JP2000502420A - ロータリー・ポンプ及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明のロータリー・ポンプ（３）はハウジング（９）と、同ハウジング（９）の内側に配置された複数のブレード（１ｂ）を有する回転子（２）とを含み、同回転子（２）は磁気的に有効な受動回転子部（１）を有し、ハウジング（９）は固定子（７）によって取り囲まれ、同固定子（７）は複数の電気巻線（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈ）及び複数の歯（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ）を有し、固定子（７）及び回転子部（１）はベアリングレス・モータを形成し、回転子部（１）は複数の電気巻線（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈ）によって３自由度での能動的な制御及び駆動が可能であって、さらに回転子（２）を駆動可能な無接触の浮動状態でハウジング（９）内に配置するために、受動的に作用する磁気抵抗力によって回転子部（１）を非能動的制御可能な別の３自由度で固定子（７）内に保持可能にすべく、回転子部（１）及び固定子（７）の複数の歯（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ）は互いに幾何学的に適合する形状を有し、かつ配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 ロータリー・ポンプ及びその駆動方法 本発明は請求項１の前提部分に開示するロータリー・ポンプと、請求項２２の 前提部分に開示するロータリー・ポンプの駆動方法とに関する。 軸流ポンプまたは遠心ポンプ等の従来の複数のロータリー・ポンプは回転子を 有し、同回転子は機械的ベアリング装置内に回転可能に装着されている。この種 のロータリー・ポンプは問題点を有し、同問題点は潤滑剤による圧出流体の汚染 、またはベアリング装置若しくは回転子の機械的摩耗を含む。従って、この種の ポンプは汚染の許されない流体の圧出には不適切である。例えば、この種の流体 は超純水または血液を含む。更に、この種のロータリー・ポンプは攻撃性の高い 流体の圧出には不適切である。これは同流体がベアリング装置を短時間で破壊し 得ることに起因する。 本発明の目的は更に経済性の高いロータリー・ポンプを提供することにある。 本発明の目的は請求項１の特徴部分に開示するロータリー・ポンプによって達 成される。従属請求項２乃至１９はロータリー・ポンプの別の効果的なデザイン に関する。更に、本発明の目的は請求項２０に開示するロータリー・ポンプのた めのロータリー・ポンプ部によって達成される。本発明の目的は請求項２２の特 徴部分に開示する本発明のロータリー・ポンプの駆動方法によって達成される。 従属請求項２３乃至２５はロータリー・ポンプを駆動するための別の効果的な方 法の工程に関する。 本発明の目的は回転子を有するロータリー・ポンプによって達成され、同回転 子は磁気的に作用する力によってロータリー・ポンプのハウジング内に無接触で 装着され、かつ駆動される。本発明の１つの効果としては、ハウジングが同ハウ ジングの外側に位置する制御可能な電磁石と、ハウジング内を流動する流体とを 密閉性を維持した状態で分離できる点が挙げられる。ハウジングは開口を有さな い。更に、回転子はハウジング内に無接触で装着されている。従って、潤滑剤を 必要とせず、かつベアリング装置による摩損が生じない。 本発明はハウジングと、同ハウジング内に配置された回転軸を有するインペラ ーとを含むロータリー・ポンプによって特に実現され、インペラーは磁気的に有 効な受動回転子部を有し、ハウジングは固定子によって取り囲まれ、同固定子は 複数の電気コイル及び歯を有し、同複数の電気コイル及び歯は固定子及び回転子 部がベアリングレス・モータとして互いに協働するように配置及び形成され、か つ制御される。 ベアリングレス・モータの使用は３自由度での回転子部の能動的制御を可能に し、かつ回転子部の位置を回転軸に直交する平面内においてｘ方向及びｙ方向に それぞれ決定することを可能にする。更に、同ベアリングレス・モータの使用は 回転子部に対して周方向に作用するトルクを対応する電気コイルの制御を通じて 予め決定可能にする。 