DE60006926T2

DE60006926T2 - Flüssigkeitspumpe mit magnetisch aufgehängtem Laufrad

Info

Publication number: DE60006926T2
Application number: DE60006926T
Authority: DE
Inventors: Takayoshi Ozaki; Minoru Suzuki
Original assignee: Terumo Corp; NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: Terumo Corp; NTN Corp
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: EP1113177A3; ATE255685T1; EP1113177A2; US6575717B2; US20010016170A1; EP1113177B1; DE60006926D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft magnetisch aufgehängte (MAGLEV) Pumpen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung auf solche, die einer Reinigungspumpe, die ein magnetisches Lager einsetzen, entsprechen und für medizinische Einrichtungen wie künstliche Herzen verwendet werden.
Die 8A und 8B zeigen eine herkömmliche MAGLEV-Pumpe. Genauer ist 8A eine senkrechter Querschnitt derselben, und 8B ist ein Querschnitt entlang einer Linie XIIIB-XIIIB von 8A. 9 ist ein Querschnitt entlang der Linie IX-IX von 8A. 10 ist ein Querschnitt entlang der Linie X-X von 8A.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 8A–10 eine herkömmliche MAGLEV-Pumpe beschrieben. Wie in 8A gezeigt, enthält eine MAGLEV-Pumpe 1 einen Motorabschnitt 10, einen Pumpenteil 20 und einen magnetischen Lagerabschnitt 30. Im Pumpenteil 20 beherbergt ein Gehäuse 21 eine Pumpenkammer 22, in der sich ein Flügelrad 23 dreht. Das Flügelrad 23 weist eine Mehrzahl von Flügeln 27 auf, die in Spiralform angeordnet sind, wie es in 8B gezeigt ist. Das Gehäuse 21 ist aus einem zylindrischen nicht-magnetischen Element gebildet, und das Flügelrad 23 enthält ein nicht-magnetisches Element 25 mit einem Permanentmagneten 24, wodurch ein nicht gesteuertes magnetische Lager konfiguriert wird, und ein weiches magnetisches Element 26, welches dem Rotor eines gesteuerten magnetischen Lagers entspricht. Der Permanentmagnet 24 ist in Umfangsrichtung des Flügelrades 23 unterteilt, und nebeneinander liegende Magneten werden so magnetisiert, dass sie entgegen gesetzte Magnetpole aufweisen.
Gegenüber der Seite des Flügelrades 23, die mit dem Permanentmagneten 24 versehen ist, ist außerhalb der Pumpenkammer 22 ein Scheibenrotor 12 vorgesehen, der durch eine Welle 11 gelagert ist. Der Rotor 12 wird durch einen Motor 13 drehbar angetrieben. Der Rotor 12 ist mit derselben Zahl von Permanentmagneten 14 versehen wie das Flügelrad 23, die dem Permanentmagnet 24 des Flügelrades 23 zur Bereitstellung einer Anziehung zugewandt sind. Nebeneinander liegende Permanentmagneten 14 werden so magnetisiert, dass sie entgegen gesetzte Magnetpole aufweisen.
Weiter sind auf der Seite, die dem mit dem weichen magnetischen Element 26 versehenen Flügelrad 23 gegenüber liegt, ein Elektromagnet 31 und ein Positionssensor (nicht gezeigt) in dem magnetischen Lagerabschnitt 30 vorgesehen. Der Elektromagnet 31 und der Positionssensor 32 ermöglichen eine Ausbalancierung mit der Anziehung der Permanentmagnete 24 und 14, um das Flügelrad 23 in der Mitte der Pumpkammer 22 zu halten.
In der so konfigurierten MAGLEV-Pumpe 1 wirkt eine Anziehung zwischen dem Permanentmagnet 14, der in den Rotor 12 eingebettet ist, und dem Permanentmagnet 24, der im Flügelrad 23 vorgesehen ist, axial in eine Richtung. Diese Anziehung wird ausgenutzt, um eine magnetische Kopplung zu erreichen, um das Flügelrad 23 drehbar anzutreiben und eine radial unterstützende Steifheit zu erzielen. Um sie mit dieser Anziehung in Einklang zu bringen, wird ein Stromfluss durch eine Spule aus einem C-förmigen Elektromagnet 31 geführt, der wiederum das Flügelrad 23 axial in der anderen Richtung anzieht, um das Flügelrad 23 zu lagern. Wenn der Rotor 12 drehbar durch den Motor 13 angetrieben wird, stellen die Permanentmagnete 14 und 24 eine magnetische Kopplung bereit, das Flügelrad 23 dreht sich und ein Fluid wird durch einen Einlass 60 angesaugt und durch einen Auslass 70 abgeführt (s. 8B). Das Flügelrad 23 ist in dem Gehäuse 21 untergebracht und somit vom Rotor 12 isoliert und wird außerdem nicht durch den Elektromagnet 31 kontaminiert. So führt die MAGLEV-Pumpe 1 sauber gehaltenes Fluid (Blut, wenn sie als Blutpumpe verwendet wird) zu.
