의료 장비 또는 실험실 자동화에 적합한 Faulhaber 소형 모터

코로나 팬데믹으로 인해 소형 모터가 산업용 외에 다른 응용 분야에 많이 이용되고 있다. 소형 모터는 특성상 의료 기술이나 실험실에도 적합하다. Faulhaber가 어떤 모터가 어떤 사례에 유용한지 소개한다.

엘렌-크리스틴 라이프(Ellen-Christine Reiff): 프리랜서 전문 편집인.

공학박사 안드레아스 제겐(Andreas Seegen): Dr. Fritz Faulhaber GmbH 마케팅 매니저

핵심 내용

  • BXT 시리즈의 브러시리스 팬케이크 모터와 같은 Faulhaber 소형 모터는 의료 장비 및 실험실 자동화의 까다로운 요건을 충족한다.
  • 소형 모터는 제어가 우수하고, 작은 크기로 성능 밀도가 높으며, 수명이 길고 안정적으로 작동한다. 또한 작동 시 코깅이 없고 에너지 효율적이다.
  • Faulhaber는 소형 모터가 호흡기와 자동화된 분석 장비에서 어떤 역할을 하는지 보여준다.

코로나 바이러스의 확산을 방지하기 위해, 전 세계적으로 많은 조치들이 매우 극단적인 방법으로 취해지고 있다. 또한 검사를 빠르게 진행하고 해독제나 백신을 연구하기 위해 실험실 역량 및 분석 역량을 확충하는 것도 중요해졌다. 하지만 병원에서 환자를 돌보는 의료 인력을 보호하는 것도 공백이 없어야 하고, 환자를 위한 호흡기도 안정적으로 작동해야 한다. 호흡기와 같이 생명과 관련된 중요한 시스템은 EN ISO 9001과 14001에 따른 높은 표준 외에, 의료기에 사용하기 위한 EN ISO 13485에 인증된 구동 시스템이 필요하다. Faulhaber의 구동 시스템은 인공호흡기나 실험실 자동화 장비에 사용되고 있으며, 이런 시스템을 Faulhaber가 개발하고 생산하고 있다.

호흡기: 보다 정숙하고 보다 동적으로

전 세계적으로 인공호흡기 수요가 크게 증가하고 있다. 하지만 여기에 사용되는 모터는 까다로운 요건을 충족해야 한다. 인공호흡기 제조사들의 입장에서 공기 흐름 제어와 관련하여

  • 우수한 속도 조절성,
  • 무진동 및 정숙한 작동,
  • 안정적인 무정비 작동이 매우 중요한 역할을 한다. 브러시리스 DC 서보모터와 흑연 브러시 DC 소형 모터는 이러한 요건을 우수하게 충족한다. 또한 이들은 낮은 관성 모멘트로 높은 동역학을 제공하고 빠른 속도를 구현한다.

흑연 브러시로 정류되는 DC 모터는 직경 13 ~ 38mm로 제공되고, 광범위한 고해상 인코더, 정밀 기어 및 컨트롤러 등의 표준 구성 요소를 선택할 수 있다. DC 서 보모 터 시리즈는 다양하다. 예를 들어, BXT 팬케이크 모터는 특이하게 축 방향으로 짧게 제작된다. 특수한 권선 기술과 최적화 설계로 모터 자체 길이는 14, 16, 21mm에 불과하지만, 직경 22, 32, 42mm로 최대 134mNm의 토크를 제공한다. 정확한 속도 제어를 위한 경우와 포지셔닝 정확도에 대한 요건이 까다로운 경우, 자성 인코더나 스피드 컨트롤러를 인클로저로 밀봉한 모터에 완전히 통합할 수 있다. 이런 경우 모터 길이는 6.2mm 정도 길어진다. GPT 시리즈의 금속 유성 기어 역시 짧은 디자인과 높은 토크 그리고 수많은 기어비를 최대한 정밀하게 구분하는 것이 특징이다.

BXT 모터는 동일 등급의 다른 모터에 비해 강한 토크를 제공한다.

