ما الذي يُمكّن أجهزة التنفس الاصطناعي من التزامن بشكل مثالي مع إيقاع التنفس للمريض؟ ما الذي يجعل الأدوات الجراحية دقيقة جداً على نطاقات مجهرية؟غالبًا ما تكمن الإجابة في المحركات الميكانيكية الميكانيكية الميكانيكية الميكانيكية الصغيرة والقويةحيث أن التطبيقات الطبية والصناعية تتطلب أداء متطور بشكل متزايديواجه المهندسون التحدي الحاسم في تحسين هذه المحركات للحفاظ على الكفاءة والاستقرار عند سرعات الدوران العالية.
تمثل القوة الميكانيكية نتاج عزم الدوران وسرعة الدوران. في إطار أطر تكنولوجيا المحركات القائمة ، يتبع تحسين القوة بشكل أساسي طريقتين:زيادة عزم الدوران أو زيادة السرعة. عادة ما ترتبط العزمة المستمرة بأبعاد المحرك وتواجه قيود من قدرة التبديد الحراري. أثناء توقف المحرك أو التشغيل منخفض السرعة،تقريبا كل خسارة الطاقة تتحول إلى تسخين الجول.
وتشمل معايير الأداء الرئيسية:
تظهر العلاقة على النحو التالي: ΔT = (RTh1 + RTh2) · Pj = (RTh1 + RTh2) · R · I2 = (RTh1 + RTh2) · R · T2/K2
يشكل المصطلح (RTh1 + RTh2) · R / K2 رقمًا حاسمًا للجدارة للتقييم الحركي. تشير القيم المنخفضة إلى أداء أفضل.محركات عالية الأداء المثالية تجمع بين المقاومة الدنيا مع ثابتات عزم دوران عالية.
تعتمد ثوابت العزم على تصميم الدوائر المغناطيسية، مما يجعل تحسين التدفق المغناطيسي من خلال التلفيف الهدف المركزي للتصميم.المواد المغناطيسية المتقدمة مثل النيوديميوم الحديد بورون (NeoFe) مع منتجات الطاقة تقترب من 50 MGoe تمثل حلول فعالةتقليل خسائر الجول يتطلب زيادة مقاطع الموصلات لتقليل مقاومة النحاس.
حتى مع نسب R / K2 الأمثل ، تظل أقصى عزم دوران مقيدًا حراريًا بأبعاد المحرك. يقدم تحسين السرعة استراتيجية بديلة لتحسين الطاقة.
على الرغم من أنها بسيطة نظريا من خلال ضبط الجهد ، إلا أن زيادة السرعة تقدم تحديات حرارية إضافية من:
تضم خسائر الحديد عناصر التيار الدوامي والهيستريس. تنشأ تيارات الدوران من اختلافات التدفق المغناطيسي التي تحفز تيارات داخل نواة الحديد المصفوفة.
العلاقات الرئيسية:
تخفف الطبقات الرقيقة والمواد ذات المقاومة العالية من التيارات الدوامية ، في حين أن سبائك القوة المنخفضة مثل الحديد والنيكل (Fe-Ni) تقلل من خسائر الاستيريز.غالبًا ما تواجه محركات متعددة القطب قيود السرعة بسبب هذه الاعتمادات المتوسطة في التردد.
يتم تقسيم محركات التيار المباشر بدون فرش إلى فئتين أساسيتين بناءً على تكوين الستاتور:
محركات ستاتور متسخة:الملفات المميزة مغلفة داخل فتحات الستاتور. الحد الأدنى من الفجوة الهوائية بين المصفوفات والمغناطيس تمكن من الحث المغناطيسي العالي مع المغناطيسات ذات القطر الأصغر.القيود المفروضة على مساحة الفتحة تحد من حجم النحاس وتعقيد عمليات التلفتوفر التصاميم المفتوحة مقاومة حرارية متفوقة وقوة ميكانيكية ، على الرغم من أنها تظهر عزم دوران يمكن تخفيفه من خلال طبقات منحرفة.