Es ist zu bemerken, dass, wie in den 9 und 10 gezeigt, eine herkömmliche MAGLEV-Blutpumpe einen Elektromotor 31 mit einem gekrümmten Joch 41 und Paaren von magnetischen Polen 42 und 43, 44 und 45, 46 und 47 aufweist, die jeweils radial angeordnet sind.
Wenn die in den 8A und 8B gezeigten MAGLEV-Pumpe 1 als Blutpumpe für ein künstliches Herz verwendet wird, wird sie in einen Körper implantiert oder daran angrenzend verwendet. Als solche kann sie nicht konstant mit Energie von einer externen Leistungsversorgung versorgt werden. Sie wird typischerweise mit Energie versorgt, die man von einer mobilen Batterie oder einer in den Körper implantierten Batterie erhält. Um sie als solche für eine lange Zeit zu verwenden, muss der Energieverbrauch minimiert werden. Wenn sie zudem für einen menschlichen Körper verwendet wird, muss sie eine geringe Größe aufweisen, und auch muss mir ihr sorgsam umgegangen werden, damit sie zuverlässig ist.
Bei der in den 9 und 10 gezeigten herkömmlichen MAGLEV-Pumpe 1 ist jeder Elektromagnet mit magnetischen Polen radial angeordnet. Der die Spule aufnehmende Raum lässt sich nicht effektiv erreichen. Als solcher muss der magnetische Lagerabschnitt 30 mit Nachteil vergrößert werden, um zusätzlichen Raum für die Spule zur Verfügung zu stellen, um den Leistungsverbrauch des Elektromagneten zu reduzieren.
Während der Leistungsverbrauch des Elektromagneten durch Erhöhen der Windungszahl der Elektromagnetenspule oder Erhöhen des Durchmessers des Spulendrahts reduziert wird, erfordert jede dieser Techniken das Vergrößern des magnetischen Lagerabschnitts 30, um einen großen Raum zur Unterbringung der Spule sicher zu stellen. Weiter weist die herkömmliche MAGLEV-Pumpe 1 einen Elektromagneten 31 mit einem gekrümmten Joch auf. Dies macht es schwierig, die Spule zu wickeln und stellt kaum einen Isolationswiderstand zwischen der Spule und dem Joch sicher.
Weiter weist, wie in den 8A und 8B gezeigt, die MAGLEV-Pumpe 1 eine Trenneinrichtung entsprechend dem Gehäuse 21 aus Kunststoffmaterial, Keramikmaterial oder nicht-magnetischem Metallmaterial auf, die zwischen dem weichen magnetischen Element des Flügelrades 23 in der Pumpkammer 22 und dem Elektromagneten 31 des magnetischen Lagerabschnitts 30 und zwischen dem weichen magnetischen Element 26 des Flügelrades 23 und dem Positionssensor 32 vorgesehen ist, welcher die Position des Flügelrades 23 erfasst. Um das Flügelrad 23 zu lagern, muss somit der Elektromagnet 31 eine große Strommenge führen. Weiter verschlechtert sich auch die Empfindlichkeit des Sensors, wenn das Flügelrad 23 und der Positionssensor weit voneinander beabstandet sind.
Wenn die Trenneinrichtung also aus Kunststoffmaterial gebildet ist, ist die Trenneinrichtung nämlich weniger haltbar und kann so nicht für einen langen Zeitraum verwendet werden. Wenn die Trenneinrichtung aus einem Metallmaterial gebildet und der Positionssensor ein magnetischer Sensor ist, dann wird in ihrem Innern ein Wirbelstrom erzeugt, der zu einem Verlust führt und außerdem die Sensorempfindlichkeit verschlechtert, wenn der Positionssensor von einem Zielobjekt (target) beabstandet ist.
Ähnliche MAGLEV-Pumpen sind auch aus US 5947703 A , WO 9742413 A oder US 5470208 A bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sieht im Wesentlichen eine MAGLEV-Pumpe vor, die den magnetischen Lagerabschnitt minimieren kann und alle Merkmale von Anspruch 1 umfasst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den weiteren Unteransprüchen niedergelegt.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine MAGLEV-Pumpe vor, die den Abastend zwischen einem Elektromagnet in einem Flügelrad und außerdem dem Abstand zwischen einem Sensor und dem Flügelrad verringern kann, um den Spulenstrom des Elektromagneten zu reduzieren und die Empfindlichkeit der Sensorausgabe zu verstärken.
