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Moteurs à courant continu à balais VS. Moteurs à courant continu sans balais pour les outils chirurgicaux jetables

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Les outils jetables constituent un segment à croissance rapide sur le marché des outils chirurgicaux à main, en raison de leurs avantages en termes de coûts et d'hygiène.

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Pour les ingénieurs chargés de la conception des outils, la technologie du moteur est souvent un choix crucial, notamment la sélection d'un moteur à courant continu à balais ou sans balais.

Les concepteurs d'outils électriques chirurgicaux doivent choisir entre une approche de conception jetable ou réutilisable. Les progrès réalisés dans la conception des composants et les techniques de fabrication ont rendu de plus en plus possible la production d'équipements dotés des capacités nécessaires à la réalisation d'opérations chirurgicales complexes à un prix permettant de justifier l'élimination de l'outil après une seule opération. Ces progrès s'étendent aux moteurs. Les améliorations apportées à la conception et à la fabrication des moteurs à courant continu à balais et des moteurs à courant continu sans balais (BLDC) ont permis de réduire les prix tout en augmentant les performances, ce qui permet d'atteindre un coût d'outil par chirurgie suffisamment bas avec une conception jetable. En outre, pour certains outils, il est possible d'accroître la sécurité en éliminant le risque d'infection dû à une stérilisation inadéquate.

Exigences de performance du moteur pour les outils à usage unique

Si les exigences de performance des moteurs 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 pour réaliser cet exploit remarquable. Un moteur destiné à un outil jetable doit fournir des performances similaires - même si ce n'est que pour une seule opération - mais il doit être disponible en grandes quantités et à un prix compétitif.

Lors de la spécification des moteurs pour les outils jetables, les ingénieurs concepteurs doivent prendre en compte les avantages possibles des moteurs CC à balais classiques par rapport à la technologie BLDC plus avancée. En raison de la nature de la conception et des avantages inhérents à la fiabilité, les moteurs BLDC sont le choix typique pour les outils électriques réutilisables. Les avantages de la technologie BLDC augmentent malheureusement les coûts par rapport à la technologie CC à balais ; il est donc souvent impossible de spécifier un moteur BLDC pour un outil jetable. Les concepteurs doivent travailler avec un fournisseur de moteurs qui connaît bien les deux technologies afin d'identifier correctement les compromis en termes de performances et de coûts entre un moteur à courant continu à balais et un moteur BLDC.

Moteurs CC à balais et moteurs CC sans balais

Si l'objectif d'un nouveau projet est de maximiser les performances et la fiabilité, l'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) pendant une longue durée de vie. Dans un moteur BLDC, la commutation s'effectue sans balais mécaniques (par l'intermédiaire de capteurs magnétiques à effet Hall ou d'un entraînement sans capteur avec un contrôleur de moteur sans balais). Le contact entre les composants rotatifs et les composants fixes du moteur est donc 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 haute vitesse pendant une période prolongée.

En comparaison, dans un moteur à courant continu à balais, la commutation est réalisée par des balais mécaniques (graphite ou métal précieux) qui entrent en contact physique avec le rotor pour compléter la connexion électrique. Dans ce cas, 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 être un problème étant donné la courte durée de vie requise - cependant, cela dépendra fortement du cycle de travail et des exigences de vitesse de l'application.

Les performances d'un moteur CC à brosse varient également de manière significative en fonction de la conception et des matériaux utilisés. Par exemple, les moteurs CC à balais Portescap sont sans noyau (la plupart des moteurs à balais à bas prix comportent un noyau en fer), ce qui signifie que le rotor 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 des performances supérieures en termes d'accélération et d'efficacité. Elle élimine également le couple de détente (couple de cogging), qui peut réduire la régularité de la rotation à des vitesses plus faibles.

Pour les outils chirurgicaux réutilisables, les exigences en matière de durée de vie et de vitesse font souvent de la BLDC la solution idéale. Toutefois, pour certaines applications à usage unique, un moteur CC à balais peut constituer une solution intéressante.

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