À mesure que les appareils médicaux deviennent de plus en plus compacts et précis, le rôle joué par les moteurs, qui en constituent la source d’entraînement, ne cesse de prendre de l’importance d’année en année. Des moteurs sont aujourd’hui intégrés à de nombreux appareils utilisés en milieu médical, tels que les appareils de soins dentaires, les endoscopes, les pipettes électroniques et les robots d’assistance chirurgicale, où ils sont utilisés comme composants essentiels garantissant le fonctionnement et les performances de ces appareils.Les moteurs intégrés aux appareils médicaux sont généralement soumis à des exigences plus strictes que les moteurs industriels classiques. Pour atteindre la précision de fonctionnement requise par l’appareil, il est nécessaire de sélectionner le moteur le mieux adapté à l’application, en tenant compte de critères tels qu’une rotation fluide, un faible niveau de vibrations, une longue durée de vie et un encombrement réduit.Dans cet article, nous vous présentons les applications typiques des moteurs dans les appareils médicaux, les performances requises, ainsi que les points à prendre en compte lors du choix d’un produit. Nous espérons que ces informations seront utiles aux responsables chargés de développer des appareils médicaux.
| Sous la supervision du groupe commercial des composants électroniques de C.I. TAKIRON Corporation Nous supervisons la rédaction de cet article en nous appuyant sur les compétences techniques de pointe et l’expertise acquises depuis notre création en 1919 en tant qu’entreprise leader dans le domaine de la transformation des matières plastiques.Au sein de notre département, nous analysons en permanence les tendances du marché et les dernières technologies relatives aux micromoteurs ultra-compacts et de haute précision, et nous nous attachons à fournir des informations à forte valeur ajoutée aux concepteurs et développeurs. En tant qu’équipe d’experts maîtrisant parfaitement les caractéristiques des produits, nous vous accompagnons dans la résolution de vos défis et dans l’innovation technologique grâce à la diffusion de contenus précis et concrets. |
Applications typiques des moteurs dans les appareils médicaux
Les moteurs intégrés aux appareils médicaux servent de source d’entraînement permettant le fonctionnement de ces appareils. Les appareils de soins dentaires, les endoscopes et les pipettes électroniques sont tous des exemples typiques d’appareils conçus pour fonctionner grâce à l’entraînement par moteur.Les appareils utilisés en milieu médical couvrent un large éventail de domaines, allant de l’assistance respiratoire aux examens et aux traitements, et la technologie d’entraînement par moteur est présente dans chacun d’entre eux. Le rôle que joue le moteur dans chaque appareil varie en fonction de son utilisation. Nous allons passer en revue les appareils les plus courants, un par un, et vous expliquer où le moteur est utilisé au sein de chaque appareil.
Contenu abordé dans cette section
- Entraînement en rotation des instruments de pointe sur les appareils dentaires
- Commande de précision du mécanisme de pointe d’un endoscope
- Contrôle précis du volume des liquides à l’aide d’une pipette électronique
Nous allons examiner le rôle précis que joue le moteur dans chaque appareil, en fonction de son utilisation respective.
Entraînement en rotation des instruments de pointe dans les appareils de soins dentaires
Pour l’entraînement en rotation des outils de pointe utilisés dans les appareils de soins dentaires, on utilise des micromoteurs intégrés à la pièce à main. Ces éléments d’entraînement, qui assurent la rotation rapide et stable des outils tels que les forets et les alésoirs, jouent un rôle déterminant dans la qualité du résultat final du traitement. La vitesse de rotation des micromoteurs dentaires (moteurs électriques dentaires) est généralement comprise entre 100 et 40 000 tours par minute ; certains modèles permettent de sélectionner des caractéristiques de rotation adaptées à chaque type d’intervention, du traitement canalaire à l’usinage.Les pièces à main des appareils dentaires étant tenues à la main par le praticien et manipulées à l’intérieur de la cavité buccale, leur conception doit répondre à deux exigences principales : une taille compacte garantissant une bonne maniabilité et une puissance de sortie stable. Alors que l’usinage et le polissage nécessitent des vitesses de rotation élevées, le traitement canalaire exige un contrôle précis de la rotation ; c’est pourquoi les pièces à main sont conçues pour permettre de sélectionner la plage de rotation adaptée à chaque type d’intervention.En dentisterie, les vibrations transmises par l’os maxillaire et le bruit de rotation de la fraise constituent les principaux facteurs sources d’anxiété pour le patient. La conception des pièces à main doit donc également tenir compte de la réduction du bruit et des vibrations. C’est la performance du moteur, qui entraîne en douceur les outils de pointe, qui permet de concilier qualité des soins et confort du patient.