Allgemein sieht die vorliegende Erfindung eine magnetisch aufgehängte Pumpe (MAGLEV-Pumpe) vor, bei der ein Pumpenteil mit einem Drehteil in einem Gehäuse versehen ist, wobei der Drehteil mit einem Drehantriebsteil physisch kontaktfrei zu dem Drehteil gekoppelt und außerdem durch einen gesteuerten magnetischen Lagerteil, der sich physisch kontaktfrei zum Drehteil befindet, gelagert ist, wobei der Drehteil durch den Drehantriebsteil gedreht wird, um Fluid abzuführen, wobei ein Positionssensor die Position des Drehteils in der Aufhängung detektiert der gesteuerte magnetischen Lagerteil im Anspre chen auf eine Ausgabe gesteuert wird, wobei der magnetische Lagerteil aus einer Mehrzahl von Elektromagneten konfiguriert ist, die aus einem magnetischen Pol, einem Joch und einer Spule gebildet sind, und wobei die Elektromagneten jeweils magnetische S- und N-Pole mit jeweils wenigstens dem Joch und der Spule in in Umfangsrichtung vorgesehener Anordnung aufweisen.
Als solches enthält ein magnetisches Lager gemäß einer Ausführungsform der Erfindung Elektromagnete, die jeweils einen magnetischen Pol und ein Joch aufweisen, die in Umfangsrichtung angeordnet sind. Dies stellt einen großen Raum zum Wickeln einer Spule sicher, ohne den Raum für die den magnetischen Lagerteil oder die Größe der Pumpe zu erhöhen. Da die Spule in einem solchen großen Raum untergebracht werden kann, kann die Elektromagnetspule eine erhöhte Windungszahl und einen erhöhten Drahtdurchmesser haben, und folglich kann ihr Leistungsverbrauch reduziert werden. Weiter kann der Elektromagnet ein Joch in Form eines Zylinders oder Prismas aufweisen, um das Wickeln einer Spule zu vereinfachen und so die Isolierungshaltespannung zwischen Spule und Joch in geeigneter Weise sicher zu stellen.
Bevorzugt weist der Elektromagnet ein Paar magnetische Pole auf, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, und der Elektromagnet weist ein Paar radial angeordnete magnetische Pole auf.
Noch bevorzugter ist der Drehteil in Form einer Scheibe vorgesehen mit einer Seite, die dem Drehantriebsteil zugewandt und mit einem Permanentmagneten versehen ist, der in Umfangsrichtung angeordnet ist, und der Drehteil und der Drehantriebsteil sind magnetisch miteinander physisch kontaktfrei gekoppelt, und der Elektromagnet weist drei Paare von magnetischen S- und N-Polen auf.
Weiter sieht die vorliegende Erfindung in einem weiteren Gesichtspunkt eine MAGLEV-Pumpe vor, bei der ein Pumpenteil mit einem Drehteil innerhalb eines Gehäuses versehen ist, der Drehteil physisch kontaktfrei mit einem Drehantriebsteil verbunden und außerdem durch ein gesteuertes magnetisches Lagerteil physisch kontaktfrei mit diesem gelagert ist, der Drehteil durch Drehung des Drehantriebsteils gedreht wird, um Fluid abzuführen, ein Positionssensor die Position des in Aufhängung befindlichen Drehteils detektiert und im Ansprechen auf die Ausgabe des Positionsdetektionsteils der gesteuerte magnetische Lagerteil gesteuert wird, wobei der magnetische Lagerteil eine Mehrzahl Elektromagnete enthält, die dem Drehteil direkt zugewandt sind, oder der Positionsdetektionsteil einen magnetischen Sensor enthält, der dem Drehteil direkt zugewandt ist.
Somit kann bei der vorliegenden Erfindung der magnetische Lagerteil eine Mehrzahl Elektromagnete, die einen Drehteil direkt zugewandt sind, oder einen magnetischen Sensor aufweisen, der dem Drehteil direkt zugewandt ist, um den Abstand zwischen dem Drehteil und den Elektromagneten oder dem magnetischen Sensor reduzieren, der einer Ebene entspricht, in der die elektromagnetische Kraft des magnetischen Lagers wirkt. So kann die Pumpe mit einer reduzierten Menge an Strom gelagert werden, der durch die Elektromagnetspule fließt, um zur Lagerung derselben die elektromagnetische Kraft zu erzeugen, was vorteilhaft ist, wenn die vorhandene Pumpe als Blutpumpe verwendet wird, da der Stromverbrauch eines ihrer wichtigsten Themen ist. Weiter kann der Positionssensor hinsichtlich seiner Empfindlichkeit verbessert werden.
Noch bevorzugter enthält der Positionsdetektionsteil einen Kern, der aus einem weichen magnetischen Material gebildet ist, und eine um den Kern gewickelte Spule.
Noch bevorzugter ist einer von Elektromagnet und Positionsdetektionsteil durch Schweißen, Hartlöten, Pressformen, Druckschweißen, Schrumpfanpassung oder festes Verbinden oder eine Kombination hieraus am Gehäuse befestigt.
