Что позволяет аппаратам искусственной вентиляции идеально синхронизироваться с ритмом дыхания пациента?Ответ часто заключается в компактных, но мощных высокоскоростных бесшовных двигателях постоянного токаПоскольку медицинские и промышленные приложения требуют все более сложных характеристик,Инженеры сталкиваются с критической задачей оптимизации этих двигателей для поддержания эффективности и стабильности при высоких скоростях вращения.

Механическая мощность представляет собой произведение крутящего момента и скорости вращения.увеличение крутящего момента или увеличение скорости;. Непрерывный крутящий момент обычно коррелирует с размерами двигателя и сталкивается с ограничениями от теплорассеивающей способности.Почти вся потеря энергии преобразуется в Joule нагрева.

Ключевые параметры производительности включают:

• T = крутящий момент двигателя
• RTh1 = тепловое сопротивление катушки к статору
• RTh2 = Термосопротивление статора к воздуху
• K = константа крутящего момента двигателя
• R = сопротивление катушки двигателя
• Pj = потеря мощности по эффекту джоуля
• ΔT = Максимально допустимое повышение температуры катушки

Отношение выявляется как: ΔT = (RTh1 + RTh2) · Pj = (RTh1 + RTh2) · R · I2 = (RTh1 + RTh2) · R · T2/K2

Термин (RTh1 + RTh2) · R / K2 служит важнейшей фигурой заслуг для оценки двигательной способности.Идеальные высокопроизводительные двигатели сочетают минимальное сопротивление с высокими константами крутящего момента.

Константы крутящего момента зависят от конструкции магнитной схемы, что делает оптимизацию магнитного потока через обмотки центральной целью конструкции.Продвинутые магнитные материалы, такие как неодим-железо-бор (NeoFe) с энергетическими продуктами, приближающимися к 50 MGoe, представляют собой эффективные решенияДля уменьшения потерь в джоуле необходимо максимизировать поперечные сечения проводников, чтобы минимизировать сопротивление меди.

Даже при оптимизированных соотношениях R/K2 максимальный крутящий момент остается термически ограничен размерами двигателя.

Хотя теоретически это просто с помощью регулировки напряжения, увеличение скорости вызывает дополнительные термические проблемы:

• Потери железа
• Потери от трения подшипников
• Текущие убытки, вызванные риппом

Потери железа включают в себя вихревое течение и компоненты гистереза.

Ключевые отношения:

• Потери вихревого тока ≈ χ·B2·ω2 (пропорционально магнитной индукции и частоте в квадрате)
• Потери гистереза = μ·λ·B2·ω2 (в зависимости от проницаемости и принудительности материала)

Более тонкие ламинации и материалы с более высокой резистивностью уменьшают вихревые токи, в то время как сплавы с низкой принудительностью, такие как железо-никель (Fe-Ni), минимизируют потери гистереза.Многопольные двигатели часто сталкиваются с ограничениями скорости из-за этих квадратных частотных зависимостей.

Бесбрюшевые двигатели постоянного тока делятся на две основные категории на основе конфигурации статора:

Слотные статорные моторы:Особенность катушек заключается в том, что катушки закручиваются в слоты статора.Ограничения на пространство в слотах ограничивают объем меди и усложняют процессы обмоткиСлотные конструкции предлагают превосходную тепловую устойчивость и механическую прочность, хотя они демонстрируют крутящий момент, который может быть смягчен с помощью искаженных ламинаций.

Статорные двигатели без слотов:Используйте предварительно закрученные, самоподдерживающие катушки, вставленные непосредственно в воздушный пробел.Эти конструкции полностью устраняют крутящий момент и демонстрируют снижение потерь железа при высоких скоростяхКонфигурации без слотов часто достигают превосходного соотношения R / K2 благодаря оптимизированной магнитной индукции и балансу объема меди.

Выбор двигателя требует тщательного анализа конкретных рабочих точек, определенных требованиями к крутящему моменту и скорости.Два иллюстративных медицинских приложения демонстрируют этот процесс оптимизации:

Моторы высокоскоростных вентиляторов:При необходимости ускоряется от стационарного до 50 000 оборотов в секунду, синхронизируясь с дыханием пациента.с термическим управлением, что имеет решающее значение как для комфорта пациента, так и для долговечности подшипникаПоследние разработки серии двигателей специально оптимизируют соотношение потерь джоуля к железу для этих требовательных условий.

Моторы для хирургических ручных деталей:Продвинутые конструкции диаметром 16 мм обеспечивают несколько унций-дюймов крутящего момента при 80,000 оборотов в минуту при температуре поверхности ниже 43°C, выдерживая более 3000 циклов стерилизации в автоклаве.

Благодаря непрерывному улучшению материалов и оптимизации для конкретного применения,современные бесшовные двигатели постоянного тока отвечают все более строгим требованиям к производительности в медицинских и промышленных приложенияхПравильный анализ спецификаций по-прежнему необходим для создания оптимальных конструкций, которые обеспечивают баланс между производством крутящего момента, тепловым управлением и эксплуатационной надежностью.