具有拉韦式马达的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于动态使用的设备，其具有用电动马达机械地驱动的栗。
【背景技术】
[0002]对于该类型的设备的一个主要应用领域是将生理活性流体注射到患者体内。对于这种用法，所述设备通常配备有用于附装到患者的皮肤的粘结剂接触面或配备有这样的系统，即，所述系统用于附装到衣服和套管，所述套管有或没有用于接近患者的组织或血管以用于引入注射流体的连接管。
[0003]注射设备被广泛地用于患者护理，但是注射设备的尺寸和复杂性大大限制了它们用于专业设施。近年来，注射设备的动态使用已经率先在糖尿病护理中用于输送胰岛素。更近地，贴片式栗变成对于患者方便和安全使用而言优选的选择。这些贴片式栗是这样的设备，即，所述设备可以被直接地附装到皮肤，具有并入的输注套管，并且从而避免连接到输注端口的连接管。
[0004]可以直接附装到皮肤的设备被设计成用于广泛使用，并且不但必需满足较高的功能要求和安全要求，而且必需是相对较小的、较轻的、坚韧的、划算的并且对于患者是方便的。
[0005]在这种设备中较好地建立由电动马达所驱动的栗。对于需要较高精度的应用而言，像将胰岛素输送到糖尿病患者体内的注射设备典型地使用注射器式栗。在需要输送较高的体积但允许有较低的精度的适应症(indi cat i ons)中，例如，对于输送诸如单克隆抗体的治疗性蛋白质而言，蠕动栗是一种较好地建立的方案。虽然诸如压电系统栗的可替代系统正在开发，但是这些系统具有若干缺点，并且由电动马达所驱动的注射器式栗或蠕动栗仍然是最好建立的安全选择。
[0006]在这种设备中作为栗驱动装置建立的电动马达具有若干缺点。尤其，通常使用的直流(DC)或常规的步进马达对安全特征、制造成本和电池尺寸要求具有固有的限制。虽然对于使用的所有类型的电动马达而言总耗电量是较小的，但是峰值功率要求是不同的并且对电池尺寸和重量具有直接影响。对诸如未受控制的过度输送的安全隐患的控制或对不足输送的识别由于输送系统中产生的压力而必需额外的部件、复杂性和成本。
[0007]为了满足输送要求，栗系统的电动马达必需具有足够大的功率以允许进行较高速率的注射，例如，用于胰岛素的弹丸注射或单克隆抗体的输送。另外，例如，对于在较高的精度下输送快速弹丸注射和缓慢基础输注二者的胰岛素栗系统，需要几千的较高动态范围的马达驱动。另外，栗系统必需具有足够大的功率以克服组织背压和摩擦损失，所述组织背压的量有时达到几巴。为了满足所有这些要求，驱动马达必需能够输送几mW的机械功率。
[0008]由于所需的该机械功率可以相对容易地由DC马达(其为刷式马达或无刷式马达)或由市场上可买到的步进马达输送，所以这些类型的马达通常在诸如胰岛素栗的这种设备中使用。尤其对于较大物理尺寸的贴片式栗设备而言，对于小型电池驱动的设备过高的峰值电流和较高的制造成本的缺点是明显的，并且期望找到一种更好的可替代方案。此外，这些类型的马达的最重要的问题在于，这些马达本质上是不安全的，需要复杂的马达控制系统，其具有若干额外的部件和传感器以保证所需的高安全标准，并且这种复杂性除了额外的成本以外还具有固有的失败隐患。
[0009]拉韦式马达(Lavet-type motor)在钟表工业中被较好地建立并且已经在EP0388787中被说明为用于微型蠕动栗的驱动装置，并且在EP0447909和EP0521184中这种微型蠕动栗用于施用治疗性液体，优点主要是较低的制造成本。另一方面，在手表工业中所使用的所述马达的较低机械功率限制了对需要约0.1mL每小时的非常低的输送速率的适应症的使用，所述输送速率到目前为止对于例如胰岛素弹丸注射而言太低或对于例如治疗性抗体所需的输送速率而言太低。另一方面，如对于这样的适应症将需要的，拉韦式马达的机械功率的显著增大是不明显的，这是由于例如输送明显较高转矩的较大时钟马达具有明显较低的最大转速，并且结果与转矩和速度的乘积成正比例的机械功率的增大不管较大的尺寸怎样而是较小的并且到目前为止是不足的。
[0010]用于确定所需的安全控制措施及其复杂性、电池型号、总尺寸、重量以及制造成本的关键部件是驱动栗的马达。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提供一种用于由患者穿戴的栗设备的驱动马达，所述栗设备尤其是附装到皮肤的贴片式设备，所述驱动马达避免了现有技术的栗马达驱动装置的状态的缺点并且最重要地提供了较高的固有安全性和容易的功能控制。
