ebmpapst用于呼吸机的RV45离心风机拯救睡眠呼吸暂停综合症

分类：行业动态 1449人浏览 2019-06-26

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在全球，40岁以上的人群中约有10％受到睡眠呼吸暂停的困扰，即在睡眠期间发生呼吸暂停的情况，也称为睡眠呼吸暂停综合症。该病发病率达两位数，男女比例约为5：1，白天疲劳和注意力缺陷是该疾病的主要症状。如果不积极治疗，它还可能引起其他潜在并发症，如高血压、心功能不全（心输出量减少）、心律紊乱或心肌梗塞。

有一种经过验证的治疗方法，通过控制空气进入肺部来维持身体自主的呼吸反射。现在，新型高动态离心式风机可通过对新鲜空气进行控制以提供呼吸支持。轻便高效的小型风机也非常适合长时间使用电池运行，例如用于移动式睡眠治疗设备。医疗方面的其他应用还包括重症监护仪通风、粘液分泌激活和移动式空气过滤技术(例如呼吸保护装置)。

医疗器械及其部件的可靠性尤为重要，特别是当人们在家中或在重症监护室中使用呼吸机时。此外，操作简单也同样重要。人们在睡眠期间需将呼吸机放在身边使用，因此设备不可产生工作噪声而干扰用户健康的睡眠。为了满足这些要求，依必安派特德国St.Georgen的风机和驱动专家开发了用于呼吸机的RV45离心风机，它不仅安全可靠，而且安静高效，能满足此类要求的相关动态应用（图1）。

图1.RV45能提供高效安静地气流输送。

机械通气是如何工作的?

呼吸机的原理其实很简单：风机产生的空气压力往肺部充气，从而支持呼吸。但某些细节很重要：这一应用需要风机进行高度动态的操作，这意味着风速的快速变化。要在这样动态环境下保持平稳运行并不容易。呼吸的生物学特性要求迅速和平稳地控制气流和压力。例如，吸气时，需要在短时间内产生较高的“吹气压力”。在这种压力的作用下，松弛的软腭被抬起，让空气进入气管。然而，这种“初始高压”施加的时间可能非常短暂，并必须快速稳定上升，以便给上颚足够的时间清理气管。

软腭打开后，压力必须迅速降低到医生规定的吸入水平，并维持住。为了匹配患者的呼吸，必须不断调整支持的流速和压力。在呼气时，压力必须再次迅速稳定下降，但不能骤降，以免阻碍呼气。就呼吸动力学而言，典型的呼气时间大约为200毫秒，流量约为150升/分钟，压力波动从400帕到2,000帕，但需应尽可能保持在3,500帕以下的较低水平，以避免肺部损伤。另一方面，为了能够可靠地补偿空气泄漏，可调节的高体积流量是很重要的，例如，身体不适的用户或留胡须者佩戴呼吸面罩的情况。为了在实践中调节体积流量和压力的变化，离心风机的转速必须随之快速增加或减少。紧凑型风机RV45在空气动力学和电机动力学方面都进行了优化，可提供必要的空气传输和驱动技术。在运行条件剧烈波动的情况下，RV45仍能满足绝对安静的要求，以免打扰患者或旁边睡觉人的睡眠。

基本前提是空气接触部件必须使用符合FDA标准的材料和全球通用的相关法规。同时，风机整体的空气动力学原理需与相关应用相匹配。无论是高转速还是低转速，噪音需显著降低。

RV45设计用于持续气道正压通气(CPAP)和压力自适应操作（APAP / auto APA和BiLevel / BIPAP）。电机、控制电子和空气动力学设计必须保证各部件互相支持，以便通过协同作用满足各种不同的要求。

为了最大限度确保离心风机适合各类应用，依必安派特专家选择了高动态EC（电子换向）内转子电机作为驱动装置。转子的低转动惯量加之强大的磁铁，可满足所需的动力学要求。磁铁和线圈设计通过仿真和测试进一步得到优化。同时，减少了制动转矩和噪声污染，使效率得到提高。EC电机中的轴承极易磨损，在依必安派特严苛的内部测试条件下，使用带有特殊润滑脂润滑的免维护滚珠轴承，可将电机使用寿命提高到50,000小时L10IPC(25°C)，相当于6,250个夜晚，约17年(按每晚8小时的睡眠来统计)。

离心风机叶轮的输送流速（线性）和输送压力（平方）随转速增加，高达50,000rpm的转速可以使风机的结构非常紧凑。RV45风机内部不包含电机驱动和控制电子元件，必须在外部接入，这样可以使风机与具体的应用相匹配。根据具体的医疗设备，用户可以自我优化控制系统。但是，对于标准产品或快速测试应用，可以使用制造商提供的控制模块。“功率模块RV45”适用于简单的速度控制，包含转速计数输出，从而为客户提供即插即用的解决方案，这在医疗和工业应用中都非常有用，例如，用于燃料电池的动态通风、空气过滤技术、包装机、烟雾探测系统、印刷电路板生产或用于焊接和焊接气体的排气系统以及呼吸机等类似装置。RV45系列中的某款机型的电机中带有霍尔IC传感器，可以开发更简单的控制电子设备，包括NTC温度传感器选件，以供客户选择。

RV45的结构非常紧凑，仅为64x69.5x54.5毫米，可在12V和24V直流电压下工作。在自由工况下的功耗约为43瓦，但在典型的调速应用中，可平均降低20瓦，这也确保了电池能长时间运行。当然，为了满足高动态运行的要求，短期“全速运行”产生的高功耗是不可避免的。风机的最大自然空气流量高达410升/分钟，最大压升超过5,000帕，这足以满足肺容量较大及软腭肥厚等用户的需求。RV45仅重135克，所有与空气接触部件均由符合FDA标准的材料制成，这些材料对人体无害。得益于所选择的减振材料和优化的空气动力学设计，工作噪音降至最低，犹如耳语般的噪声水平。风机内置于合适的隔音装置中，从而保证了最低限度的睡眠干扰

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