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．

目前，日本约有33万人和全球超过200万人接受血液透析治疗。为了提高患者的生活质量，本研究旨在利用无摩擦和无磨损支撑在磁性悬浮方面的特征，开发紧凑，节能，一度无控制的磁性离心泵。今年，我们设计并生产了一级自由度磁性轴承。原型磁性轴承的尺寸为90mm，高度为120mm，重量为1.51kg，转子长度为94mm，最大直径为φ66mm，质量为0.37kg。安排了五个涡流位移传感器，以控制转子并评估非旋转和旋转期间的振动。设计的磁性轴承控制器包括集成器和分母主要分子主调节器。此外，还采用当前的反馈回路来提高电磁体的响应能力。设计的控制器被应用于一级自由度磁性轴承，并且有可能确认由于一级自由度控制而引起的完全非接触式浮动。控制开始后，转子能够稳定地浮动在大约0.2s之内，并且电流在一定范围内。此外，转子在径向和倾斜方向上受阻并振荡，并且在约1.5 s后处于稳态。此外，当凸起转子时，径向方向上的振动用压缩空气旋转，然后停止压缩空气，两种径向振动的振幅约为2500 rpm，为0.177 mm，倾斜方向为0.414度。此外，我们研究了电动机的结构和驱动原理，用于旋转叶轮，进行了磁场分析，搜索了线圈和磁铁的尺寸，并设计了电动机。