शल्य चिकित्सा उपकरण माइक्रोस्कोपिक पैमाने पर इतनी सटीक क्यों होते हैं?इसका उत्तर अक्सर कॉम्पैक्ट लेकिन शक्तिशाली उच्च गति वाले ब्रशलेस डीसी मोटर्स में होता हैचूंकि चिकित्सा और औद्योगिक अनुप्रयोगों में तेजी से परिष्कृत प्रदर्शन की आवश्यकता होती है,इंजीनियरों को इन मोटर्स को उच्च घूर्णन गति पर दक्षता और स्थिरता बनाए रखने के लिए अनुकूलित करने की महत्वपूर्ण चुनौती का सामना करना पड़ता है.

यांत्रिक शक्ति टोक़ और घूर्णन गति के उत्पाद का प्रतिनिधित्व करती है। स्थापित मोटर प्रौद्योगिकी ढांचे के भीतर, शक्ति वृद्धि मुख्य रूप से दो मार्गों का पालन करती हैःटॉर्क बढ़ाने या गति बढ़ानेनिरंतर टोक़ आमतौर पर मोटर के आयामों से संबंधित होता है और थर्मल डिसिपेशन क्षमता से सीमाओं का सामना करता है।लगभग सभी ऊर्जा हानि जूल हीटिंग में परिवर्तित हो जाती है.

मुख्य प्रदर्शन मापदंडों में शामिल हैंः

• T = मोटर का टोक़
• RTh1 = कॉइल-स्टेटर थर्मल प्रतिरोध
• RTh2 = स्टेटर-एयर थर्मल प्रतिरोध
• K = मोटर टॉर्क स्थिर
• R = मोटर कॉइल का प्रतिरोध
• पीजे = जूल प्रभाव शक्ति हानि
• ΔT = अधिकतम अनुमेय कॉइल तापमान वृद्धि

यह संबंध इस प्रकार प्रकट होता हैः ΔT = (RTh1 + RTh2) · Pj = (RTh1 + RTh2) · R · I2 = (RTh1 + RTh2) · R · T2/K2

(RTh1 + RTh2) ·R/K2 शब्द मोटर मूल्यांकन के लिए योग्यता के एक महत्वपूर्ण आंकड़े के रूप में कार्य करता है। कम मूल्य बेहतर प्रदर्शन का संकेत देते हैं।आदर्श उच्च-प्रदर्शन वाले मोटर्स न्यूनतम प्रतिरोध को उच्च टोक़ स्थिरांक के साथ जोड़ते हैं.

टोक़ स्थिरांक चुंबकीय सर्किट डिजाइन पर निर्भर करते हैं, जिससे घुमावों के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह अनुकूलन केंद्रीय डिजाइन उद्देश्य बन जाता है।उन्नत चुंबक सामग्री जैसे नियोडियम-आयरन-बोरोन (NeoFe) के साथ ऊर्जा उत्पाद 50 MGoe के करीब प्रभावी समाधान हैंजूल्स के नुकसान को कम करने के लिए कंडक्टर के क्रॉस-सेक्शन को अधिकतम करने की आवश्यकता होती है ताकि तांबे के प्रतिरोध को कम किया जा सके।

अनुकूलित आर/के2 अनुपात के साथ भी, अधिकतम टोक़ मोटर आयामों द्वारा थर्मल रूप से सीमित रहता है। गति वृद्धि एक वैकल्पिक शक्ति अनुकूलन रणनीति प्रस्तुत करती है।

जबकि सैद्धांतिक रूप से वोल्टेज समायोजन के माध्यम से सरल है, गति वृद्धि निम्नलिखित से अतिरिक्त थर्मल चुनौतियों को पेश करती हैः

• लोहे के नुकसान
• असर घर्षण हानि
• वर्तमान रिपल-प्रेरित हानि

लोहे के नुकसान में इडी करंट और हाइस्टेरिसिस घटक शामिल हैं। इडी करंट्स चुंबकीय प्रवाह परिवर्तनों से उत्पन्न होते हैं जो लेमिनेट किए गए लोहे के कोर के भीतर धाराओं को प्रेरित करते हैं।

प्रमुख संबंध:

• एड्डी करंट हानि ≈ χ·B2·ω2 (चुंबकीय प्रेरण और आवृत्ति वर्ग के आनुपातिक)
• हाइस्टेरिसिस हानि = μ·λ·B2·ω2 (सामग्री पारगम्यता और बाध्यता पर निर्भर)

पतले टुकड़े टुकड़े और उच्च प्रतिरोधकता सामग्री भंवर धाराओं को कम करती है, जबकि लोहे-निकल (फे-नी) जैसे कम बाध्यता वाले मिश्र धातु हाइस्टेरिसिस नुकसान को कम करते हैं।बहुध्रुवीय मोटर्स अक्सर इन वर्ग आवृत्ति निर्भरताओं के कारण गति सीमाओं का सामना करते हैं.