本発明の特に効果的な実施の形態では、回転子を駆動可能な安定した無接触の 浮動状態でハウジング内に装着する。これを実現するために、受動的に作用する 磁気抵抗力によって、回転子部を非能動的制御可能な別の３自由度で固定子内に 保持可能にすべく、回転子部及び固定子の複数の歯は互いに幾何学的に適合する 形状を有し、かつ配置されている。この構成の１つの効果としては、回転軸に直 交する平面に対する回転子の位置を能動的に制御し得る点と、制御可能なトルク が回転子に作用し得る点と、前記の別の３自由度での回転子の位置が受動的に作 用する磁力によって固定子内の安定位置に維持される点とが挙げられる。 本発明のロータリー・ポンプは軸流ポンプまたは遠心ポンプとして形成するこ とが好ましく、回転子は軸流ポンプの軸流型インペラーまたは遠心ポンプの遠心 インペラーとして形成されている。 軸流型インペラーとして形成された回転子は、圧出する流体に対して軸線方向 に作用するスラストを形成する。遠心インペラーとして形成された回転子はポン プ駆動中に軸線方向に作用する力を同様に形成する。軸流型インペラーまたは遠 心インペラーの部品である磁気的に有効な回転子部は、受動的に作用する磁力の みによって回転軸の方向、即ち軸線方向に保持されている。 従って、ロータリー・ポンプを駆動する十分な大きさを有する受動的に作用す る磁力を回転子に作用させるべく、固定子及び回転子部はそれぞれ形成されてい る。これは回転子部及び固定子部の磁気的に有効な部品の適切なデザイン及び幾 何学的配置によって達成可能である。例えば、固定子部の複数の歯の軸線方向に おける高さを回転子部の軸線方向における高さとほぼ同じとし、回転子部の直径 を軸線方向における同回転子部の高さの少なくとも２倍の大きさとする。軸線方 向に受動的に作用する磁力は永久磁石による固定子及び回転子部のプレテンショ ニングによって増大し得る。軸線方向におけるベアリング力は流体力学的に作用 するベアリング等の別のベアリング装置によって増大し得る。更に、軸線方向に 作用する機械的ベアリング装置を提供することは効果的である。同機械的ベアリ ング装置は非常に大きな軸方向の力が作用した際に回転子部を特定の位置へ保持 する緊急ベアリング装置として機能する。 “ベアリングレス・モータ”という用語は電気制御可能なベアリング及び駆動 装置を意味し、同装置は回転子と、複数の電磁コイルを有する固定子とを含む。 ベアリングレス・モータの回転子はシンクロナス・モータ、リラクタンス・モー タまたはインダクション・モータの駆動原理などの従来の電気機械の原理に基づ いて駆動可能である。磁気的に作用する力によって、ベアリングレス・モータの 回転子は固定子内に配置され、かつその回転軸に直交する平面内において無接触 で保持される。回転子の回転軸に直交する平面内における同回転子の位置を能動 的に変更すべく、複数の電磁コイルを制御できる。回転子の位置はセンサによっ て監視され、電磁コイルは適切な制御装置によって調整可能に制御される。同制 御は固定子内の回転子をその回転軸に直交する平面内に無接触で保持すべく実施 される。更に、回転子をその回転軸の周りで回転させるべく、固定子の電磁コイ ルを適切に制御することにより、回転子に作用するトルクを形成し得る。従って 、この種のベアリングレス・モータは回転子を３自由度で能動的に制御する。換 言 するならば、同ベアリングレス・モータは回転子のｘ方向の位置、ｙ方向の位置 及びその軸線の周方向の位置を能動的に制御する。これらの特徴を有するベアリ ングレス・モータは各種の形態で形成し得る。 例えば、ベアリングレス・モータはリラクタンス・モータとして形成可能であ る。この場合、例えば、回転子は十字状をなし、固定子はそれぞれ独立した電気 的制御が可能な複数のコイルを有する。同複数のコイルは半径方向に沿って延び 、かつ周方向に沿って回転子の周りに取付けられている。回転子を回転軸に直交 する平面に対して懸架すべく複数のコイルを制御し得る。更に、複数のコイルに よって形成された回転磁界を使用することによって、回転子をその回転軸の周り で回転させるべく同回転子を駆動できる。 例えば、ベアリングレス・モータはシンクロナス・モータ同様に形成可能であ る。