问的读写缓冲器。它被设计为减轻来自处理器的处理。

软件/固件的描述

本发明包括作为抢占式多任务系统(pre-emptive multi-taskingsystem)的固件。

该气体传送装置固件的主要部分包括：

·核心

·故障任务

·自动CPAP算法

·加湿器任务

·SD卡任务

·命令任务

·通信任务

·显示任务

·监视任务

·FPGA下载函数

·固件升级函数

·实时时钟函数

·E^EPROM函数

该核心处于OS之下，用于协调任务之间的切换并且处理诸如中断处理和QSPI接入的低电平任务。该故障任务是最高优先级的任务。它用于监视故障情形的电机并且然后进行适当动作以关闭并报告该故障。该加湿任务用于控制加湿加热器。它基于当前环境温度和湿度控制多少电能供给加热器以产生一定程度的湿度。该SD卡任务将通过算法、故障和加湿任务产生的数据记录在SD卡。该命令任务是基本监视程序，用于使得通过串行端口或10/100以太网端口对本发明进行控制。该通信任务控制串行端口或者控制10/100以太网端口。该显示任务控制LCD和蜂鸣器。它还提供该单元的警报/时钟功能。剩余的四个部分包括对气体传送装置的各个部分提供访问的各组实用功能。这些功能包括FPGA下载、实时时钟接口、E^EPROM访问以及FLASH/固件重新编程。

表1用于本文献中的首字母缩略词

CPU	中央处理单元
		E²PROM	可电擦除可编程只读存储器
EMI	电磁干扰
		FET	场效应晶体管
FPGA	可场编程门阵列
		LCD	液晶显示器
LED	发光二极管
		LVCMOS	低压互补金属氧化物半导体
MOSFET	金属氧化物半导体场效应晶体管
		PWM	脉宽调制
RTC	实时时钟
		SPI	串行外围设备接口

Claims

1.一种将可呼吸气体传送到对象的设备，所述设备包括：

鼓风机，用于传送压缩气体；

蓄水池，用于对所述气体进行加湿；

水加热器；

壳体，用于容纳所述鼓风机和所述蓄水池；

入气口和出气口，两者都与所述蓄水池中的一个端口进行接合；以及

导管，用于将来自所述出气口的气体引导到对象。

2.一种将可呼吸气体传送到对象的设备，所述设备包括：

气体过滤器，容纳在可移动透明壳体内并用于过滤气体；

鼓风机，用于吸取过滤气体并传送压缩气体，所述鼓风机置于隔音壳体内；

壳体，用于容纳所述鼓风机和蓄水池；

加热器，用于对所述蓄水池中的水进行加热；

导管，用于将来自所述出气口的气体引导到对象。

3.一种将可呼吸气体传送到对象的设备，所述设备包括：

鼓风机，用于传送压缩气体；

壳体，用于容纳所述鼓风机；

入气口和出气口，两者都与所述蓄水池中的一个端口进行接合；

导管，用于将来自所述出气口的气体引导到对象；以及

至少一个增压室和至少一个谐振装置，与所述鼓风机相邻.

4.如权利要求3所述的设备，所述设备还包括蓄水池和对所述蓄水池中的水进行加热的加热器。

5.如权利要求1到4中的任何一个所述的设备，其中，所述导管包括用于气体流入和气体流出的同心导管。

6.如权利要求5所述的设备，其中，所述气体流入导管包括内部导管。

7.如权利要求1到4中的任何一个所述的设备，其中，可以以从基本水平到基本垂直的任何合适角度对所述设备进行设置以便操作，而不会从所述蓄水池中泄漏出液体.

8.一种将可呼吸气体传送到对象的设备，所述设备包括：

鼓风机，用于传送压缩气体；

蓄水池，用于对所述气体进行加湿；

水加热器；

壳体，用于容纳所述鼓风机和所述蓄水池；

导管，用于将来自所述出气口的气体引导到对象，

其中，可以以从基本水平取向到基本垂直取向的任何合适角度对所述设备进行设置以便操作，而不会从所述蓄水池中泄漏出液体。

9.如权利要求1、2、4、6和8中的任何一个所述的设备，其中，所述入气口和出气口与所述蓄水池中的一个孔进行接合。

10.如权利要求8所述的设备，其中，所述导管包括用于气体流入和气体流出的同心导管.

11.如权利要求10所述的设备，其中，所述气体流入管包括内部导管.

12.如权利要求8所述的设备，其中，可以以从基本水平到基本垂直的任何合适角度对所述设备进行设置以便操作，而不会从所述蓄水池中泄漏出液体。

13.如权利要求1、3、4、6、8、10、11和12中的任何一个所述的设备，所述设备还包括气体过滤器，所述气体过滤器容纳在可移动透明壳体内.

14.如权利要求1、3、4、6、8、10、11和12中的任何一个所述的设备，所述设备还包括与所述蓄水池密封接合的盖。

15.一种将可呼吸气体传送到对象的设备，所述设备包括：

鼓风机，具有用于传送压缩气体的出口，所述鼓风机包括电机室、两个出口气道、以及阀室，所述鼓风机包括迅速改变气体压力或流速的装置；

壳体，用于容纳所述鼓风机和蓄水池；

气体过滤器，容纳在可移动透明壳体内；以及

导管，用于将来自所述出气口的气体引导到对象。

16.如权利要求15所述的设备，其中，用于改变气体压力或流速的装置是至少一个叶轮.

17.如权利要求1、3、4、6、8、10、11、12、15和16中的任何一个权利要求所述的设备，所述设备还包括时间信号发送装置.

18.一种将可呼吸气体传送到对象的方法，所述方法包括如下步骤：

用叶轮对环境气体进行压缩；

对所述环境气体进行加湿；

将加湿后的气体引导到对象的气道；以及

其中，压缩步骤包括采用一个传感器装置检测所述叶轮的位置，其中，所述一个传感器装置是霍尔效应传感器，所述叶轮的旋转由电机驱动，并且电换向由与转子磁铁相邻而置的所述霍尔效应传感器进行定相。