电动螺丝起子的电棘轮制造技术

一种电动螺丝起子系统，包括电棘轮。根据一个方面，该电动螺丝起子系统包括起子外壳并包括布置在该外壳内的电机。工作端提供旋转输出并机械联接至转子。电源对电机提供电力。控制器接收代表电机状态的信号，并基于所接收的信号，以提供电棘轮的方式控制电机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电动螺丝起子的电棘轮
本专利技术总体涉及螺丝驱动系统领域，且更具体地涉及具有棘轮系统的螺丝驱动系统。背景对于驱动螺丝和螺栓，电动螺丝起子比手动螺丝起子效率高得多。但是，不非常小心的话，电动螺丝起子可能过度拧紧或过度旋转螺丝或螺栓。一些关键的应用中，诸如手术应用中，用户可手动驱动螺丝以避免过度拧紧或将驱动螺丝定位在所需的旋转位置处。这些情形中，用户可通过电动起子驱动螺丝直到螺丝开始接近关键位置。然后，为了降低过度拧紧或过度旋转的几率，用户可将电动起子放置一旁并通过单独的棘轮或手动螺丝起子手动拧紧螺丝。对于拧紧螺丝或螺栓，棘轮比手动螺丝起子更有效率，因为它们防止沿驱动方向转动并提供沿另一方向的连续飞轮旋转。相应地，在手术应用中，棘轮通常优选于手动螺丝起子。常规的棘轮使用在驱动工件的手柄与被驱动硬件之间的机械组件。例如，常规的机械棘轮组件包括齿轮系统、带有棘爪的高摩擦表面、带齿和棘爪或斜撑以机械地限制沿一个方向旋转的链轮。这些常规的棘轮要求大机械组件，这同时增加了总体工具的大小并增加了总体重量。例如，棘轮外壳大小可以设置成容纳机械棘轮系统。此外，这些机械组件增加了棘轮的质量并因此增加了工具的旋转部件的额外惯性。更大、更重的系统可增加操作者疲劳和/或操作者受伤，潜在地导致较低效的抒紧目标导向(screw targeting)。这可影响患者的手术效果。本文所公开的装置和方法克服了上述讨论和/或本领域的一个或多个缺点。
技术实现思路
本专利技术涉及具有电棘轮的电动螺丝起子系统。根据一个方面，本专利技术涉及电动螺丝起子系统，其包括具有构造用于由用户抓持的手柄部分的起子外壳并包括布置在该外壳内的电机。该电机包括定子和可旋转地布置在该定子内的转子。工作端提供旋转输出并机械联接至转子。电源对电机提供电力。控制器接收代表电机状态的信号，并基于所接收的信号，以提供电棘轮能力的方式控制电机。一个方面中，控制器构造成接收表示转子相对于定子的位置的信号，并构造成为电机提供电力以维持转子相对于定子在第一方向上的所需位置。另一方面中，控制器构造成允许转子沿相反于第一方向的第二方向相对于定子飞轮旋转。另一示例性方面中，本专利技术涉及具有手持起子和控制台的电动螺丝起子系统。手持起子包括外壳和布置在该外壳内的电机，该外壳具有构造用于由用户抓持的手柄部分。工作端提供旋转输出并机械联接至转子。控制台独立于并电连通于手持起子。控制台包括控制器，该控制器构造成当沿第一方向在电机上施加负载时维持转子在定子内的所需的相对位置，该控制器还构造成当沿第二方向在电机上施加负载时允许转子在定子内的飞轮移位。一个方面中，该控制器构造成接收表示转子相对于定子的位置的信号，且该控制器构造成基于该信号确定转子的所需的相对位置。另一示例性方面中，本专利技术涉及手术螺丝起子系统的操作方法。该方法包括步骤:评估相对于定子的起始转子位置并设定相对于该定子的第一所需的转子位置，其大致等于该起始转子位置。该方法还包括步骤:使电机换向来基本上维持相对于定子的第一所需的转子位置并抵消沿第一方向施加在转子上的负载。允许在定子内的实际转子位置响应于沿第二方向施加在转子上的负载移位。该方法还包括设定相对于定子的第二所需的转子位置，其大致等于所移位的转子位置。