專利名稱：用于手術(shù)器械的電磁致動器的制作方法
用于手術(shù)器械的電磁致動器本發(fā)明涉及一種用于手術(shù)器械或醫(yī)療器械(特別是內(nèi)窺鏡)的電磁致動器，所述致動器具有定子和可移位元件，所述可移位元件至少部分地具有順磁材料和/或鐵磁材料，且能夠通過施加電磁場而從第一位置移位到第二位置。文件DE 196 18 355 C2公開了一種在遠(yuǎn)側(cè)設(shè)置有物鏡的內(nèi)窺鏡，其圖像通過圖像傳送器傳輸至近端，并且其具有諸如透鏡組這樣的至少一個光學(xué)元件，所述光學(xué)元件使用微型驅(qū)動器在光軸的方向上可移位以聚焦和/或改變焦距，所述微型驅(qū)動器具有至少一個旋轉(zhuǎn)對稱、軸向可移動的套筒，所述套筒包圍并容納這些透鏡、或分別包圍并容納可移動透鏡組的各個光學(xué)元件，以及其中，所 述套筒由永磁材料構(gòu)成且可在由線圈裝置產(chǎn)生的磁場中移動。為了移動并保持所述套筒，產(chǎn)生永久電磁場。文件DE I 253 407 B公開了一種內(nèi)窺鏡，其具有用于被觀察的體腔部位的遠(yuǎn)側(cè)發(fā)光照明裝置和圖像傳送器；通過所述圖像傳送器，使用在軸向方向上可調(diào)節(jié)的物鏡記錄被照明的圖像并且圖像被提供給目鏡或攝影機(jī)；通過作為電樞的物鏡支座的電磁影響，針對至少兩種圖像銳度設(shè)置，所述物鏡可以從相對于圖像傳送機(jī)的遠(yuǎn)端的一個設(shè)置被調(diào)節(jié)至另一個設(shè)置。這里，這兩種姿態(tài)中的至少一個姿態(tài)是通過永久施加的電磁場產(chǎn)生，而另一個姿態(tài)是通過彈簧效應(yīng)引起。本發(fā)明的目的是提供一種電磁致動器，通過該電磁致動器可以在沒有電力的情況下將可移位元件保持在限定位置，其中所述致動器的可移位元件以低功率移位。該目的通過權(quán)利要求1的主題來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展是從屬權(quán)利要求的主題。該目的通過用于手術(shù)器械或醫(yī)療器械(特別是內(nèi)窺鏡)的電磁致動器來實(shí)現(xiàn)，所述致動器具有定子和可移位元件，所述可移位元件至少部分地具有順磁材料和/或鐵磁材料并且通過施加電磁場從第一位置可移位到第二位置，其中所述可移位元件被永磁場保持在或?qū)⒁３衷谒龅谝晃恢茫以谝莆恢了龅诙恢煤?，被永磁場保持在或?qū)⒁３衷谒龅诙恢谩Ｍㄟ^使用永磁場，可以在沒有電力的情況下保持可移位元件，特別是隨后保持在第一位置以及第二位置，從而無需向該系統(tǒng)引入附加的電力。特別優(yōu)選的是一個實(shí)施方式，其中定子包括極性互斥的兩個永磁體。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，極性互斥特別指的是所述兩個永磁體的磁極彼此互斥地布置，也就是說，相同磁極彼此毗鄰。由此，特別容易在沒有電力的情況下將可移位元件保持在第一位置和/或第二位置。這里，可移位元件優(yōu)選地不包括永磁體，而是完全由順磁材料和/或鐵磁材料以及可能的附加的非磁性材料構(gòu)成；鐵磁材料由于強(qiáng)化磁場的效果更大而是優(yōu)選的。為了產(chǎn)生電磁場，優(yōu)選地設(shè)置線圈，所述線圈優(yōu)選地被設(shè)置在永磁體之間。利用該結(jié)構(gòu)，甚至可以利用相對弱的電磁場來移位所述可移位元件。在電磁致動器移位期間或各個切換期間，所述兩個永磁體的永磁場和線圈的電磁場相互作用。由此，永磁體可以不被電磁場消磁。優(yōu)選的是，設(shè)置限定第一位置和第二位置的兩個擋塊。由于這些擋塊，所述可移位元件可以移動到相應(yīng)端部位置或中間位置，所述可移位元件不能超過所述這些位置移動。在可移位元件接觸抵靠擋塊后，力沿?fù)鯄K方向優(yōu)選地作用在(特別是無耗散地作用在)可移位元件上。這樣，優(yōu)選地，可移位元件被拉向亞穩(wěn)態(tài)位置的方向，然而可移位元件由于該擋塊而不能夠完全到達(dá)所述亞穩(wěn)態(tài)位置。在各個位置上，因而，在可移位元件位于第一位置的情況下在第一位置，而在可移位元件位于第二位置的情況下在第二位置，磁力在各個擋塊的方向上起作用，使得可移位元件被保持限定在擋塊處。