ब्रशलेस डीसी मोटर्स को स्टेटर कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर दो प्राथमिक श्रेणियों में विभाजित किया जाता हैः

स्लॉट स्टेटर मोटर्स:विशेषता कॉइल स्टेटर स्लॉट के अंदर घुमावदार है। टुकड़े टुकड़े और चुंबकों के बीच न्यूनतम वायु अंतर छोटे व्यास वाले चुंबकों के साथ उच्च चुंबकीय प्रेरण को सक्षम करता है। हालांकि,स्लॉट स्पेस की बाधाएं तांबे की मात्रा को सीमित करती हैं और घुमावदार प्रक्रियाओं को जटिल बनाती हैंस्लॉट डिजाइन बेहतर थर्मल प्रतिरोध और यांत्रिक मजबूती प्रदान करते हैं, हालांकि वे कॉगिंग टॉर्क प्रदर्शित करते हैं जिन्हें तिरछे टुकड़े टुकड़े करके कम किया जा सकता है।

स्लॉटलेस स्टेटर मोटर्स:पूर्व-वक्र, स्व-सहायक कॉइल्स का उपयोग सीधे हवा के अंतराल में डाला जाता है। बढ़े हुए वायु अंतराल चुंबकीय प्रेरण को कम करता है, आमतौर पर बड़े चुंबकों के माध्यम से मुआवजा दिया जाता है।इन डिजाइनों को पूरी तरह से cogging टोक़ को समाप्त और उच्च गति पर कम लोहे के नुकसान का प्रदर्शन, हालांकि रोटर जड़ता व्यास के वर्ग के साथ बढ़ जाती है। स्लॉटलेस कॉन्फ़िगरेशन अक्सर अनुकूलित चुंबकीय प्रेरण और तांबे के वॉल्यूम संतुलन के माध्यम से बेहतर आर / के 2 अनुपात प्राप्त करते हैं।

मोटर के चयन के लिए टोक़ और गति आवश्यकताओं द्वारा परिभाषित अनुप्रयोग-विशिष्ट संचालन बिंदुओं का सावधानीपूर्वक विश्लेषण करना आवश्यक है।इस अनुकूलन प्रक्रिया को दो उदाहरण चिकित्सा अनुप्रयोगों से दर्शाया गया है:

उच्च गति वाले वेंटिलेटर मोटर्स:मरीज के श्वसन पैटर्न के साथ सिंक्रनाइज़ करते हुए मिलीसेकंड के भीतर 50,000 आरपीएम तक स्थिर से त्वरण करना चाहिए। प्राथमिक टोक़ मांग रोलर त्वरण से आती है,थर्मल प्रबंधन के साथ दोनों रोगी आराम और असर दीर्घायु के लिए महत्वपूर्ण हैहाल के मोटर श्रृंखला विकास विशेष रूप से इन मांग वाले परिस्थितियों के लिए जूल-आयरन हानि अनुपात को अनुकूलित करते हैं।

सर्जिकल हैंडपीस मोटर्स:सर्जन के आराम के लिए कम बाहरी तापमान बनाए रखते हुए कॉम्पैक्ट फॉर्म फैक्टर्स के भीतर चरम गति पर काम करें। उन्नत 16 मिमी व्यास डिजाइन 80 पर कई औंस-इंच टोक़ प्रदान करते हैं।43°C से कम सतह के तापमान के साथ 000 आरपीएम, जबकि 3,000 से अधिक ऑटोक्लेव नसबंदी चक्र का सामना करना पड़ता है।

निरंतर सामग्री उन्नति और अनुप्रयोग विशिष्ट अनुकूलन के माध्यम से,आधुनिक ब्रशलेस डीसी मोटर चिकित्सा और औद्योगिक अनुप्रयोगों में तेजी से सख्त प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करते हैंउचित विनिर्देश विश्लेषण इष्टतम डिजाइन प्रदान करने के लिए आवश्यक है जो टोक़ उत्पादन, थर्मल प्रबंधन और परिचालन विश्वसनीयता को संतुलित करते हैं।