Commande de précision du mécanisme de pointe d’un endoscope
Le pilotage de précision des mécanismes situés à l’extrémité d’un endoscope nécessite une technologie permettant d’actionner plusieurs mécanismes à l’intérieur d’un tube fin inséré dans le corps. L’extrémité est équipée d’un capteur d’image miniature et d’une lentille d’objectif ; le mécanisme de courbure, qui permet de modifier la direction d’observation, est conçu pour se déplacer vers le haut, le bas, la gauche et la droite en synchronisation avec le bouton d’angle situé sur la console de commande.Les endoscopes sont utilisés pour l’observation et les interventions à l’intérieur du corps, notamment dans le tube digestif ou les bronches ; dans le cas des vidéoscopes, les images capturées par le capteur d’image situé à l’extrémité sont transmises vers l’extérieur sous forme de signaux électriques. La partie insérable avançant le long des voies corporelles, l’entraînement du mécanisme d’extrémité doit allier un diamètre réduit à un fonctionnement fluide.Pour déplacer le mécanisme d’extrémité comme prévu, il est indispensable de disposer d’un moteur compact pouvant s’intégrer dans un espace restreint et offrant des caractéristiques d’entraînement précises et fluides.Les endoscopes étant utilisés à la fois pour l’observation et les interventions, le mécanisme d’extrémité doit également garantir un fonctionnement continu et stable. La stabilité du système d’entraînement est un facteur déterminant pour la précision des examens et des interventions. Les performances d’un moteur capable de fonctionner de manière stable même dans des espaces internes étroits garantissent la qualité d’observation et la maniabilité de l’endoscope.
Contrôle précis du volume des liquides à l’aide d’une pipette électronique
Le contrôle précis du volume des liquides dans les pipettes électroniques repose sur un mécanisme dans lequel le piston interne est entraîné par un moteur.Utilisées dans les domaines de la recherche et du développement ainsi que dans les laboratoires d’analyses cliniques, elles doivent offrir une grande précision dans la manipulation de faibles volumes de liquide. Certains modèles sont conçus pour aspirer et distribuer des liquides dans une plage de volumes comprise entre 0,5 μL et 10 mL ; le piston se déplace en fonction des commandes, ce qui permet d’obtenir des résultats hautement reproductibles.Les pipettes électroniques permettent de régler le volume de distribution par commande numérique et, grâce à leur conception garantissant la reproductibilité des mêmes conditions, elles permettent de réduire les variations d’une expérience à l’autre. Les fonctions assurées par le moteur dans une pipette électronique sont les suivantes :
| Fonctionnement | Rôle du moteur |
| Aspiration | Tirer le piston pour aspirer le liquide |
| Dosage | Appuyez sur le piston pour faire sortir le liquide |
| Arrêt | Arrêter le piston pour déterminer le volume de liquide |
En contrôlant ces mouvements avec précision, la pipette électronique garantit une précision de distribution constante. La possibilité de régler avec précision les vitesses d’aspiration et de distribution constitue également l’une des caractéristiques du système électronique. Dans les expériences impliquant la manipulation de faibles volumes de liquide, la précision du mécanisme à piston garantit la fiabilité des résultats de mesure.
Les trois caractéristiques requises pour les moteurs destinés aux dispositifs médicaux
Les moteurs destinés aux appareils médicaux doivent répondre à des exigences spécifiques, différentes de celles des moteurs industriels, afin de garantir la précision et la stabilité de fonctionnement des appareils. Des caractéristiques d’entraînement fluides avec un minimum d’irrégularités de rotation, une conception garantissant une longue durée de vie pour un fonctionnement prolongé, ainsi qu’une miniaturisation permettant leur intégration à l’intérieur des appareils constituent des critères de performance communs à de nombreux appareils, quelle que soit leur application.Pour sélectionner un moteur répondant aux performances requises, il est utile de bien cerner les différences de caractéristiques selon les types de structure. Nous allons vous présenter, par critère, les performances attendues des moteurs destinés aux appareils médicaux.