由此得到良好限定的位置。代替擋塊，還可以不設(shè)置擋塊，而是在通過永磁體的永磁場和可移位元件材料的相互作用的能量最小區(qū)域中提供第一位置、或相應(yīng)的第二位置。然而，由于所限定的位置，明顯優(yōu)選的是具有擋塊的變型體。·如果順磁材料和/或鐵磁材料被設(shè)置在定子的永磁體之間，則特別低的能量足夠用于電磁場將可移位元件從第一位置移位至第二位置，反之亦然。這里，順磁材料和/或鐵磁材料特別作為定子的一部分。優(yōu)選的是，線圈被永磁體和特別是定子的順磁材料和/或鐵磁材料從外側(cè)來封裝。由于在可移位元件以及定子兩者中布置有順磁材料和/或鐵磁材料，針對線圈創(chuàng)建了軟磁返回路徑，由此能夠通過線圈以低電流實(shí)現(xiàn)強(qiáng)的磁場和高的能量密度。優(yōu)選的是，可移位元件縱向地可軸向移位地安裝在管中。所述縱向地可軸向移位是沿著管的縱軸。優(yōu)選的是，所述管是圓柱體。優(yōu)選的是它產(chǎn)生關(guān)于縱向軸對稱的、特別是旋轉(zhuǎn)對稱的磁場。結(jié)果，并且特別是由于可移位元件、線圈和永磁體在截面上并且特別是在垂直于縱向軸線的截面上是環(huán)形形狀的方案，均勻的力作用在可移位元件上，使得能夠以低能量來移位。小于100毫秒且小于500毫安的短暫電流切換脈沖足以用于可移位元件的移位過程，或相應(yīng)地從第一位置至第二位置的切換過程，或者反之亦然。優(yōu)選的是手術(shù)器械或醫(yī)療器械(特別是內(nèi)窺鏡)設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的電磁致動器。下面參照附圖基于示例性實(shí)施方式描述本發(fā)明，而不限制本發(fā)明的一般目的；由此關(guān)于沒有在說明書中更加詳細(xì)說明的全部細(xì)節(jié)的公開，我們明確地參照附圖。在附圖中

圖1示出透過具有根據(jù)本發(fā)明的致動器的內(nèi)窺鏡的一部分的示意性三維截面圖；圖2示出圖1的示意性放大截面圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的致動器的另一個實(shí)施方式的示意性截面圖；圖4示出具有示意性的通量表示的圖3的實(shí)施方式的示意性截面圖；以及圖5示出具有示意性的通量表示的圖3的實(shí)施方式的示意性截面圖。在附圖中，相同或相似類型的元件或各個相應(yīng)部件提供有相同的附圖標(biāo)記，從而能夠省略相應(yīng)的重復(fù)介紹。圖1示出透過具有根據(jù)本發(fā)明的致動器的內(nèi)窺鏡的一部分的示意性三維截面圖。所述致動器可以被設(shè)置在內(nèi)窺鏡的未示出的軸上。內(nèi)窺鏡的軸將繞著圖1中的致動器同軸設(shè)置，具體而言以略大于導(dǎo)管11的遠(yuǎn)端部18的外徑的直徑同軸地設(shè)置。導(dǎo)管11可由金屬或塑料構(gòu)成，其中在該情況下，關(guān)鍵的是所述管由非磁性材料構(gòu)成，作為可移位元件10的徑向?qū)б??？梢莆辉?0例如可具有透鏡13，透鏡13是物鏡的組件，所述物鏡還具有透鏡14和透鏡15，透鏡14和透鏡15插入到固定保持元件12中且被適當(dāng)保持。所述固定保持元件12被固定、或相應(yīng)地附接在導(dǎo)管11中并限定擋塊16。導(dǎo)管11利用朝向內(nèi)側(cè)的卡箍(collar)還限定了朝向遠(yuǎn)端的另一個擋塊17。根據(jù)圖1的這個示例性實(shí)施方式具有旋轉(zhuǎn)對稱設(shè)計，其中設(shè)置了軸向可移位元件10。所述可移位元件10可從圖1所示的近側(cè)位置朝圖1的左側(cè)被推到擋塊17處而進(jìn)入遠(yuǎn)側(cè)位置。所述可移位元件10設(shè)計為套筒類型，尤其是由軟磁材料(例如鐵磁材料)構(gòu)成，或相應(yīng)地具有這種材料。除了鐵磁材料和/或順磁材料，可移位元件10還可以在朝向?qū)Ч?1的內(nèi)壁布置的表面上具有減摩涂層。圖2示出了圖1的放大截面，其中可以更加清晰地看出各個元件的形狀。所述可移位元件10具有遠(yuǎn)側(cè)極靴27和近側(cè)極靴28。