Noch bevorzugter ist der Drehteil in Form einer Scheibe vorgesehen, die eine Seite aufweist, die dem Drehantriebsteil zugewandt ist und einen ersten in Umfangsrichtung angeordneten ersten Permanentmagneten aufweist, und der Drehantriebsteil weist einen zweiten Permanentmagneten auf, der in Umfangsrichtung angeordnet ist, so dass er dem ersten Permanentmagneten zugewandt ist, wobei der erste und zweite Permanentmagnet eine magnetische Kopplung erreichen, um den Drehteil und den Drehantriebsteil miteinander zu koppeln, wobei sie keinen physischen Kontakt zueinander haben, und wobei der Pumpenteil eine mit Heparin beschichtete Innenfläche aufweist.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale, Gesichtpunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen:
zeigen die 1A und 1B eine MAGLEV-Pumpe in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
ist 2 ein Querschnitt entlang der Linie II-II von 1A;
ist 3 ein Querschnitt entlang der Linie III-III von 1A;
zeigt 4 eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform, die eine Beispielanordnung eines magnetischen Pols und einer Spule zeigt;
ist 5 ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV von 4;
zeigen die 6A und 6B eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform;
ist 7 ein Blockdiagramm einer Steuerung zum Antreiben der erfindungsgemäßen MAGLEV-Pumpe;
zeigen die 8A und 8B eine herkömmliche MAGLEV-Pumpe;
ist 9 ein Querschnitt entlang der Linie IX-IX von 8A; und
ist 10 ein Querschnitt entlang der Linie X-X von 8A.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird jetzt Bezug auf die 1A bis 3 genommen, um eine MAGLEV-Pumpe nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zu beschreiben. Die MAGLEV-Pumpe ist konfiguriert aus einem Motorteil 10, einem Pumpenteil 20 und einem magnetischen Lagerteil 40. Im Pumpenteil 20 beherbergt ein Gehäuse 21 eine Pumpkammer 22, in der sich ein Flügelrad 23 dreht. Das Flügelrad 23 weist eine Mehrzahl Flügel 27 auf die spiralförmig vorgesehen sind, wie es in 1B gezeigt ist.
Das Gehäuse 21 ist aus Kunststoff, Keramik, Metall oder dergleichen gebildet, obwohl magnetisches Material nicht für das Gehäuse 21 verwendet werden kann, das einer Trenneinrichtung entspricht, die zwischen dem Pumpenteil 20 und dem Motorteil 10 liegt und die zwischen dem Pumpenteil 20 und dem magnetischen Lagerteil 40 liegt, und so wird ein nicht-magnetisches Material verwendet, um diese Teile zu bilden. Das Flügelrad 23 enthält ein nicht-magnetisches Element 25 mit einem Permanentmagneten 24, der ein nicht gesteuertes magnetisches Lager konfiguriert, und ein weiches magnetisches Element 26, das einem Rotor eines gesteuerten magnetischen Lagers entspricht. Der Permanentmagnet ist in Umfangsrichtung des Flügelrades 23 unterteilt, und angrenzende Permanentmagnete werden so magnetisiert, dass sie entgegen gesetzte magnetische Pole aufweisen.
Es ist zu bemerken, dass in 1 ein schraffierter Teil dem weichen magnetischen Material entspricht und der übrige Teil entspricht dem nicht-magnetischen Material. Wenn die Pumpe zum Übertragen eines korrosiven Fluids wie Blut verwendet wird, ist das weiche magnetische Material vorzugsweise z. B. hoch korrosionsresistenter, ferritischer rostfreier Stahl (entsprechend JIS G4303 SUS447J1 und JIS G4303 SUS444), und das nicht-magnetische Material ist vorzugsweise z. B. hoch korrosionsresistenter austentitischer rostfreier Stahl (entsprechend SUS316L oder dergleichen), oder eine Titanlegierung, reines Titan oder dergleichen.
Gegenüber der Seite des Flügelrades 23, das mit dem Permanentmagneten 24 versehen ist, ist außerhalb der Pumpkammer ein Rotor 12 vorgesehen, der durch eine Welle 11 gelagert wird. Der Rotor 12 wird drehbar durch einen Motor 13 angetrieben. Der Rotor 12 ist mit derselben Anzahl Permanentmagnete 14 wie das Flügelrad 23 versehen, welche den Permanentmagneten 24 des Flügelrades 23 zugewandt sind, um für Anziehung zu sorgen. Die aneinander angrenzenden Permanentmagnete 14 werden so magnetisiert, dass sie entgegen gesetzte magnetische Pole aufweisen. Der Motorteil 10 ist ein Synchronmotor, der einen bürstenlosen Gleichstrommotor beinhaltet, ein asynchroner Motor, der einen Induktionsmotor beinhaltet, oder dergleichen, obwohl jede Art Motor verwendet werden kann.
Auf der gegenüber liegenden Seite des Flügelrads 23, das dem mit dem weichen magnetischen Element 26 versehenen ist, sind ein Elektromagnet 111 und ein Positionssensor 62 in dem magnetischen Lagerteil 40 vorgesehen. Der Elektromagnet 111 und der Positionssensor 62 ermöglichen eine Ausbalancierung mit der Anziehung der Permanentmagnete 24 und 14, um das Flügelrad 23 in der Mitte der Pumpkammer zu halten.
