| 研究課題/領域番号 |
21K03841
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| 研究機関 | 日本工業大学 |
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研究代表者 |
張 暁友 日本工業大学, 基幹工学部, 教授 (30431985)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 磁気軸受 / 遠心ポンプ / 人工腎臓 / 電磁アクチュエータ |
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| 研究実績の概要 |
現在日本には約33万人，世界中に約200万人以上の腎臓病患者が血液透析治療を受けている．患者の生活の質を向上させるために，本研究では，磁気浮上の非接触支持による無摩擦・無摩耗の特徴を生かし，コンパクトかつ省エネルギー，１自由度制御型磁気浮上遠心ポンプの開発を目的としている．
本年度では，１自由度制御型磁気軸受を設計して試作した．試作した磁気軸受の寸法は径90mm，高さ120mm，質量は1.51kgであり，ロータの長さは94mm，最大直径はΦ66mm，質量は0.37kgである．ロータの制御および非回転，回転時の振動を評価するため，５本の渦電流変位センサを配置した．設計した磁気軸受のコントローラには積分器および分母1次分子1次のレギュレータが含まれている．また，電磁石の応答性を改善するため， 電流フィードバックループを適用している．
設計したコントロータを1自由度制御型磁気軸受に適用し，１自由度制御による完全非接触浮上を確認できた．制御開始後，ロータがおよそ0.2s以内に安定に浮上でき，その電流も一定範囲内に収まった．また，径方向と傾き方向において，ロータが減衰振動しており，約1.5s後に定常状態となっている．さらに，ロータが浮上した状態で，圧縮空気で回転させ，その後圧縮空気を停止して測定した，約2500rpmにおいての径方向の振動の両振幅は0.177mmとなり，傾き方向は0.414度となった．
また，インペラを回転させるためのモータの構造と駆動原理を検討して，磁場解析を行い，コイルと磁石の寸法を探索してモータを設計した．
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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
本年度では，１自由度制御型磁気軸受を設計して試作し，そのコントローラを設計した．また，コントロータを適用し，１自由度制御による完全非接触浮上を確認できた．さらに，磁場解析を行い，コイルと磁石の寸法を探索してモータを設計した．
そこで，本年度の研究開発はおおむね順調に進展していると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は，設計したモータを試作して1自由度制御型磁気軸受にモータ機構を組み込み，モータの回転性能，回転数と各自由度方向の振動振幅の関係，モータの回転減衰などを検討する．
また，インペラの解析と設計をし，１自由度制御型磁気浮上遠心ポンプを試作する．開発した遠心ポンプを用いて血液分離実験を行い，人工腎臓への応用可能性を検討する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究に必要な部品などをほぼ計画とおりに導入した．令和４年度残予算と令和５年度請求予算を合わせて，次年度では，部品購入，旅費，人件費などに使用する予定である．
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