用于外科手术电动机系统的驱动控制装置和驱动控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述用于外科手术电动机系统的驱动控制装置，所述驱动控制装置包括用于以开环和/或闭环控制电动机的电动机控制单元，所述电动机驱动外科手术工具。本发明的另外的方面涉及电动机系统本身。
[0002]另外，本发明涉及一种如权利要求11的前序部分所述触发外科手术电动机系统的方法，其中所述外科手术工具由借助于电动机控制单元以开环和/或闭环来控制的电动机驱动。
【背景技术】
[0003]已知一般类型的外科手术电动机系统存在众多变型，特别是与呈钻铣床或锯子形式的工具结合在一起的变型。所述外科手术电动机系统由电动机控制单元对电动机生成控制信号以便以特定的旋转速度操作所述电动机来操作，所述特定的旋转速度可以由驱动控制装置来设定。根据电动机的类型，可以实现每分钟多达80000转的旋转速度。如果所述电动机是具有至少两个与转子分开的电动机绕组的无刷DC电动机，那么这种类型的电动机系统是特别成本有效且维护成本低的。
[0004]例如从WO 2006/012991 Al或DE 10 2009 018 143 Al已知了用于一般类型的外科手术电动机系统的驱动控制装置。关于这些已知驱动控制装置，相关外科手术工具的旋转速度是以闭环控制，其中，使用例如脉宽调制(PWM)或空间矢量脉宽调制(SVPWM)。与常规的脉宽调制相比较，SVPWM方法所具有的优点是所有电动机绕组可以同时通电，使得在特别低的旋转速度下也可以实现电动机的平稳的且无急动的操作。
[0005]除了它们的平稳操作之外，这些已知的闭环控制方法的最重要的区别特征在于可以非常迅速地重新调整相应的旋转速度。然而，已经证明，例如在极限负载改变的情况下，非常迅速地重新调整旋转速度不仅仅带来优点，如从以下比较中可以看出:
[0006]如果，例如，用压缩空气操作的不受控的电动机在驱动铣刀期间因可能被绊住而经历短期旋转速度下降，这将导致在铣刀松开之后电动机速度再次提升。此处不会产生另外的温度升高。
[0007]另一方面，如果这种铣刀由以闭环控制的电动机驱动，则电动机控制单元在这种情形中在非常短的时间内进行重新调整以对抗旋转速度的急剧下降。这会导致问题，特别是在工具被连续多次绊住并且旋转速度必须反复重新调整的情况下。如果在这种情形中更详细地检查当前特征，将测量到另外的通电脉冲(I2x R)。因此，这些非常迅速的动态闭环控制方法伴随另外的损失。由于连续的重新调整和相关联的电流峰值，电动机产生了大量热量并且存在会过热的风险。
[0008]存在需要或甚至要求这种迅速重新调整的许多应用(例如，在穿颅术中)，其中由于穿颅术中可比较地短的激活时间，可以简单地接受所描绘的另外的损失的缺点。然而，存在焦点并不过多集中在迅速重新调整上而是集中在最低的可能热损失上的应用如耗时的铣削骨段的过程。
[0009]如果在铣削骨段的过程中使用上述例如从WO 2006/012991 Al或DE 102009 018143 Al已知的驱动控制装置，则存在电动机会过热或甚至可能损坏的风险。因此，出于安全原因，用于外科手术器械或设备的先前已知的驱动控制装置的使用领域受限于特定目的。这就是不同的外科手术电动机系统或包括相应地合适的驱动电动机的那些迄今为止根据应用领域使用的原因。这妨碍了处理并且还增加了成本。然而，将期望使用一种电动机系统用于各种各样的医疗应用。
【发明内容】
[0010]本发明基于以下目的:进一步开发一种如权利要求1的前序部分所述的驱动控制装置，以使得相关联的外科手术电动机系统的使用领域可以被扩大。同样地，还将提供一种对应的控制方法以及一种外科手术电动机系统。
[0011]这个目的利用具有如权利要求1所述的特征的驱动控制装置、利用具有如权利要求9所述的特征的外科手术电动机系统以及利用具有如权利要求11所述的方法步骤的方法来实现。有利的另外的发展是从属权利要求的主题。
[0012]据此，本发明建议提供一种参数指定装置，所述参数指定装置布置在电动机控制单元的上游并且允许设定电动机控制单元的开环参数或闭环参数，以使得电动机的开环或闭环控制特征可以适应于电动机系统的相应状态或用途，具体是适应于电动机的状态。替代针对不同的应用使用不同的电动机系统，本发明基于以下理念:改变控制模式或电动机的开环或闭环控制特征，其方式为所述电动机最佳地适应于相应的应用，以便实现所采用的电动机系统的一个更大的使用范围。选择开环或闭环参数的基础是电动机的检测状态或状态历史，借助于所述检测状态或状态历史，参数指定装置能够确定当前医疗应用。在合适的参数选择的情况下，将会实现的是，所得开环或闭环控制特征安全地防止了过载如电动机的不被允许的温度升高。根据本发明的触发方法因此可以用于大多数变化的外科手术目的，而不需要利用不同的电动机。各种控制模式或触发特征可以通过纯软件工程解决方案来实现，而硬件即控制电子器件和电动机可以保持不变。因此，明显提高了可管理性并且相对应地降低了成本。
[0013]通过改变开环或闭环参数，可以改变电动机的开环或闭环控制特征以使得所得的扭矩/速度特征最佳地适应于相应的负载条件。
[0014]在本发明的意义上，控制模式影响或改变设定点或试验值(pilot values)和/或开环或闭环控制特征本身。在不要求迅速重新调整(如例如在铣削骨段期间)的应用情况的情况下，在控制过程中可以减小P比例并且可以增大I比例以便避免高电流峰值。替代地或另外地，可以总体降低最大电流的水平。另外，参数指定装置允许相应地降低设定点或目标旋转速度，特别是在超过临界电流之后或在可能超限运行的情况下。
[0015]优选的是，电动机或工具首先可以根据默认控制模式或手动可调节的控制模式来操作，并且之后可以根据检测状态或识别的当前医疗应用来改变或切换至更合适的控制模式。
[0016]取决于应用情况，还有可能在存在旋转速度调节的操作与不存在旋转速度调节(纯开环控制)的操作之间切换，以针对旋转速度调节使用不同的控制参数或根据控制参数不变的情形适应设定点的幅值。另外的替代方案是改变电动机的内电阻，其中电动机的输出电压与测量的电流成比例地相对应地降低或增大。
[0017]不同的开环或闭环控制特征以控制模式形式存放，可以根据情形从所述控制模式选择一种合适的控制模式。根据本发明，以自动化方式进行选择和切换。
[0018]根据本发明，动态地检测外科手术电动机系统的相应的状态以便能够对应于相应的需求以准连续的方式改变开环或闭环控制特征。
[0019]根据一个实施方案，可能存放多种不同的控制模式，S卩，电动机的开环和/或闭环参数或特征曲线，它们各自与对应的医疗应用相关联。根据电动机的检测状态或检测状态历史，参数指定装置之后能够从这些中选择合适的控制模式。
[0020]替代地或另外地，可以根据所采用的外科手术工具或工具适配器来进行控制模式的选择。归因于优选地自动检测，可以选择适合于工具的一种或多种控制模式。举一个例子，不同的工具以不同的旋转速度操作，例如以最大20000rpm或最大多达80000rpm操作。工具的识别确保以对应的方式限制最大电动