1A zeigt einen einzelnen Elektromagnet 111, der aus einem magnetischen Pol 51, einem Elektromagnetjoch 71, einen Elektromagnetspule 81 und einer Elektromagnetstützplatte 91 konfiguriert ist, obwohl der magnetische Lagerteil 40 drei in Umfangsrichtung angeordnete Elektromagnete aufweist. Weiter sind, wie in 2 gezeigt, Sensoren 61, 62 und 63 zwischen ihren entsprechenden Paaren von magnetischen Polen 51 und 52, 53 und 54 sowie 55 und 56 angeordnet. Die Sensoren 61 bis 63 sind typischer Weise magnetische Sensoren, wie Wirbelstromsensoren, Reluktanzsensoren oder dergleichen.
Weiter haben, wie in 3 gezeigt, die Elektromagnetjoche 71 bis 76 jeweils eine zylindrische Form, wobei um sie jeweils Elektromagnetspulen 81 bis 86 gewickelt sind.
Das Anordnen von magnetischen Polen 51 bis 56 in Umfangsrichtung kann einen Raum zum Unterbringen von Elektromagnetspulen 81 bis 86 vergrößern, welche in dem magnetischen Lagerteil 40 untergebracht werden können. Weiter kann das Vorsehen von Elektromagnetjochen 71 bis 76 in Form eines Zylinders das Wickeln der Elektromagnetspulen 81 bis 86 um die Elektromagnetjoche 71 bis 76 erleichtern. Weiter stellen Elektromagnetjoche 71 bis 76 mit einer einfachen Form eine zuverlässige Isolierung von den Elektromagnetspulen 81 bis 86 sicher.
Obwohl die Elektrodenjoche 71 bis 76 in Form eines Zylinders vorgesehen sind, können die auch in Form eines Prismas vorgesehen werden. Während in den 2 und 3 Elektromagnetjoche 71 bis 76 und Elektromagnetspulen 81 bis 86 auf einer einzigen Umfangslinie angeordnet sind, können sie jedoch auch nicht auf einer einzelnen Umfangslinie angeordnet werden, so dass ein Unterbringungsraum wirksam sicher gestellt werden kann.
Die 4 und 5 zeigen eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform, und 4 zeigt eine Beispielanordnung eines magnetischen Pols und eine Spule, und 5 ist ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV von 4.
In 4 sind die Elektromagnetspulen 81 bis 86 und die Elektromagnetjoche (nicht gezeigt) in Umfangsrichtung ähnlich wie in 3 angeordnet, obwohl Paare von magnetischen Po len 101 und 102, 103 und 104 sowie 105 und 106 jeweils radial angeordnet sind. Weiter konfigurieren, wie in 5 gezeigt, ein magnetischer Pol 105, ein Elektromagnetjoch 75, eine Elektromagnetgrundplatte (back plate) 92, ein Elektromagnetjoch 76 und ein magnetischer Pol 106 einen einzelnen C-förmigen Elektromagneten. Die in den 4 und 5 gezeigte Ausführungsform weist außerdem ein Elektromagnetjoch in Form eines Zylinders auf, um das Wickeln der Elektromagnetspulen 81 bis 86 zu erleichtern, obwohl das Joch nicht auf einen Zylinder beschränkt ist und beispielsweise ein Prisma sein kann.
Die vorliegende Ausführungsform ist genauso effektiv wie die in den 1A bis 3 gezeigte Ausführungsform.
Die 6A und 6B zeigen eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform, und 6A ist ein vertikaler Querschnitt, und 6B ist ein Querschnitt entlang der Linie XIB-XIB von 6A.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält der magnetische Lagerteil 120 einen Elektromagnet 121 mit einem Kern 122 und einen Positionssensor 124 mit einem Kern 125, und die Kerne 122 und 125 sind teilweise in dem Gehäuse 21 versenkt, das aus einem nicht-magnetischen Material gebildet ist und eine Trenneinrichtung zwischen dem magnetischen Lagerteil 120 und dem Pumpenteil 20 bereitstellt. Um den Kern 122 ist eine Spule 123 gewickelt, und um den Kern 125 ist eine Spule 126 gewickelt. Weiter liegen die jeweiligen Enden des Elektromagnets 121 und des Positionssensors 124 in der Pumpkammer 22 frei. Der Elektromagnet 121 und das Gehäuse der Pumpkammer 22 sind durch Schweißen, Hartlöten, Pressformen, Druckschweißen, Schrumpfanpassung oder festes Verbinden oder eine Kombination dieser Techniken miteinander verbunden, um das Innere der Pumpkammer 22 abzudichten. Um die Biokompatibilität des durch Schweißen, Hartlöten, Pressformen, Druckschweißen, Schrumpfanpassung oder festes Verbinden, wie oben beschrieben bearbeiteten Teils zu erreichen, kann das Innere der Pumpkammer 22 vollständig mit Heparin beschichtet werden, was als Antikoagulationsmittel dient, um eine Thrombusbildung zu verhindern und zu ermöglichen, die Pumpe als Bluttransportpumpe zu verwenden. In diesem Beispiel schränkt eine Heparinbeschichtung die Aktivierung des Koagulationssystems wirksam ein, schützt vor Blutplättchen, schränkt die Aktivierung des Entzündungssystems, des Fibrinolysesystems und der gleichen ein.
