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I motori CC senza spazzole ottimizzano le prestazioni del ventilatore

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I motori CC senza spazzole ottimizzano le prestazioni del ventilatore

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I motori CC senza spazzole ottimizzano le prestazioni del ventilatore

I ventilatori forniscono un flusso d'aria critico ai pazienti la cui respirazione naturale è insufficiente a sostenere la vita. Vengono utilizzati anche come misura preventiva per contrastare l'imminente fallimento di altre funzioni corporee o l'inefficacia dello scambio di gas nei polmoni. L'uso diffuso della ventilazione meccanica ha aumentato in modo significativo i tassi di sopravvivenza dei pazienti sottoposti a interventi chirurgici, con problemi polmonari dovuti a incidenti o affetti da patologie polmonari acute e croniche. Un aspetto critico del funzionamento efficace dei ventilatori è il sistema di micromovimento, che alimenta il sistema di ventilazione. Questo articolo si concentra sull'uso e sui vantaggi dei micromotore brushless DC nei ventilatori.

TIPI DI VENTILATORI MEDICI

I ventilatori medicali sono classificati in base allo specifico meccanismo di azionamento che genera il flusso d'aria. Tra questi vi sono i ventilatori azionati da aria compressa e quelli azionati da turbine.

Ventilatori a compressore

L'aria compressa o l'ossigeno vengono solitamente alimentati attraverso le linee di alimentazione dell'ospedale o tramite un serbatoio alimentato direttamente da un compressore. L'aria viene poi fornita al paziente con l'aiuto di soffietti, bocchette o valvole di regolazione. Un altro tipo di ventilatore basato su compressore utilizza pistoni per comprimere l'aria, generalmente azionati da motori elettrici. In questo caso, non è necessario prelevare l'aria compressa o l'ossigeno dalle linee di alimentazione dell'ospedale o da un compressore.

Ventilatori a turbina

Simili ai ventilatori a pistoni, i ventilatori a turbina non richiedono linee di alimentazione dagli ospedali o compressori. Piuttosto, il flusso d'aria e la pressione sono generati da una turbina azionata ad alta velocità che ha un controllo autonomo della pressione e del flusso ed è facilmente trasportabile. Questi ventilatori a microturbina ad alta velocità richiedono potenti motori DC brushless per ottenere un funzionamento affidabile, garantire una durata di oltre 15.000 ore e fornire velocità elevate fino a 60.000 giri/min.

Le soluzioni a turbina sono sempre più adottate dai produttori di dispositivi medici grazie ad alcuni vantaggi chiave. Ad esempio, le loro prestazioni pneumatiche non solo sono uguali, ma forse migliori di quelle dei ventilatori a compressore per i respiratori di terapia intensiva. Un secondo vantaggio è l'indipendenza dell'aria compressa durante il trasporto del paziente, che garantisce la libertà di movimento del paziente. Un terzo è la maggiore efficienza del suo design, che consente un ingombro meccanico più compatto e il ridimensionamento delle batterie in base ai minori requisiti di potenza.

VENTILATORI PER ANESTESIA: L'IMPATTO DEI REQUISITI APPLICATIVI SULLE PRESTAZIONI DEL MICROMOTORE

Un tipo particolare di ventilatore è quello per anestesia, in cui l'aria viene riciclata e gestita in un ciclo chiuso per evitare di inquinare la sala operatoria con i gas dell'anestesia, che avrebbero un impatto negativo su chirurghi e altro personale medico. Inoltre, le sostanze utilizzate per l'anestesia sono in genere clorofluorocarburi (CFC), che sono dannosi per l'ambiente se rilasciati nell'atmosfera. Questi gas agiscono anche come solventi per la maggior parte delle materie plastiche, rendendo critica la selezione dei materiali, compresa la progettazione del motore.

I ventilatori per anestesia possono essere utilizzati in un ambiente con il 100% di ossigeno, il che ha implicazioni per le prestazioni e la durata del motore. La collocazione di un motore in un ambiente con un'elevata concentrazione di ossigeno per un lungo periodo può ossidare il lubrificante dei cuscinetti a sfera. Dato che il motore funziona a velocità elevate, fino a 60.000 giri/min, ciò può avere un impatto significativo sulla durata del motore.