Contenu abordé dans cette section
- Fonctionnement fluide avec un effet de cogging réduit
- Une conception à longue durée de vie garantissant un fonctionnement à long terme
- Miniaturisation permettant de s’adapter à un espace restreint
Nous allons passer en revue les trois critères de performance qui servent de base à la sélection d’un moteur, en précisant le contexte de chacun d’entre eux.
Fonctionnement fluide avec un effet de cogging réduit
Une rotation fluide, avec un effet de cogging réduit, est l’une des caractéristiques que doit présenter un moteur destiné aux appareils médicaux.Le cogging désigne les irrégularités de rotation qui se produisent dans les moteurs à noyau de fer. Les moteurs sans noyau, de par leur structure dépourvue de noyau de fer, ne présentent pratiquement pas de cogging dû à l’attraction magnétique ; ils se caractérisent ainsi par une rotation fluide et une réduction significative des vibrations et du bruit.Le cogging est un phénomène de variation du couple en fonction de la position de rotation ; il se manifeste sous forme de pulsations et de vibrations lors d’une rotation à basse vitesse. Les moteurs sans noyau, dont la partie rotative présente une faible inertie, offrent une réponse rapide au démarrage et à l’arrêt, et s’adaptent en douceur aux variations de vitesse les plus subtiles.Dotés d’une réactivité et d’une contrôlabilité élevées, les moteurs sans noyau sont spécialement conçus pour des applications médicales telles que les endoscopes ou les appareils de soins dentaires. Pour les appareils nécessitant des mouvements précis, comme le contrôle du débit des pompes à perfusion ou l’entraînement des endoscopes, la fluidité de la rotation constitue une performance fondamentale garantissant la précision du contrôle.
Une conception à longue durée de vie garantissant un fonctionnement à long terme
Une conception garantissant une longue durée de vie, condition indispensable à un fonctionnement à long terme, est un élément essentiel à prendre en compte lors du choix d’un moteur pour un appareil médical. Certains appareils médicaux fonctionnent 24 heures sur 24, tandis que d’autres ne peuvent en aucun cas tomber en panne pendant leur utilisation ; ils nécessitent donc une conception assurant une longue durée de vie et réduisant la fréquence des interventions de maintenance.Comme l’arrêt de l’appareil à chaque intervention d’entretien perturberait le déroulement des examens et des traitements, les exigences relatives à une conception permettant de réduire la fréquence des remplacements et des réglages sont très élevées. Une conception ne reposant pas sur le remplacement périodique de pièces contribue également à alléger la charge opérationnelle. Les méthodes suivantes permettent de mettre en place une conception favorisant une longue durée de vie.
[Exemples de conception favorisant une longue durée de vie]
- Utilisation de moteurs à courant continu sans balais, présentant peu de contacts mécaniques
- Utilisation de roulements de haute qualité
- Une structure hautement efficace permettant de limiter la production de chaleur
Les moteurs à courant continu sans balais, de par leur conception dépourvue de balais, ne subissent pas d’usure due au frottement entre les balais et le commutateur, ce qui permet de limiter les parties soumises à l’usure.Dans les équipements effectuant des mouvements infimes de manière répétée, une conception de haute précision, limitant les jeu dus à l’usure et au vieillissement, constitue également un facteur essentiel pour garantir la durée de vie. La conception axée sur la durée de vie est un critère important dans l’évaluation des moteurs pour assurer le fonctionnement stable des équipements sur le long terme.
Miniaturisation permettant de s’adapter à un espace restreint
La miniaturisation, qui permet de s’adapter à des espaces restreints, est une exigence commune à tous les moteurs destinés aux appareils médicaux. L’intérieur de ces appareils abrite une multitude de composants, tels que des cartes électroniques, des capteurs et des systèmes de refroidissement, ce qui réduit considérablement l’espace pouvant être alloué au moteur.Selon les appareils, il est également nécessaire d’intégrer à l’intérieur un espace destiné au stockage de solutions médicales ainsi que des tubes de raccordement, ce qui restreint encore davantage la zone d’installation du moteur. C’est pourquoi une conception à haute densité de puissance, capable de générer le couple nécessaire malgré sa petite taille, est requise. Les moteurs compacts à haute densité de puissance contribuent efficacement à la compacité de l’appareil dans son ensemble et à une plus grande liberté de conception.Lorsqu’il est possible de choisir une tension d’alimentation relativement faible pour le moteur, cela permet de simplifier la structure d’isolation requise, ce qui contribue à améliorer la rentabilité et à gagner de la place. Dès la phase de conception des dimensions extérieures et de l’agencement interne de l’appareil, l’équilibre entre les dimensions et la puissance du moteur détermine le niveau de finition du produit.