更に、同ベアリングレス・モータは半径方向に沿って延びる永久磁石を有す る回転子と、回転子を駆動する回転磁界を形成するための回転磁界巻線（駆動巻 線とも称される）を備えた固定子とを有する。これにより、回転子はその回転軸 の周りで回転する。更に、回転軸に直交する平面内における回転子の位置を制御 すべく、固定子は制御巻線を有する。回転子または磁束の位置はセンサによって 検出され、制御巻線は制御装置によって制御される。回転子を固定子内において 同固定子の軸線に直交する平面内に無接触で保持するように前記の制御は実施さ れる。１つの実施の形態において、この種のベアリングレス・モータは極対数ｐ の駆動巻線と、極対数ｐ＋１またはｐ−１の制御巻線とを有する。 軸流ポンプまたは遠心ポンプとして形成された本発明のロータリー・ポンプは 高純度の攻撃性または爆発性を有する有害流体及び液体の圧出に特に適する。本 発明のロータリー・ポンプは人体の外側または内側で動作する血液ポンプとして も適する。 本発明のロータリー・ポンプの１つの効果としては、無接触での装着により、 回転子を非常に高い毎分回転数（ｒｐｍ）で駆動できる点が挙げられる。この結 果、ロータリー・ポンプは非常に小さなサイズであっても高い圧出能力を有する 。 本発明のロータリー・ポンプの別の効果としては、回転子を経時変化する毎分回 転数で駆動でき、かつ流体を律動で圧出できる点が挙げられる。回転子の毎分回 転数は停止位置及び非常に高い毎分回転数の間で自由に制御できる。この結果、 ロータリー・ポンプは圧出量に関する高いダイナミクスを示し、少量または大量 の流体を圧出でき、流体を所定の単位時間流量にて特に律動で圧出できる。 本発明を複数の実施の形態に関連して以下に詳述する。 図１は軸流ポンプの縦断面図である。 図１ａは軸流ポンプまたは遠心ポンプの固定子と、磁気的に有効な回転子部と を破断して示す部分斜視図である。 図１ｂ、図１ｃ及び図１ｄは軸流ポンプまたは遠心ポンプの固定子に対する磁 気的に有効な回転子部の複数の位置を示す縦断面図である。 図２ａ、図２ｂ、図２ｃ、図２ｄ、図２ｅ、図２ｆ、図２ｇ及び図２ｈは異な る複数の磁気的に活性な回転子部を示す図である。 図３ａは図３ｂのＡ−Ａ線における軸流型インペラーの断面図である。 図３ｂは図３ａに示す軸流型インペラーの平面図である。 図３ｃは図３ａのＢ−Ｂ線における軸流型インペラーの横断面図である。 図４ａ、図４ｂ、図４ｄ及び図４ｅは軸流ポンプまたは遠心ポンプのための固 定子の複数の例を示す図である。 図４ｆ及び図４ｇは単極ベアリング（Unipolarlager）を有する固定予のため の回転子の複数の例を示す図である。 図４ｈ及び図４ｉは３相の駆動巻線または制御巻線のワインディング図である 。 図５ａは軸流ポンプの流体力学的に作用するベアリング装置と、制御装置とを 示す図である。 図６ａはリラクタンス・ロータとして形成された軸流型インペラーの斜視図で ある。 図６ｂはリラクタンス・モータを有する軸流ポンプの縦断面図である。 図６ｃは図６ｂのＣ−Ｃ線におけるリラクタンス・モータの断面図である。 図６ｄ、図６ｅ、図６ｆ、図６ｇ及び図６ｈは軸流型インペラー及びリラクタ ンス・ロータの複数の例を示す横断面図である。 図７は軸流ポンプまたは遠心ポンプの固定子の平面図である。 図７ａ、図７ｂ及び図７ｃは図７の固定子のコイルの制御の例を示す図である 。 図８ａは図８ｂのＢ−Ｂ線における遠心ポンプの縦断面図である。 図８ｂは図８ａのＡ−Ａ線における遠心ポンプの横断面図である。 図８ｉはハウジング及び回転子の間で形成される流体圧力のプロフィールを示 すグラフである。 図８ｃ〜図８ｈは別の実施の形態に基づく遠心ポンプ部を示す図である。 図８ｋはテンプル・モータ（Tempelmotor）として形成された固定子を有する 遠心ポンプを示す斜視図である。 図９は磁気的に有効な回転子部の縦断面図である。 図１０ａ、図１０ｂ、図１１ａ、図１１ｂ、図１３ａ及び図１３ｂは円盤状に 形成された回転子部の平面図及び側面図である。 図１４ａは永久磁石を使用した軸方向スラストの磁気的に有効な補償を実施す るための遠心ポンプの縦断面図である。 図１４ｂは永久磁石を使用した軸方向スラストの磁気的に有効な補償を実施す る軸流ポンプの縦断面図である。 図１は複数のくびれ９ａ，９ｂを有するハウジング部９を備えた軸流ポンプ３ ａとして形成された本発明のロータリー・ポンプ３の縦断面図である。