Que tipo de motor é melhor para ferramentas elétricas cirúrgicas descartáveis?

4 de setembro de 2020 Por Nancy Crotti

A tecnologia de motor costuma ser uma escolha crítica para engenheiros de projeto que trabalham com ferramentas cirúrgicas descartáveis ​​— especificamente a seleção de um motor CC com escova ou motor CC sem escova.

Clémence Muron, Portescap

Motor DC com escova sem núcleo (imagem cortesia da Portescap)

Os projetistas de ferramentas elétricas cirúrgicas devem escolher entre adotar uma abordagem de design descartável ou reutilizável. As melhorias no projeto e na fabricação de motores CC com escova e CC sem escova (BLDC) reduziram os preços e aumentaram o desempenho, tornando possível atingir um custo de ferramenta por cirurgia suficientemente baixo com um design descartável.

Embora os requisitos de desempenho do motor sejam semelhantes para ferramentas cirúrgicas reutilizáveis ​​e descartáveis, os requisitos de vida útil e de custo são muito diferentes. Um motor especificado para uma ferramenta reutilizável pode ter uma vida útil de centenas ou até milhares de cirurgias e, portanto, deve usar componentes e materiais premium. Um motor para uma ferramenta descartável precisa fornecer desempenho semelhante e muitas vezes deve estar disponível em grandes volumes e a um preço competitivo.

Ao especificar motores para ferramentas descartáveis, os engenheiros de projeto devem considerar as possíveis vantagens dos motores CC com escovas convencionais em relação à tecnologia BLDC mais avançada. As vantagens de confiabilidade do BLDC infelizmente aumentam os custos, muitas vezes tornando inviável sua especificação para uma ferramenta descartável. Os projetistas devem trabalhar com um fornecedor de motores bem versado em ambas as tecnologias para identificar as compensações de desempenho e custos.

Se o objetivo de um novo projeto é maximizar o desempenho e a confiabilidade, é provável que um engenheiro de projeto gravite em torno da tecnologia BLDC. A tecnologia sem escova torna possível operar em altas velocidades (até 100 mil RPM) durante uma longa vida útil. No BLDC, a comutação é obtida sem o uso de escovas mecânicas (isto é, através de sensores Hall magnéticos ou acionamento sem sensor com um controlador de motor sem escova) – portanto, o contato entre os componentes rotativos e estacionários do motor é limitado aos rolamentos de esferas. Isto significa que a vida útil do motor está principalmente relacionada à longevidade do rolamento, e o motor pode operar em alta velocidade por um longo período.

Em um motor CC com escovas, a comutação é feita por meio de escovas mecânicas feitas de grafite ou metal precioso, fazendo contato físico com o rotor para completar a conexão elétrica. A vida útil do motor é limitada principalmente à vida útil das escovas, com velocidades mais altas levando a desgaste prematuro. Para uma ferramenta descartável, a velocidade mais alta pode não ser um problema, dado o requisito de vida útil curta. No entanto, isso dependerá muito do ciclo de trabalho e dos requisitos de velocidade da aplicação.

O design e os materiais usados ​​para um motor CC com escova também afetarão o desempenho. A maioria dos motores de escova de baixo custo tem núcleo de ferro, enquanto o rotor de um motor sem núcleo é composto apenas de uma bobina e um único eixo. O design sem núcleo oferece menor inércia, resultando em melhor aceleração e eficiência. Também elimina o torque de retenção (torque de engrenagem), que pode reduzir a suavidade da rotação em velocidades mais lentas.

Para ferramentas cirúrgicas reutilizáveis, os requisitos de vida útil e velocidade muitas vezes tornam o BLDC a solução ideal. No entanto, para algumas aplicações que utilizam um design de uso único, um motor CC com escovas pode fornecer uma solução atraente.

Clémence Muron é engenheiro de aplicações da Portescap, fornecedora de tecnologia de motores para OEMs cirúrgicos.

As opiniões expressas nesta postagem do blog são exclusivas do autor e não refletem necessariamente as da Medical Design and Outsourcing ou de seus funcionários.

Legenda da foto: Um motor DC com escova sem núcleo (imagem cortesia da Portescap)