Trois points à prendre en compte lors du choix d’un moteur pour un dispositif médical
Lors du choix d’un moteur destiné à être intégré dans un dispositif médical, il est nécessaire de procéder à une évaluation globale des exigences liées à l’utilisation de l’appareil, de sa conformité aux normes internationales et du cadre de développement, depuis la conception jusqu’à la production en série.Ces dernières années, la demande s’est étendue à des domaines nécessitant un contrôle de position précis, tels que les robots d’assistance chirurgicale, et les performances exigées des moteurs sont de plus en plus sophistiquées. La vérification de ces différents aspects dès les premières étapes est une condition préalable pour que le développement se déroule comme prévu. Nous allons vous présenter et expliquer, dans l’ordre, les points essentiels à prendre en compte pour mener à bien le développement de vos produits.
Contenu abordé dans cette section
- Choisir un moteur dont les caractéristiques techniques correspondent à l’application
- Vérifier la conformité aux normes internationales
- Choisissez une structure capable de vous accompagner du prototypage à la production en série
Nous allons passer en revue les trois critères permettant de choisir un moteur, en précisant le contexte de chacun d’entre eux.
Choisir un moteur dont les caractéristiques correspondent à l’application
Le choix d’un moteur dont les caractéristiques correspondent à l’application constitue le point de départ du développement d’appareils médicaux. Les caractéristiques de rotation, le couple et les dimensions requis varient d’un appareil à l’autre, ce qui nécessite une optimisation en fonction de l’application. Voici un aperçu des principales applications et des exigences techniques correspondantes :
| Utilisation | Tendances en matière d’exigences techniques |
| Appareils de soins dentaires | Caractéristiques de fonctionnement adaptées aux plages de vitesse élevées |
| Endoscope | Taille compacte et entraînement à faibles vibrations |
| Robot d’assistance chirurgicale | Contrôle de position de haute précision et couple élevé |
Lors de l’optimisation des spécifications, il est indispensable de ne pas se limiter aux seules valeurs de vitesse de rotation et de couple, mais également de choisir le type de moteur en fonction de l’application. Des moteurs de structures différentes, tels que les moteurs sans noyau ou les moteurs à courant continu à balais, sont utilisés en fonction de leurs caractéristiques de fonctionnement respectives.Dans les robots d’assistance chirurgicale, les moteurs qui actionnent les endoscopes (caméras) ou les pinces jouent un rôle indispensable pour assurer un positionnement précis. C’est en évaluant minutieusement les caractéristiques de l’appareil que l’on peut choisir judicieusement le type et les spécifications du moteur, ce qui permet d’optimiser les performances du produit.
Vérifier la conformité aux normes internationales
La vérification de la conformité aux normes internationales constitue une étape indispensable dans le développement des dispositifs médicaux. Pour les appareils électriques à usage médical, la norme internationale CEI 60601-1 sert de base à la conception et définit les exigences relatives à la sécurité fondamentale et aux performances essentielles. Les principaux points requis par la norme CEI 60601-1 sont les suivants :
[Principaux points requis par la norme CEI 60601-1]
- Protection contre les risques électriques
- Protection contre les risques mécaniques
- Protection contre les risques liés à la température
- CEM (compatibilité électromagnétique)
- Maintien des performances de base
Bien que la norme CEI 60601-1 ne définisse pas les spécifications des moteurs pris isolément, le choix des moteurs destinés à être intégrés dans des appareils médicaux influe sur la conception globale de la sécurité de ces appareils, tant du point de vue de la protection contre les risques électriques et thermiques que de celui de la compatibilité électromagnétique (CEM) définie par la norme annexe CEI 60601-1-2.Par exemple, le choix d’une tension d’alimentation relativement faible peut parfois permettre de simplifier la structure d’isolation requise.Le moteur constituant également une source de chaleur dans les appareils électriques à usage médical, un entraînement à haut rendement s’avère efficace pour la gestion thermique. Le moteur et le circuit d’entraînement pouvant également être des sources de bruit, il est nécessaire, du point de vue des mesures de compatibilité électromagnétique (CEM), de vérifier leur type et leur mode d’entraînement. Le choix de spécifications tenant compte des exigences de la norme favorise l’obtention de la certification pour l’appareil dans son ensemble.