極靴與磁場以及永磁體20及21相互作用，所述永磁體設(shè)計為環(huán)并關(guān)于電磁致動器的縱向軸線旋轉(zhuǎn)對稱。在永磁體20和21之間設(shè)置了順磁材料或鐵磁材料構(gòu)成的第一中間部22和第二中間部23，并且第一中間部22和第二中間部23也設(shè)計為具有極靴或設(shè)計為極靴。第一中間部22和第二中間部分23還可一體 地形成，進(jìn)而形成單個中間部。此外，設(shè)置了線圈24，該線圈24由第一中間部22和第二中間部23從外側(cè)封裝、并且除了導(dǎo)管11的隔斷之外從內(nèi)側(cè)由可移位元件10的順磁材料和/或鐵磁材料包圍。因此，獲得非常強(qiáng)的電磁場放大。電磁致動器的定子19基本由兩個永磁體20和21、兩個中間部22和23以及線圈24組成。例如，構(gòu)成可移位元件10的材料或可移位元件10相應(yīng)地具有的材料可以是St37或C45k。可移位元件的外部輪廓表現(xiàn)出雙電樞。因此，具有兩個極靴，即遠(yuǎn)側(cè)極靴27和近側(cè)極靴28。極靴的外側(cè)還作為用于導(dǎo)管11和可移位元件10之間的滑動對偶的滑動表面?？梢莆辉膬?nèi)側(cè)輪廓優(yōu)選地是軸向?qū)ΨQ。然而，可以在一定限度內(nèi)偏離對稱性，以集成例如用于安裝透鏡13的肩部。所述可移位元件優(yōu)選為啞光黑色。定子19基本包括兩個相同的永磁體,它們具有相同材料、或分別相同的磁體和磁化強(qiáng)度、以及相應(yīng)地相同的尺寸。此外，設(shè)置有線圈24，以及兩個鐵磁組件、或各個中間部22和23，它們作為磁通量導(dǎo)引，用于加強(qiáng)磁場或聚焦磁場。中間部22和23在縱向軸向穿過定子的截面中以馬蹄形形狀和類似極靴狀對稱設(shè)計實(shí)現(xiàn)。可移位元件10和定子19均優(yōu)選地構(gòu)造為軸向?qū)ΨQ。永磁體20和21分別極性彼此排斥地安裝或設(shè)立。電磁致動器可存在四種不同狀態(tài)。第一種狀態(tài)是圖1和圖2表示的狀態(tài)，其中可移位元件10位于穩(wěn)定的近側(cè)位置。這里，永磁體所產(chǎn)生的力作用在可移位元件上以抵靠近側(cè)擋塊16。此外，可移位元件可位于穩(wěn)定的遠(yuǎn)側(cè)位置，這未在圖1和圖2中示出。永磁體所產(chǎn)生的力則作用在可移位元件10上以抵靠遠(yuǎn)側(cè)擋塊17。第三狀態(tài)是致動器將可移位元件移出遠(yuǎn)側(cè)位置。線圈和永磁體產(chǎn)生的力則使可移位元件10在近側(cè)方向上移動。相反地，第四狀態(tài)被限定為致動器將可移位元件10移出近側(cè)位置。這里，線圈和永磁體產(chǎn)生的力使得在遠(yuǎn)側(cè)方向上推動可移位元件10。在下面更加詳細(xì)地描述該功能。圖3-圖5示出了穿過電磁致動器的示意性截面圖，各個元件和特征分別示意性地示出。在圖3中，線圈24沒有電流，也就是說，線圈不產(chǎn)生磁場。定子包括相應(yīng)地在圖1和圖2中的由鐵磁材料構(gòu)成、被設(shè)計為馬蹄形截面的中間部22、23和23’。中間部22、23和23’可以被制造為共同的一塊，因此被一體地制造。
以25示意性指示磁南極，以及以26示意性指示磁北極。以22指示第一中間部或相應(yīng)組件，以及在每個情形中，以23和23’指示設(shè)計為極靴的第二中間部或相應(yīng)組件。相應(yīng)地，表示可移位元件10的鐵磁部分的元件10、27和28還可以是一體的。以27指示遠(yuǎn)側(cè)極靴，而且以28指示近側(cè)極靴。在此情況下，可移位元件的保持力僅由兩個永磁體的永磁場產(chǎn)生?；诖朋w20和21的布置，相同磁極位于定子的兩個極靴23和23’中。磁通量尋求沿著磁阻力最小的路徑流通。相比于空氣，所使用的鐵磁材料的磁阻力小得多，從而系統(tǒng)整體上試圖使得氣隙最小。這被稱作磁阻。這里，優(yōu)選地由軟磁材料、或相應(yīng)的鐵磁材料構(gòu)成的極靴交疊，由此產(chǎn)生運(yùn)動或相應(yīng)的力。為了獲得近側(cè)方向上的保持力，如在圖3中通過朝向近側(cè)擋塊元件30的力31所指示的，應(yīng)該給出下述條件。