2015 Fiscal Year Annual Research Report
磁気浮上型人工心臓の力学的特性の解明と磁気浮上制御系の開発
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25820077
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| Research Institution | Ibaraki National College of Technology |
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Principal Investigator |
小沼 弘幸 茨城工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助教 (90520841)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | セルフベアリングモータ / 磁気浮上 / 磁気軸受 / 人工心臓 / 遠心ポンプ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小柄な患者にも埋め込み可能な高耐久な人工心臓を実現するため，磁気浮上型人工心臓の小型化，磁気支持の信頼性の向上を図る必要がある。そこで，ロータ・インペラに作用する力学的特性を検討するため，理論的解析や磁場解析，数値流体解析を行った。そして，小型セルフベアリングモータと小型磁気浮上遠心血液ポンプを開発し，その基本性能の評価を行った。
セルフベアリングモータの能動制御力，負バネ力，軸方向復元力の推定式を導出した。これによりセルフベアリングモータの磁気支持特性を容易に確認出来るようになった。また，回転磁界により軸方向復元力を制御できることが分かった。磁気支持特性の異なるロータを用いた比較実験を行い，静的な特性である負ばね力，軸方向復元力と傾き復元トルクの関係は互いに比例関係ではないことが分かった。これは負ばね力が小さく受動安定特性の良いセルフベアリングモータを開発できることを示唆している。
数値流体解析を用いてインペラが変位してもポンプ吐出性能はあまり変化しないことが分かった。また，これまでインペラをオープンインペラとしていたが，インペラの軸方向と傾きの変動を変位センサで計る検出面とするためとポンプ効率の向上のためにクローズドインペラとした。数値流体解析を用いてオープンインペラからクローズドインペラにすることでポンプ効率の向上することを確認した。
開発した小型セルフベアリングモータは，径方向の磁気支持力が電流1 A時に2.3 N，負ばね力が径方向0.1 mm変位時に1.2 Nであり十分径方向位置を制御できることを確認した。小型磁気浮上遠心血液ポンプは，目標性能の揚程100 mmHg，流量5 L/minを回転数2,300 rpm，消費電力7.2 Wで達成し，補助人工心臓として十分な性能を有することを確認した。回転磁界の位相差を変更する制御により軸方向浮上位置が変位することを確認した。
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Research Products
(2 results)