Choisissez une structure capable de vous accompagner du prototypage à la production en série
Le fait de choisir un partenaire capable de vous accompagner du prototypage à la production en série contribue à faciliter le déroulement du développement. Dans le domaine du développement des dispositifs médicaux, la collaboration avec un fabricant de moteurs capable d’assurer un accompagnement continu, de la phase de conception jusqu’à la production en série, s’avère efficace tant pour faire avancer le développement que pour garantir la qualité.Le fait de pouvoir consulter le fabricant dès les premières étapes du développement permet de procéder rapidement à l’ajustement des spécifications et à l’identification des problèmes, ce qui permet de limiter les retours en arrière lors des étapes ultérieures. Voici les éléments de soutien qu’il convient de vérifier auprès de votre partenaire :
[Nature de l’aide à vérifier auprès du fabricant]
- Propositions de spécifications à partir des produits standard
- Des solutions sur mesure adaptées à vos besoins
- Fourniture d’échantillons à des fins d’essai
- Accompagnement technique pendant la phase de développement
Dans le domaine du développement d’appareils médicaux et d’appareils d’analyse, une structure capable de prendre en charge l’ensemble du processus, depuis l’écoute des besoins jusqu’à la proposition de produits standard ou sur mesure, en passant par la fourniture de documentation et d’échantillons, facilite la réflexion des responsables du développement.Même lorsque les produits standard ne permettent pas de répondre aux exigences, un système permettant de proposer des solutions sur mesure adaptées à l’application permet de limiter les modifications de conception de l’appareil. Le choix d’un fabricant capable d’apporter le soutien nécessaire est un élément déterminant pour faciliter le déroulement global du processus de développement.
Résumé
Dans le domaine des dispositifs médicaux, les moteurs sont utilisés comme composants essentiels qui assurent le fonctionnement des appareils : ils permettent notamment l’entraînement rotatif des instruments de pointe des appareils dentaires, l’entraînement de précision des mécanismes de pointe des endoscopes et le contrôle précis du débit des pipettes électroniques.Les performances requises sont notamment une rotation fluide avec un effet de cogging réduit, une conception à longue durée de vie permettant un fonctionnement prolongé, ainsi qu’une miniaturisation permettant l’intégration dans des espaces restreints. Lors de la sélection, trois critères constituent les axes de décision : la conformité aux exigences d’utilisation, la conformité aux normes internationales, ainsi qu’une structure capable d’accompagner le client depuis le prototypage jusqu’à la production en série.Les moteurs sans noyau se caractérisent par une rotation fluide, pratiquement exempte de cogging grâce à leur structure dépourvue de noyau de fer, ainsi que par d’excellentes caractéristiques de réponse au démarrage et à l’arrêt. La société C.I. Takiron propose des micromoteurs destinés aux appareils médicaux, notamment des moteurs sans noyau. Si vous rencontrez des difficultés pour choisir un moteur destiné à un appareil médical, n’hésitez pas à nous contacter via le formulaire de contact.
Informations sur les produits et demandes de renseignements
Pour plus d’informations sur les micromoteurs de C.I. Takiron, veuillez consulter le site Web suivant.
- Site du produit : https://cik-ele.com/
- Moteurs sans noyau : https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Moteurs sans balais: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Moteurs à engrenages : https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Codeur: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Si vous rencontrez des difficultés pour choisir un petit moteur dans le cadre du développement de vos produits, n’hésitez pas à nous contacter via le formulaire de contact. Nos techniciens vous écouteront pour comprendre votre application et vos exigences, puis vous proposeront la solution la mieux adaptée.
- Contact : https://cik-ele.com/contact/
