Quel type de moteur est le meilleur pour les outils électriques chirurgicaux jetables ?

4 septembre 2020 Par Nancy Crotti

La technologie des moteurs est souvent un choix critique pour les ingénieurs de conception travaillant sur des outils chirurgicaux jetables, en particulier la sélection d'un moteur à courant continu avec ou sans balais.

Clémence Muron, Portescap

Moteur CC à balais sans noyau (Image gracieuseté de Portescap)

Les concepteurs d’outils électriques chirurgicaux doivent choisir s’ils souhaitent adopter une approche de conception jetable ou réutilisable. Les améliorations de conception et de fabrication des moteurs à courant continu avec balais et à courant continu sans balais (BLDC) ont réduit les prix tout en augmentant les performances, permettant d'obtenir un coût par outil chirurgical suffisamment faible avec une conception jetable.

Même si les exigences en matière de performances du moteur sont similaires pour les outils chirurgicaux réutilisables et jetables, les exigences en matière de durée de vie et de coût sont très différentes. Un moteur spécifié pour un outil réutilisable peut avoir une durée de vie de centaines, voire de milliers d'interventions chirurgicales et doit donc utiliser des composants et des matériaux de première qualité. Un moteur pour un outil jetable doit offrir des performances similaires et doit souvent être disponible en grandes quantités et à un prix compétitif.

Lors de la spécification de moteurs pour outils jetables, les ingénieurs concepteurs doivent prendre en compte les avantages possibles des moteurs CC à balais conventionnels par rapport à la technologie BLDC plus avancée. Les avantages de fiabilité du BLDC augmentent malheureusement les coûts, les rendant souvent impossibles à spécifier pour un outil jetable. Les concepteurs doivent travailler avec un fournisseur de moteurs connaissant bien les deux technologies pour identifier les compromis en termes de performances et de coûts.

Si l’objectif d’un nouveau projet est de maximiser les performances et la fiabilité, un ingénieur concepteur se tournera probablement vers la technologie BLDC. La technologie sans balais permet de fonctionner à des vitesses élevées (jusqu'à 100 000 tr/min) sur une longue durée de vie. Dans BLDC, la commutation est réalisée sans utilisation de balais mécaniques (c'est-à-dire via des capteurs à effet Hall magnétique ou un entraînement sans capteur avec un contrôleur de moteur sans balais) – de sorte que le contact entre les composants rotatifs et fixes du moteur est limité aux roulements à billes. Cela signifie que la durée de vie du moteur est principalement liée à la longévité du roulement, et que le moteur peut fonctionner à grande vitesse pendant une période prolongée.

Dans un moteur à courant continu à balais, la commutation est réalisée grâce à des balais mécaniques en graphite ou en métal précieux, établissant un contact physique avec le rotor pour compléter la connexion électrique. La durée de vie du moteur est principalement limitée à la durée de vie des balais, des vitesses plus élevées entraînant une usure prématurée. Pour un outil jetable, la vitesse plus élevée peut ne pas poser de problème étant donné la courte durée de vie requise. Cependant, cela dépendra fortement du cycle de service et des exigences de vitesse de l'application.

La conception et les matériaux utilisés pour un moteur à courant continu à balais affecteront également les performances. La plupart des moteurs à balais les moins chers ont un noyau en fer, tandis que le rotor d'un moteur sans noyau n'est composé que d'une bobine et d'un seul arbre. La conception sans noyau offre une inertie plus faible, ce qui se traduit par une meilleure accélération et une meilleure efficacité. Il élimine également le couple de détente (couple d'encoche), ce qui peut réduire la douceur de rotation à des vitesses plus lentes.

Pour les outils chirurgicaux réutilisables, les exigences de durée de vie et de vitesse font souvent du BLDC la solution idéale. Cependant, pour certaines applications utilisant une conception à usage unique, un moteur à courant continu à balais peut constituer une solution intéressante.

Clémence Muron est ingénieur d'applications chez Portescap, fournisseur de technologie moteur pour les équipementiers chirurgicaux.

Les opinions exprimées dans cet article de blog n'engagent que l'auteur et ne reflètent pas nécessairement celles de Medical Design and Outsourcing ou de ses employés.

Légende de la photo : Un moteur à courant continu à balais sans noyau (Image fournie par Portescap)