混合步進(jìn)電機的進(jìn)步如何提高醫(yī)用泵的性能？
今天的設(shè)計工程師被賦予了一種新的武器來實現(xiàn)他們的設(shè)計目標(biāo)。工程師面臨的挑戰(zhàn)是減小泵的整體尺寸，同時保持甚至提高泵的性能。機械設(shè)計將影響泵的整體封裝尺寸，因此電機的選擇至關(guān)重要?；旌喜竭M(jìn)器設(shè)計的進(jìn)步使設(shè)計工程師能夠減小封裝尺寸，同時甚至增加泵的性能。我將回顧這些進(jìn)步以及它們?nèi)绾螏椭こ處熢O(shè)計他們的醫(yī)用泵。
1、保持扭矩
為了減小泵的整體封裝尺寸，工程師可以超速驅(qū)動混合式步進(jìn)以增加電機的輸出扭矩。雖然這是一種可接受的做法（只要考慮占空比），它會影響電機的溫升，無論是在產(chǎn)生的熱量方面，還是在溫升引起的轉(zhuǎn)矩下降方面。添加鋁制外殼來封裝定子疊片可以改善這兩個問題。典型混合步進(jìn)電機的散熱僅通過鋁制端罩完成，這需要在機器設(shè)計中額外考慮，例如氣流或散熱器。然而，鋁制外殼提供了一個導(dǎo)管，可以沿著步進(jìn)器的整個長度散發(fā)熱量，從而使其效率更高。因溫度上升而導(dǎo)致的扭矩?fù)p失減少，在與典型混合步進(jìn)電機相同的條件下提供更高的輸出性能。這種組合允許工程師增加泵的占空比，從而為患者提供更有效的劑量。通過在操作過程中產(chǎn)生的熱量更少，當(dāng)患者或護(hù)士需要調(diào)整藥物時，泵的觸感保持涼爽。
2、更大的捕獲軸承
放置在患者床邊的醫(yī)用泵在操作過程中需要保持安靜，以免在休息時打擾患者。因此，來自電機的可聽噪聲是工程師的關(guān)鍵設(shè)計考慮因素。步進(jìn)電機的噪音可能由軸承產(chǎn)生；軸承在運行速度下的任何輕微移動都會產(chǎn)生可聽見的噪音。捕獲前后軸承將顯著降低電機產(chǎn)生的噪音。用于前軸承的卡環(huán)和用于后軸承的O形圈就是這樣做的，防止軸承在運行過程中移動。泵設(shè)計工程師的另一項改進(jìn)是實際上消除了軸端游隙。對于泵設(shè)計，這可以防止從聯(lián)軸器裝置移動，
3、扭矩線性
泵的劑量要求可能會有所不同，具體取決于分配的流體或藥物。在許多應(yīng)用中，流體的量可能非常小，這需要混合步進(jìn)器進(jìn)行微步進(jìn)——在電機的機械步進(jìn)之間產(chǎn)生電氣步進(jìn)。典型的混合器具有分度和堆疊的定子疊片，通過四個螺釘固定在兩個端鐘之間。鋁制外殼的使用可以在制造過程中更好地對齊疊片，從而在定子和轉(zhuǎn)子齒之間形成更均勻的氣隙。在微步期間，這會改善扭矩線性度-每個微步的扭矩輸出一致性。使用定子增強型磁鐵可以進(jìn)一步提高扭矩線性度，從而提供電機的最大性能。在醫(yī)院的藥物輸送泵中，輸液和注射器，這使醫(yī)務(wù)人員能夠為他們的病人使用更精細(xì)的藥物劑量。此外，它確保每次都向患者分配精確數(shù)量的藥物。
4、增強磁性
任何泵應(yīng)用的另一個關(guān)鍵要求是拉出扭矩，即電機在給定速度下產(chǎn)生的扭矩。由于電機在某些驅(qū)動條件下可以產(chǎn)生一定量的扭矩，這將決定應(yīng)用中所需的電機尺寸。因此，電機扭矩的增加將對應(yīng)于整個泵尺寸的減小?；旌鲜讲竭M(jìn)電機的磁性設(shè)計對電機產(chǎn)生的扭矩起著重要作用，兩項磁鐵的進(jìn)步為設(shè)計工程師提供了更大的靈活性。
首先，使用高能釹磁鐵代替以前的材料，產(chǎn)生更高的磁通量，從而轉(zhuǎn)化為更高的扭矩。其次，在每個定子齒之間插入額外的定子磁鐵，以阻止磁場在定子齒周圍流動。這會迫使更多的磁場流過每個齒，從而將扭矩輸出提高多達(dá)30%。這兩項設(shè)計改進(jìn)都允許工程師指定更小的電機，從而減小整體封裝尺寸和重量。
5、保持扭矩
通常，設(shè)計工程師會在開發(fā)的初始階段指定標(biāo)準(zhǔn)電機，執(zhí)行各種測試以確保其滿足應(yīng)用要求。電機的多次迭代很常見，因為機械設(shè)計將在項目過程中發(fā)生變化，從而改變電機的要求。但是混合動力設(shè)計的進(jìn)步縮短了這個設(shè)計周期，因為電機已經(jīng)針對運行性能進(jìn)行了優(yōu)化。電機要求的變化對電機選擇的影響較小，特別是因為相同尺寸的電機使用定子增強型磁鐵可以將其扭矩提高多達(dá)30%。上市速度始終是任何項目的關(guān)鍵績效指標(biāo)；超過最初的預(yù)測可能會增加公司的收入。
概括
混合步進(jìn)電機的進(jìn)步確實增強了設(shè)計工程師將令人興奮的新泵推向市場的能力。醫(yī)療專業(yè)人員以及患者都需要在設(shè)計中不斷創(chuàng)新，這挑戰(zhàn)了工程師在繪圖板上的創(chuàng)造力。通過從繪圖板到生產(chǎn)的混合改進(jìn)，電機工程師在選擇步進(jìn)器時加強了武器庫。
