Entwurf und Aufbau einer bürstenlosen Gleichstrommaschine für ein Herzunterstützungssystem

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit dem Entwurf und Aufbau sowie der Regelung und der meßtechnischen Prüfung eines sensorlosen, bürstenlosen Gleichstrommotors mit Hohlwellenläufer und Hochenergiemagneten. Der spätere Einsatz der Maschine liegt im Bereich der Humanmedizin als Antriebsmotor für ein Herzunterstützungssystem. Dieses neuartige Unterstützungssystem ist zur Implantation für den Patientenkreis mit krankhaft erweitertem Herzmuskel (Kardiomyopathiepatienten) vorgesehen. Demzufolge ist ein möglichst hoher Wirkungsgrad bei kleinen Abmessungen der Maschine erforderlich. Zu berücksichtigen sind ferner die Betriebsparameter der Blutpumpe wie etwa die Drehzahl und die Abmessungen der Pumpe. Die Blutpumpe selbst ist getriebelos in der Hohlwelle des zu entwerfenden Motors zu fixieren und soll nach Angaben der Medizintechniker des Deutschen Herzzentrums Berlin direkt vom Blut des Patienten durchströmt werden. Nach einer kurzen Einführung zu bereits entwickelten Herzunterstützungssystemen und der Funktion des menschlichen Herzens wird der in der Arbeit durchgeführte Maschinenentwurf dargelegt. Hierzu werden zunächst Überlegungen zum Aufbau der Maschine angestellt. Davon ausgehend werden die verwendeten Maschinenentwurfsverfahren vorgestellt und der Magnetkreis der Maschine ausgelegt. Ebenso wird eine thermische Berechnung des Antriebsmotors durchgeführt. Im Anschluß wird die sensorlose, elektronische Steuerung des Motors vorgestellt. Im Gegensatz zu den sonst üblichen Verfahren können bei der angewendeten Methode trotz sensorloser Lagegebung alle Wicklungen der Maschine gleichzeitig bestromt werden, woraus ein maximales Moment bei gegebenem Kupfervolumen resultiert. Nach Auslegung einer geeigneten Regelung wird ein Gesamtaufbau bestehend aus dem entworfenen Motor, der Steuerung und der Regelung vorgestellt. Anhand des Aufbaus bildet eine meßtechnische Untersuchung sowie Prüfung der Maschine den Abschluß der Arbeit. Die gute Übereinstimmung zwischen meßtechnischem Befund und Rechnung bestätigt nochmals die Anwendbarkeit der verwendeten Theorie.