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直线电机驱动技术在医疗器械上的应用分析

首页 > 新闻中心 > 技术资料    发布时间：2016/9/23 15:46:20 点击量：

【摘　要】目的：探讨直线电机驱动技术在医疗器械上的应用。方法：分析直线电机驱动技术的基本原理、特点及应用现状，总结直线电机驱动技术对传 统医疗器械的提升作用。结果：电动护理床、X光透视床、ICU护理床、电动沐浴椅的调节角度范围均增加；X光透视床、ICU护理床、电动牵引架的可调节高 度范围增加，以上医疗器械在相同标准行程下的负载均增加。结论：直线电机驱动技术不需要油泵、压缩机等设备，不会引起介质的泄露，并且推力和速度控制性能 优良，可应用于电动护理床、X光透视床、ICU护理床、电动手术台等医疗器械的应用中，可有效方便医疗器械的应用。

　　【关键词】直线电机驱动；程序控制器；医疗器械
　　直线电机驱动系统是近年来得到发展的新型传动方式，可将电能直接转换成直线运动机械能，不需要转换传动装置，具有起动推力大、精度高、行程长度不受限制等优点[1]， 因此在各类高速及精密设备中得到广泛应用。随着医学模式的转变，人们对健康及医疗服务的要求越来越高，也要求医疗器械的精度、应用范围等适应患者及医务工 作者的要求，而传统的医疗器械，由于传动方式的限制，其精度、应用范围等难以满足现有的医疗需求。因此，需给予改进和提高。而直线电机驱动系统的出现及应 用则使传统医疗器械的应用得到了很大的提升。
　　1.资料与方法
　　1.1 一般资料：电动护理床5台、X光透视床6台、ICU护理床5台、电动沐浴椅3台，电动牵引架4台，均用直线电机驱动技术进行改装，以代替传统的液压及气动执行机构。
　　1.2 研究方法：观察23台医疗器械改装前后的角度调节范围、高度调节范围、相同的标准行程下负载的改变。
　　2.结果
　　2.1 电动护理床。电动护理床改装后，用手控器调节背部的角度调节范围为0－80°，腿部的角度调节范围为0－40°，比改装前提高了10－20°；标准行程为150、200MM时，负载分别可达到4000N和6000N，比改装前提高了1000－1500N。
　　2.2 X光透视床。X光透视床改装后根据病人的透视体位，调节床面的高度可达50－80cm，比改装前提高了10－15cm；标准行程为300MM时，负载可达8000N，比改装前增加了500－1000N。
　　2.3 ICU护理床。ICU护理床需根据护理需要，用手控器调节患者背部、腿部及整床体的角度，改装后ICU护理床的背部角度调节范围可达0－80°，腿部调节 范围可达0－40°，比改装前增加了5－10°，高度调节范围可达50－80cm，比改装前增加了10－15cm，选取标准行程为150、200、 300MM时，其负载分别可达4000N、6000N、8000N，比改装前增加了1000－1500N。
　　2.4 电动手术台。电动手术台应用于手术室的手术中，需使床面向后倾斜，背板折起，并要求可以调节床面高度，改装后床面向后倾斜的角度可达0－25°，比改装前 增加3－5°，背板折起的角度范围可达0－76°，比改装前增加5－10°，床面调节高度可达70－95cm，比改装前增加了5－10cm，选取标准行程 为150、200、300MM时，其负载分别可达4000N、6000N、8000N，比改装前增加了1000－1500N。
　　2.5 电动沐浴椅。电动沐浴椅可用于病人在浴缸沐浴时背部角度的调节，改装后调节角度可达0－80°，比改装前增加了15－20°，选取标准行程为200MM时，负载可达4000N，比改装前增加了500－1000N。
　　2.6 电动牵引架。电动牵引架用于患者颈部牵引等治疗中，以调节牵引架的高度，改装后调节高度可达100－130cm，比改装前增加15－30cm；选取标准行程为300MM时，负载可达4000N，比改装前增加了500－1000N。
　　3.讨论
　　直线驱动系统能够将电源、液压、气功等动力源中的能量转变为直线运动的机械能，并且可以足够的力，使机械工作。目前常用的为电气、液压及气 动驱动系统。其中由于电气驱动运行时不需要油泵、压缩机及储气罐等设备，不会造成介质的泄露，对环境的要求也比较低，并且具有优良的推力和速度控制性能[2]，可在医疗器械中得到较好的应用。
　　直线电机从旋转电机的基础上发展而来，因此其基本构成及作用原理与旋转电机具有相通之处，是将旋转电机沿半径方向切开展平而运行的，但是其传动方式由旋转运动转变为直线运动。在应用中采用新型整体式换向结构，能够做到三级减振降噪[3]，5000V100P电容吸纳浪涌脉冲尖峰。
　　直线驱动系统所产生的推拉力是与驱动电流成比例的[4]。当推拉速度为零时，驱动电流则达到最大值，同时推拉力也达 到最大，推拉速度升高时，电线圈的反电动势增大，则电流减小，推拉力也随电流的减小而减小。在推拉运动中，当运动机构被机械卡死时，速度降为零，推拉力变 为无穷大，电流也变为无穷大，可导致电机被烧毁。因此，在电机运动正常的同时，应注意电机运动的过流保护装置，但同时保护的频繁使用会造成电机的损坏。
　　直线驱动系统的控制方式为正反转控制，采用继电器控制和程序控制，控制系统操作更为简单，安装更方便，可通过微电脑进行控制，具有抗干扰的 优点，可减小产品的尺寸，方便操作者使用，并且提高了质量。继电器控制中，可以完全隔离控制电路和电机系统主电路，可减少噪声信号的影响，如果电机主电路 出现故障，不会造成控制系统的损坏。如果需要控制驱动系统的推拉速度，并且同时需要对正反转运行进行控制，则采用PWM控制电路，同时选择位置传感器、速 率传感器、力传感器等与驱动系统相配置的传感器。
　　直线驱动器是理想的电动医疗床进行驱动的机构，由程控器、直线驱动机构、控制板等结构组成，能够达到操作者按照个人要求随意调整直线驱动机 构的位置，使操作简单化、个性化、人性化，使医疗器械的应用范围更大，可调节范围增加，能更好地满足操作者的要求。在对医疗器械进行改装时，可以根据不同 种类的升降医疗床的要求，采取不同的标准行程及不同的负载方式，从而进行不同组合设计。
　　本文资料中，经过直线电机驱动技术进行改装，电动护理床、X光透视床、ICU护理床、电动沐浴椅的调节角度范围均增加；X光透视床、ICU 护理床、电动牵引架的可调节高度范围增加，以上医疗器械在相同标准行程下的负载均增加。因此，通过直线电机驱动技术的运用，可使传统的医疗器械转变为高技 术产品，并且不断适应患者医务工作者的需求。因此，生产及设计医疗器械的技术工作者，应积极将前沿的生产技术和工艺应用于实际工作中，才能不断开发产品， 拓展市场。直线轴承
　　参考文献
　　[1]张春良，陈子辰，梅德庆.直线电机驱动技术的研究现状与发展[J].农业机械学报，2002，9．33（5）：119－123.
　　[2]蒋廷锡．直线电机的控制和应用[J].电工技术杂志，1984（6）：30－35.　
　　[3]叶云岳，陈永校，卢琴芬.直线电动机驱动冲压机的研究与应用.电工技术学报，1999，14（5）：67－70.
　　[4]张伯霖，潘珊珊，于兆勤，等.直线电机及其在超高速机床上的应用．中国机械工程，1997，8（4）：85－88.
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