MOTORI BRUSHLESS DC PER VENTILATORI

I requisiti prestazionali dei ventilatori a turbina si allineano con la tecnologia brushless DC slotless in base alle principali esigenze applicative: prestazioni elevate, lunga durata e bassa rumorosità. Vediamo come la tecnologia BLDC risolve questi requisiti:

- Prestazioni elevate. Il design senza slot fornisce una bassa inerzia per ottenere una rapida risposta al passo, seguendo con precisione le esigenze dinamiche del paziente. Il design consente inoltre di ottenere velocità, coppia ed efficienza elevate, in grado di soddisfare le esigenze della turbina.

- Lunga durata. I motori CC senza spazzole sono a commutazione elettronica e sono dotati di cuscinetti a sfera di serie, che producono o superano l'aspettativa di vita richiesta per il ventilatore.

- Bassa rumorosità. Il design senza slot consente un funzionamento silenzioso, ideale per gli ambienti medici.

Portescap dispone di una gamma completa di motori CC brushless Ultra ECTM da 16 mm - 22 mm che soddisfano i diversi requisiti di potenza dei ventilatori a turbina. Questi includono:

- 22ECS60 Motori BLDC Ultra EC per ventilatori per Unità di Terapia Intensiva (UTI)

- 22ECA60 Motori BLDC Ultra EC per ventilatori per anestesia

- 22ECS45 o 22ECP35 Motori BLDC Ultra EC per ventilatori da trasporto

- 22ECS45 o 22ECP35 Motori BLDC Ultra EC per ventilatori per assistenza domiciliare

- 16ECP36, 16ECS36, 16ECP52 e 16ECS52 Motori BLDC Ultra EC per ventilatori neonatali

MOTORI DC BRUSHLESS PER VENTILATORI STERILIZZATI

I micromotori utilizzati nei ventilatori per anestesia devono essere caratterizzati da lunga durata, alta velocità e accelerazione dinamica, oltre che dalla resistenza della lubrificazione all'ossidazione. In alcune applicazioni, i ventilatori devono essere in grado di sopravvivere a centinaia di cicli di sterilizzazione. I motori CC senza spazzole sono particolarmente adatti a soddisfare questi requisiti impegnativi.

Nei ventilatori per anestesia, gli agenti patogeni possono entrare in contatto con l'unità di soffiaggio (che comprende il motore miniaturizzato), che deve quindi essere in grado di resistere a centinaia di cicli di sterilizzazione nel corso della vita utile della macchina. Durante il ciclo di sterilizzazione, la macchina può presentare un'umidità del 100%, temperature di 135°C e pressioni comprese tra 80 mbar e 2,5 bar. La sterilizzazione può essere eseguita anche con perossido di idrogeno H2O2, che può essere meno stressante per la macchina. Sebbene il motore sia contenuto nel ventilatore, la capacità del solo motore di resistere ai cicli di sterilizzazione è un vantaggio.

Il motore CC brushless senza scanalature da 22 mm di Portescap, il 22ECA60, è particolarmente adatto alle applicazioni dei ventilatori sterilizzabili. Sfrutta la tecnologia proprietaria della bobina Ultra EC ed è in grado di resistere a oltre 200 cicli di autoclave; può inoltre funzionare a velocità elevate, fino a 60.000 giri/min, con una bassa quantità di perdite di ferro, generando quindi poco calore. Ciò contribuisce a migliorare la durata del motore mantenendo il lubrificante del cuscinetto a sfere a una temperatura inferiore. Il basso valore della costante di tempo meccanica del 22ECA60 (nell'ordine di un millisecondo) consente accelerazioni rapide, che facilitano la regolazione rapida della pressione e del flusso del ventilatore, migliorando l'accettazione e il comfort del paziente. È inoltre dotato di un termistore integrato per il monitoraggio e il controllo delle prestazioni termiche.

CONCLUSIONE

È fondamentale che i progettisti che lavorano sulle applicazioni dei ventilatori si confrontino per tempo con gli ingegneri del movimento per garantire la scelta del micromotore e dei cuscinetti a sfera giusti per queste macchine. Gli ingegneri di Portescap vantano decenni di esperienza nella personalizzazione dei progetti dei dispositivi per migliorare l'integrazione del motore e facilitare l'assemblaggio della girante.