對抗新冠急需每個泵浦

為了回應新冠疫情，Winnipeg 呼吸器計劃必須在設計和組件選擇方面做出一些重要選擇，尤其是針對機械泵浦中所使用的馬達。

面臨全球不斷增加的新冠確診案例，加拿大政府憂心忡忡地迅速查看了他們萬一在醫院病例過多時可用的呼吸器數量。儘管世界衛生組織（WHO）知道：近 80% 的人在感染病毒後會自行好轉；然而，患者一旦進入了醫院，他們需要呼吸器的可能性就會大幅上升。基本上，若要使用呼吸器，必須先為患者插管（將一條管子從聲帶旁邊插入呼吸道，然後再密封以確保空氣正確流動），才能將空氣送進肺部然後再抽出，就像正常呼吸一般，直到病患復原為止。鑑於全球的大量需求，各國正在努力縮小需要呼吸器的患者數量與可用呼吸器數量之間的差距。

第二代 Winnipeg 呼吸器（Winnipeg Ventilator 2.0，由 StarFish Medical 設計與製造）是一款用於緊急狀態的機械型呼吸器，目的是為了改善在目前已批准且已上市的呼吸器之外的供應情形，以防病例激增時超出正常用量。呼吸器必須非常靈活，以便能夠在不同時間支援不同的病患需求。例如，肺部可能非常僵硬或完全不僵硬，在這種情況下的氧氣需求量會有很大的差異。呼吸器也必須能多方面適用，以根據病患對治療的反應提供各種不同的模式和氧氣濃度。

Winnipeg 呼吸器系統採用手推車設計，並透過內建韌體以數位方式操作，使用者介面是由許多按鍵、旋鈕和開關組成。所測得的參數會顯示在類比和數位顯示器上，讓使用者能夠依據每個患者的需求來進行細微調整。這套設備可以監測呼吸潮氣量、呼吸道壓力、氧濃度和呼吸速率。此外，設備還提供許多警示功能，用於辨識測量值何時超出可接受的參數。在連續換氣的情況下，每個病患預期使用裝置的時間最長為 14 天。

第二代 Winnipeg 呼吸器的關鍵特色還包括：與中央式氧氣供應和氧氣瓶均相容、可使用環境空氣取代額外空氣供應，以及直覺化且易於使用的操作介面。使用者可以隨時使用所有參數和設定，不需複雜的設定要求。所有這些裝置都內建備用電池供電系統，且易於操縱和運輸。

很重要的是，StarFish Medical 必須能夠取得所需的組件數量——包括馬達——如此才能夠應付大量生產裝置過程中的需求。

馬達選擇

StarFish Medical 在過去許多專案中就採用了 maxon 的馬達，原因不僅是因為這些馬達效能非常高，而且還很可靠。每個型號的馬達都隨附大量的實用技術規格，讓客戶能夠快速地將選擇範圍縮小到幾個選項。也因此，這個專案的進度之快，以致於 StarFish Medical 團隊被迫在確定專案確切要求之前做出初步的馬達選擇。當時的主要目標是找到一顆可立即供貨且能提供足夠性能範圍的馬達，以確保獲得成功。

maxon 的技術支援部門在與 StarFish Medical 設計團隊的合作之下，根據應用條件和供應情形提出了一款無齒輪的無刷馬達，且能夠在短時間之內供應足夠的數量。透過韓國，StarFish Medical 的工廠產能也獲得保障，能夠滿足最初的需求規劃。 

為了使用無刷 DC 馬達而調整原始設計，為設計過程添增了一些有趣的挑戰。幸運的是，StarFish Medical 的團隊在這類調整方面已有經驗，因此能夠修改現有設計圖，輕鬆快速地實施轉換。或許是為了補償他們的設計能力，StarFish Medical 發現 maxon 電動馬達使用起來非常簡單。StarFish Medical 開發了專用軟體和硬體，以便能夠充分利用所選擇的馬達，而捨棄使用現成的標準選項。

經過嚴密的設計考量之後，StarFish Medical 為 Winnipeg 呼吸器專案選擇使用 maxon 的 EC-i 52 馬達。

呼吸器馬達的條件和運行方式

馬達驅動一個滾珠螺桿執行器來控制活塞位置，從呼吸氣為病患提供「呼吸」。StarFish Medical 團隊選用了一款 200 W 馬達，讓他們在轉矩和轉速變化方面有一定的機動性。應用要求包括 215 mm/s 的最大轉速、最大加速度 7.2 m/s2、0.05 s 最大轉速的加/減速變率，以及 1.5M～15M 的循環次數。使用時對於靈活度的要求之一是，如果呼吸器感應到患者不適，系統必須能夠非常快速地從吸氣行程轉換為呼氣行程。

StarFish Medical 最初訂購了 7,500 顆 EC-i52 馬達搭配 ENX 霍爾感應器（見圖）。由於其經過優化的磁環，這些馬達能夠提供非常高的轉矩密度，且頓轉轉矩非常低。多極內部轉子動態性能極佳。整體來說，馬達的設計堅固，採用鋼製法蘭和鋼製外殼，適用於工作週期長和需要高性能的多種應用中。

當供貨狀態成為主要因素時，為您的設計選擇正確的馬達可能有峰迴路轉之效。與具有產業相關經驗和專業知識並且重視供應狀態對你來說的重要性的合作夥伴共事，在做出能夠符合你的需求的選擇時，是一大關鍵因素。在 Winnipeg 呼吸器的例子中，maxon 能夠利用他們多年來與醫療公司合作所獲得的經驗和知識來提出建議，協助選出產品，以滿足 StarFish Medical 的迫切需求。