Was ermöglicht es den Atemgeräten, sich perfekt mit dem Atemrhythmus des Patienten zu synchronisieren?Die Antwort liegt häufig in kompakten, aber leistungsstarken, hochgeschwindigen bürstenlosen GleichstrommotorenDa medizinische und industrielle Anwendungen immer anspruchsvollere Leistungen erfordern, ist es wichtig, dass dieIngenieure stehen vor der entscheidenden Herausforderung, diese Motoren zu optimieren, um Effizienz und Stabilität bei hohen Drehzahlen zu erhalten.

Mechanische Leistung ist das Produkt von Drehmoment und Drehgeschwindigkeit.Erhöhung des Drehmoments oder der GeschwindigkeitDas kontinuierliche Drehmoment hängt typischerweise mit den Motorabmessungen zusammen und ist durch die Wärmeabflusskapazität eingeschränkt.Fast alle Energieverluste werden in Joule-Heizung umgewandelt..

Zu den wichtigsten Leistungsparametern gehören:

• T = Drehmoment des Motors
• RTh1 = Wärmewiderstand von Spirale zu Stator
• RTh2 = Wärmewiderstand von Stator und Luft
• K = Drehmomentkonstante des Motors
• R = Widerstand der Motorspule
• Pj = Leistungsverlust durch Joule-Effekt
• ΔT = Höchstzulässiger Temperaturanstieg der Spule

Die Beziehung ergibt sich als: ΔT = (RTh1 + RTh2) · Pj = (RTh1 + RTh2) · R · I2 = (RTh1 + RTh2) · R · T2/K2

Der Begriff (RTh1 + RTh2)·R/K2 dient als entscheidende Wertzahl für die motorische Bewertung.Ideale Hochleistungsmotoren kombinieren minimale Widerstände mit hohen Drehmomentkonstanten.

Die Drehmomentkonstanten hängen vom Design der Magnetschaltung ab und machen die Optimierung des Magnetflusses durch Wicklungen zum zentralen Designziel.Fortgeschrittene Magnetmaterialien wie Neodym-Eisen-Bor (NeoFe) mit Energieprodukten, die sich 50 MGoe nähern, stellen effektive Lösungen darDie Verringerung der Joule-Verluste erfordert die Maximierung der Leiterquerschnitte, um den Kupferwiderstand zu minimieren.

Selbst bei optimierten R/K2-Verhältnissen bleibt das maximale Drehmoment thermisch durch die Motormaße eingeschränkt.

Während theoretisch einfach durch Spannungsanpassung, Geschwindigkeitszunahmen zusätzliche thermische Herausforderungen von:

• Eisenverluste
• Spannungsverluste bei Lager
• Vermögensverluste

Eisenverluste umfassen Wirbelstrom und Hysterese-Komponenten.

Schlüsselbeziehungen:

• Wirbelstromverluste ≈ χ·B2·ω2 (proportional zur magnetischen Induktion und der Quadratfrequenz)
• Hystereseverluste = μ·λ·B2·ω2 (abhängig von der Materialdurchlässigkeit und Zwangskraft)

Dünnere Laminationen und Materialien mit höherer Widerstandsfähigkeit reduzieren Wirbelströme, während Legierungen mit geringer Zwangsfähigkeit wie Eisen-Nickel (Fe-Ni) Hystereseverluste minimieren.Multipolmotoren haben aufgrund dieser Quadratfrequenzabhängigkeiten häufig Geschwindigkeitsbeschränkungen.

Bürstenlose Gleichstrommotoren unterteilen sich nach der Statorkonfiguration in zwei Hauptkategorien:

Statormotoren mit Schlitten:Die minimale Luftlücke zwischen Laminationen und Magneten ermöglicht eine hohe magnetische Induktion mit kleineren Durchmessermagneten.Schlittenraumbeschränkungen begrenzen das Kupfervolumen und komplizieren WicklungsprozesseSchlittenbauten bieten eine überlegene Wärmebeständigkeit und mechanische Robustheit, obwohl sie ein Spannmoment aufweisen, das durch verzerrte Laminationen gemildert werden kann.

Statormotoren ohne Schlitz:Die erhöhte Luftlücke verringert die magnetische Induktion, die typischerweise durch größere Magnete kompensiert wird.Diese Konstruktionen eliminieren das Zahnraddrehmoment vollständig und zeigen reduzierte Eisenverluste bei hohen Geschwindigkeiten, obwohl die Trägheit des Rotors mit dem Quadrat des Durchmessers zunimmt.

Die Auswahl des Motors erfordert eine sorgfältige Analyse der anwendungsspezifischen Betriebspunkte, die durch Drehmoment- und Drehzahlanforderungen definiert werden.Zwei medizinische Anwendungen zeigen diesen Optimierungsprozess:

mit einer Leistung von mehr als 100 W undDer Hauptdrehmomentbedarf stammt von der Drehmomentbeschleunigung,mit thermischem Management, das sowohl für den Komfort des Patienten als auch für die Langlebigkeit des Lagers von entscheidender Bedeutung istDie jüngsten Entwicklungen der Motorenreihe optimieren speziell das Joule-Eisenverlustverhältnis für diese anspruchsvollen Bedingungen.

Operative Handstückmotoren:Sie können bei extremen Geschwindigkeiten innerhalb kompakter Formfaktoren arbeiten, während sie gleichzeitig niedrige Außentemperaturen für den Komfort des Chirurgen aufrechterhalten.000 RPM bei Oberflächentemperaturen unter 43°C, während sie mehr als 3.000 Autoklavensterilisationszyklen standhalten.

Durch kontinuierliche Materialfortschritte und anwendungsspezifische Optimierungen,Moderne bürstenlose Gleichstrommotoren erfüllen immer strengere Leistungsanforderungen für medizinische und industrielle AnwendungenEine angemessene Spezifikationsanalyse ist nach wie vor unerlässlich, um optimale Designs zu liefern, die die Drehmomentproduktion, das thermische Management und die Betriebssicherheit in Einklang bringen.