CN102470046A - 磁驱动高速气动阀 - Google Patents
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Abstract
一种高速气动阀，该阀具有围起一腔室的壳体，所述腔室具有入口和出口。永久磁化的衔铁位于所述腔室中。所述永久磁化的衔铁在第一、打开位置与第二、关闭位置之间运动。线圈和磁芯组件位于壳体中、所述衔铁附近。施加在所述线圈上的第一电压导致在所述磁芯中产生具有第一极性的磁场，从而朝向所述磁芯并远离所述出口吸引所述衔铁，施加在所述线圈上的第二电压导致在所述磁芯中产生具有第二、相反极性的磁场，从而朝向所述出口排斥所述衔铁远离所述磁芯。
Description
相关申请
本申请要求于2009年8月19日提交的美国临时申请序列号61/235,162的优先权，其内容通过引用并入于此。
技术领域
本发明涉及用于与高速玻璃体切除术探针一起使用的具有磁化衔铁的高速阀。
背景技术
玻璃体视网膜手术包括多种外科手术，执行这些手术来恢复、保护和增强视力。玻璃体视网膜手术适合于处理眼睛背部的许多严重病情。玻璃体视网膜手术处理诸如年龄相关性黄斑变性(AMD)、糖尿病视网膜病和糖尿病玻璃体出血、黄斑穿孔、视网膜剥落、视网膜前膜、CMV视网膜炎之类的病情以及许多其他的眼科病情。
玻璃体是填充眼中央的通常清澈、凝胶状的物质。其构成了眼睛体积的大约三分之二，在出生之前就赋予了眼睛的结构和形状。某些影响眼睛背部的问题可能需要玻璃体切除术，即手术移除玻璃体。
实施玻璃体切除术可以从眼中清除血和坏死组织，来移除受伤的组织或者减轻视网膜上的牵引。血、发炎的细胞、坏死组织和受伤组织在光通过眼睛到达视网膜时会挡光，导致视力模糊。如果拖拉或牵引视网膜离开其正常位置则玻璃体也被移除。需要玻璃体切除术的一些最常见的眼睛病情包括糖尿病视网膜病的并发症，比如视网膜剥落或出血、黄斑穿孔、视网膜剥落、视网膜前膜纤维化、眼睛内部出血(玻璃体出血)、受伤或感染以及与之前的眼科手术相关的某些问题。
视网膜外科医生利用设计成提供眼睛背部的清晰图像的显微镜和特殊透镜来实施玻璃体切除术。在巩膜上做出长度只有几毫米的几个微小切口。视网膜外科医生通过这些切口插入诸如纤维光学光源之类的照亮眼睛内部的显微外科仪器、在外科手术期间保持眼睛形状的灌输线以及切割和移除玻璃体的仪器。
在玻璃体切除术中，外科医生在眼睛上做出三个微小的切口以用于三个单独的仪器。这些切口处在眼睛的眼坦部上，所述眼坦部正好位于虹膜之后但在视网膜之前。穿过这些切口的这些仪器包括光管(light pipe)、灌输端口和玻璃体切除术切除装置或玻璃体切除术探针。所述光管相当于用在眼睛内部的显微高强度手电筒。需要用所述灌输端口来置换眼睛中的流体并保持眼睛内合适的压力。玻璃体切除术探针或切除装置象微型环状刀一样工作，具有振荡的显微刀具来以受控方式移除玻璃状凝胶体。这防止了玻璃体移除期间对视网膜的显著牵引。
所述玻璃体切除术探针是气动致动的。为了获得非常高的切除速率，使用高速阀。高速脉冲或喷射阀设计成传送非常快的空气脉冲。它们通常用于高速零件分拣。一些喷射阀使用平板衔铁来控制空气流动。当断电时，通过空气压力将该板保持抵靠住密封表面，从而阻止空气流动。当通电时，在小于一毫秒的时间内将该板快速拉离所述密封表面，实现空气流动。当再次断电时，简单地依靠空气压力将该板释放以将衔铁压靠到密封表面并阻止空气流动。产生的问题是在关闭动作期间衔铁的运动是不可预期的。仅利用空气压差的力来提供关闭力，衔铁板在安放在密封表面并阻止空气流动之前会跳起。这种在关闭时间上的变化对于零件分拣应用是可接收的，但是不适合需要稳定的关闭时间的应用，比如眼部外科手术。本发明在于一种改进的高速阀。
发明内容
