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直线步进电机在全自动生化分析仪上的应用 |
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作者：海顿电机（常州）有限公司 |
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摘要：文章通过对全自动生化分析仪中加样系统进行深入分析，对比传统加样系统的传动方式，从精度、效率、寿命和综合成本等方面详细阐述了直线步进电机的特点和优势，提出了对现有加样系统设计缺陷的合理改进，从而设计出具有优越性能且符合市场需求的产品。
关键词：生化分析、加样系统、线性运动、直线步进电机，
引言
生化分析仪是临床诊断中常用的重要仪器之一, 随着医学科学的进步，生化分析仪由手工操作进入机械化、自动化阶段。自动生化分析仪具有精度高、重复性好、功能齐全、测试项目多等特点，还有快速、简便、微量等优点，在实验室和临床检验中得到了广泛的应用。目前在国内全自动生化分析仪市场上，虽然国产品牌正迎头赶上，但仍旧是国外产品占主导地位，究其原因主要是国产品牌在可靠性和自动化程度上还有一定差距。直线步进电机是应用于自动生化分析仪加样系统中的有别与传统传动方式的一项专利技术产品，它能够在实现精确加样和自动装载的同时保证系统的高寿命和高可靠性。
直线步进电机在自动生化分析仪上的应用
自动生化分析仪是把临床生化分析的取样,加试剂,去干扰,混合,保温反应,检测,数据处理,结果显示和输出，以及清洗等实验操作步骤实现自动化操作的仪器。
自动生化分析仪的自动加样、取样功能是通过其加样系统来实现的。加样系统中的机械执行机构一般包括：悬臂机构和驱动机构。国内目前的驱动机构一般采用旋转步进电机与传动机构诸如：同步带、齿轮齿条，滚珠丝杆之类；传动机构与悬臂机构相连，从而实现自动加样取样功能。滚珠丝杆缺点是体积大，成本高，对机构调校要求高，而且滚珠丝杆一般螺距较大，造成机构分辨率不高。而其他传动方式的缺点在于精度不高，再就是噪音比较大，最关键的是寿命无法保证，从而影响了产品的整体质量和档次，与国外同类产品的竞争中处于不利地位。
图1 传统传动方式结构复杂，综合成本高
而直线步进电机以其高精度，高可靠性弥补以上缺陷的同时实现了自动生化分析仪的精确加样，自动装载。
下图是直线步进电机在生化分析仪加样臂上的典型应用
图2 直线步进电机结构简洁，便于整体设计
由于直线步进在电机内部实现旋转运动到直线运动的转换，使悬臂机构与电机直接连接，在做到机构尽量精巧简洁的同时，无须中间传动环节的机械机构使其能够做到更高精度，更高效率以及更高寿命。
更简洁：直线步进电机的在结构上的特性带来了它在使用上的便利。事实上，直线步进电机之所以在自动生化分析领域有如此成功的应用，原因是其简洁、精确、灵敏高可靠性的特点完美的契合了自动生化分析仪对线性运动控制性能要求。
更高精度：直线步进电机采用Acme螺杆传动，螺杆一次碾压成型，传动精度可以做0.0005mm/mm，最高分辨率可达0.0015mm。此外为了达到更高精度，可以配上反向消隙螺母，它能够消除背隙，达到更高的传动精度。
更高效率：与齿轮齿条传动或者同步带传动等自动生化分析仪中常用的传动机构相比，直线步进电机无疑有着更高的传动效率。首先是其Acme螺杆与一般的V形螺纹相比，其29度牙形角效率更高，并且由于它专门为传动设计，所以表面光洁度、螺距精度以及公差都不是V形螺纹可以比拟的。
图3 Acme螺纹和V形螺纹对比
更高寿命：由于作为直线步进电机专利结构设计（专利号中国ZL200330102644.4， 美国 6.932，319），以及专业化的线性传动制造工艺保证整体机构的高寿命，另外其自润滑的螺母材料和高质量的螺杆加工工艺，也为其提供高寿命保证。事实上，在正常负载条件下，电机至少能达到500万次循环的寿命。
直线步进电机技术简介
步进电机是由磁性转子铁芯通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动，直线步进电机在电机内部把旋转运动转化为线性运动。直线步进电机，或称线性步进电机，首先出现在美国1968年的第3，402，308号专利上，是颁发给William Henschke的，从此以后，直线步进电机被广泛应用于包括制造、精密校准、精密流体测量、精确位置移动等诸多高精度要求领域。
直线步进电机的基本原理是采用一根螺杆和螺母相啮合，采取某种方法防止螺杆螺母相对转动，从而使螺杆轴向移动。一般而言，目前有两种实现这种转化的方式，第一种是在电机内置一个带内螺纹的转子，以转子的内螺纹和螺杆相啮合而实现线性运动，第二种是以螺杆作为电机出轴，在电机外部通过一个外部驱动螺母和螺杆相啮合从而实现直线运动。这样做的结果是大大简化了设计，使得在许多应用领域中能够在不安装外部机械联动装置的情况下直接使用直线步进电机进行精密的线性运动。 
图4 一个典型的固定轴直线步进电机示意图
由与螺杆相比，驱动螺杆的螺母显得更为重要，直线步进电机采用的是青铜注塑内螺纹转子，这种综合考虑了物理稳定性和润滑性能的专利产品，在具有低摩擦系数的同时又有相当优异的热膨胀性能。两方面的优异性能，保证了直线步进电机的高寿命。下图是以青铜材料为参照的电机寿命曲线。
图5 电机寿命曲线图
直线步进电机在国内的成功应用
目前国内专业生产直线步进电机的厂商并不多，海顿电机（常州）有限公司是目前国内唯一专业生产直线步进电机的厂家，公司成立以来一直都致力于优化客户的线形运动解决方案，提高客户的产品性能。尤其是在是在生化分析领域，海顿电机更是以其优异的性价比，良好的售后服务和强大的技术支持为客户所称道。同时海顿客户化定制的产品完全做到了针对生化分析仪量身定做，从而为设计工程师提供了更大的设计空间，为客户提升产品的综合性能提供了良好的先行条件。海顿电机结构简洁、免维护、高寿命的特点使其具有更低的综合成本使其迅速在生化分析领域被接受，优异的性能使其在应用中得到广泛的认可和赞誉，而海顿素来为人称道的售后服务使其在市场上不断开拓进取。
海顿扎根中国市场三年多以来迅速以绝对优势占领了相关应用领域的市场份额，与国内外多加知名厂家建立了良好的合作关系，如深圳迈瑞、南京英诺华等。此外海顿还长期与国内多叫名牌院校和科研院所建立合作关系，为推动国内该产业的进步作出自己的贡献。(end)
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(12/28/2007) |
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