步進電機的事例|006|人工透析裝置所需的可靠性、穩定性、高性能

Problem

人工透析設備對於腎衰竭患者的生命維持至關重要。近年來，日本慢性透析患者人數已增加至29萬人（2009年），並以每年約1萬人的速度持續增加。此外，透析患者數量的增加是一個全球性問題，而不僅僅是在日本，全世界大約有 5 億 CKD（慢性腎臟病）患者，他們被認為已經做好了透析的準備。特別是在亞洲，人們擔心透析患者的數量將因經濟發展而迅速增加。
在這種情況下，未來人工透析機的需求預計將快速擴大。為了保護越來越多的透析患者的寶貴生命，需要開發比以往更高可靠性和穩定性的透析機。

直接關係到生命維持的人工透析裝置——作為制造商的責任和課題。

N公司是向大型醫療器械廠商提供血液透析、腹膜透析、輸液相關設備以及血液淨化裝置等OEM的醫療器械廠商。近年來，在國內外對人工透析治療的需求高漲的情況下，確保在有望擴大的市場中的穩定市場份額成為了大課題。

因為人工透析裝置直接關係到患者的生命維持，所以可靠性比什麽都重要，要求裝置的穩定運轉和降低事故風險的長期耐久性。裝置的故障和不良的發生不僅威脅到患者的健康，恢復之前的等待時間也會給患者帶來負擔和醫院的損害。

另外，N公司提出了各種各樣的要求，主要是為了緩解醫院的使用環境和長期使用的患者的壓力，降低裝置的噪音化和振動化等。

產品線的充實和對高性能的追求成為開發前導時間的障礙...

為了繼續滿足這些市場需求，有必要始終為每個型號發佈具有最新規格的產品。因此，部件也需要根據裝置的尺寸和形狀進行定制。

但是，每次根據設備的尺寸和形狀進行部件加工都需要花費大量的工時，因此部件廠商也無法滿足細小的訂單。這種情況是延長開發周期的原因之一。

「在開發產品時，與廠商之間進行幾個階段的試制和評價。由於樣機的交貨期已經確定，因此從設計人員的角度來看，希望盡可能縮短部件選定所需的時間。這是因為即使有返工，我們也希望確保足夠的重新試制時間。」

N公司·設計開發部門的K先生說:。在競爭激烈的情況下，有必要縮短開發準備時間，以便與其他公司略有不同。

挑戰

因為是左右健康的醫療器械，所以要求其可靠性比什麽都高。
主要用於醫院環境，緩解長期使用該產品的患者的壓力。
需要低噪音和低振動的設備。
為了在激烈的競爭中取勝，必須縮短開發準備時間。

Solution

“3相步進馬達”同時具備與5相驅動相同的振動特性和成本優勢

有一天，K先生向山洋電氣銷售代表諮詢開發新型透析機的事情，銷售代表建議採用三相步進電機，因為這種產品可以顯著減少振動，而且具有成本效益。

「透析裝置必須配合人體的體內迴圈，以非常低的速度平穩地工作。振動和速度不均作為壓力變化影響患者，因此希望盡可能控制。但是，理想的低振動驅動無法利用2相步進電機實現，即便如此，5相步進電機在成本上也很難實現。不過，通過微驅動3相步進馬達的提案，筆者感覺找到了解決這一矛盾課題的線索。」(K先生)

一般來說，二相步進馬達價格便宜但運轉粗糙，五相步進馬達運轉精細但價格昂貴。在這方面，據稱，山洋電氣的三相步進系統「SANMOTION F3 (3相)」能夠實現與五相步進馬達相當的低噪音和低振動，同時由於該公司的驅動功能「微步驅動」(*) 而具有成本效益。

（*）微步驅動（遊標驅動）：一種透過精細地改變電流比而不是簡單地打開和關閉繞組電流來獲得更精細的步進角的技術。

而且日本國內生產和銷售三相步進馬達的廠家非常少，山洋電氣是市場上少數的公司之一，這更支持了K先生的決定。因此，N公司決定評估並引進「SANMOTION F3 (3相)」作為改善設備基本效能的解決方案。