보호 장구에 효율적인 소형 모터

코로나 바이러스는 비말 감염을 통해 확산되기 때문에, 개인 보호 장구에서 호흡 보호구가 중요한 역할을 한다. 밀폐된 PAPR 시스템(Powered Air-Purifying Respirator)은 의료 종사자를 효과적으로 보호한다. 팬을 통해 공기를 걸러주는 휴대형 호흡 시스템인 PAPR은 사용자의 폐활량에 의존하는 기구보다 편안하게 숨을 쉴 수 있다. 또한 공기를 일정하게 공급하기 때문에 호흡이 힘들지 않다. 이에 적용한 모터는 강력해야 하지만, 휴대형에 장착되는 경우 가볍고 컴팩트해야 하며, 배터리 모드로 효율적으로 작동해야 한다. 따라서 앞서 언급한 BXT 팬케이크 모터가 이런 경우에 매우 좋은 해법이 되고 있다. 이러한 적용 범위에 금속 정류 방식의 DC 소형 모터도 적합하다. DC 소형 모터는 컴팩트한 디자인으로 높은 성능 밀도를 제공하며 수많은 응용 사례에서 내구성이 입증되었다. 6 ~ 26mm의 직경으로 제공되며, 코깅 없이 작동하며, 소비 전류가 낮고 특히 매우 가볍다.

실험실 자동화의 역동성과 정밀성

코로나19와의 전쟁에서 중요한 요소는 검사 능력의 확장이다. 테스트를 실시할수록 바이러스에 대해 더 많이 알 수 있다. 코로나 감염을 인식하는 가장 확실한 테스트는 PCR 검사(Polymerase Chain Reaction)이다. 이 검사는 매우 까다롭기 때문에 처리량이 많은 자동화된 실험실이 필요하다. 이런 실험실에는 길이 방향 포지셔닝과 회전 포지셔닝을 위한 소형 서보모터가 필요하다. 소형 서보모터에는 무엇보다 높은 동역학과 정밀성이 중요하다. Faulhaber의 DC 소형 모터와 엔코더가 통합된 벨 타입 모터는 의료 검사 실험실과 연속적으로 사용되는 환경에서 이러한 요건을 충족한다. 개별 분석기들 사이에서 샘플을 운반할 때에도 소형 모터가 유용한 것으로 입증되었다.

샘플을 이리저리 옮기는 소형 운반 캐리지의 구동력은 브러시리스 직류 모터, 이른바 박막 프로파일 모터(thin profile motor)이 적합하다. 이 모터는 높은 신뢰성과 긴 수명을 위해 설계되었고, 마모에 대한 우려 없이 자동 분배 시스템에 장착하여 수 킬로미터에 걸쳐 사용할 수 있다. 또한 매끄럽고 코깅 없는 작동 특성이 있어 개방된 혈액 샘플을 운반할 때에 특히 유용하다.

플라스틱 트랙 상에서 소형 캐리지가 샘플을 싣고 전자동으로 각 분석 스테이션으로 이동하고 있다.

자동 분석기를 위한 빠른 모터

중환자실이나 응급실 또는 외래 진료 등에서는 빠른 결정을 내릴 수 있도록 검사 결과가 실시간으로 나와야 한다. 이런 경우 POC 진단(Point-of-care, 현장 진단)이 필요하다. 이 진단으로 심장 효소 및 혈액 수치와 같은 매개변수를 현장에서 파악하고, 코로나 바이러스 같은 병원체를 도말 PCR로 증명할 수 있다. 해당 분석기는 거의 자동화되어, 테스트 스트립을 사용하는 데에 사용자가 개입할 필요가 없다. 이러한 응용 사례에 대한 모터는 콤팩트해야 하고 신속해야 한다. 따라서 흑연 정류 또는 금속 정류의 DC 소형 모터가 제격이며, 스테퍼 모터가 안성맞춤이다. 스핀들, 구동 샤프트의 고객 맞춤 피니언 그리고 UL 호환 케이블을 사용하여 응용 사례에 완벽하게 대응할 수 있다.

POC 분석: 콤팩트하고 신뢰성 있는 모터가 적합하다.

휴대용 측정기의 경제적인 포지셔닝 모터

전 세계적으로 국경 또는 공항 등에서 비접촉 이동식 체온 측정법으로 적외선 체온계가 이용되고 있다. 적외선 체온계의 렌즈는 검출 대상인 사람의 열에너지를 검출기에 집중시키고 이와 관련된 열 복사가 전기 신호로 변환하여 대상자의 체온을 이미지 또는 수치로 표시하여 즉각 확인할 수 있다. 스테퍼 모터는 이러한 이동식 측정기에서 팬/틸트 조정, 확대/축소, 포커스 또는 보정 시 셔터 제어를 통해 적외선 카메라에 적합한 것으로 입증되었다. 이 모터는 인코더 없이 매우 정밀하게 위치를 지정한다. 이로 인해 경제적인 포지셔닝 드라이브를 구현할 수 있으며, 초점을 맞출 경우 방향을 빠르게 변경할 수 있다. 이처럼 Faulhaber는 인간의 행복을 위해 의학 기술, 연구 분야 및 실험실 기술을 한 단계 발전시키고 있다.