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体内埋込み人工腎臓用１自由度制御型磁気浮上遠心ポンプの研究

植入式人工肾一自由度控制磁悬浮离心泵的研究

基本信息

批准号：
21K03841
负责人：
張暁友
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nippon Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03841/
关键词：
磁気軸受遠心ポンプ人工腎臓電磁アクチュエータ磁気浮上

项目摘要

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．

At present, there are approximately 330,000 people in Japan and more than 2 million people in the world who are suffering from renal disease and are receiving hemodialysis treatment. The patient's quality of life is improved, and this study is based on the characteristics of the non-contact support of the magnetic floating surface, which is friction-free and wear-free.を生かし, コンパクトかつ Province エネルギー, 1 degree of freedom control type magnetic 気 float on the telecentric ポンプの开発をpurpose としている. This year, the 1-degree-of-freedom controlled magnetic axis was designed and tested for trial production. The diameter of the prototype magnetic shaft is 90mm, the height is 120mm, the mass is 1.51kg, the length is 94mm, the maximum diameter is 66mm, and the mass is 0.37kg. The ロータのcontrolled およびnon-returning 転, the vibration をcomment 価するため when returning, 5 this eddy current 変 position センサを configuration した. The design of the magnetic axis accepts the integrator and the denominator of the 1st order and the numerator of the 1st degree of the integrator.また, the electromagnet's responsivity is improved, and the current resistance is improved. The design of the 1-degree-of-freedom controlled magnetic axis is applicable, and the 1-degree-of-freedom controlled floating system is completely non-contact and has been confirmed. After the control starts, the current will be stable within 0.2 seconds, and the current will be stable within a certain range.また, radial direction and tilt direction において, ロータが dampened vibration しており, and the steady state となっている after about 1.5s.さらに, ロータがFloating したstate で, pressure shrinking emptiness でreturn 転させ, そのback pressure shrinking emptiness をstop してmeasurement した, about 250 The vibration amplitude is 0.177mm in the radial direction at 0 rpm, and the tilt direction is 0.414 degrees in the tilt direction.また． , Magnetic field analysis and analysis, コイルとMagnetic method and exploration and design.