2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of high frequency oscillation ventilation motor using linear oscillatory actuator
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20K20252
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| Research Institution | Tokyo University of Technology |
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Principal Investigator |
島峰 徹也 東京工科大学, 医療保健学部, 助教 (10842015)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | アクチュエータ / リニア振動アクチュエータ / LOA / HFOV / 高頻度振動換気 / VCM / ボイスコイルモータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在臨床で使用している高頻度振動換気(HFOV)用人工呼吸器は、ボイスコイルモータ (VCM) を採用している。まずはHFOV用人工呼吸器の駆動部であるVCMの特性を明らかにするために、電磁解析ソフトウェアJMAGを用いて、VCMの3次元有限要素シミュレーションモデルを作成した。しかし3次元モデルは計算コストが多く解析に時間を要したため、円筒座標法による軸対称2次元シミュレーションモデルも併せて作成した。その後、株式会社メトランよりHFOV用人工呼吸器の実機を借用して、ロードセルを用いた実機での静推力の測定を行い、シミュレーションモデルと実機での静推力特性の比較を行った。静推力特性の比較より、3次元シミュレーションモデルの推力定数が9.9[N/A]、実機の推力定数が10.0[N/A]と、推力定数がほぼ一致することを確認し、解析の妥当性が得られたと判断した。
次に、作成したVCM軸対称2次元シミュレーションモデルを用いて、動推力特性のシミュレーションを行った。入力電流は15[Hz]の正弦波電流とし、正弦波電流の振幅値はHFOV用人工呼吸器実機の1回換気量設定10～60[mL]に対応する電流値を元に規定した。シミュレーションの結果、最大振幅9.3[A]で最大100[N]を超える動推力特性が示された。VCMの動推力特性をシミュレーションすることができたため、この動推力特性を目標として小型化・高出力化のリニア振動アクチュエータ(LOA)を開発することとした。
LOAの設計は、1個の励磁コイル(電磁石)により可動体の往復運動が可能で、両方向に同一の推力を発生させる機構である、単巻線形LOAにて開発を行うこととした。各寸法パラメータでの動推力特性のシミュレーションを実施し、今後最適なLOAを設計していく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は高頻度振動換気(HFOV)用人工呼吸器のリニア振動アクチュエータ(LOA)を設計する前段階として、現行使用されているボイスコイルモータ(VCM)の静推力特性、動推力特性を確認し、目標の設定をすることができた。2021年度の目標であるLOAの設計に関しても検討を始めることができたため、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
リニア振動アクチュエータ(LOA)の動推力の最大値についてはシミュレーションを重ねて達成しつつあるが、少ない1回換気量設定での動推力では既存のボイスコイルモータ(VCM)のような推力を出すことができていない。今後設計を繰り返し、少ない1回換気量の設定でもVCMのような推力を保つことができる寸法、仕様を決定していく。
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| Causes of Carryover |
2020年7月14日～17日にマレーシアのマラッカで開催予定であったThe Asia-Pacific Symposium on Applied Electromagnetics and Mechanics(APSAEM)が新型コロナウィルスの関係で2年延期となってしまい、旅費として使用であった金額を使用しなくなったため。未使用額361,800円は2022年に開催されるAPSAEMにて使用予定である。2021年度はHFOV用人工呼吸器の換気量を測定するためのフローアナライザや論文掲載費に使用する予定である。
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