與可移位元件的遠(yuǎn)側(cè)極靴27相對于遠(yuǎn)側(cè)永磁體20的遠(yuǎn)端相t匕，可移位元件10的近側(cè)極靴28相對于近側(cè)永磁體21的近端必須定位得更加靠近。因此，a必須大于b。另外，可移位元件10的近側(cè)極靴28在近側(cè)必須延伸超過電樞的近側(cè)極 靴23。也就是說，c必須大于O。如果C = 0，則該系統(tǒng)將處于磁性最小或相應(yīng)能量最小。接著，將不再產(chǎn)生力31。在能量最小的方向上的相應(yīng)力將僅僅隨著移出該位置而出現(xiàn)。這將導(dǎo)致非離散的定位，這是具有相應(yīng)擋塊的實(shí)施方式是優(yōu)選實(shí)施方式的原因。可移位元件10形成針對兩個磁體20和21的磁返回路徑，從而能夠使用可移位元件10獲得系統(tǒng)的最低磁阻或相應(yīng)地最有利的能量狀態(tài)。憑借可移位元件的位置，進(jìn)而還憑借擋塊元件29或30的位置，可實(shí)現(xiàn)不同的保持力。在所示示例中，電磁致動器設(shè)計為使得可移位元件10的處于擋塊處因此例如處于近側(cè)擋塊元件30處的位置不對應(yīng)于最有利的能量狀態(tài)。因此，電磁致動器還嘗試將可移位元件牽拉至阻力最低的位置處，由此所產(chǎn)生的保持力(磁阻)升高?，F(xiàn)在，為了將可移位元件10從近側(cè)位置移動到遠(yuǎn)側(cè)位置，對線圈24進(jìn)行激勵。因此，可產(chǎn)生總磁場，其在遠(yuǎn)側(cè)方向上產(chǎn)生大于在近側(cè)方向上的保持力的力。這在圖4和圖5中示出。在遠(yuǎn)側(cè)方向上的力稱為移位力34。通過對線圈24進(jìn)行激勵，從遠(yuǎn)側(cè)永磁體20的磁場和線圈的磁場的總和產(chǎn)生相應(yīng)的磁場,其通過在圖4和圖5的左側(cè)的磁北極26和磁南極25來示意性地指示。在理想情況下,線圈產(chǎn)生與遠(yuǎn)側(cè)永磁體20的通量對應(yīng)的磁通量。進(jìn)而，朝向近側(cè)第二中間部23或相應(yīng)的定子極靴，磁場被加強(qiáng)。理論上來看，遠(yuǎn)側(cè)永磁體20和線圈形成大的連續(xù)磁體，其示意性地具有比近側(cè)永磁體21更大的(理想的是雙倍的)場強(qiáng)。由此，相應(yīng)的磁通量32和33升高，它們在圖4和5中示出，以及相應(yīng)的移位力34朝向遠(yuǎn)端產(chǎn)生。由于三個磁性組件(兩個永磁體20和21以及線圈24)的相互作用，可移位元件10移出其近側(cè)位置進(jìn)入其遠(yuǎn)側(cè)位置。使用所表示的設(shè)計，不再需要線圈的磁通量完全抵消永磁體的磁通量。結(jié)果，減少了線圈的磁場使永磁體消磁的危險。通過以鐵磁材料圍繞線圈，能夠獲得非常高的效率。這使得所需的切換電流以及進(jìn)而在內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域中應(yīng)當(dāng)避免的、可能出現(xiàn)的發(fā)熱最小。電磁致動器優(yōu)選地與具有光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡一起使用。特別的，透鏡可以被電磁致動器移位，使得透鏡能夠沿縱向軸線35縱向地軸向移位。因此可以使物鏡聚焦或移位物鏡的焦距。替代透鏡或除了透鏡之外，可以設(shè)置反射鏡，通過該反射鏡能夠改變操作者在內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域的觀察方向。由于根據(jù)本發(fā)明的方案，可以實(shí)現(xiàn)具有更低空間要求的更廉價設(shè)計，從而僅僅稍微減小例如透鏡可用的流明，從而可實(shí)現(xiàn)具有高亮度的物鏡、進(jìn)而具有高亮度的內(nèi)窺鏡。所有指定的特征，包括那些僅從附圖中獲得的，以及結(jié)合其他特征公開的各個特征，是單獨(dú)考慮的且組合為對本發(fā)明是必不可少的。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式能夠通過單獨(dú)特征或幾個特征的組合來實(shí)現(xiàn)。附圖標(biāo)記列表10可移位元件
