Solunum cihazlarının hastaların solunum ritmiyle mükemmel bir şekilde uyum içinde olmasını sağlayan nedir?Bu sorunun cevabı sıklıkla kompakt fakat güçlü yüksek hızlı fırçasız DC motorlarda bulunurTıbbi ve endüstriyel uygulamalar giderek daha sofistike performans gerektirdiği için,Mühendisler, bu motorları yüksek dönüş hızlarında verimliliği ve istikrarını korumak için optimize etmekle ilgili kritik bir zorlukla karşı karşıyadır..

Mekanik güç, tork ve dönüş hızının ürünüdür.Döngü artırma veya hız artırmaSürekli tork tipik olarak motor boyutlarıyla ilişkilidir ve ısı dağılma kapasitesinden kaynaklanan sınırlamalarla karşı karşıyadır.Neredeyse tüm enerji kaybı Joule ısıtma dönüştürür.

Temel performans parametreleri şunlardır:

• T = Motor tork
• RTh1 = Bobine-statör termal direnci
• RTh2 = Stator-hava termal direnci
• K = Motor tork sabiti
• R = Motor bobininin direnci
• Pj = Joule etkisiyle güç kaybı
• ΔT = En fazla izin verilen bobin sıcaklık artışı

İlişki şöyle ortaya çıkar: ΔT = (RTh1 + RTh2) · Pj = (RTh1 + RTh2) · R · I2 = (RTh1 + RTh2) · R · T2/K2

(RTh1 + RTh2) · R / K2 terimi, motor değerlendirmesi için önemli bir değer olarak hizmet eder.İdeal yüksek performanslı motorlar, düşük direnç ile yüksek tork sabitlerini birleştirir.

Döngü sabitleri manyetik devre tasarımına bağlıdır ve sargıların manyetik akış optimizasyonunu merkezi tasarım hedefi haline getirir.Neodymium-demir-bor (NeoFe) gibi gelişmiş mıknatıs malzemeleri, 50 MGoe'ye yaklaşan enerji ürünleriyle etkili çözümler sunar.Joule kayıplarını azaltmak, bakır direncini en aza indirmek için iletken kesimlerini en üst düzeye çıkarmayı gerektirir.

Optimize edilmiş R / K2 oranlarında bile, maksimum tork, motor boyutları tarafından termal olarak kısıtlanmış kalır.

Teorik olarak voltaj ayarlaması yoluyla basit olsa da, hız artışları aşağıdakilerden ek termal zorluklar getirir:

• Demir kayıpları
• Çekim kayıpları
• Değişiklik kaynaklı kayıplar

Demir kayıpları, girdap akımı ve histerez bileşenlerini içerir.

Anahtar ilişkiler:

• Eddy akım kayıpları ≈ χ·B2·ω2 (manyetik indüksiyon ve frekans kareye orantılı)
• Hysteresis kayıpları = μ·λ·B2·ω2 (malzemenin geçirgenliğine ve zorlayıcılığına bağlı)

Daha ince laminatörler ve daha yüksek dirençli malzemeler, girdap akımlarını azaltırken, demir-nikel (Fe-Ni) gibi düşük zorlayıcılıklı alaşımlar histerez kayıplarını en aza indirir.Çok kutuplu motorlar sıklıkla bu kare frekans bağımlılıkları nedeniyle hız sınırlamalarıyla karşı karşıyadır.

Fırçasız DC motorlar statör konfigürasyonuna göre iki temel kategoriye ayrılır:

Çukurlu statör motorları:Özellik bobinleri statör yuvaları içinde sarılır. Laminasyonlar ve mıknatıslar arasındaki minimum hava boşluğu, daha küçük çaplı mıknatıslarla yüksek manyetik indüksiyonu sağlar.slot alanı kısıtlamaları bakır hacmini sınırlıyor ve sarma işlemlerini karmaşıklaştırıyorÇukurlu tasarımlar üstün termal direnç ve mekanik dayanıklılık sunar, ancak eğri laminatörler ile hafifletilebilen çemberleme torkunu sergiler.

Slotsuz statör motorları:Hava boşluğuna doğrudan yerleştirilen önceden sarılmış, kendi kendini destekleyen bobinler kullanın.Bu tasarımlar tamamen cogging tork ortadan kaldırır ve yüksek hızlarda azaltılmış demir kayıpları gösterir, rotor dinçliği çap kare ile arttığı halde. Slotsuz konfigürasyonlar genellikle optimize edilmiş manyetik indüksiyon ve bakır hacim dengesi sayesinde üstün R / K2 oranlarına ulaşır.

Motor seçimi, tork ve hız gereksinimleriyle tanımlanan uygulama özel çalışma noktalarının dikkatli bir şekilde analiz edilmesini gerektirir.Bu optimizasyon sürecini gösteren iki tıbbi uygulama:

Yüksek hızlı havalandırma motorları:Hastanın nefes alışkanlığıyla senkronize ederken, sabit durumdan milisaniyeler içinde 50.000 RPM'ye kadar hızlandırmak zorundadır.Sıcak yönetim hem hasta konforu hem de uzun ömürlü olması için kritikSon motor serisi gelişmeleri, özellikle bu zorlu koşullar için Joule-demir kaybı oranını optimize eder.

Cerrahi El Parçası Motorları:Cerrahın rahatlığı için düşük dış sıcaklıklarda çalışırken kompakt form faktörleri içinde aşırı hızlarda çalışır.Yüzü 43°C'nin altındaki sıcaklıklarda 000 RPM3000'den fazla otoklav sterilizasyon döngüsüne dayanabiliyor.

Devamlı malzeme gelişmeleri ve uygulama özel optimizasyon yoluyla,Modern fırçasız DC motorlar tıbbi ve endüstriyel uygulamalarda giderek daha katı performans gereksinimlerini karşılarDoğru spesifikasyon analizi, tork üretimini, termal yönetimi ve operasyonel güvenilirliği dengeleyen optimal tasarımlar sunmak için gereklidir.