ハウジン グ９を周方向に沿って取り囲む固定予７はハウジング９の外側に配置されている 。 そして、固定子７は半径方向に沿って延びる複数の歯７ｂ，７ｆを有する。ハウ ジング９の一部を複数の歯７ｂ，７ｆの先端と、ハウジング９の内部空間との間 に配置すべく、複数の歯７ｂ，７ｆの先端はハウジング９のジャケットの内部に 配置されている。この結果、ハウジング９の内部空間は固定子７から完全に分離 されている。複数の歯７ｂ，７ｆを有する固定子７は強磁性体材料から形成され ている。複数のコイル８ｂが複数の歯７ｂ，７ｆの周囲に巻付けられており、巻 線８の概略のみを図示する。軸流型ホイール（軸流型インペラーとも称する）２ ａとして形成された回転子２がハウジング９の内部に配置されている。本実施の 形態における軸流型インペラー２ａは半径方向へ磁化された環状永久磁石１から なる。環状永久磁石１はプラスチックからなる回転子ジャケット１ａによって取 り囲まれている。流体力学的に活性な複数のブレード１ｂと、軸流型インペラー ２ａに対して軸線方向Ａに沿って延びる中央部１ｃとが磁気的に有効な回転子部 １の環状凹部内に設けられている。複数のブレード１ｂは軸線方向Ａに沿って回 転子ジャケット１ａを超えて延出し、さらには固定子７に面する回転子ジャケッ ト１ａの外面まで延びている。複数のブレード１ｂは中央部１ｃと協働して軸流 の形成に効果的なインペラーを形成している。高いポンピング・パワーを形成す べく、同インペラーは可能な限り大きい直径を有する。複数のブレード１ｂは回 転子部１の内径部内を通り、かつ図１に示すように軸線方向Ａに沿ってハウジン グ９の壁付近まで回転子ジャケット１ａを超えて延びている。この結果、ハウジ ング９の内径部のほぼ全ては、インペラーの配置及び流体の圧出の少なくともい ずれか一方に使用される。回転子ジャケット１ａ、複数のブレード１ｂ、中央部 １ｃ及びハウジング９はプラスチック、金属（例：チタン）、セラミックまたは 生体適合材料（例：ポリカーボネート）等の非強磁性体材料から形成されている 。軸流型インペラー２ａは磁気的に活性な回転子部１によってハウジング９内に 無接触で保持されており、同保持は固定子７の磁気的に活性な力によって実現さ れる。更に、インペラー２ａを駆動すべく回転子部１に作用するトルクは回転軸 Ａの周りにおける回転子部１の回転を招来する。軸流型インペラー２ａ及び回転 子部１の少なくともいずれか一方の位置を検出するための複数のセンサ１５（図 １における図示略）が設けられている。無接触状態における回転子部１の位置ま たは磁束を検出すべく、複数のセンサ１５をハウジング９の外側と、ハウジング ９のジャケットの内側とのいずれか一方へ配置することが好ましい。渦電流セン サと、誘電性センサと、永久磁石を有するホール素子（Hallelement）とはセン サ１５に適する。固定子７に設けられた複数の巻線８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ ｅ， ８ｆの適切な制御によって、軸流型インペラー２ａの位置は回転軸Ａにほぼ直交 する平面内において無接触で制御できる。複数の巻線は極対数ｐの駆動巻線ＷＡ と、極対数ｐ＋１またはｐ−１の制御巻線ＷＳとを含む。 図１ａは軸流ポンプ３ａまたは遠心ポンプ３ｂとして形成されたロータリー・ ポンプ３の固定子７と、磁気的に活性な回転子部とを示す斜視図である。ハウジ ング９、回転子ジャケット１ａ及びブレード１ｂ等のロータリー・ポンプ３の磁 気的に無効な部分は構成を理解し易くすべく図示していない。固定子７はアイロ ン・リターン（Rueckschlusseisen）７ｚとして形成された環状部を有する。半 径方向に沿って延びる複数の歯７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆがアイロン・リタ ーン７ｚに結合されている。アイロン・リターン７ｚ及び複数の歯７ｂ，７ｃ， ７ｄ，７ｅ，７ｆは強磁性体金属からなる。図２ａ及び図２ｂに示す磁気的に有 効な回転子部１は半径方向へ分極された環状永久磁石からなる。複数のコイル８ ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆは互いに独立して制御し得る２つの部分巻線をそれ ぞれ有する。一方の部分巻線は極対数ｐの駆動巻線ＷＡとして形成され、他方の 部分巻線は極対数ｐ＋１またはｐ−１の制御巻線ＷＳとして形成されている。