先进的微型电机技术让医疗诊断设备越来越智能化！

医疗诊断是日常生活的一部分，无论是去看医生做常规的身体和血液检查，还是去急诊室。医生依靠医学分析仪的结果来告知我们身体的变化或是服用药物。分析的准确性和速度对这些机器至关重要，而这取决于机器中的运动控制。医疗诊断机采集样本并对各种项目或特定项目进行分析，试管必须移动到位，以便抽取样品将针头放入试管中抽出样品，然后将试剂添加到样品中。样品从制备到最终分析，所有功能中都会使用运动控制，而运动控制最终由微电机来实现。

医学分析仪的主要运动功能

样品存放在试管中，放置在托盘中，托盘最多可容纳96根试管，最多可容纳1024个试管，托盘被装入样品制备阶段，每根试管的内容物被装入计算机或由试管上的条形码标签识别。传送带或线性阶段将移液管移到待采集样品的位置。由于试管的直径很小，所以移动的精度对快速取样至关重要。样品通过机器处理得越快，结果就可以越快地提供给医生。

一旦移液管就位以供抽取样品，移液管就会向下移动到试管中以抽取样品，在许多机器中，多个吸液管同时工作。移液管所需的运动是线性的，向下推动移液管，然后将其拉回到起始位置。需要适当的时间，因为吸液管必须达到样品中的适当深度才能提取所需的量，再加上等待样品提取完成时间。

提取样本后，下一步是分析，分析样本包括通过泵送或移液操作引入试剂，所用泵的范围从蠕动到注射器，取决于样品的要求。一旦分析完成，样品和任何额外的废物必须从系统中清除，同样，这是通过泵送或移液操作实现的。

运动轴的技术规范

我们现在将查看每个功能的技术规范，不同类型的泵在医疗分析仪中使用，泵由其流量和容积容量定义，并根据每个功能的需要进行选择电机，通常是有刷直流、无刷直流或步进电机，提供操作泵的机械动力。电机选择基于以下几个标准：技术规范-转速、效率、噪音，扭矩，成本，泵的互换电机技术，以定制泵到特定轴的要求。长寿命与无刷技术和步进电机完美结合，由于在医疗分析仪中可以使用多个泵，因此可以在整个机器中看到三种电机技术应用在泵上。

吸管运动，或Z轴，必须是快速和准确的，在样品上穿孔或夹针尖也需要很大的力。由于多个移液管可以组合在一起同时采集样品，因此空间对该轴非常有利。由于样本的体积对分析至关重要，因此通过编码器确认运动精度。使用皮带系统、齿轮齿条或丝杠完成运动，电机的速度是很重要的，所以采用高速电机，如磁碟步进电机或无刷无槽直流电机。

如果吸管驱动器的空间有限，目标是优化执行器的性能，在这种情况下，将设计电机绕组用于高速运转，即使需要变速箱也能最大限度地提高功率。电机可以传递的最大持续转矩与所选择的技术有关，但也取决于其大小。因此，要使电机的封装尺寸最小，最好使用速度而不是扭矩来产生机械功率。

典型特征：位移大约0.2 mm，上下移动时间为1秒，质量（通过设计平衡重量以消除重力影响）为0.2 kg，针落下时的保持力为5N，持续1秒，滑轮半径为4 mm，这种应用要求在失速时保持15X4-3nm的峰值扭矩，并且能够提供加速和减速的扭矩（摩擦力低）。如果我们考虑保持与加速力矩相等位置的力矩，则加速度为50米/秒^ 2，如果平均速度为0.2m/s，则加速度时间为4ms，因此可以考虑梯形运动轮廓。

医疗分析仪趋势

医学分析仪的目标是在不影响分析质量的情况下，减少完成分析所需的时间，其目的是通过同时处理更多的样本来提高吞吐量或每小时分析的样本数，分析器的运动分量对这种能力有直接的影响。对于移液管运动，趋势是更多的移液管同时移动。上下移动移液管的要求相同，因此必须使用较小直径的电机来完成移动，因此，电机速度和精度都会提高。

由于今天有了新的磁铁技术，电机的输出可以通过大幅度减小直径来保持，钕磁铁可以达到50mgoe的功率，远远超过以前可用的能量含量。使用16毫米无刷电机的电流应用现在可以由8毫米直径的电机驱动。此外，圆盘磁铁技术具有低惯性的优势，可以让电机快速停止，避免因响应而产生的问题，采用这种方式，可以用磁碟步进电机实现直接驱动。新的编码器技术，如磁阻编码器，在一个小封装中提供高分辨率，在一个直径为8毫米的封装中，最多可以实现512条线，保证了闭环的位置反馈的准确性。

另一个趋势是更快的移动和更高的精度，使用步进电机驱动的闭环模式，对于高扭矩需要高达2000-3000转/分的应用，闭环步进电机是一种经济有效的解决方案。例如，现有使用开环步进器的设计可以通过增加编码器来提高性能30%。

在运动后保持一个位置时，通过闭合回路或返回步进模式来保持该位置，步进模式在位置上有很大的优势-它提供了高刚度，这是直接驱动电机很难通过闭环条件下实现。

上图显示了使用步进器可以获得的静态扭矩，例如，保持扭矩为1N/s和200步/转的步进电机 （意味着每转周期为50步的扭矩常数）将在零扭矩附近呈现刚度，保持扭矩X每转周期数=50N.m/rad。在无刷直流闭环系统中，要获得相同的刚度，需要较高的增益，这会使设计变得不稳定。

结论

医学分析仪的发展趋势是小型化、快速化、高精度，电机技术帮助机器朝着这个方向发展，新的磁铁使马达设计变得更小更强，电子元件技术的进步在减小封装尺寸的同时提高了分辨率。新材料，微控制器允许像伺服电机一样驱动步进电机，允许在其速度范围内增加扭矩，没有通用的马达技术，这几种电机技术，每个都有各自的优点，使机器设计能够更小、更快。