一个方面中，该方法包括确定误差因子作为第一所需的转子位置与实际转子位置之间的差，以及当误差因子超过预定阈值时执行使电机换向以基本上维持第一所需的转子位置的步骤。一个方面中，该方法包括确定误差因子作为第一所需的转子位置与实际转子位置之间的差，以及当所需的转子位置是正的且所述误差因子是负的时，或者当所需的转子位置是负的且所述误差因子是正的时，执行设定第二所需要的转子位置的步骤。本专利技术的各方面、形式、实施例、目标、特征、益处、和优点将从本文所提供的详细附图和说明而变得明显。【附图说明】从本文描述的上下文中描述和采用的附图中将最佳地理解本专利技术的各方面。图1是根据本专利技术的第一实施例的包括驱动器和控制台并设有电棘轮的示例性电机电动螺丝起子系统的示意图。图2是图1的示例性起子上的模式选择器的高度简化的剖视图。图3是示出根据本专利技术的一个方面的具有电棘轮的电机电动螺丝起子系统的功能部件的框图。图4是根据本专利技术的示例性方面的电机的剖视图。图5是示出根据本专利技术的一个方面的具有电棘轮的电机电动螺丝起子系统的功能部件的框图。图6是示出根据本专利技术的一个示例性方面的控制逻辑的流程图。【具体实施方式】为了促进对本专利技术原理的理解，现参照附图中示出的实施例或示例，且具体的语言用于描述这些实施例。但是应当理解并不由此限制本专利技术的范围。所描述的实施例中的任何改变和进一步修改，以及本文描述的本专利技术的原理的任何进一步应用，对本专利技术所涉及的领域内的技术人员来说是应当会预料到的。本专利技术描述了具有电棘轮的电机驱动电动螺丝起子系统。该系统通过防止或限制电动起子和被驱动螺丝沿一个方向的相对旋转，同时允许沿另一方向的飞轮旋转来控制电机形成棘轮。具体地，为了使用电棘轮驱动螺丝，螺丝起子系统检测电机部件的位移并通过为该电机供电来响应以限制或防止进一步移位。因此，当由于手动施加转矩而导致发生电机移位时，电机被供电以有效地抵消该移位，限制起子相对于螺丝沿一个方向滑动。但是，电机有效地允许沿第二方向的飞轮旋转。因此，通过相对于被驱动螺丝旋转整个起子，用户可卡住(ratchet)并驱动螺丝至所需的深度和定向。如本文所使用的，飞轮旋转意在包含至少两种情形:首先，飞轮旋转在电机不被供电时发生，以防止电机沿第二相反的方向移位；以及其次，飞轮旋转在电机被供电发生，以在电机沿第二相反方向旋转时抵消传递系统阻力。电动螺丝起子系统尤其良好地适于其中起子被用于驱动骨螺钉(诸如椎弓根螺钉)的手术应用。用户可使用电机电动起子来驱动螺钉至其所需深度附近。但是，为了降低过度拧紧或过度驱动的风险，用户可停止通过电机的常规驱动并使用起子作为棘轮来完成将螺钉植入所需的转矩或深度。此外，由于一些骨螺钉，诸如一些椎弓根螺钉必须定向成接纳脊柱杆、电缆或其他医疗仪器，电棘轮能够允许根据要求对准螺钉而不使起子脱离螺钉且不需单独的棘轮或手动螺丝起子的精细调整。这提高了外科医生的手术效率和便利性。此外，由于电棘轮没有大且重的机械棘轮部件，所得到的棘轮螺丝起子不增加操作者疲劳或潜在的操作者受伤。这可导致更有效的拧紧目标导向和提高的患者结果。此外，因为电棘轮系统使用电机控制而不是笨重的机械部件运行，本文所公开的系统实现了棘轮操作而不增加额外的质量和重量。通过避免额外的质量，本文所公开的起子不具有来自机械系统的额外惯性，使得起子更有效。这获得了紧凑尺寸并最小化了起子重量，这对操刀的外科医生而言是重要的益处。图1示出根据本专利技术的一示例性实施例的电动螺丝起子系统100。该系统包括电机电动起子102和控制台104。起子102以可变的旋转速度运行以在手术过程中驱动丝锥、钻头和手术硬件，诸如骨螺钉。除了使用电机执行这些功能之外，起子102还构造有电棘轮。