| 研究課題/領域番号 |
16K06173
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
松田 健一 茨城大学, 工学部, 准教授 (30302326)
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| 研究分担者 |
近藤 良 茨城大学, 工学部, 教授 (90186867)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 磁気軸受 / セルフベアリングモータ / 両心補助人工心臓 |
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| 研究実績の概要 |
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、右心の流量を独立に増減する場合、ポンプの回転数を増減に加え、ポンプを連結したシャフトを軸方向に移動させポンプに二次流れを変化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とともに、トルク特性の改善が可能な、ホモポーラ・コンシクェント統合型の構造となっている。
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、40mNmのモータトルク、および安全性を考慮し自重の5倍、5Gの加速度に耐えられる制御力を目標値と設定した。有限要素法ソフトANSYSを用いた３次元磁場解析により、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の解析モデルが、回転トルク、径方向制御力、軸方向制御力それぞれについて目標性能を達成可能であることを確認した。解析結果に基づき、実験装置を設計・製作するとともに、巻線の取り付けや回転角センサを設置するなど、実験装置全体の組み上げを行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では、軸方向制御に新方式のアキシヤル磁気軸受をホモポーラモー夕の中央部に一体化して配置するとともに、両側ロータの突極間にコンシクエントポール用永久磁石を配置することでトルク特性の大幅な改善が可能な、小型で信頼性の高い両心補助人工心臓を実現することを目的としている。これまでの予定としては、5軸制御両心捕助セルフペアリングモー・夕の基本設計および実験装置の製作・組み上げにある。
目標値として設定した性能を達成させるため、有限要素法ソフトANSYSを用いた３次元磁場解析により、バイアス用永久磁石とバイアス磁束経路、必要モータトルク発生のための突極致やステー夕形状、必要径方向力、軸方向力発生のためのロー・夕・ステー・夕の形状について検討した。磁場解析の解析結果に基づき，セルフベアリングモー夕試作1号機の設計を行い、モー夕部材や関連する装置部品を発注するとともに、回転トルクや浮上制御などモー夕駆動に必要な巻線を製作・配置し、回転角センサを設置するなど実験装置の組み上げを行った。
以上のことから、予定通りの進行状況と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず、製作した5軸制御両心補助セルフベアリングモータの性能試験を行い、その試験結果について評価する。更なる特性改善が可能な構造や、占積率を考慮した小型化についても検討していく。また、制御系設計についても分担者と検討し、これらの改善を加えた試作機を用いて、安定性・信頼性およびモータ性能などを総合評価し、両心補助人工心臓用として長期使用可能な5軸制御セルフベアリングモータを実現を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
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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| 次年度使用額の使用計画 |
平成29年度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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