2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of a maglev blood pump for a total artificial heart which can assist or replace both hearts with a single rotor
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17K06223
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
栗田 伸幸 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (60435493)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 磁気浮上モータ / アキシャルギャップモータ / 人工心臓 / 血液ホポンプ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気浮上モータのロータ・ステータ・永久磁石などの形状を有限要素法を用いた磁場解析によって詳細に検討し、実験装置を製作した。そして空気中における磁気浮上回転制御を行い、約40000 r/minまでの範囲で安定した駆動を確認することができた。また、開発した磁気浮上モータをベースにして遠心ポンプを開発するために、左右ポンプ用のインペラとインレット・アウトレットを含むケーシング全体の設計を行った。そして、3Dプリンタによりインペラとケーシングを製作し、それらに磁気浮上モータに組み込みむことで、小型ポンプを製作した。流水実験を行い、最大流量 8.3 L/min、最大揚程 170 mmHgを得た。また、揚程 100 mmHg・回転数 1800 r/minのとき、流量 5.8 L/min を得た。
開発した磁気浮上ポンプが両心室を補助可能な性能を有することを明らかにすることができたが、モータの駆動に要する消費電力が非常に大きくなるという問題があった。これは、ダブルステータ型磁気浮上モータのモータの設計が最適化されていないこと、インペラ形状が最適化されていないことが主な原因と考えられる。令和元年度はモータ形状・インペラ形状・ケーシング形状の最適化に取り組み、実験装置の試作機2号機を製作する。そして、動特性を測定し、装置の有用性を明らかにする予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
これまでに開発したダブルステータ型磁気浮上モータを組み込んだ小型ポンプ（試作機1号機）を製作し、ポンプ性能を確認した。回転数とポンプ性能の観点からは目標値を達成することができた。しかしながら、モータ駆動用の消費電力が大きく、体内埋込み型人工心臓への応用は難しいことが明らかとなった。消費電力が大きい理由として、モータの設計が最適化されていないこと、インペラ形状が最適化されていないことが挙げられる。
そこで、試作機1号機の問題点をフィードバックし、より高性能で低消費電力化が可能な試作機2号機を製作する予定であったが、1) インペラとケーシングの設計に当初の予定よりも多くの時間を要したこと、2) モータ用の巻線が破損したことが主な理由となり、試作機2号機を製作するに至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度前半に有限要素法磁場解析や数値流体力学を行い、モータ形状とインペラ形状を最適化する。モータ性能やポンプ性能を維持しつつ、モー タ駆動にかかる消費電力をできるだけ低減することかができる試作機2号機を製作する。その後、試作機2号機の性能評価を実施する。さらに、制御器についてもゼロパワー制御を実装し、磁気浮上制御にかかる消費電力の低減を目指す。また、モータの設計やインペラの設計については、連携研究者や研究協力者の協力を得て、特に時間がかかる解析作業を変更して行うなどの工夫をする。
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| Causes of Carryover |
試作機1号機の問題点をフィードバックし、より高性能で低消費電力化が可能な試作機2号機を製作する予定であったが、1) インペラとケーシングの設計に当初の予定よりも多くの時間を要したこと、2) モータ用の巻線が破損したことが主な理由となり、試作機2号機を製作するに至らなかったため。
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