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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Homopolar-consequent integrated type 5-DOF self-bearing motor for biventricular assist device

Research Project

Project/Area Number 16K06173
Research InstitutionIbaraki University

Principal Investigator

松田 健一  茨城大学, 工学部, 准教授 (30302326)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 近藤 良  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (90186867)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords磁気浮上 / 磁気軸受 / セルフベアリングモータ / ホモポーラモータ / 両心補助人工心臓
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、両心補助人工心臓に適用可能な、小型で高い安定性を有し、両心を独立に駆動可能な5軸制御セルフベアリングモータを開発する。一つのモータで左心、右心の流量を独立に増減させる場合、ポンプ回転数の増減に加え、左心と右心のポンプに連結したシャフトを軸方向に移動させポンプの2次流れを変化させることにより流量を調整する。したがって、開発するモータは、軸方向のサーボ機能を有する必要がある。そのため、軸方向制御に新方式のアキシャル磁気軸受を導入し、ホモポーラモータの中央部に一体化して配置する構造を採用し小型化と5軸制御の高性能化を実現する。
これまでの実験において、回転速度3500rpmにおけるモータ効率が52%を示し、単純なホモポーラ型に対し約1.5倍の効率改善を確認するとともに、軸方向を受動安定性によるフリーな状態で径方向の4軸制御による浮上回転実験を行い、3000rpmにおける最大変位が0.012mmと高い安定性を示すことを確認した。
最終年度は、本研究の最も重要なポイントである軸方向の受動安定特性およびサーボ制御特性について解析と実験を行った。その結果、受動安定支持のためのバネ剛性が0.33N/mmという良好な値を持つことを確認した。さらに、軸方向に0mmから0.5mmまで0.1mm間隔で位置指令を与える、5軸制御サーボ特性実験を行った。回転数3000[rpm]、軸方向変位 0.5[mm]において、径方向の最大変位が0.0146mmであり、軸方向変位を与えても高い安定性を示すことを確認した。以上の結果より、本研究で提案したホモポーラ・コンシクエント統合型5軸制御セルフベアリングモータが、両心補助人工心臓ポンプとして十分に適用可能な高い性能を有することを確認した。

  • Research Products

    (8 results)

All 2019 2018

All Journal Article (4 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] 人ホモポーラ・コンシクエント統合型5軸制御セルフベアリングモータに関する研究2019

    • Author(s)
      松田健一
    • Journal Title

      第46回磁気軸受のダイナミクスと制御研究会&第8回磁気浮上・磁気支持に関するITC応用技術調査専門委員会合同研究会講演資料集

      Volume: - Pages: 1-10

  • [Journal Article] Development of Compact and High Torque 16 Pole 18 Slot Motor for Power Assist Legs2018

    • Author(s)
      Yohji Okada, Kazuto Anto, Ken-ichi Matsuda, Ryou Kondo
    • Journal Title

      The Asia-Pacific Symposium on Applied Electromagnetics and Mechanics

      Volume: - Pages: 22-23

  • [Journal Article] 小型歩行補助ロボット用高効率モータの開発2018

    • Author(s)
      岡田養二、 安東和人、松田健一、 近藤良
    • Journal Title

      第30 回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集

      Volume: - Pages: 580-583

  • [Journal Article] ホモポーラ・コンシクエント統合型5軸制御セルフベアリングモータに関する研究2018

    • Author(s)
      松田健一、鈴木力、近藤良、増沢徹
    • Journal Title

      Dynamics and Design Conference 2018講演論文集

      Volume: - Pages: 1-12

  • [Presentation] 人工心臓ポンプに適用可能な5軸制御セルフベアリングモータの開発2019

    • Author(s)
      松田健一
    • Organizer
      日本機械学会、電気学会
  • [Presentation] Development of Compact and High Torque 16 Pole 18 Slot Motor for Power Assist Legs2018

    • Author(s)
      Yohji Okada
    • Organizer
      The Asia-Pacific Symposium on Applied Electromagnetics and Mechanics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 小型歩行補助ロボット用高効率モータの開発2018

    • Author(s)
      岡田養二
    • Organizer
      日本AEM学会
  • [Presentation] ホモポーラ・コンシクエント統合型5軸制御セルフベアリングモータに関する研究2018

    • Author(s)
      松田健一
    • Organizer
      日本機械学会

URL: 

Published: 2019-12-27  

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