[0012]根据本发明，本发明的目的由于以下而实现，S卩，用于驱动栗的马达是拉韦式马达，所述拉韦式马达小到足以用于贴片式设备，但是具有必要的机械功率和较低的峰值电流。另外，该马达类型的固有特性和可控设计的特性连同驱动电流脉冲形式的马达的分析一起用于使用方便，并且用于该设备的非常高度的故障安全和较低成本的功能控制。
[0013]拉韦式马达在手表和时钟运动工业中是公知的。拉韦式马达是坚韧的并且制造是相对容易的且是划算的。然而，由于拉韦式马达不输送对于该应用所需的需要的机械功率，拉韦式马达不适用于例如胰岛素栗或不适用于用于输送对于例如治疗性抗体所需的必要的较高体积的栗。
[0014]例如，在EP0388787中说明为用于微型蠕动栗的驱动装置的手表型拉韦马达具有典型地低于0.3μ N m的转矩，并且甚至在其约10Hz的最大可能速度下的最大机械功率远非是在例如用于胰岛素栗或例如用于输送治疗性蛋白质的重要治疗性适应症中的输送速率所需的最大机械功率。
[0015]确实，如在EP0388787中所公开的，配备有以其速度极限运行的手表式马达的微型蠕动栗以仅约1.7yL/min的速度输送，而胰岛素栗对于弹丸注射而言以高达120yL/min的速度输送，最低限度为20yL/min，并且诸如单克隆抗体的治疗性蛋白质典型地以高于150μ!7min的速度输注。因此，在段落【0022】中的上述专利中，明确阐明，所公开的使用手表式马达充分小型化的解决方案对于如同例如糖尿病的适应症是无用的，这是由于手表式马达可以仅以非常低的速率输送，所述非常低的速率可能对于基础胰岛素输注速率而言是足够的，但是远非能够输送弹丸注射。另外，对于胰岛素的基础输注而言，在蠕动栗下的输注速率的固有波动是有问题的，并且因此注射器式栗是优选的，需要明显更高的动力以使活塞甚至以非常低的输注速率运动。
[0016]在时钟工业中所使用的较大拉韦式马达的机械转矩典型地是手表工业的拉韦式马达的机械转矩的十倍高，但是由于在时钟工业中所使用的较大拉韦式马达的尺寸较大，所以其最大速度是5至10倍低。因此，与转矩和速度的乘积成正比的机械功率的总体增大是较小的并且不足以产生对于用于这些适应症的栗马达所需的机械功率，这意味着所需的机械功率不能在时钟式拉韦马达下获得。
[0017]当然，可以进一步增大时钟工业中所使用的拉韦式马达的尺寸，但是由于较大的马达不可避免地变得较慢，所以这不能解决转矩和速度的问题。
[0018]增大时钟式拉韦马达的尺寸也意味着增大其转子尺寸，尤其增大其直径。然而，较大的转子尺寸使转子产生较大的惯性力矩，并且从而产生较慢的马达。圆筒围绕其轴线转动的惯性力矩I通过以下给出:
[0019]i = 0.5.m.r2，或(除以m): l/m=0.5.r2，
[0020]其中，r是圆筒的半径，并且m是圆筒的质量。给出马达的转矩的转子的磁矩是与转子的体积成正比，因此也是与其质量成正比。该等式清楚地表明，当转子尺寸增大(这意味着其半径增大)时，惯性力矩比给出马达的转矩的转子的磁矩增长得更快。因而，增大转子尺寸不可避免地产生较慢的马达，抵消了转矩的增大。
[0021]另外，较大的马达需要较多的电能，尤其较高的操作电流，从而也需要较大的电池，并且总体上不可避免地产生明显较大且较重的设备。
[0022]因此，使用在手表和时钟运动工业中已知的拉韦式马达对于要求较高输送速率的栗驱动而言并不明显，例如，如同例如糖尿病的适应症或诸如单克隆抗体的治疗性蛋白质的输送，这是由于简单的“按比例增加”将不产生具有必要的机械功率的马达，并且令人怀疑的是必要的机械功率是否可以根本满足紧凑的、较小尺寸的且较低峰值电流的拉韦式马达，在上述重要的适应症中实现拉韦式马达的应用。
[0023]出人意外地发现，能够通过优化设计而产生具有所需机械功率输出的紧凑尺寸的拉韦式马达。另外，较高的负载转矩和较高的转速要求可以与较低的峰值电流组合，所述较低的峰值电流优选地是低于1mA并且典型地是用于这种栗的常规步进马达的峰值电流的百分之一至十分之一。该拉韦马达的、可以由小型纽扣式电池输送的该较低的峰值电流的要求允许期望地进一步减小设备的尺寸和重量，这尤其对于贴片式设备而言是最重要的。
[0024]根据本发明的