Выбираем микромотор.

← Назад в раздел

DSCF0689_1m.jpg Анатолий Салашов (Екатеринбург)

Микромоторы.

Микромотор, наряду с водовоздушным пистолетом (пустером) и турбинным наконечником, в настоящее время является обязательной принадлежностью всех стоматологических установок. Микромоторы по принципу своей работы делятся на две большие группы: воздушные и электрические. Воздушный микромотор преобразует энергию потока сжатого воздуха в кинетическую энергию вращения инструмента. Электрический микромотор преобразует электрическую энергию в кинетическую. Для работы электрического микромотора требуется система электропривода.

Воздушный привод

Принцип работы воздушного микромотора. Из установки по шлангу (тюбингу) подается сжатый воздух под определенным давлением, попадая на лопатки ротора, приводит его во вращение и посредством шкива вращение передается угловому или прямому наконечнику, который надет на микромотор.

По конструкции подразделяются на две группы. К первой относится отечественный микромотор МП-40 с крыльчаткой в виде диска с множеством лопаток. Имеет высокую частоту вращения вала микромотора1 (до 40 000 об./мин.), большую инерцию после отпускания педали, отсутствует реверс. Внешне он отличается тем, что на корпусе имеется небольшое колесико, вращением которого регулируют частоту вращения. Этот микромотор самый дешевый на рынке. Ко второй группе относится большинство воздушных микромоторов. Конструктивно имеют цилиндрический ротор с небольшим количеством относительно крупных лопаток.

Недостатки воздушного микромотора:

1.                 Воздушный микромотор, как любой пневматический инструмент, не может работать на малых частотах вращения (обычно 5000 об./мин. – минимальная частота).

2.                 Максимальная частота вращения ниже, чем у электрических микромоторов (20-25 000 об./мин.).

3.                 Невозможно точно настроить частоту вращения по двум причинам: во-первых, регулировка вращением кольца достаточно грубая; во-вторых, принципиально отсутствует индикация частоты вращения, судить о ней можно только на слух и визуально по вращению инструмента.

4.                 Небольшой крутящий момент и, следовательно, мощность.

5.                 Как любой пневматический инструмент, имеет «мягкую» характеристику2, то есть при увеличении усилия на бор и так невысокая частота вращения еще больше снижается.

6.                 Высокая шумность.

7.                 Потребляет сжатый воздух, что является дополнительной нагрузкой на компрессор. Например, микромотор ЕХ-103(203) фирмы НСК(NSK) может потреблять до 72 л/мин. Соответственно, если установки в клинике укомплектованы воздушными микромоторами, следует учитывать это при выборе мощности компрессора.

8.                 Чувствителен к качеству рабочего воздуха. Воздух должен быть чистый и сухой.

9.                 Требуется периодическая смазка микромотора.

Почему же при таком количестве недостатков воздушные микромоторы до сих пор производятся и используются? Потому что наряду с серьезными недостатками есть и некоторые преимущества:

1.                 Простота. Для работы нужен только свободный шланг (тюбинг), такой же, как у турбины. На шланг накручивается микромотор, настраивается необходимое давление, после чего микромотор готов к работе. Нет необходимости в дополнительных устройствах, таких как электронная плата, специальный шланг.

2.                 Неограниченное время работы, нет необходимости чередовать циклы работа – отдых.

3.                 Высокая надежность, у качественных образцов.

4.                 Возможность стерилизации микромотора.

Иногда врач не знает, какой у него микромотор: воздушный или электрический. Внешние признаки воздушного микромотора:

1.                 Воздушный микромотор всегда легко устанавливается вместо турбины, так как имеет такую же присоединительную часть. Сегодня чаще всего разъем  «Мидвест», иногда – «Борден». Более дорогие модели могут иметь систему быстрого разъема, подобную турбинам. Например, микромоторы фирмы «Вэ и Ха» (W&H) имеют разъем Ротоквик (Roto-quick). В таком случае воздушный микромотор легко устанавливается вместо турбины на аналогичный разъем. Большинство электрических микромоторов имеют свой конструктивно отличный шланг и не могут быть установлены вместо турбины. В последние годы широкое распространение получили шланги типа 4 ВЛМ (4 VLM), к которым могут быть подсоединены как турбина, так и микромотор. Но даже в этом случае, когда электрический микромотор приспособлен к такому шлангу, например модель «MC3» фирмы Бьен Эйр (BienAir), он не может устанавливаться вместо турбины как воздушный3.

