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步进电机精准度越来越高,技术赋能呼吸机设备驱动“新视界”

2020-04-01 17:16:23     来源:老赵说制造        

【哔哥哔特导读】在大多数情况下,医学应用表现出对空间的限制,因此,可用电机越小,对设计工程师越好。较小的电机在运行过程中需要较少的功率,因此可以节省能源成本。但是小型电机也有缺点,主要的缺点是转矩降低。尽管你可能会认为更小意味着更低的成本,但制造小而精确的电机通常要花费更多。

随着最近COVID-19的爆发,各国政府和医院在未来几周如何应对这场全球危机,对人民生活和社会的总体影响都是深远和不断上升的。对医疗设备的需求迅速增加,很多这样的装置都依赖于精确的电机来工作。COVID-19是一种呼吸系统疾病,由于肺炎和其他严重的呼吸系统疾病,患者很难呼吸,像这样的病人通常需要呼吸机来帮助他们呼吸。呼吸机的一个关键部件是帮助泵送空气的电机,使病人更容易呼吸。这些装置可以结合不同类型的电机,如混合步进电机、标准无刷直流电机、无框架无刷直流电机或无槽无芯无刷直流电机。

电机

在大多数情况下,医学应用表现出对空间的限制,因此,可用电机越小,对设计工程师越好。较小的电机在运行过程中需要较少的功率,因此可以节省能源成本。但是小型电机也有缺点,主要的缺点是转矩降低。尽管你可能会认为更小意味着更低的成本,但制造小而精确的电机通常要花费更多。步进电机精度高,运行安静,体积小,非常适合医疗设备和应用。这些特性是步进电机制造和装配过程中所需的适当工艺和质量的结果,所有这一切意味着将微型步进电机纳入其医疗设备设计的设计工程师必须权衡取舍。

医疗应用领域涉及在患者眼睛内进行复杂切割、泵送关键体液或任何其他类型的医疗应用程序,都必须考虑电机的大小、精度、运动平稳性、噪音水平、质量和可靠性。通过将步进角从典型的1.8度增加到3.46度,步进电机能够实现接近两倍的扭矩作为设计以及近四倍的保持扭矩高达0.01Nm)比传统的永磁步进电机相似的大小(最高为3.53×10-3Nm)。此外,典型的永磁电机每转20步,即18度的步距角,3.46度电机的分辨率是普通永磁电机的5.7倍。更高的分辨率直接转化为更高的精度,提供了混合步进电机的好处,而不是一个永磁电机的缺点。除了这种步进角的变化外,还采用了低惯量转子设计,电机能够在接近8000转/分的转速下获得超过0.01Nm的动态扭矩,从而提供与标准无刷直流电机相似的速度性能。

当涉及到电机尺寸时,长度通常是将电机安装到医疗设备中的关键,长度可能因电机制造商而异,并随着重新设计和升级而变化。混合步进电机很容易调整,完全符合设计要求,一般来说,步进电机带有一个标准的方形法兰并安装在支架上。但对于一些电机,特别是模块化电机,对定制外壳的需求更大。使用模块化的电机设计,他们将其模制成一个塑料外壳,不需要螺钉来安装电机,这节省了空间,使设备小到可以手持。步进电机按度数旋转,每一步的增量可以是1.8°、0.9°、甚至0.45°,这是电机固有的自然步进。当微步进时,电机被迫在每次移动时采取更精细的增量。一个0.9度的电机可以每0.45度步进一步,这叫做半步进。64微步进电机将0.9度分成64步,每步0.014度,微步进通常由驱动器电子设备处理。

结论

在寻找可靠的步进电机时,工程师经常要求提供平均无故障时间(MTBF)数据,以确保潜在的电机能够持续一定的周期,步进电机的平均无故障工作时间通常超过20000小时。当步进电机在其轴承的额定轴向和径向负载下运行或在温度低于50°C的情况下运行时,步进电机通常持续20年,假设占空比为50%。

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