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Spazzola DC VS. Motori DC senza spazzole per utensili elettrici chirurgici monouso
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Gli strumenti monouso sono un segmento in rapida crescita all'interno del mercato degli strumenti manuali chirurgici, spinto dai vantaggi di costo e di igiene.
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Per i progettisti di utensili, la tecnologia del motore è spesso una scelta critica, in particolare la selezione di un motore Brush DC o Brushless DC.
I progettisti di elettroutensili chirurgici devono scegliere se adottare un approccio progettuale monouso o riutilizzabile. I progressi nella progettazione dei componenti e nelle tecniche di produzione hanno reso sempre più possibile produrre attrezzature con la capacità richiesta per eseguire interventi chirurgici complessi a un prezzo che giustifica lo smaltimento dello strumento dopo un singolo intervento. Questi progressi si estendono ai motori. I miglioramenti nel design e nella produzione dei motori Brush DC e Brushless DC (BLDC) hanno ridotto il prezzo e aumentato le prestazioni, rendendo così possibile ottenere un costo sufficientemente basso per ogni intervento con un design monouso. Inoltre, per alcuni strumenti ci può essere l'opportunità di aumentare la sicurezza eliminando il rischio di infezione dovuto a una sterilizzazione inadeguata.
Requisiti di prestazione del motore per strumenti monouso
Mentre i requisiti di prestazione del motore sono simili per gli strumenti chirurgici riutilizzabili e monouso, i requisiti di durata e di costo sono molto diversi. Un motore specificato per uno strumento riutilizzabile può avere un requisito di durata di centinaia o addirittura migliaia di interventi chirurgici e quindi deve utilizzare componenti e materiali di prima qualità per raggiungere questa notevole impresa. Un motore per uno strumento monouso deve fornire prestazioni simili - anche se per un solo intervento - ma deve essere disponibile in grandi volumi e a un prezzo competitivo.
Quando si specificano i motori per gli strumenti monouso, i progettisti dovrebbero prendere in considerazione i possibili vantaggi dei tradizionali motori a spazzole in corrente continua rispetto alla più avanzata tecnologia BLDC. A causa della natura del design e dei vantaggi intrinseci di affidabilità, i motori BLDC sono la scelta tipica per l'uso in utensili elettrici riutilizzabili. I vantaggi di BLDC purtroppo aumentano i costi rispetto a Brush DC; quindi, è spesso impossibile specificare un motore BLDC per uno strumento monouso. I progettisti dovrebbero lavorare con un fornitore di motori ben esperto in entrambe le tecnologie in modo che le prestazioni e i compromessi di costo tra la tecnologia dei motori Brush DC e BLDC siano correttamente identificati.
Motori a corrente continua a spazzole contro motori a corrente continua senza spazzole
Se l'obiettivo di un nuovo progetto è quello di massimizzare le prestazioni e l'affidabilità, un ingegnere di progettazione è probabile che graviti verso la tecnologia BLDC. La tecnologia Brushless permette di operare ad alte velocità (fino a 100k RPM) per una lunga vita operativa. In BLDC, la commutazione è ottenuta senza l'uso di spazzole meccaniche (cioè, tramite sensori magnetici di Hall o azionamento senza sensori con un controller di motore brushless) - così il contatto tra i componenti rotanti e i componenti stazionari nel motore è limitato ai cuscinetti a sfera. Questo significa che la durata del motore è legata principalmente alla longevità del cuscinetto, e il motore può funzionare ad alta velocità per un periodo prolungato.
In confronto, in un motore a corrente continua a spazzole, la commutazione si ottiene tramite spazzole meccaniche (grafite o metallo prezioso) che fanno contatto fisico con il rotore per completare la connessione elettrica. In questo caso, la durata del motore è principalmente limitata alla durata delle spazzole, con velocità più elevate che portano a un'usura prematura. Per un utensile usa e getta, la velocità più alta può non essere un problema dato il requisito di breve durata - tuttavia questo dipenderà molto dal ciclo di lavoro e dai requisiti di velocità dell'applicazione.
Le prestazioni di un motore a corrente continua a spazzola variano anche in modo significativo a seconda del design e dei materiali utilizzati. Per esempio, i motori Portescap Brush DC sono 'coreless' (la maggior parte dei motori a spazzole a basso costo avrà un nucleo di ferro), il che significa che il rotore è composto solo da una bobina e un singolo albero. Il design senza nucleo offre un'inerzia inferiore che si traduce in prestazioni più elevate per quanto riguarda l'accelerazione e l'efficienza. Elimina anche la coppia di arresto (coppia di cogging), che può causare una ridotta fluidità di rotazione a velocità inferiori.
Per gli strumenti chirurgici riutilizzabili, la durata e i requisiti di velocità spesso rendono BLDC la soluzione ideale. Tuttavia, per alcune applicazioni che sfruttano un design monouso, un motore Brush DC può fornire una soluzione interessante.
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