LoadSense: tecnologia innovativa per l’ingegneria biomedicale

Pubblicazione “Elettronica Oggi Medical” 06/14

Oggi, sempre più trattamenti necessitano di un numero maggiore di analisi, di dosaggi o posizionamenti lenti e precisi e un livello di sicurezza più elevato. Inoltre, gli ospedali e le strutture sanitarie sono alla continua ricerca di maggiore efficienza e riduzione dei costi di gestione. Questi fattori impongono ai produttori di sistemi elettromedicali di progettare nuove macchine con cicli di vita più lunghi e con funzioni automatizzate, in precedenza svolte manualmente. Nasce così la necessità di utilizzare componenti e azionamenti con requisiti più elevati, quali la sicurezza, la durata, la funzionalità, la rumorosità e la compattezza. In risposta a queste esigenze, l’azienda svizzera Sonceboz SA ha sviluppato la nuova tecnologia LoadSense che grazie a un circuito chiuso di regolazione offre la massima affidabilità di funzionamento, il minimo livello di rumorosità, una temperatura d’esercizio ridotta e un basso consumo di energia.

La motorizzazione dei movimenti è divenuta velocemente una soluzione standard in sempre più tipologie di applicazioni medicali, anche differenti tra loro, spaziando dai CPR fino alle macchine per dialisi. Queste soluzioni permettono un dosaggio estremamente preciso ed una ripetitività del trattamento che incrementano la qualità delle terapie e il comfort dei pazienti. Per il personale medico l’automatizzazione significa anche un incremento dell’efficienza e la possibilità di trattare più pazienti in parallelo.

In quest’ottica, i motori passo-passo sono largamente utilizzati nella motorizzazione di applicazioni medicali. Infatti, sono soluzioni adatte per muovere carichi dai più piccoli fino a quelli più sostenuti, spesso lavorando in diretta senza l’utilizzo di riduttori; caratteristica estremamente positiva per la durata di vita dei componenti e per la compattezza, considerando che negli apparati medicali moderni i motori occupano una buona parte delle dimensioni. Inoltre l’accuratezza della velocità, l’alta coppia a basso numero di giri, la robustezza e l’affidabilità sono caratteristiche che rispondono alle necessità del settore. La tecnologia LoadSense, grazie al sistema ad anello chiuso (cloosed loop), apporta ulteriori vantaggi al motore passo-passo. Confrontato con la normale tecnologia, il livello di rumorosità è notevolmente ridotto, il consumo energetico è minore, il motore scalda meno e i sovraccarichi di coppia sono gestiti autonomamente. LoadSense risulta così particolarmente adatto nelle apparecchiature che lavorano a contatto coi pazienti, in quelle applicazioni in cui i liquidi coinvolti nel trattamento non devono superare una determinata temperatura, dove la compattezza e il consumo di energia sono parametri cruciali e l’affidabilità del movimento deve essere garantita.

Fig.1 Con un motore LoadSense è possibile selezionare un margine di sicurezza minore, poiché la coppia è nota e gestita.

Il sistema ad anello chiuso permette di conoscere in ogni momento la posizione del rotore motore rispetto al campo magnetico generato; di fatto un sensore magnetico restituisce la posizione relativa tra le fasi del motore ed il rotore. Questo permette un controllo pieno del movimento, adattando la coppia e la velocità, quando necessario, all’aumentare del carico. Infatti, la corrente è costantemente adattata in modo che la coppia motrice risponda a quella dell’applicazione e durante il moto l’azionamento è in grado di “vedere” come si comporta il motore rilevando le situazioni in cui non riesce ad inseguire; in queste circostanze rallenta fino a che il rotore non torna in fase con il movimento voluto. La tecnologia LoadSense di Sonceboz è così in grado di rilevare uno stato di sovraccarico e di compensare l’eventuale perdita di passo, che rappresenta l’inconveniente dei motori passo-passo tradizionali funzionanti in anello aperto. In questo modo non sussiste più il pericolo di perdite di passo inavvertite, mantenendo sotto controllo il movimento in ogni istante e permettendo un margine di sicurezza nettamente inferiore rispetto alla tecnologia tradizionale. Grazie a queste caratteristiche è possibile ottenere un motore più compatto per spingere lo stesso carico, essere in grado di raggiungere accelerazioni significativamente superiori, ottenere un’altissima affidabilità di funzionamento e un minor consumo elettrico. Il risultato? Motori più piccoli, maggiore durata della batteria, affidabilità nel tempo e minore riscaldamento. Grazie a queste peculiarità, la richiesta di soluzioni personalizzate con sistema di movimento basato su tecnologia LoadSense è in costante aumento.

Fig.2 Se lo stesso motore passo-passo viene azionato con un circuito di regolazione chiuso basato sulla tecnologia LoadSense, il livello sonoro del motore diminuisce notevolmente.

Attualmente la tecnologia LoadSense è disponibile per motori delle dimensioni Nema 23 (flangia 57 mm) e Nema 34 (flangia 86 mm) con una coppia compresa fra 0,2 Nm e 9 Nm. Generalmente sono disponibili varie interfacce di comunicazione.
Sonceboz sviluppa insieme ai suoi clienti soluzioni LoadSense adattate alle esigenze tecniche ed economiche delle singole situazioni. Sia i prototipi che la produzione di serie sono fabbricate in Svizzera.

Fig.3 La regolazione di corrente permanente della tecnologia LoadSense fa sì che il motore si riscaldi molto meno di un motore passo-passo standard.

Sonceboz – il partner per le soluzioni meccatroniche complete

La competenza di Sonceboz si basa su numerose tecnologie elettromagnetiche, così come un ampio know-how nei campi di sviluppo dei motori, della meccanica, dell’elettronica, della produzione con assemblaggio e della creazione di componenti. Sonceboz è quindi il partner ideale, certificato ISO 13485, e capace di offrire soluzioni affidabili ed economiche a tutti i produttori di apparecchiature medicali. Circa 900 collaboratori si occupano della ricerca, dello sviluppo, della produzione e dell’assistenza di questi sistemi. Il 10% di loro è attivo nel settore Ricerca e Sviluppo.