フレキシブルトランスを用いた人工心臓駆動用経皮的エネルギ-伝送装置の研究

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02671032
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 松木 英敏 東北大学, 工学部, 助教授 (70134020)
• Keywords: 人工心臓 / アモルファス / 経皮的伝送 / 電磁誘導 / エネルギ-伝送

Research Abstract

本研究は、直径10μm程度のアモルファス磁性線と導電性繊織とを組み合わせて厚さ数ミリメ-トルのトランスを開発し、体の動きにあわせられる柔軟性を保持しながら、電磁型人工心臓の駆動に必要と考えられている20W程度の電力を長時間伝送できる経皮的エネルギ-伝送装置を開発しようとするものである。
経皮的トランスは、皮膚をはさんで一次、二次コイルが相対する構成となるため、まず、トランスの製作に先立ち、前提となる開磁路構成に適した構造について検討し、渦巻状に配置した導電性繊維の片面にアモルファス線を放射状に分散配置することが適当であること、コイルの直径とアモルファス磁性線の直径との間には満足すベき関係が存在することなど、トランスの製作上、重要な事項について明らかにすることができた。
ついで、上記の検討結果に基づき、20Wの電力伝送の可能なトランスを設計し、体外におかれる一次側コイルの直径が80mm、皮下に埋め込まれる2次側コイルの直径が60mm、厚さ1mmのトランスを実際に製作した。
この試作トランスを用いて、5mmの空隙を介して20Wの電力を連続的に伝送できることを実証するとともに、伝送効率は90%を越えること、トランスの温度上昇は5度程度に抑えられること、一次コイルと二次コイルの相対的位置がずれた場合でも80%程度の出力は確保されることなど、伝送装置を実現する上で重要な伝送トランスとしてはほぼ所期の性能を満たしていることを示すことができた。
さらに、矩形波駆動も可能であり、回路的な工夫より、温度上昇は更に低減可能であることを明らかにすることができ、商用電源との接続に必要な変換装置についての設計指針を得ることができた。

Research Products

• [Publications] Hidetoshi Matsuki: "Flexible transcutaneous transformer for artificial heart system" IEEE Transactions on Magnetics. 26. 1548-1551 (1990)
• [Publications] 松木 英敏: "人工心臓駆動用経皮的エネルギ-伝送コイルの設計に関する検討" 日本応用磁気学会誌. 15. (1991)
• [Publications] 椎木 元晴: "非接触伝送コイルの設計に関する二、三の考察" 平成2年度電気関係学会東北支部連合大会講演論文集. 197 (1990)
• [Publications] 松木 英敏: "人工心臓駆動用経皮的エネルギ-伝送コイル" 第14回日本応用磁気学会学術講演概要集. 425 (1990)