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解密呼吸機音圈電機音圈馬達原理與結構設計

返回列表 來源:同茂電機官網 瀏覽:- 發布日期:2020-04-15 10:08:03【

解密呼吸機音圈電機音圈馬達原理與結構設計

          在現代臨床醫學中,醫用呼吸機作為一項能人工替代自主通氣功能的有效手段,已普遍用于各種原因所致的呼吸衰竭、大手術期間的麻醉呼吸管理、呼吸支持治療和急救復蘇中,在現代醫學領域內占有十分重要的位置。

          醫用呼吸機是一種能夠起到預防和治療呼吸衰竭,減少并發癥,挽救及延長病人生命的至關重要的醫療設備。呼吸機通常具備四個基本功能,即向肺充氣、吸氣向呼氣轉換,排出肺泡氣以及呼氣向吸氣轉換,依次循環往復。因此得有:⑴能提供輸送氣體的動力,代替人體呼吸肌的工作;⑵能產生固定的呼吸節律,包括呼吸頻率和吸呼比,以代替人體呼吸中樞神經支配呼吸節律的功能;⑶能提供合適的潮氣量(VT)或分鐘通氣量(MV),以滿足呼吸代謝的需要;⑷供給的氣體傾向經過加溫和濕化,代替人體鼻腔功能 ,并能供給高于大氣中所含的O2量,以提高吸入O2濃度,優化氧合;

醫用呼吸機屬于知識密集型高技術行業,呼吸機用的組件多為業內通用的標準件,通氣控制精度、人機同步好不好,靠得就是廠家自身的軟硬件技術實力。這也是我國廠商相對薄弱的環節。雖然國外廠商掌握了大量核心技術專利,但經過這幾年不斷摸索和發展國內企業在智能設計、通氣、降噪等核心技術方面研發水平有了很大提高,高端醫用呼吸機自主創新能力也進步明顯;

呼吸機技術由硬件和軟件組成,核心硬件包括壓力驅動系統、患者回路、過濾器和閥門等,其中的關鍵零部件包括流量傳感器、芯片、音圈電機、渦輪風機等: 因為直線音圈電機具備結構簡單,響應快,運行平穩,噪音低,可靠性高等特性,被用來主動驅動呼吸機氣缸閥實現高頻往返運動從而實現呼吸機的基本功能;

           目前國內呼吸機生產企業,其關鍵部件音圈電機一直依賴進口,主要如美國,英國等,受疫情影響,音圈電機供貨無法滿足市場需求,這方面也導致呼吸機無法快速大量生產供應,無法盡快挽救重病病人生命;

國產替代進口勢在必行,定制生產呼吸機直線音圈電機已經不是單純生產硬件簡單的事情,這需要從整個系統要求出發去生產定制;

開發一款合適的醫用精密直線音圈電機,從系統要求來看,需要重點考慮如下需求:音圈電機結構,動力性能,音圈電機響應時間,摩擦力,遲滯力,噪音,可靠性,音圈電機原材料,音圈電機生產工藝;

            根據系統要求,我們定制生產精密軸式滾珠軸承動圈圓柱音圈電機

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因為:

1, 結構簡單,體積小;

2, 動子質量輕,高速,高加速,高響應 ;

3, 高頻率,高頻響應性快;

4, 零磁滯,零磁槽效應,低阻尼。

       根據呼吸機系統要求,通過仿真模擬,音圈電機最大推力5N~6N左右,有效工作行程7mm采用獨特的音圈電機結構設計,電機推力曲線呈現線性結構。

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考慮運動導向摩擦力及遲滯力的影響,以及可靠性,采取定制獨特的設計直線滾珠軸承系統并經過不斷優化測試評估,使呼吸機輸出氣壓均衡,平穩。

呼吸機音圈電機基于磁學原理,電子學原理,機械系統原理進行定制生產的;音圈電機的工作原理是依據安培力原理, 即通電導體放在磁場中, 就會產生力F , 力的大小取決于磁場強弱B , 電流I , 以及磁場和電流的方向(見圖1). 如果共有長度為L N 根導線放在磁場中, 則作用在導線上的力可表示為F = kB L IN , (1)式中 k 為常數;

音圈電機是單相兩極裝置. 給線圈施加電壓則在線圈里產生電流, 進而在線圈上產生與電流成比例的力, 使線圈在氣隙內沿軸向運動. 通過線圈的電流方向決定其運動方向. 當線圈在磁場內運動時, 會在線圈內產生與線圈運動速度、磁場強度、和導線長度成比例的電壓(即感應電動勢). 驅動音圈電機的電源得提供足夠的電流滿足輸出力的需要, 且要克服線圈在峰值運動速度下產生的感應電動勢, 以及通過線圈的漏感壓降;

音圈電機由磁體和線圈組成的零部件,線圈與磁體之間的小氣隙通常是(0. 5 5) mm , 根據需要此氣隙可以增大, 只是需要確定引導系統允許的運動范圍, 同時避免線圈與磁體間摩擦或碰撞,基于上述原理生產定制音圈電機;

音圈電機直線滾珠軸承是直線傳動軸配合使用。作無限直線運動的系統,負荷滾珠和傳動軸因為是點接觸,容許載荷較小,但直線運動時,摩擦阻力最小,精度高,運動快捷。其工作原理:由于直線軸承構造中實現了點與軸的接觸,鋼珠與直線光軸的接觸運行,形成其低摩擦,低阻力高精度的運行效果,亦可以旋轉運行,因此直線軸承廣泛用于電子設備,拉力試驗機等精密設備,以及多軸機床、沖床、工具磨床、自動氣割機、打印機、卡片分選機、食品包裝機等工業機械的滑動部件。

滾珠軸承的發展以減少摩擦以及所需動力為基礎。由于點接觸技術的接觸面相交以前得以減少,因此導向軸或輪軸的低摩擦導向得以實現。摩擦力減少后,發熱量也得以減少。所有滾珠軸承的一個基本組件就是所謂的滾動體。滾動體通常是由若干的鋼制鋼球組成。就直線滾珠軸承來說,滾動體在軸承圈內沿軸向軌道運動。在直線方向上,負載總是通過內部滾珠軸承圈傳遞,不過外部滾珠軸承圈上的負載會因抵消運動力而減少。按照常規來說,使用滾珠越多,承載力則越大;鋼球越小,接觸面越小,摩擦阻力就越小;

          軸和軸承套經過嚴格挑選的材料, 經過特殊熱處理和研磨拋光,并且, 還對滾動面進行了超精加工。在球保持器中鋼球排列緊密, 并且使鋼球軌道相互之間不重疊。這使能夠長時間使用而不會磨損, 實現優越的耐久性。由于小鋼球與滾動面為點接觸,因此滾動損耗微乎其微,可實現極低摩擦的滾動運動,當速度20mm/s時,軸承摩擦阻力大慨在35mn以內;