2.                 Все воздушные микромоторы имеют в задней части корпуса регулировочное кольцо для регулировки частоты вращения в прямую и обратную сторону.

3.                 Отличительным признаком является характерный воздушный шум, существенно меняющийся при вращении регулировочного кольца. У электрического микромотора шумность гораздо ниже, а без наконечника на малых частотах его практически не слышно.

Электрический привод

Комплект электропривода состоит из микромотора, специального шланга, блока питания и иногда блока индикации. В стоматологии используют только электродвигатели постоянного тока, которые делятся на коллекторные (щеточные) и бесколлекторные (бесщеточные). Главная составная часть электрического микромотора ― электродвигатель, преобразующий энергию электрического тока в кинетическую энергию вращения вала. Побочным вредным эффектом является выделение тепла. Дополнительными частями микромотора являются система водовоздушного охлаждения бора (спрея), воздушного охлаждения электродвигателя, система крепления микромотора к шлангу, система соединения наконечника с микромотором.

Коллекторные микромоторы

Коллекторный электродвигатель, как электрическая машина, состоит из неподвижного статора (индуктора) и подвижного якоря, который очень часто неточно называют ротором4. Статор (индуктор) представляет собой два мощных постоянных магнита, точно вклеенных в корпус микромотора5. Якорь представляет собой напрессованный на вал магнитный сердечник, набранный из листов электротехнической стали. В пазы уложены обмотки. Концы обмоток соединены с пластинами коллектора, который находится с задней, противоположной от наконечника стороны микромотора. Используются коллекторы цилиндрического типа (микромоторы фирмы «Бьен Эйр» (Bien Air) или дисковые с рабочей поверхностью, перпендикулярной оси якоря (микромоторы «Хирана» (CHIRANA Medical)).

Исполнение коллектора большого значения для стоматолога не имеет. К коллектору прижимаются щетки. Таким образом, коллектор и щетки образуют узел. Без коллектора нет щеток, без щеток нет коллектора.

Преимущества коллекторных микромоторов:

1.                 БОльшая мощность, по сравнению с воздушным приводом.

2.                 Широкий диапазон регулирования (от 0 до 40 000 об./мин.).

3.                 Возможность обеспечения достаточного крутящего момента на малых частотах вращения (50-100 об./мин.). Этот параметр в значительной степени зависит от выбора блока питания6.

4.                 «Жесткая» характеристика привода. При увеличении нагрузки на бор частота вращения уменьшается незначительно, резко падает только при чрезмерном усилии7.

5.                 Легко обеспечивается индикация частоты и направления вращения. Индикация может быть стрелочная, цветовая, цифровая или комбинированная.

6.                 Незначительное или полное отсутствие потребления воздуха.

7.                 Низкий уровень шума, особенно на малых частотах вращения.

Недостатки коллекторных микромоторов:

1.                 Необходимость чередования режимов работа – отдых во избежание перегрева.

2.                 Значительная длина и вес более старых моделей.

3.                 Пониженная надежность компактных мощных моделей8.

4.                 Чувствительность к ударам.

5.                 Износ щеток.

6.                 Масло, попавшее из наконечника в микромотор, резко снижает срок его службы.

7.                 Наличие конденсата в охлаждающем воздухе также резко снижает срок службы.

8.                 Стерилизация микромотора невозможна, поэтому некоторые модели имеют съемный стерилизуемый кожух.

Бесколлекторные микромоторы.

Из-за перечисленных выше недостатков коллекторных микромоторов, сегодня актуальны и вызывают большой интерес бесколлекторные (бесщеточные)9. В теории электромагнитных приводов есть альтернативное научное, более точное название – вентильные микромоторы, то есть управляемые силовыми ключами – вентилями.