Wie oben beschrieben, liegen in dieser Ausführungsform die jeweiligen Enden des Elektromagneten 121 und des Positionssensors 124 in der Pumpkammer 22 frei, und zwar so, dass die dem Flügelrad 23 direkt zugewandt sind. Dies kann den Abstand zwischen dem weichen magnetischen Element 25 des Flügelrades 23 in der Pumpkammer 22 und dem Positionssensor 124 reduzieren, welcher die Position des Flügelrades erfasst. Als Ergebnis kann das Flügelrad 23 mit einer kleinen Menge an durch die Spule des Elektromagneten 21 fließenden Strom gelagert werden, und der Positionssensor 124 kann außerdem hinsichtlich der Empfindlichkeit verbessert werden.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerung zum Antreiben einer MAGLEV-Pumpe der vorliegenden Erfindung zeigt. In 7 enthält eine Steuerung 200 eine Funktion, die vorgesehen ist, um die Position des Flügelrades zu steuern, eine Funktion, die vorgesehen ist, um das Laufdrehmoment des Flügelrades zu steuern, eine Funktion, die die das Flügelrad steuernde Funktion einsetzt, um in der Pumpkammer 22 die Position des Flügelrades 23 hinsichtlich der Aufhängung zu ändern, eine Funktion, die vorgesehen ist, um den Strom des Motors 13 zu messen, und eine Funktion, die vorgesehen ist, um eine Fluidviskosität durch Zurückgreifen auf eine Änderung des Stroms des Motors 13 zu messen, welcher gemessen wird, wenn die Aufhängeposition des Flügelrades 23 über die Funktion geändert wird, die die Aufhängeposition des Flügelrades steuert.
Genauer enthält die Steuerung 200 einen Steuerungskörper 201, einen Motorantrieb 202 und einen Steuerteil 203 zum Steuern der Position des Flügelrades. Der Motorantrieb 202 gibt ein Spannungsniveau aus, das einer aus dem Steuerungskörper 201 ausgegebenen Motordrehrate entspricht, um den Motor 13 zu drehen. Weiter hält der Steuerteil 203 zum Steuern der Position des Flügelrades die Aufhängeposition des Flügelrades, die vom Steuerungsköper 201 ausgegeben wird, durch Steuern des Stroms oder der Spannung, der/die durch den Elektromagneten 111 von 1A oder den Elektromagneten 21 von 6A fließt. Der Positionssensor 61 bis 63 von 2 oder der Positionssensor 24 von 6A geben ein Richtungsergebnis aus, welches wiederum in den Steuerteil 203 zum Steuern der Flügelrad position eingegeben wird, um den durch den Elektromagneten 111 oder 121 fließenden Strom zu steuern, um die Translation des Flügelrades 23 in Richtung der Zentralachse (Achse z) und die Drehung des Flügelrades 23 um die Achsen x und y senkrecht zur Zentralachse (Achse z) zu steuern. Es ist zu bemerken, dass die Ausgabe des Positionssensors 61 bis 63 oder 124 in den Steuerungskörper 201 eingegeben werden kann, welcher wiederum einen Wert für eine(n) an den Elektromagneten 111 oder 121 angelegte(n) Spannung oder Strom ausgeben kann.
Der Steuerungskörper 201 enthält einen Speicherteil (ROM) 204, eine CPU 205, einen Anzeigeteil 210 und einen Eingabeteil 207. Der Anzeigeteil 210 enthält eine Anzeigeteil 211 für die eingestellte Zuführrate (SDR), einen Anzeigeteil 212 für die ausgeführte Zuführrate (EDR) und, einen Anzeigeteil 213 für die eingestellte Zuführausgabe (SDO), einen Anzeigeteil 214 für den ausgeführten Zuführdruck (EDP), einen Anzeigeteil 215 für die Fluidtemperatur (FT), einen Anzeigeteil 216 für die Fluidviskosität (FV) und einen Anzeigeteil 217 für die Flügelraddrehrate (IRR). Weiter enthält der Eingabeteil 207 einen SDR-Eingabeteil 208 und einen SDR-Eingabeteil 209.