11導(dǎo)管
12固定保持元件
13透鏡14透鏡
15透鏡
16擋塊
17擋塊
18遠(yuǎn)端
19定子
20永磁 體
21永磁體
22.第一中間部
23、23’第二中間部
24線圈
25磁南極
26磁北極
27遠(yuǎn)側(cè)極靴
28近側(cè)極靴
29遠(yuǎn)側(cè)擋塊元件
30近側(cè)擋塊元件
31力
32磁通量
33磁通量
34移位力
35縱向軸線a距離
b距離
c距離
權(quán)利要求
1.一種用于手術(shù)器械或醫(yī)療器械的電磁致動器，其中，所述致動器具有定子(19)和可移位元件(10)，所述可移位元件(10)至少部分地具有順磁材料和/或鐵磁材料且通過施加電磁場能夠從第一位置移位到第二位置，其特征在于，所述可移位元件(10)被永磁場保持在或?qū)⒁槐３衷谒龅谝晃恢?，而所述可移位元?10)在移位至所述第二位置后，被永磁場保持在或?qū)⒁槐３衷谒龅诙恢谩?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁致動器，其特征在于，所述定子(19)包括極性互斥的兩個永磁體(20、21)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電磁致動器，其特征在于，設(shè)置有用于產(chǎn)生電磁場的線圈 (24)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電磁致動器，其特征在于，所述線圈(24)被設(shè)置在所述永磁體(20、21)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的電磁致動器，其特征在于，設(shè)置有限定所述第一位置和所述第二位置的兩個擋塊(16、17)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁致動器，其特征在于，在所述可移位元件(10)接觸所述擋塊(16、17)時，力(31)沿?fù)鯄K(16、17)的方向作用在可移位元件上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6中的任一項(xiàng)所述的電磁致動器，其特征在于，所述順磁材料和/或鐵磁材料被設(shè)置在所述定子(19)的所述永磁體(20、21)之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電磁致動器，其特征在于，所述線圈(24)被所述永磁體(20、 21)和所述順磁材料和/或鐵磁材料(22、23、23’ )從外側(cè)封裝。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項(xiàng)所述的電磁致動器，其特征在于，所述可移位元件 (10)縱向地可軸向移位地安裝在管(11)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求3-9中的任一項(xiàng)所述的電磁致動器，其特征在于，所述可移位元件 (10)、所述線圈(24)和所述永磁體(20、21)的截面是環(huán)形的。
11.一種手術(shù)或醫(yī)療器械，特別是內(nèi)窺鏡，其具有根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的電磁致動器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于手術(shù)器械或醫(yī)療器械的電磁致動器，所述致動器具有定子(19)和可移位元件(10)，所述可移位元件(10)至少部分地包括順磁材料和/或鐵磁材料并且通過施加電磁場可以從第一位置移位到第二位置。本發(fā)明特征在于所述可移位元件(10)被永磁場可以保持在或?qū)⒁３衷谒龅谝晃恢没蛩龅诙恢谩?br> 文檔編號H01F7/122GK103026429SQ201180033116
公開日2013年4月3日 申請日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月5日
發(fā)明者M·維特斯, M·費(fèi)德曼尼 申請人:奧林匹斯冬季和Ibe有限公司