電磁界数値解析による高齢者用医療機器システムの最適設計および実用化に関する研究

基于电磁场数值分析的老年医疗器械系统优化设计及实际应用研究

• 批准号: 11750240
• 负责人: 若尾 真治
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750240/
• 关键词: 磁気刺激; 渦電流; 電磁界数値解析; 最適化設計; 最適設計

近年、社会の高齢化に伴い尿失禁患者が急増しており、その治療法の確立が急がれている。現在用いられている電気刺激療法は電気刺激による肉体的な痛みを伴う欠点があるため、最近、磁気刺激療法による治療が脚光を浴びている。この磁気刺激医療装置の実用化を達成するには、生体内の所望の部位において治療効果を上げるのに十分な大きさの渦電流を発生させるという制約条件下で、いかにして機器の電源容量を小容量化するかが最大のポイントとなる。本研究課題では、限られた電源容量下で最大の治療効果をもたらす生体内渦電流分布の形成を目標として計算機を用いた電磁界数値解析に基づく磁気刺激尿失禁医療装置の最適化設計を行い、その実用化を試みた。本年度では、前年度の「変動磁場発生コイルの断面形状・湾曲構造の最適化、および複数の独立コイルによる磁気刺激システムの構築」で得られた結果をさらに展開し、「複数コイルと磁性材料の併用による高効率な磁気刺激システムの構築・最適化」を検討した。一般に用いられている空芯の変動磁場発生コイルに対し適切に磁性材料を挿入、複数のコイルと結合させることを試み、形成可能な生体内渦電流分布の自由度を一層増加させることに成功した。具体的には、3次元電磁界解析と最適化手法を組み合わせることで磁性材料の最適な分布を探索し、同一電源容量下で単一コイルを使用した場合と比較して、特定の生体内刺激部位に発生する渦電流密度のピーク値を倍以上に増やせることを明らかにした。また、電磁界の3次元解析を行う際に複雑な外部回路の考慮方法を詳細に検討し、特に電源として外部回路内に蓄電池を導入した場合を視野に入れ、蓄電池充放電特性の高精度なモデル化手法を提案し、その妥当性を実験値と計算値の比較により明らかにした。

In recent years, due to the high social development, urinary incontinence patients have been rapidly increasing, and the establishment of treatment methods has been rapidly increasing. Now use electrical stimulation therapy to stimulate the body's pain and pain. Recently, magnetic stimulation therapy is used to treat foot light. The application of magnetic stimulation medical devices can be achieved by increasing the therapeutic effect at desired locations within the organism, by increasing the generation of eddy currents, and by reducing the power supply capacity of the machine to a maximum under restricted conditions. The purpose of this study is to optimize the design and implementation of medical devices for urinary incontinence caused by magnetic field stimulation by analyzing the electromagnetic boundary value of computer. This year, the results of "Optimization of cross section shape and curved structure of dynamic magnetic field generation tube, construction of multiple independent magnetic field stimulation system" and "Optimization of construction of high efficiency magnetic field stimulation system for combination of multiple magnetic field generation tube" were discussed. In general, the dynamic magnetic field generated by the hollow core is suitable for the magnetic material, and the degree of freedom of the eddy current distribution in the body is increased by one layer. Specific three-dimensional electromagnetic field analysis and optimization methods are combined to explore the optimal distribution of magnetic materials. Under the same power supply capacity, the eddy current density generated in specific stimulating parts of the organism is increased by more than twice. 3-D analysis of the electromagnetic field, consideration of the external circuit, detailed discussion, special power supply, introduction of the battery into the external circuit, field of view, high-precision analysis of the battery charging characteristics, comparison of the calculation value, and comparison of the calculation value.

项目成果

S.Wakao: "Design optimization of axially laminated rotors for synchronous reluctance motors"Journal of Applied Physics. 87・8(掲載決定). (2000)

S.Wakao：“同步磁阻电机的轴向叠片转子的设计优化”应用物理杂志87・8（出版）。

S.Wakao: "Design optimization of axially laminated rotors for synchronous reluctance motors"Journal of Applied Physics. 87・9. 6298-6300 (2000)

S.Wakao：“同步磁阻电机的轴向叠片转子的设计优化”应用物理杂志87・9（2000）。

小貫 天: "光ファイバ終端機器用太陽光自立電源システムの開発"電気学会論文誌D. 120・5(掲載決定). (2000)

大贯十：“光纤终端设备的太阳能独立供电系统的开发”日本电气工程师学会会刊D.120・5（决定出版）（2000年）。

K.Tatematsu: "New approaches with sensorless drives"IEEE Industrial Application Society Magazine. 6・4. 44-50 (2000)

K. Tatematsu：“无传感器驱动的新方法”IEEE 工业应用协会杂志 6・4（2000 年）。

K.Tatematsu: "Sensorless permanent magnet synchronous motor drive with reduced order observer"IEEE Industrial Application Society Magazine. 6・4(掲載決定). (2000)

K. Tatematsu：“具有降阶观测器的无传感器永磁同步电机驱动”IEEE 工业应用协会杂志 6・4（已决定出版）。