Der Steuerungskörper 201 enthält einen Datenspeicherbereich, der Daten für die Beziehung zwischen der Fluidviskosität und der Änderung des Motorstroms speichert, die der zuvor ermittelten Beziehung zwischen die Fluidviskosität und der Änderung des Motorstroms in Anhängigkeit der Positionsänderung der Flügelradaufhängung (Änderung des Motorantriebsstroms) oder einem Ausdruck für eine Beziehung entsprechen, die aus den mit dieser Beziehung in Beziehung stehenden Daten berechnet wurde (zum Beispiel Daten eines Korrelationsausdrucks oder Daten eines Ausdrucks für die Viskositätsberechnung), und die Funktion, die zur Berechnung der Fluidviskosität vorgesehen ist, berechnet die Fluidviskosität aus den Daten, die im Speicherteil 24 gespeichert sind, und die Änderung des Strom durch den Motor 13, die man erhält, wenn die Aufhängungsposition des Flügelrades 23 über die Funktion geändert wird, die die Aufhängungsposition des Flügelrades steuert.
Anders ausgedrückt, der Steuerungskörper 201 im Steuerungsteil 204 speichert Daten, die sich auf eine Beziehung zwischen der Fluidviskosität und der Änderung des Motorstroms beziehen und einer zuvor ermittelten Beziehung zwischen Fluidviskosität und Motorstrom in Abhängigkeit der Änderung der Aufhängeposition des Flügelrades entsprechen, oder Korrelationsdaten, die aus den Daten berechnet wurden, die sich auf eine solche Beziehung beziehen (die auch als Daten zum Ausdruck der Viskositätsberechnung dienen).
Wie oben beschrieben, enthält in der erfindungsgemäßen Ausführungsform ein magnetisches Lager Elektromagnete mit jeweils einem magnetischen Pol und einem Joch, die in Umfangsrichtung angeordnet sind. Dies sichert einen großen Raum zum Wickeln einer Spule, ohne den Raum für den magnetischen Lagerteil zu erhöhen oder die Pumpe zu vergrößern. Da die Spule in einem solch großen Raum untergebracht werden kann, kann die Elektromagnetspule eine erhöhte Windungszahl und einen erhöhten Drahtdurchmesser aufweisen, und folglich kann der Leistungsverbrauch reduziert werden. Weiter kann der Elektromagnet ein Joch in Form eines Zylinders oder eines Prismas aufweisen, um das Wickeln einer Spule zu vereinfachen und so die Isolationsdurchbruchsspannung zwischen Spule und Joch in geeigneter Weise sicherstellen.
Weiter kann der magnetische Lagerteil eine Mehrzahl Elektromagnete aufweisen, die dem Drehteil direkt zugewandt sind, um den Abstand zwischen dem Drehteil und den Elektromagneten zu verringern, der einer Ebene entspricht, in der die elektromagnetische Kraft des magnetischen Lagers wirkt.
So kann das Flügelrad mit einer verringerten Menge an Strom, der durch eine Elektromagnetspule zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft zur Aufhängung des Flügelrades fließt, aufgehängt werden, was von Vorteil ist, wenn die hiesige Pumpe als Blutpumpe verwendet wird, da der Stromverbrauch eines der wichtigsten Themen ist.
Weiter können der Positionssensor, die die Position des Flügelrades erfasst, und das Flügelrad weniger weit voneinander beabstandet sein, um die Empfindlichkeit des Positionssensors zu verbessern.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben worden ist, versteht sich leicht, dass dies nur anschaulich und beispielhaft und nicht als einschränkend zu werten ist, wobei der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die anliegenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Magnetisch aufgehängte Pumpe, umfassend: einen Pumpenteil (20) mit einem Drehteil (29), der in einem Gehäuse (21) vorgesehen ist und gedreht wird, um ein Fluid abzuführen; einen Drehantriebsteil (10), der sich physisch kontaktfrei zu dem Drehteil befindet und mit dem Drehteil durch eine magnetische Kraft gekoppelt ist, um den Drehteil drehbar anzutreiben; einen Positionsdetektionsteil (62), der eine Position des Drehteils in der Aufhängung detektiert; und einen gesteuerten magnetischen Lagerteil (40), der sich physisch kontaktfrei zum Drehteil befindet und den Drehteil im Ansprechen auf eine Ausgabe stützt, die dem Ergebnis der Detektion entspricht, das durch den Positionsdetektionsteil bereitgestellt wird, wobei der magnetische Lagerteil aus einer Mehrzahl von Elektromagneten (111) konfiguriert ist, die aus einem magnetischen Pol (51–56), einem Joch (71–76) und einer Spule (81–86) gebildet sind, wobei die Elektromagneten jeweils magnetische S- und N-Pole aufweisen, und dadurch gekennzeichnet, dass alle magnetischen S- und N-Pole in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu einer Drehachse des Drehteils mit einem gemeinsamen radialen Abstand um die Drehachse angeordnet sind.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 1, bei der der Drehteil in Form einer Scheibe mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, die einander gegenüberliegen, vorgesehen ist; wobei die erste Seite dem Drehantriebsteil zugewandt und mit einem Permanentmagneten (24) versehen ist, der die magnetische Kopplung erreicht, um den Drehteil (23) und den Drehantriebsteil (10) miteinander zu koppeln; und wobei die zweite Seite dem gesteuerten magnetischen Lagerteil (40) zugewandt und mit einem weichen magnetischen Element (26) versehen ist, das die magnetische Kopplung er reicht, um den Drehteil (23) und den gesteuerten magnetischen Lagerteil (40) miteinander zu koppeln.