より優れた蠕動ポンプを構築する方法

ダフネ・アレン 2023 年 8 月 10 日

蠕動ポンプは広範囲の流体を輸送できるため、これらのポンプはさまざまな業界で使用できます。 Portescap のビジネス開発マネージャーである Dave Beckstoffer 氏によると、その一例は医療用輸液ポンプであり、リニアまたはロータリー蠕動駆動を使用して薬剤や栄養を送達することができます。 「蠕動運動はモーターによって駆動され、リニア蠕動ドライブのカムフィンガーを作動させたり、回転蠕動ドライブのローラーを回転させたりします」とベックストファー氏はMD+DIの姉妹誌であるDesign Newsに語った。

このようなポンプは、効率を高めたり寿命を延ばしたりできる材料を選択することで改善でき、それによってポンプの消費電力が削減され、メンテナンスや交換の前にさらに長い時間作動できるようになると彼はさらに説明します。

より優れた蠕動ポンプを構築するために、ベックストファー氏にさらにいくつかの質問をしました。

ベックストファー:蠕動ポンプには他のタイプのポンプに比べて長所と短所があり、ダイヤフラムはその一例です。 蠕動ポンプは、容積式の利用に基づいて、広範囲の流体および粘度を処理できます。 チューブの直径は変更できるため、アプリケーション要件に基づいた設計オプションが提供されます。 欠点は、時間の経過とともにチューブが摩耗して疲労が生じ、流量に影響を与えたり、交換が必要になる可能性があることです。

ベックストファー:蠕動ポンプは、線形技術と回転技術の両方を使用して、エンジニアが開発中のデバイスの流れを最適化することを可能にします。 容積移動動作は薬剤や栄養の送達に適しており、デバイスに幅広い流量を提供します。 主な課題は、デバイス全体のサイズに対するポンプ駆動システムのサイズの最適化です。 追加の設計上の考慮事項には、薬物または栄養素を適切に送達するためのチューブ直径の選択や、デバイスの寿命にわたって適切な送達を保証するための経時的な磨耗の最小化が含まれます。

ベックストファー:モーターの選択は、ペリスタルティックポンプの機能にとって重要な要素です。 モーターは直線または回転蠕動運動を駆動するため、モーター技術と性能サイジングを適切に選択することで、最適なポンプ動作が保証されます。 モーターは、ローラー位置間のスムーズな動作を提供しながら、ローラー位置の最大値でのピークトルクを処理し、蠕動ポンプの速度とトルクプロファイルに対応する必要があります。 ポンプがバッテリで動作する場合、バッテリの充電または交換までの長時間の動作を保証するために、モータの効率が主に考慮されます。

ベックストファー:速度とトルクの制御は、選択したモーター技術の種類 (DC、ブラシレス DC (BLDC)、またはステッパー) によって異なります。 速度制御の場合、パルス幅変調 (PWM) を使用して DC を制御し、供給中に希望の速度を達成するために電圧を変化させます。 BLDC 制御は、速度制御にホール センサーを使用する電子機器によって実現されます。 ステッパーは、制御システムからのパルス列入力に基づいて速度を実現します。 3 つのテクノロジーはすべて、最終システムでのテストを通じて理想的に達成される最適化方法を備えています。

モーターのトルク出力は、直径と長さの選択、および動作時の電力入力に基づいて決まります。 重要なのは、主動作サイクルの出力を最適化しながら、ピークトルクを達成できるようモーターを適切なサイズに設定することです。

DCT 高トルク モーターは発熱が少ないため、寿命と信頼性が向上します。

ベックストファー:効率は、モーター自体やポンプ要因 (チューブ直径、ローラー直径など) を含むいくつかの要因によって決まります。 これらの要素を調整するには、ポンプ設計者とモーターサプライヤーのエンジニアが協力してこれらの要素のバランスを取る必要があります。 モーターの観点から見ると、DC およびブラシレス DC テクノロジーはステッパーよりも高い効率を実現します。 駆動入力に合わせてコイル巻線を調整すると、動作中に最高の効率が得られます。