2014 Fiscal Year Research-status Report
ダブルステータ型アキシャル磁気浮上モータを用いた両心室補助人工心臓
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26820071
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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, 助教 (60435493)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 磁気浮上 / 磁気軸受 / 磁気浮上モータ / 磁気浮上ポンプ / 補助人工心臓 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本磁気浮上モータは片側に2極の永久磁石を持つロータを，8突極を有するステータで挟み込む構造とした。軸方向に配置した変位センサによりロータの軸方向変位と傾きを検出し，ステータ突極間に配置したエンコーダによりロータの回転速度と角位置を検出する。検出した信号をフィードバックすることにより，回転トルク・軸方向変位・傾きを能動的に制御する。また，提案する人工心臓は体内埋込を目的としているため，装置の高さは80 mm 以内，装置外径はφ80 mm 以内を目標とした。消費電力は定格回転速度2500 /min において10W 以下を目標とした。
安定な磁気浮上回転制御を達成するため，有限要素法磁場解析により，永久磁石・ステータ形状・コイル巻数などを詳細に検討した。そして，磁場解析結果に基づき，目標サイズを満たす実験装置を設計，製作した。実験装置の製作と並列して，磁場解析結果を元に，提案する磁気浮上モータの数値モデルを作成し，数値解析ソフトを用いて動特性のシミュレーションを実施した。
試作機が完成した後，制御器を実装し，磁気浮上回転制御を実施した。安定した制御を実施した後に試作機の静特性・動特性を測定し，磁気浮上モータとしての基本性能を明らかにした。
次のステップとして，ロータの両面にインペラを設置し，両心臓補助用磁気浮上ポンプを設計・製作する予定であったが，既存装置では両心用ポンプの評価が難しいため，予定を変更し，まずは上下のロータディスクの中央にクローズドインペラを設置し，左心室のみを補助するタイプの磁気浮上ポンプの製作に取り組んだ。現在までに，ロータインペラ，ポンプケーシングを製作した。そして，ケーシング内に水を満たし，水中においてロータを磁気浮上回転させることにより，水中における動特性を明らかにした。
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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
本申請では，研究期間内にダブルステータ型アキシャル磁気浮上モータの開発，また，開発した磁気浮上モータを用いた遠心型血液ポンプの開発を研究目的としている。
そして，平成26年度はダブルステータ型アキシャル磁気浮上モータを開発し，その動特性を明らかにすることを研究計画としていた。
この計画に対し，現在までに試作機と制御器を製作し，磁気浮上回転制御を実施した。そして，安定した制御を実施した後に試作機の静特性・動特性を測定し，磁気浮上モータとしての基本性能を明らかにした。
したがって，研究計画に沿って，おおむね順調に研究が進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題において，磁気浮上モータを開発した後のステップとして，ロータの両面にインペラを設置し，両心臓補助用磁気浮上ポンプを設計・製作する予定であった。しかしながら，既存装置では両心用ポンプの評価が難しいことが明らかになった。そのため，研究計画を変更し，まずは上下のロータディスクの中央にクローズドインペラを設置し，左心室のみを補助するタイプの磁気浮上ポンプの製作に取り組む。
両心型，左心型ともに，今後もっとも重要な課題はインペラの設計である。そこで，人工心臓用ポンプの設計・製作経験がある地元企業と連携し，効率的に磁気浮上ポンプの設計・製作に取り組む。
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| Causes of Carryover |
磁気浮上ポンプの製作を3Dプリンタを利用して外注した。この際，試作機を3回製作する予定で予算を作成した。しかし，研究の進捗状況により，本年度は試作機を2回しか製作することができなかったため，予算に次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
磁気浮上ポンプの試作機を3Dプリンタを利用して製作（外注）する。
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