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 1, bei der der Drehteil in Form einer Scheibe vorgesehen ist, die eine Seite aufweist, die dem Drehantriebsteil zugewandt und mit einem Permanentmagneten (24) versehen ist, der in Umfangsrichtung angeordnet ist, und wobei der Drehteil (23) und der Drehantriebsteil (10) magnetisch miteinander gekoppelt sind, wobei sie physisch keinen Kontakt miteinander aufweisen.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 1, bei der der Elektromagnet drei Paare von magnetischen S- und N-Polen aufweist.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 1, bei der der gesteuerte magnetische Lagerteil (120) einem Mehrzahl von Elektromagneten (121) enthält, die jeweils direkt dem Drehteil zugewandt sind.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 5, bei der der Drehteil in Form einer Scheibe vorgesehen ist, die eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, die einander gegenüberliegen; wobei die erste Seite dem Drehantriebsteil zugewandt und mit einem Permanentmagneten (24) versehen ist, der die magnetische Kopplung erreicht, um den Drehteil (23) und den Drehantriebsteil (10) miteinander zu koppeln; und wobei die zweite Seite dem gesteuerten magnetischen Lagerteil (120) zugewandt und mit einem weichen magnetischen Element (26) versehen ist, das die magnetische Kopplung erreicht, um den Drehteil (23) und den gesteuerten magnetischen Lagerteil (120) miteinander zu koppeln.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 5, bei der der Positionsdetektionsteil (124) einen Kern (125), der aus einem weichen magnetischen Material besteht, und eine um den Kern gewickelte Spule (126) enthält.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 5, bei der einer von Elektromagnet (121) und Positionsdetektionsteil (124) durch Schweißen, Hartlöten, Pressformen, Druckschweißen, Schrumpfanpassung oder festes Verbinden oder eine Kombination hieraus am Gehäuse befestigt ist.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 5, bei der der Drehteil (23) in Form einer Scheibe vorgesehen ist, die eine Seite aufweist, die dem Drehantriebsteil zugewandt ist und einen ersten in Umfangsrichtung angeordneten ersten Permanentmagneten (24) aufweist, und wobei der Drehantriebsteil einen zweiten Permanentmagneten (14) aufweist, der in Umfangsrichtung angeordnet ist, so dass er dem ersten Permanentmagneten zugewandt ist, wobei der erste und zweite Permanentmagnet eine magnetische Kopplung erreichen, um den Drehteil und den Drehantriebsteil miteinander zu koppeln, wobei sie keinen physischen Kontakt zueinander haben.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 5, bei der der Pumpenteil eine Innenfläche aufweist, die mit Heparin beschichtet ist.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 1, bei der der Positionsdetektionsteil einen magnetischen Sensor (124) enthält, der dem Drehteil direkt zugewandt ist.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 11, bei der der Drehteil in Form einer Scheibe vorgesehen ist, die eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, die einander gegenüberliegen; wobei die erste Seite dem Drehantriebsteil zugewandt und mit einem Permanentmagneten (24) versehen ist, der die magnetische Kopplung erreicht, um den Drehteil (23) und den Drehantriebsteil (10) miteinander zu koppeln; und wobei die zweite Seite dem gesteuerten magnetischen Lagerteil (120) zugewandt und mit einem weichen magnetischen Element (26) versehen ist, das die magnetische Kopplung erreicht, um den Drehteil (23) und den gesteuerten magnetischen Lagerteil (120) miteinander zu koppeln.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 11, bei der der Positionsdetektionsteil einen Kern (125), der aus einem weichen magnetischen Material besteht, und eine um den Kern gewickelte Spule (126) enthält.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 11, bei der einer von Elektromagnet (121) und Positionsdetektionsteil (124) durch Schweißen, Hartlöten, Pressformen, Druckschweißen, Schrumpfanpassung oder festes Verbinden oder eine Kombination hieraus am Gehäuse befestigt ist.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 11, bei der der Drehteil (23) in Form einer Scheibe vorgesehen ist, die eine Seite aufweist, die dem Drehantriebsteil zugewandt ist und einen ersten in Umfangsrichtung angeordneten ersten Permanentmagneten (24) aufweist, und wobei der Drehantriebsteil einen zweiten Permanentmagneten (14) aufweist, der in Umfangsrichtung angeordnet ist, so dass er dem ersten Permanentmagneten zugewandt ist, wobei der erste und zweite Permanentmagnet eine magnetische Kopplung erreichen, um den Drehteil und den Drehantriebsteil miteinander zu koppeln, wobei sie keinen physischen Kontakt zueinander haben.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 11, bei der der Pumpenteil eine Innenfläche aufweist, die mit Heparin beschichtet ist.
Magnetisch aufgehängte Pumpe nach Anspruch 1, bei der alle Joche in Umfangsrichtung um die Achse angeordnet sind.