محركات ستاتور بدون فتحة:استخدم الملفوفات ذاتية الدعم التي تم إدخالها مباشرة في الفجوة الهوائية. يقلل الفجوة الهوائية المتزايدة من الحث المغناطيسي ، والذي يتم تعويضه عادة من خلال مغناطيسات أكبر.هذه التصاميم القضاء على عزم الدوران التشغيل تماما وتظهر انخفاض خسائر الحديد في سرعات عالية، على الرغم من زيادة ثبات الدوار مع مربع القطر. غالبًا ما تحقق تكوينات بدون فتحة نسب R / K2 متفوقة من خلال التحفيز المغناطيسي المثالي وتوازن حجم النحاس.
يتطلب اختيار المحرك تحليلاً دقيقاً لنقاط التشغيل الخاصة بالتطبيق المحددة من خلال متطلبات عزم الدوران والسرعة.توضح تطبيقات طبية مثالية عملية التحسين هذه:
محركات التهوية عالية السرعة:يجب أن تتسارع من الوقوف إلى 50 ألف دورة في الدقيقة في غضون ميللي ثانية بينما تتزامن مع أنماط التنفس للمريضمع إدارة الحرارة التي تعتبر حاسمة لكل من راحة المريض وطول العمرتطويرات سلسلة المحركات الأخيرة تحسن خصيصًا نسبة خسارة الجول إلى الحديد لهذه الظروف الصعبة.
محركات القطع اليدوية الجراحية:تعمل في سرعات متطرفة ضمن عوامل الشكل المدمجة مع الحفاظ على درجات حرارة خارجية منخفضة لراحة الجراح. تصاميم متقدمة قطرها 16 مم توفر عدة أوقية بوصات من العزم عند 80،000 دورة في الدقيقة مع درجات حرارة سطح أقل من 43 درجة مئوية، بينما يتحمل أكثر من 3000 دورة تعقيم في المستودع الذاتي.
من خلال التقدم المستمر في المواد والتحسين المحدد للتطبيقمحركات التيار المتردد الحديثة بدون فرش تلبي متطلبات أداء صارمة على نحو متزايد في التطبيقات الطبية والصناعيةلا يزال تحليل المواصفات المناسب ضروريًا لتقديم تصاميم مثالية توازن بين إنتاج عزم الدوران والإدارة الحرارية وموثوقية التشغيل.
ما الذي يُمكّن أجهزة التنفس الاصطناعي من التزامن بشكل مثالي مع إيقاع التنفس للمريض؟ ما الذي يجعل الأدوات الجراحية دقيقة جداً على نطاقات مجهرية؟غالبًا ما تكمن الإجابة في المحركات الميكانيكية الميكانيكية الميكانيكية الميكانيكية الصغيرة والقويةحيث أن التطبيقات الطبية والصناعية تتطلب أداء متطور بشكل متزايديواجه المهندسون التحدي الحاسم في تحسين هذه المحركات للحفاظ على الكفاءة والاستقرار عند سرعات الدوران العالية.
تمثل القوة الميكانيكية نتاج عزم الدوران وسرعة الدوران. في إطار أطر تكنولوجيا المحركات القائمة ، يتبع تحسين القوة بشكل أساسي طريقتين:زيادة عزم الدوران أو زيادة السرعة. عادة ما ترتبط العزمة المستمرة بأبعاد المحرك وتواجه قيود من قدرة التبديد الحراري. أثناء توقف المحرك أو التشغيل منخفض السرعة،تقريبا كل خسارة الطاقة تتحول إلى تسخين الجول.
وتشمل معايير الأداء الرئيسية:
تظهر العلاقة على النحو التالي: ΔT = (RTh1 + RTh2) · Pj = (RTh1 + RTh2) · R · I2 = (RTh1 + RTh2) · R · T2/K2
يشكل المصطلح (RTh1 + RTh2) · R / K2 رقمًا حاسمًا للجدارة للتقييم الحركي. تشير القيم المنخفضة إلى أداء أفضل.محركات عالية الأداء المثالية تجمع بين المقاومة الدنيا مع ثابتات عزم دوران عالية.
تعتمد ثوابت العزم على تصميم الدوائر المغناطيسية، مما يجعل تحسين التدفق المغناطيسي من خلال التلفيف الهدف المركزي للتصميم.المواد المغناطيسية المتقدمة مثل النيوديميوم الحديد بورون (NeoFe) مع منتجات الطاقة تقترب من 50 MGoe تمثل حلول فعالةتقليل خسائر الجول يتطلب زيادة مقاطع الموصلات لتقليل مقاومة النحاس.