在与本发明的原理一致的一个实施方式中，本发明是一种高速气动阀。该阀具有围起一腔室的壳体，所述腔室具有入口和出口。永久磁化的衔铁位于所述腔室中。所述永久磁化的衔铁在第一、打开位置与第二、关闭位置之间运动。线圈和磁芯组件位于壳体中、所述衔铁附近。施加在所述线圈上的第一电压导致在所述磁芯中产生具有第一极性的磁场，从而朝向所述磁芯并远离所述出口吸引所述衔铁，施加在所述线圈上的第二电压导致在所述磁芯中产生具有第二、相反极性的磁场，从而朝向所述出口排斥所述衔铁远离所述磁芯。
在与本发明的原理一致的一个实施方式中，本发明是一种高速气动阀。该阀具有围起一腔室的壳体，所述腔室具有入口和出口。铁磁性衔铁位于所述腔室中。所述衔铁在第一、打开位置与第二、关闭位置之间运动。第一线圈和磁芯组件位于壳体中、所述衔铁附近。第二线圈和磁芯组件位于壳体中、所述衔铁附近并且与所述第一线圈和磁芯组件相对。施加在第一线圈上的第一电压导致在所述第一磁芯中产生磁场，从而朝向所述第一磁芯并远离所述出口吸引所述衔铁，施加在第二线圈上的第二电压导致在所述第二磁芯中产生具有一极性的磁场，从而朝向所述第二磁芯并朝向所述出口吸引所述衔铁。
应该理解的是，前述的基本描述和如下的详细描述均只是示例性和解释性的，并且旨在提供对正如要求保护的本发明的进一步解释。如下的描述以及本发明的实施阐述并教导了本发明的另外的优点和目的。
附图说明
结合到该说明书中并构成该说明书的一部分的附图图示了本发明的多个实施方式，它们与所述描述一起用于解释本发明的原理。
图1A是根据本发明的原理的处于打开位置的高速阀的截面示图。
图1B是根据本发明的原理的处于关闭位置的高速阀的截面示图。
具体实施方式
现详细参考本发明的示例性实施方式，在附图中图示了其示例。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部件。
图1A是根据本发明的原理的处于打开位置的高速阀的截面示图。图1B是根据本发明的原理的处于关闭位置的高速阀的截面示图。在图1A和1B中，高速阀100包括壳体110、磁芯120、线圈130、衔铁140、入口150和出口160。衔铁140如图所示上下运动来打开或关闭出口160。当在图1A的打开位置时，空气流过入口150并从出口160流出。当在图1B的关闭位置时，空气不能从出口160出来。
加在线圈130上的第一电压产生在图1A中的磁芯120中示出的极性。加在线圈130上的第二、相反的电压产生在图1B中的磁芯120中示出的极性。正如通常为人所知的，加在线圈130上的电压(或者通过线圈130的电流)在磁芯120中产生磁场。在线圈130上施加正电压产生第一磁极极性，在线圈130上施加负电压产生第二、相反的极性。例如，在线圈130上施加的正电压产生图1A中示出的极性，在线圈130上施加的负电压产生图1B中示出的极性。
在传统的高速阀中，衔铁140是由铁磁材料制成的。在该情形中，当线圈130通电并在磁芯120中产生磁场时，衔铁140被吸引到磁芯120上。当将线圈130断电时，衔铁140不再被吸引到磁芯120上，并且被允许在空气压力的辅助下关闭出口160。正如在背景技术部分中讨论的，这造成了衔铁振颤，导致不精确的关闭时间。
在本发明中，衔铁140被永久磁化。在该种情形中，当如图1A中所示将第一电压施加到线圈130上时，衔铁140被吸引到磁芯120上(衔铁向上运动)，所述阀100处于打开位置。当将相反的电压施加到线圈130上时，正如图1B中所示，在磁芯120中产生的磁力排斥衔铁140。这样，这种磁排斥迫使衔铁140向下运动，从而将出口160堵塞并关闭阀100。
磁化的衔铁140具有多个优点。第一，打开和关闭时间可以更快。因为衔铁140是由在磁芯120中产生的磁场吸引或排斥的，所以磁力以非常高的速度驱使衔铁140。第二，可以以非常快速和可靠的方式关闭所述阀。使用排斥磁力确保衔铁140以非常快的方式向下运行以堵塞出口160。
