使い捨て手術用電動工具にはどのタイプのモーターが適していますか?

2020 年 9 月 4 日 ナンシー・クロッティ著

使い捨て手術器具を扱う設計エンジニアにとって、モータ技術は多くの場合重要な選択であり、特にブラシ DC モータまたはブラシレス DC モータの選択が重要です。

クレマンス・ミュロン、ポルテスキャップ

コアレスブラシ DC モーター (画像提供: Portescap)

外科用電動工具の設計者は、使い捨ての設計アプローチを採用するか、再利用可能な設計アプローチを採用するかを選択する必要があります。 ブラシ DC モーターとブラシレス DC (BLDC) モーターの両方の設計と製造の改善により、性能を向上させながら価格を引き下げ、使い捨て設計で手術ごとのツールのコストを十分に低く抑えることが可能になりました。

モーターの性能要件は再利用可能な手術器具と使い捨ての手術器具で似ていますが、寿命とコストの要件は大きく異なります。 再利用可能なツール用に指定されたモーターは、数百回または数千回の手術を必要とする生涯要件があるため、高級なコンポーネントと材料を使用する必要があります。 使い捨て工具用のモーターは同様の性能を提供する必要があり、多くの場合、競争力のある価格で大量に入手できる必要があります。

使い捨てツール用のモーターを指定する場合、設計エンジニアは、より高度な BLDC テクノロジーに対する従来のブラシ付き DC モーターの潜在的な利点を考慮する必要があります。 残念なことに、BLDC の信頼性の利点によりコストが増加し、多くの場合、使い捨てツールにそれらを指定するのは現実的ではありません。 設計者は、両方のテクノロジーに精通したモーターサプライヤーと協力して、性能とコストのトレードオフを特定する必要があります。

新しいプロジェクトの目標がパフォーマンスと信頼性を最大化することである場合、設計エンジニアは BLDC テクノロジに引き寄せられる可能性があります。 ブラシレス技術により、長い動作寿命にわたって高速動作 (最大 100k RPM) が可能になります。 BLDC では、整流は機械ブラシを使用せずに (つまり、磁気ホール センサーまたはブラシレス モーター コントローラーを備えたセンサーレス ドライブを介して) 実現されるため、モーターの回転コンポーネントと固定コンポーネントの間の接触はボール ベアリングに限定されます。 これは、モーターの寿命は主にベアリングの寿命に関係しており、モーターは長期間高速で動作できることを意味します。

ブラシ付き DC モーターでは、転流はグラファイトまたは貴金属で作られた機械的なブラシによって実現され、ローターと物理的に接触して電気的接続が完了します。 モーターの寿命は主にブラシの寿命によって制限され、高速化すると早期の摩耗につながります。 使い捨てツールの場合、寿命が短いという要件を考慮すると、高速であることは問題ではない可能性があります。 ただし、これはアプリケーションのデューティ サイクルと速度要件に大きく依存します。

ブラシ DC モーターに使用される設計と材料も性能に影響します。 ほとんどの低コストのブラシ モーターには鉄心がありますが、コアレス モーターのローターはコイルと 1 つのシャフトのみで構成されます。 コアレス設計により慣性が低くなり、加速と効率が向上します。 また、低速時の回転滑らかさを低下させるディテントトルク（コギングトルク）も解消します。

再利用可能な手術ツールの場合、寿命と速度の要件により、BLDC が理想的なソリューションとなることがよくあります。 ただし、使い捨て設計を使用する一部のアプリケーションでは、ブラシ付き DC モーターが魅力的なソリューションを提供します。

Clémence Muron は、外科用 OEM にモーター技術を提供する Portescap のアプリケーション エンジニアです。

このブログ投稿で表明された意見は著者のみによるものであり、必ずしも Medical Design and Outsourcing またはその従業員の意見を反映するものではありません。

写真説明: コアレスブラシ DC モーター (画像提供: Portescap)