2018 Fiscal Year Research-status Report
磁気浮上・流体機械システム融合による小児用人工心臓用磁気浮上モータの超小型化
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16K18036
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
長 真啓 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (30735105)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | モータ磁気回路 / 改良型磁気浮上モータ / 血液適合性評価 / 急性動物実験 / 低消費電力化 / 小型化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H29年度に，モータの高支持力化，高トルク化，低消費電力化を目指して磁気回路の改良設計を行い，H30年度に改良モータ試作機，遠心ポンプを組み合わせて，水中，グリセリン溶液中，血液中と様々な粘性を持つ流体を用いてモータ動特性の評価を行った．改良モータの発生支持力，トルクが増強されたことにより，浮上インペラを磁気浮上回転させたときの振動抑制性能（おおよそ半分程度の振動振幅：軸方向振動振幅が30μm以下，径方向軸周りの傾き角度が0.3°以下に抑制可能）および消費電力（最大13 Wであった入力電力を6 W程度まで削減）が格段に向上された．特に，グリセリン水溶液（血液の粘度を模擬）や血液中においては，粘性減衰が働き，振動抑制性能が向上することを確認した．現在，強制加振や周波数応答特性評価を継続して実施中である．開発モータはおおよそ200 Hzまでのバンド幅を持っているが確認できている．本試験が完了次第，モータ小型化設計に移行する．
H31年度の研究内容に先駆けて，溶血試験等の血液適合性評価を行った．高流量補助時にモータ発熱が起こると溶血を惹起する可能性が示唆されたため，モータの更なる低消費電力化を目指し，圧粉磁心をコア材料に用いた磁気浮上モータの製作を行った．コア材料を変更したモータは鉄損を大きく低減可能であり，効率は20％程度から最高で40％まで増加した．磁性材料変更に伴い，コアの磁気特性は若干低下するため，本モータで十分な磁気支持が可能であるか現在評価中である．
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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
計画通り，作動流体を水，グリセリン水溶液（血液の粘度を模擬），血液を使用して，磁気浮上ポンプを駆動させ，ポンプ駆出時の動的な磁気支持性能の評価を概ね終了している．また，空気中において周波数応答特性の測定を完了しており，残るは流体粘性が働く状況での試験のみとなっている．また，血液適合性の評価として溶血試験を行い，開発ポンプの溶血量が少ないこと，エネルギー消費を抑える必要があることを明らかにした．本結果を受けて，磁気浮上モータのコア材料を純鉄無垢材から圧粉磁心に変更し，低消費電力化についても検討，対策を始めている．
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| Strategy for Future Research Activity |
コア材料を変更した磁気浮上モータの動特性，消費電力の評価を行う．周波数応答試験を継続して流体粘性の影響を調査する．性能向上した磁気浮上モータの磁気支持性能が犠牲になる可能性があるが，本モータをどこまで小型化できるかを明らかにする．最終的に，磁気浮上型小児用人工心臓としての評価を行う．
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| Causes of Carryover |
H29年度に設計した改良型磁気浮上モータの性能評価，周波数スイープによる磁気浮上制御系の周波数応答解析を行い，開発したモータの磁気支持性能向上，高トルク化の実証を行った．また，最終年度の血液適合性試験の予備実験を行い，モータ発熱抑制が必要であることが分かったため，コア材料を軟鉄無垢材から圧粉磁心へと変更したモータを製作し，エネルギ効率の評価を行った．本知見を受け，H31年度にモータ性能の劣化を可能な限り抑えつつ，磁気浮上モータの小型化を行う計画となったため，小型化磁気浮上モータ，遠心血液ポンプ，評価実験系治具の製作費用がH31年度に繰り越された．小型化した磁気浮上型小児用人工心臓開発と合わせて，血液適合性評価を予定しているため，残りの費用を本試験に用いる血液回路構成部品や試薬等の購入に充てる．
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