在本发明的另一个实施方式中，可以与线圈130和磁芯120相对地定位第二线圈和磁芯(未示出)。这样，不需要永久磁化衔铁140。相反，电压可以在线圈130与第二线圈(未示出)之间交替。这样，可以使用两个不同的线圈和磁芯组件来产生交替的磁力以在打开与关闭位置之间驱使衔铁140。例如，施加在线圈130上的电压在磁芯120中产生将衔铁拉向它的磁场。同时，在第二线圈上不施加电压。这导致打开所述阀。就在此后，所述电压从线圈130移除，在第二线圈(未示出)上施加电压，从而在第二磁芯(未示出)中产生磁场。这导致衔铁140向着第二磁芯(未示出)的方向被拉动，从而所述阀处于关闭位置。在这样的设置中，衔铁没有被磁化，其只是由铁磁材料制成的。
还可以想到阀100的其他结构。例如，阀100可以具有一个入口和两个出口。第二出口(未示出)可以与第一出口相反地160定位。这样，阀100可以以三通/两通的方式操作。仅利用磁化衔铁140或利用两个磁芯和线圈组件(和铁磁性衔铁)就可实现这种操作，因为可以利用磁力将衔铁保持在打开或关闭的位置。
相同的构思同样可以用于改进其他阀的关闭性能。可以使用增添拉动阀关闭以及保持阀打开的磁力来改进阀性能。例如，在十字辐阀(spider valve)中，板簧将阀的衔铁保持在关闭位置(常闭十字辐阀)。当螺线管通电时，迫使衔铁打开。当螺线管断电时，所述板簧将所述衔铁移至关闭位置。十字辐阀的设计需要具有如下弹簧常数的板簧：其产生可以由通过螺线管所施加的力克服的弹力。换言之，弹簧沿一个方向(在该种情况下是关闭方向)在衔铁上施加力，螺线管沿相反的方向在衔铁上施加力(来打开所述阀)。可以使用附加的磁力(利用第二磁芯和线圈或磁化衔铁)来对所述弹力进行补充，以更快更可靠地关闭所述阀。
本发明的阀100可以用于驱动玻璃体切除术探针(未示出)。玻璃体探针气动地进行操作，从而阀打开和关闭时间越短，探针操作越快。典型的玻璃体切除术探针具有第一管，该第一管同轴地设置在第二管内。第一管在第二管内以非常快的速率(切除速率)上下运动。第一管的远端具有切割玻璃体的切割刀片。本发明的高速阀允许内部管以非常高的速率往复运动，导致非常高的切除速率。
从上面可以意识到的是本发明提供了改进的高速空气阀。空气阀的衔铁被永久磁化，以便于该阀可以快速可靠地关闭。这里通过示例阐述了本发明，本领域普通技术人员可以作出各种修改。
在考虑了这里披露的说明书和本发明的实施之后，本发明的其他实施方式对于本领域技术人员来说将变得显而易见。说明书和示例应当仅作为示例考虑，本发明的真正范围和精髓是由如下的权利要求表示。
Claims (2)
1.一种高速气动阀，包括：
具有腔室的壳体，所述腔室具有入口和出口；
位于所述腔室中的永久磁化的衔铁，所述永久磁化的衔铁在第一、打开位置与第二、关闭位置之间运动；以及
位于壳体中、所述衔铁附近的线圈和磁芯组件；
其中，施加在所述线圈上的第一电压导致在所述磁芯中产生具有第一极性的磁场，从而朝向所述磁芯并远离所述出口吸引所述衔铁，施加在所述线圈上的第二电压导致在所述磁芯中产生具有第二、相反极性的磁场，从而朝向所述出口排斥所述衔铁远离所述磁芯。
2.一种高速气动阀，包括：
具有腔室的壳体，所述腔室具有入口和出口；
位于所述腔室中的铁磁性衔铁，所述衔铁在第一、打开位置与第二、关闭位置之间运动；
位于壳体中、所述衔铁附近的第一线圈和磁芯组件；
位于壳体中、所述衔铁附近并且与所述第一线圈和磁芯组件相对的第二线圈和磁芯组件；
其中，施加在第一线圈上的第一电压导致在所述第一磁芯中产生磁场，从而朝向所述第一磁芯并远离所述出口吸引所述衔铁，施加在第二线圈上的第二电压导致在所述第二磁芯中产生具有一极性的磁场，从而朝向所述第二磁芯并朝向所述出口吸引所述衔铁。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120523 |