حتى مع نسب R / K2 الأمثل ، تظل أقصى عزم دوران مقيدًا حراريًا بأبعاد المحرك. يقدم تحسين السرعة استراتيجية بديلة لتحسين الطاقة.
على الرغم من أنها بسيطة نظريا من خلال ضبط الجهد ، إلا أن زيادة السرعة تقدم تحديات حرارية إضافية من:
تضم خسائر الحديد عناصر التيار الدوامي والهيستريس. تنشأ تيارات الدوران من اختلافات التدفق المغناطيسي التي تحفز تيارات داخل نواة الحديد المصفوفة.
العلاقات الرئيسية:
تخفف الطبقات الرقيقة والمواد ذات المقاومة العالية من التيارات الدوامية ، في حين أن سبائك القوة المنخفضة مثل الحديد والنيكل (Fe-Ni) تقلل من خسائر الاستيريز.غالبًا ما تواجه محركات متعددة القطب قيود السرعة بسبب هذه الاعتمادات المتوسطة في التردد.
يتم تقسيم محركات التيار المباشر بدون فرش إلى فئتين أساسيتين بناءً على تكوين الستاتور:
محركات ستاتور متسخة:الملفات المميزة مغلفة داخل فتحات الستاتور. الحد الأدنى من الفجوة الهوائية بين المصفوفات والمغناطيس تمكن من الحث المغناطيسي العالي مع المغناطيسات ذات القطر الأصغر.القيود المفروضة على مساحة الفتحة تحد من حجم النحاس وتعقيد عمليات التلفتوفر التصاميم المفتوحة مقاومة حرارية متفوقة وقوة ميكانيكية ، على الرغم من أنها تظهر عزم دوران يمكن تخفيفه من خلال طبقات منحرفة.
محركات ستاتور بدون فتحة:استخدم الملفوفات ذاتية الدعم التي تم إدخالها مباشرة في الفجوة الهوائية. يقلل الفجوة الهوائية المتزايدة من الحث المغناطيسي ، والذي يتم تعويضه عادة من خلال مغناطيسات أكبر.هذه التصاميم القضاء على عزم الدوران التشغيل تماما وتظهر انخفاض خسائر الحديد في سرعات عالية، على الرغم من زيادة ثبات الدوار مع مربع القطر. غالبًا ما تحقق تكوينات بدون فتحة نسب R / K2 متفوقة من خلال التحفيز المغناطيسي المثالي وتوازن حجم النحاس.
يتطلب اختيار المحرك تحليلاً دقيقاً لنقاط التشغيل الخاصة بالتطبيق المحددة من خلال متطلبات عزم الدوران والسرعة.توضح تطبيقات طبية مثالية عملية التحسين هذه:
محركات التهوية عالية السرعة:يجب أن تتسارع من الوقوف إلى 50 ألف دورة في الدقيقة في غضون ميللي ثانية بينما تتزامن مع أنماط التنفس للمريضمع إدارة الحرارة التي تعتبر حاسمة لكل من راحة المريض وطول العمرتطويرات سلسلة المحركات الأخيرة تحسن خصيصًا نسبة خسارة الجول إلى الحديد لهذه الظروف الصعبة.
محركات القطع اليدوية الجراحية:تعمل في سرعات متطرفة ضمن عوامل الشكل المدمجة مع الحفاظ على درجات حرارة خارجية منخفضة لراحة الجراح. تصاميم متقدمة قطرها 16 مم توفر عدة أوقية بوصات من العزم عند 80،000 دورة في الدقيقة مع درجات حرارة سطح أقل من 43 درجة مئوية، بينما يتحمل أكثر من 3000 دورة تعقيم في المستودع الذاتي.
من خلال التقدم المستمر في المواد والتحسين المحدد للتطبيقمحركات التيار المتردد الحديثة بدون فرش تلبي متطلبات أداء صارمة على نحو متزايد في التطبيقات الطبية والصناعيةلا يزال تحليل المواصفات المناسب ضروريًا لتقديم تصاميم مثالية توازن بين إنتاج عزم الدوران والإدارة الحرارية وموثوقية التشغيل.
