2014 Fiscal Year Research-status Report
両心補助人工心臓用小型・高性能５軸制御セルフベアリングモータに関する研究
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25420208
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
松田 健一 茨城大学, 工学部, 准教授 (30302326)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近藤 良 茨城大学, 工学部, 教授 (90186867)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 磁気軸受 / 5軸制御セルフベアリングモータ / ホモポーラモータ / 人工心臓 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工心臓ポンプの長期使用が避けられない現状において、アクチュエータであるセルフベアリングモータの性能や信頼性の向上は最重要課題である。本研究では、小型化のため一つのアクチュエータで両心を独立に駆動可能な両心補助人工心臓を開発する。
左心、右心の流量を同時に増減する場合、ポンプの回転数を増減させればよいが、別々に調整する必要がある場合、ポンプを連結したシャフトを軸方向の移動させ、ポンプ壁とインペラの空隙の2次流れを増減させることで流量を調整する。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、これまで配置できなかったホモポーラモータの中央部に一体化して配置することで、小型化と5軸制御の高性能化を実現する構造となっている。ポンプは、左心13,300Pa（100mmHg）、右心2,660Pa（20mmHg）の吐出圧力と、定常的に5L／minという流量を確保する必要があり、ポンプ効率を考慮して40mN･mのモータトルク、および安全性を考慮し自重の5倍の加速度に耐えられる制御力を目標値とし、有限要素法ソフトANSYSを用いた３次元磁場解析により1号機を製作し実験を行った。その結果、ホモポーラロータの中央に1個の永久磁石を配置する方式は、軸方向制御力発生時に径方向制御力に影響を与える相互干渉が生じることがわかった。そこで本年度は、ホモポーラロータに2つの永久磁石を配置し干渉を生じない新しいロータステータ構造を提案し、解析・設計・装置の製作を行い、性能評価試験によりモータ特性について評価した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、ホモポーラロータの径方向を制御するステータの間に、軸方向を制御する新方式のアキシャル磁気軸受を中央部に一体化して配置する方式を採用している。当初に提案したホモポーラロータの中央に1個の永久磁石を配置する方式は、軸方向制力発生時に径方向制御力に影響を与える相互干渉が生じることがわかった。そこで本年度は、ホモポーラロータに2つの永久磁石を配置し、軸方向制御時に干渉を生じない新しいロータステータ構造を提案するとともに、解析・設計・装置の製作を行い、性能評価試験によりモータ特性について評価した。しかし、まだ浮上回転の実現には至っていないことから、予定よりやや遅れていると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
製作した5軸制御セルフベアリングモータを用いた実験により、モータ特性の改善についての検討が必要であることがわかった。さらに、軸方向と径方向の制御力の互干渉の改善は図ったが、まだ浮上回転が実現できていないため、当面は径方向、軸方向の浮上制御の実現を目指すとともに、制御系設計についても分担者と検討し、安定性・信頼性およびモータ特性などを総合評価することで、両心補助人工心臓として長期使用可能なホモポーラ型5軸制御セルフベアリングモータの実現を目指していく。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた物品について、安価に購入できたため端数が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度に支払い請求額とともに、当初の予定通り使用する。
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