醫(yī)療設備制造商越來越多地選用超聲波電機和致動器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁電機,因為超聲波電機在醫(yī)療設備設計中具有先天性優(yōu)勢。
壓電設備目前正被用于一系列醫(yī)療應用,包括:超聲波發(fā)射器、人工受精、醫(yī)用納米微量注射泵、微監(jiān)測,手術設備、兼容磁共振的機器人、微劑量配藥、細胞病理學中的細胞滲透和細胞成像等。壓電設備還可用于醫(yī)療材料處理,如拾取和放置系統(tǒng),藥物輸送裝置,三維掃描,眼科、皮膚科、美容手術所用激光束的控制。
通過采用超聲波電機,可以將醫(yī)療設備做到更小、更精確、更輕和更易于控制。其應用優(yōu)勢體現在:
1、小型化
超聲波電機適于小型化。相比電磁電機,超聲波電機可以很輕松地做到更小和更緊湊,并且相對它們尺寸來講它們輸出的力量更大。電磁電機的效率會隨著尺寸的縮小而降低,因為有更多的電能轉化成了熱量。與此相反,超聲波電機的效率接近恒定。在體積和重量相同的情況下,超聲波電機的儲能密度是電磁電機的10倍。由于超聲波電機每電機單位尺寸能提供更高的力量,它們使醫(yī)療設備能在縮減尺寸的同時保持或提高性能。
2、定位精確度
超聲波電機直接傳動的原理省去了傳統(tǒng)電磁電機中需要用到的輔助傳送件(或齒輪組)。這樣就避免了會限制精確跟蹤的常見的齒間間隙(backlash)影響,齒間間隙會導致電磁伺服電機的定位精度大幅降低。傳統(tǒng)電機需要用到機械耦合元器件以將旋轉運動轉換為直線運動,而超聲波電機則不再需要用到機械耦合元器件。超聲波電機在的穩(wěn)定狀態(tài)自動鎖定功能摒棄了電磁電機固有的抖動。超聲波電機可以設計用于實現納米級的定位精度,即便在掉電的情況下也能做到正常的精度。
3、加速快
壓電器件可以在幾微秒內做出反應。可實現大于(響應時間為0.01毫秒)的加速度。不產生磁場。超聲波電機適用于醫(yī)療和生物技術應用,因為它們不會產生電磁干擾,也不會受到電磁干擾的影響。這一特性使得超聲波電機不需要磁場屏蔽,對用于強磁場環(huán)境(如,用于MRI設備)的電機而言,這一點尤為重要。其中小型超聲波電機被用于MRI監(jiān)測顯微手術,大型超聲波電機被用于旋轉病人和設備。傳統(tǒng)電子電機所產生的磁場和其所使用的金屬部件使之無法被用于在核磁共振設備內部工作的需要電機驅動的醫(yī)療設備。
4、不用維修或潤滑、可殺菌
由于壓電運動取決于晶體效應,并且沒有用到像齒輪或軸承這樣的轉動部件,因此超聲波電機不用維修也不需要任何潤滑。其零部件可在高溫下消毒,這對醫(yī)療應用而言是一個明顯的優(yōu)勢。降低功耗。靜態(tài)操作,即便是長期處在重荷狀態(tài),也幾乎不耗電。此外,由于超聲波電機的效率不會因其被小型化而降低,所以它們在功率范圍極低的情況下仍然保持高效,這使得超聲波電機對采用電池供電的便攜式和可穿戴式醫(yī)療設備而言十分有吸引力。
5、不會發(fā)熱
在靜止時,超聲波電機不會產生熱量。超聲波電機不存在伺服抖動及由此產生的熱量。
6、可在真空環(huán)境下工作
超聲波電機原則上適用于真空環(huán)境(已成功應用于航天設備),醫(yī)療行業(yè)的許多應用都有此要求。
7、在制冷溫度仍能工作
即便在接近0°的溫度下,超聲波電機仍能繼續(xù)運轉,這使得它們適用于極其寒冷的環(huán)境,如醫(yī)療實驗室儲藏設備和低溫研究。