Quale tipo di motore è migliore per gli strumenti chirurgici monouso?

4 settembre 2020 Di Nancy Crotti

La tecnologia dei motori è spesso una scelta fondamentale per i progettisti che lavorano su strumenti chirurgici monouso, in particolare la scelta di un motore CC con spazzole o senza spazzole.

Clémence Muron, Portescap

Motore DC con spazzole senza nucleo (Immagine gentilmente concessa da Portescap)

I progettisti di strumenti chirurgici elettrici devono scegliere se adottare un approccio di progettazione usa e getta o riutilizzabile. I miglioramenti nella progettazione e nella produzione dei motori CC con spazzole e CC senza spazzole (BLDC) hanno ridotto i prezzi e aumentato le prestazioni, consentendo di ottenere un costo dello strumento per intervento chirurgico sufficientemente basso con un design usa e getta.

Sebbene i requisiti prestazionali del motore siano simili per gli strumenti chirurgici riutilizzabili e usa e getta, i requisiti in termini di durata e costi sono molto diversi. Un motore specificato per uno strumento riutilizzabile può avere una durata di centinaia o addirittura migliaia di interventi chirurgici e quindi deve utilizzare componenti e materiali di prima qualità. Un motore per uno strumento usa e getta deve fornire prestazioni simili e spesso deve essere disponibile in volumi elevati e a un prezzo competitivo.

Quando si specificano i motori per strumenti usa e getta, gli ingegneri progettisti dovrebbero considerare i possibili vantaggi dei motori DC a spazzole convenzionali rispetto alla più avanzata tecnologia BLDC. I vantaggi in termini di affidabilità del BLDC purtroppo aumentano i costi, rendendo spesso impossibile la specificazione di uno strumento usa e getta. I progettisti dovrebbero collaborare con un fornitore di motori esperto in entrambe le tecnologie per identificare i compromessi in termini di prestazioni e costi.

Se l'obiettivo di un nuovo progetto è massimizzare le prestazioni e l'affidabilità, è probabile che un ingegnere progettista graviti verso la tecnologia BLDC. La tecnologia brushless consente di operare a velocità elevate (fino a 100.000 giri/min) per una lunga durata operativa. Nel BLDC, la commutazione viene ottenuta senza l'uso di spazzole meccaniche (ovvero tramite sensori Hall magnetici o azionamento sensorless con un controller motore brushless), quindi il contatto tra i componenti rotanti e fissi del motore è limitato ai cuscinetti a sfera. Ciò significa che la durata del motore è principalmente correlata alla longevità del cuscinetto e il motore può funzionare ad alta velocità per un periodo prolungato.

In un motore DC a spazzole, la commutazione avviene tramite spazzole meccaniche in grafite o metallo prezioso, che entrano in contatto fisico con il rotore per completare il collegamento elettrico. La durata del motore è limitata principalmente alla durata delle spazzole, poiché velocità più elevate portano ad un'usura prematura. Per uno strumento usa e getta, la velocità più elevata potrebbe non essere un problema data la breve durata richiesta. Tuttavia, ciò dipenderà fortemente dal ciclo di lavoro e dai requisiti di velocità dell'applicazione.

Anche il design e i materiali utilizzati per un motore DC a spazzole influiscono sulle prestazioni. La maggior parte dei motori a spazzole a basso costo ha un nucleo di ferro, mentre il rotore di un motore senza nucleo è composto solo da una bobina e un unico albero. Il design senza nucleo offre un'inerzia inferiore, con conseguente migliore accelerazione ed efficienza. Elimina inoltre la coppia di arresto (coppia di cogging), che può ridurre la scorrevolezza della rotazione a velocità più basse.

Per gli strumenti chirurgici riutilizzabili, i requisiti di durata e velocità spesso rendono BLDC la soluzione ideale. Tuttavia, per alcune applicazioni che utilizzano un design monouso, un motore CC a spazzole può fornire una soluzione interessante.

Clémence Muron è un ingegnere applicativo per Portescap, un fornitore di tecnologia dei motori per gli OEM chirurgici.

Le opinioni espresse in questo post del blog sono esclusivamente dell'autore e non riflettono necessariamente quelle di Medical Design and Outsourcing o dei suoi dipendenti.

Didascalia foto: Un motore CC con spazzole senza nucleo (Immagine per gentile concessione di Portescap)