Là một thành phần chính cung cấp luồng khí trong các hệ thống máy thở, Động cơ máy thở Thường cần bắt đầu và dừng thường xuyên trong quá trình phẫu thuật, tùy thuộc vào nhịp hô hấp và chế độ thông gió của bệnh nhân. Đặc biệt trong các chế độ thông gió tự động điều chỉnh (như APAP, BIPAP và CPAP), động cơ phải thể hiện phản ứng cực kỳ nhanh và độ ổn định hoạt động cao. Khởi động và dừng thường xuyên có thể gây ra những thay đổi thường xuyên trong quán tính vận động, tích lũy nhiệt, hao mòn cơ học và sốc điện, đòi hỏi phân tích kỹ thuật đa diện và xác minh kỹ thuật.
Yêu cầu về hiệu suất điện cho các lần khởi động thường xuyên và dừng lại
Động cơ phải duy trì khả năng khởi động nhanh và phanh trong khi khởi động và dừng thường xuyên. Các chỉ số hiệu suất chính bao gồm điện trở sốc cuộn dây của động cơ, tốc độ phản ứng phần ứng và triệt tiêu biến động hiện tại. Động cơ máy thở chất lượng cao thường sử dụng động cơ DC không chổi than (BLDCS), cung cấp các đặc điểm điện sau:
Khả năng xử lý hiện tại thoáng qua mạnh mẽ
Mô -men xoắn bắt đầu cao
Thời gian bắt đầu ít hơn 200ms
Hệ thống điều khiển với chức năng khởi động mềm
Bộ điều khiển có quy định tốc độ PWM tích hợp để ngăn chặn sự gia tăng hiện tại
Sử dụng các mạch điều khiển vòng kín (như cảm biến hiệu ứng Hall hoặc phản hồi của bộ mã hóa) có thể cải thiện hơn nữa độ chính xác và tốc độ phản hồi của Start-Stop, đảm bảo kiểm soát thông gió chính xác ngay cả trong điều kiện khởi động tần số cao.
Tác động của khởi động tần số cao đối với quản lý nhiệt động cơ
Mỗi quá trình khởi động được đi kèm với sự gia tăng trong chuyển đổi hiện tại và năng lượng. Trong điều kiện dừng khởi động tần số cao, cuộn dây vận động dễ bị tích tụ nhiệt liên tục, dẫn đến nhiệt độ quá mức. Để đảm bảo hoạt động ổn định, các chiến lược quản lý nhiệt sau đây được yêu cầu:
Vật liệu cách nhiệt cao cấp (lớp F hoặc cao hơn) bảo vệ cuộn dây
Vật liệu lõi dẫn độ dẫn nhiệt cao cải thiện hiệu quả tản nhiệt
Thiết kế nhà ở động cơ sử dụng hợp kim nhôm với vây tản nhiệt
Bộ điều khiển có mô-đun phát hiện nhiệt độ tích hợp để kiểm soát nhiệt độ thời gian thực
Kết hợp với làm mát không khí cưỡng bức hoặc hệ thống làm mát ống nhiệt
Nếu hệ thống quản lý nhiệt không được thiết kế đúng cách, động cơ sẽ bị suy giảm hiệu suất, rút ngắn tuổi thọ hoặc thậm chí bị kiệt sức do quá nóng.
Độ bền cơ học trong điều kiện dừng khởi động thường xuyên
Động cơ trải qua sốc cơ học đáng kể trong quá trình khởi động và dừng thường xuyên, đặc biệt là từ những thay đổi thường xuyên trong quán tính rôto, có thể gây ra hao mòn, sai lệch rôto và nới lỏng bánh công tác. Động cơ máy thở chất lượng cao cung cấp các lợi thế cơ học sau:
Cân bằng động có độ chính xác cao đảm bảo hoạt động rôto ổn định
Vòng bi hoặc vòng bi gốm chịu được các rung động tần số cao
Thiết kế bộ đệm hấp thụ sốc được sử dụng giữa trục rôto và vỏ
Mang tính mạng> 30.000 giờ, hỗ trợ hoạt động khởi động liên tục
Trục động cơ được trang bị bánh công tác quạt chính xác cao để tránh nới lỏng
Thiết kế cường độ cơ học yêu cầu thử nghiệm dừng khởi động tần số cao (ví dụ: hàng triệu chu kỳ) trong giai đoạn nguyên mẫu để đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài mà không cần mệt mỏi về cấu trúc.
Tối ưu hóa chiến lược kiểm soát cải thiện sự ổn định
Chiến lược điều khiển của động cơ máy thở đóng vai trò chính trong việc vận hành trong các điều kiện khởi động thường xuyên. Các hệ thống điều khiển nâng cao thường sử dụng các công nghệ sau:
Điều khiển tốc độ vòng kín kỹ thuật số PID
Tín hiệu tương tự Chiến lược khởi động phát hiện qua không chéo
Thiết kế mạch lọc để ngăn chặn sự can thiệp hài hòa
Thuật toán khởi động và dừng mềm để giảm sốc cơ học
Thuật toán bù năng lượng cho các điều kiện bắt đầu và dừng tần số cao
Các chiến lược kiểm soát này đảm bảo đáp ứng nhanh trong khi giảm mức tiêu thụ năng lượng hệ thống và nhiễu điện từ, do đó cải thiện tính ổn định tổng thể.
Tác động của việc bắt đầu và dừng tần số cao đối với hệ thống cung cấp điện
Khởi động thường xuyên của động cơ máy thở có thể gây ra sự dao động tải hiện tại thoáng qua trong hệ thống cung cấp điện. Để duy trì sự ổn định của hệ thống điện, các cấu hình sau đây được yêu cầu:
Nguồn nguồn đầu vào DC phạm vi rộng (ví dụ: 12V/24V/48V) để hỗ trợ tải động
Mô-đun điều chỉnh điện áp và giám sát điện áp tích hợp trong bộ điều khiển
Diodes TV để bảo vệ phản ứng dữ dội tại cổng đầu vào nguồn
Một mạch hắt hơi tụ điện để khởi động mượt mà
Bộ điều hợp nguồn với phản ứng động và bảo vệ ngắn mạch
Phản hồi nhanh của hệ thống cung cấp năng lượng xác định liệu động cơ có thể nhanh chóng thu được dòng điện cần thiết trong mỗi lần khởi động và duy trì đầu ra ổn định hay không.
Các kịch bản ứng dụng điển hình để bắt đầu và dừng tần số cao
Trong các ứng dụng máy thở sau đây, động cơ máy thở phải hỗ trợ hoạt động khởi động và dừng tần số cao:
Máy thở điều chỉnh áp suất tự động (APAP)
Áp suất đường thở dương ở Bilevel (BIPAP)
Áp suất đường thở dương liên tục (CPAP) và chuyển đổi chế độ S
Chế độ kích hoạt thiết bị điều trị oxy dòng chảy cao
Chuyển đổi máy thở cứu hộ di động chuyển đổi chế độ nhanh
Trong các kịch bản này, hơi thở của bệnh nhân dao động đáng kể, đòi hỏi phản ứng theo thời gian thực từ thiết bị. Do đó, khả năng dừng và khởi động tần số cao của động cơ trở thành một chỉ số hiệu suất chính.