起子102包括呈手柄106和枪管108形状的外壳105。这里,手柄106从枪管108以手枪抓持方式延伸以便于用户和用户舒适性。手柄106包括电气端口 110和输入装置，这里显示为触发器112。一些示例中，触发器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动螺丝起子系统，包括：起子外壳，所述起子外壳具有构造成由用户抓持的手柄部分；布置在所述外壳内的电机，所述电机包括定子和转子，所述转子可旋转地布置在所述定子内；工作端，所述工作端提供旋转输出，所述工作端机械联接至所述转子；电源，所述电源布置成为所述电机供电；以及控制器，所述控制器布置成接收代表电机状态的信号，并基于所接收的信号，以提供电棘轮能力的方式控制电机。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.27 US 13/095,6001.一种电动螺丝起子系统，包括: 起子外壳，所述起子外壳具有构造成由用户抓持的手柄部分； 布置在所述外壳内的电机，所述电机包括定子和转子，所述转子可旋转地布置在所述定子内； 工作端，所述工作端提供旋转输出，所述工作端机械联接至所述转子； 电源，所述电源布置成为所述电机供电；以及 控制器，所述控制器布置成接收代表电机状态的信号，并基于所接收的信号，以提供电棘轮能力的方式控制电机。2.如权利要求1所述的电动螺丝起子系统，其特征在于:所述控制器构造成接收指示所述转子相对于所述定子的位置的信号，并构造成为所述电机提供电力以维持所述转子相对于所述定子在第一方向上的所需的位置。3.如权利要求2所述的电动螺丝起子系统，其特征在于:所述控制器构造成允许所述转子沿相反于第一方向的第二方向相对于所述定子飞轮旋转。4.如权利要求1所述的电动螺丝起子系统，还包括起子和单独的控制台，所述起子包括所述起子外壳、所述电机和所述工作端，且所述单独的控制台包括所述控制器，所述控制台与所述起子电连通以控制所述电机。5.如权利要求1所述的电动螺丝起子系统，其特征在于:代表电机状态的信号是指示所述转子相对于所述定子的位置的信号，且所述控制器构造成基于所述信号确定所述转子的位置。6.如权利要求5所述的电动`螺丝起子系统，其特征在于:所述信号是指示来自所述电机的电磁力的信号和来自转子感应元件的信号之一。7.如权利要求1所述的电动螺丝起子系统，其特征在于:所述控制器构造并布置成以通过以下手段提供电棘轮能力的方式控制电机: 建立所述转子相对于所述定子的所需的位置；以及 当沿第一方向施加转矩抵抗转子时，使电机换向以将所述转子基本上维持在所需的位置。8.如权利要求7所述的电动螺丝起子系统，其特征在于:所述控制器还构造并布置成以通过以下手段提供电棘轮能力的方式控制电机: 当沿第二方向施加转矩抵抗转子时，允许所述转子飞轮移位。9.如权利要求1所述的电动螺丝起子系统，其特征在于:所述起子外壳和电机是可高温灭菌的以在手术程序之前消毒所述外壳。10.如权利要求1所述的电动螺丝起子系统，包括: 模式选择器；以及 控制所述电机的输入装置， 且所述控制器构造成当模式选择器处于正向模式且所述输入装置不被压下时以棘轮模式运行。11.一种电动螺丝起子系统,包括: 手持起子，包括: 外壳，所述外壳具有构造成由用户抓持的手柄部分；布置在所述外壳内的电机，所述电机包括定子和转子，所述转子可旋转地布置在所述定子内；以及 工作端，所述工作端提供旋转输出，所述工作端机械联接至所述转子； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·L·费尔，M·L·小克尔兹，
申请(专利权)人：美敦力施美德公司，
类型：
国别省市：