Конструктивно вентильный микромотор состоит из статора с обмотками, встроенного в корпус и подвижного ротора с постоянными магнитами. Вентильные микромоторы делятся на две группы: с датчиками положения ротора и без датчиков. Микромоторы с датчиками имеют более простой алгоритм управления. Еще в советское время в Серпухове на заводе «Металлист» выпускали комплект микромотора ДБ-25. Он состоял из микромотора, шланга и платы управления. Микромотор имел титановый легкий компактный корпус. В корпусе три датчика Холла ― по командам датчиков плата управления подавала импульсы на катушки обмотки, расположенные в корпусе микромотора. ДБ-25 был легкий, мощный, с высокой частотой вращения, однако минимальная частота у него была 4000 об./мин., отсутствовал реверс. Из-за того что плата управления была собрана на микросхемах того времени, она была очень большой по размеру, ее было сложно компоновать в столике. При попадании конденсата на датчик и обрыве хотя бы одного из проводов микромотор отказывал. Со временем микромотор ДБ-25 был снят с производства и заменен на конструкцию без датчиков.

Бездатчиковые микромоторы в теории надежнее, так как не имеют наиболее проблемных элементов ― датчиков, уменьшено общее количество проводов в шланге. Но при этом становится сложнее решить проблему с устойчивым управлением, особенно на малых частотах. Однако в связи с прогрессом в области электроники эта задача с каждым годом упрощается и производители все чаще отдают предпочтение микромоторам без датчиков. Бездатчиковые микромоторы по принципу управления могут быть нескольких видов.

Преимущества вентильных микромоторов перед коллекторными.

1.                 Лучше показатели мощности на вес, то есть легче при той же мощности или мощнее при том же весе.

2.                 Выше КПД, следовательно, меньше греются.

3.                 Переносят большую перегрузку на момент.

4.                 Из-за отсутствия искрящего коллекторно-щеточного узла практически не создают радиопомех.

5.                 Имеют больший ресурс.

6.                 Имеют большую надежность.

7.                 Допускают стерилизацию автоклавированием11.

Недостатки вентильных микромоторов.

1.                 Минимальная частота вращения у многих моделей 2000 об./мин., у некоторых 1000 об./мин.

2.                 Комплект вентильного микромотора дороже, чем комплект коллекторного.

(Продолжение читайте в следующем номере газеты)

Полный вариант статьи читайте на сайте www.krezon.ru

Список литературы находится в редакции.

ООО «Крезон»: тел.: (343) 268-3220

www.krezon.ru, info@krezon.ru

Примечания:

1Часто пишут «скорость вращения микромотора» или «обороты микромотора». «Скорость вращения» неверно, правильно «частота вращения».  Сам микромотор не вращается – вращается вал микромотора. «Обороты» – вообще жаргонизм. Поэтому: «частота вращения вала микромотора». Далее для краткости – «частота вращения».

2«Мягкость» и «жесткость» характеристики – это форма кривой на графике характеристики любого привода. Если объяснять кратко, то у «мягкой» характеристики при увеличении нагрузки частота вращения значительно уменьшается, у «жесткой» – уменьшается незначительно до определенного предела.

3О шланге 4 ВЛМ (4 VLM) читайте в полном варианте статьи.

4История электротехнического термина «якорь» достаточно древняя. Название не случайно созвучно якорю – устройству для удержания корабля на одном месте. В комплект первых морских магнитных компасов входил железный брусок с крючком – «якорем» для замера силы магнита подвешиванием гирь.

5При сильном ударе микромотора о твердый пол магниты отрываются, иногда раскалываются. Микромотор практически не поддается рентабельному ремонту. О выборе материала пола читайте в статье в №8 (138)/2014.

6О выборе блока питания читайте в полном варианте статьи.

7Некоторые врачи любят воздушный привод за «мягкость» работы. Преимущества коллекторного микромотора в том, что «жесткость» или «мягкость» характеристики главным образом зависит от блока питания. Теоретически, «жесткость» можно регулировать отдельно, если в этом есть необходимость.

8Обзор моделей микромоторов читайте в полном варианте статьи.

9Термины с приставкой «бес-» («без-») обычно временны, быстро заменяются другими.

Сравните: безлошадный экипаж – автомобиль; беспроводной телефон – мобильный, сотовый.

10Микромотор, правда, не выдаст максимальной мощности из-за недостатка давления, но завершить работу позволит.

11Допустимость автоклавирования должна быть подтверждена значком на корпусе и ссылкой в инструкции.


← Назад в раздел