図 ４ｂはこの種の巻線の詳細な構成を示す。駆動巻線ＷＡと、回転子１の磁気的に 有効な部分とはシンクロナス機械と同様に互いに協働する。そして、回転磁界は 固定子７内の２相をなす駆動巻線ＷＡによって形成され、回転子１は同回転磁界 に追随する。従って、回転子１はその軸線Ａの周りで回転すべく駆動される。回 転子１の位置はセンサ１５（図示略）によって検出される。駆動巻線ＷＡによっ て形成された磁界に関する３相の制御巻線ＷＳの制御は、回転子１を固定子７内 において軸線Ａに直交する平面内においてｘ方向及びｙ向に無接触で保持すべく 実施される。従って、回転子１は３自由度で能動的に制御できる。換言するなら ば、回転子１のｘ方向の位置、ｙ方向の位置及びその軸線Ａの周方向の位置を能 動的に制御できる。 図１ａを側面から見た図１ｂは複数の固定子歯７ｂ，７ｆ間の通常位置に配置 された回転子１を示す。回転子部１は直径ＤＲ及び高さＨＲを有する。固定子歯 ７ｆ，７ｂは高さＨＳを回転子部１に面する側面上に有する。固定子歯７ｆ，７ ｂ及び回転子１間の間隙は距離ＤＬを有する。図１ｃは通常位置からｚ方向へず れた回転子１を示す。永久磁石回転子１は磁界を形成し、同磁界は回転子１の内 部から空隙を通って固定子歯７ｂまで延び、さらにはアイロン・リターン７ｚ、 固定子歯７ｆ及び空隙を通って回転子１へ戻る。更に、全磁束の一部は複数の固 定子歯７ｃ，７ｄ，７ｅを通過する。回転子１が通常位置からｚ方向へずれた際 、永久磁石によるプレテンションが加わった磁束サーキットは受動的に作用する 復元磁気抵抗力Ｆｔｏｔを形成する。復元磁気抵抗力Ｆｔｏｔはｚ方向に延びる 成分Ｆｚと、ｘ方向に延びる成分Ｆｘとを有する。回転子１がｚ方向へずれた際 、力成分Ｆｚはずれの方向とは反対方向へ作用し、かつ回転子１を通常位置へ戻 す。このため、力成分Ｆｚは回転子１の位置を安定化する作用を有する。 図１ｄはｙ軸に対して傾斜した位置にある回転子１を示す。この位置において 、受動的に作用する復元磁気抵抗力Ｆｔｏｔは傾斜方向とは反対方向へ作用する トルクを回転子１に対して加える。従って、復元力成分Ｆｚは回転子１の位置を 安定化させる作用を有し、かつ回転子１を通常位置へ戻す。回転子１がｘ軸の周 囲で傾斜した際、同様の復元作用が回転子１に加えられる。従って、受動的に作 用する磁気抵抗力によって、回転子１の位置は３自由度、即ちｚ方向への平行移 動と、ｘ軸及びｙ軸の周囲での傾斜とに関して安定化される。従って、回転子１ は磁気的に作用する力によって固定子７内に無接触で装着され、かつモータによ って軸線Ａの周りで駆動される。回転子１の位置の３自由度は制御可能であり、 回転子１の位置の別の３自由度は受動的に作用する磁気抵抗力によって安定位置 に維持される。これらの受動的に作用する磁気抵抗力を形成すべく、回転子部１ と、固定子７の複数の歯７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆとを対応する幾何学パタ ーンで相対的に形成し、かつ配置する必要がある。回転子１に面する複数の歯７ ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆの側面は高さＨＳをそれぞれ有し、同高さＨＳは好 ましくは回転子部１の高さＨＲに等しいか、またはほぼ等しい。回転子部１の直 径ＤＲは同回転子部１の高さＨＲの２倍を越す大きさを有する。固定子７及び回 転子 １の互いに適合した幾何学形状及び配置により、復元を招来する受動的に作用す る磁気抵抗力の形成が可能である。これらの受動的に作用する磁気抵抗力は短い 距離ＤＬによって増大可能であり、同距離ＤＬは図１に示すハウジング壁９及び 回転子ジャケット１ａの厚さによって決定される。受動的に作用する磁気抵抗力 は磁気サーキットの永久磁石によるプレテンショニングによっても増大できる。 例えば、これは回転子部１を貫通する磁束を増大すべく固定子７内に配置された 別のコイルまたは別の永久磁石を使用して実現し得る。 本発明の軸流ポンプ３ａでは、軸線方向、即ちｚ方向へ作用するスラストはフ ロー方向Ｆへ圧出される流体に作用する。軸流型インペラー２ａに対してｚ方向 に加わるスラストは反対方向に作用する受動磁気抵抗力によって補償する必要が ある。従って、ｚ方向に最大限で作用する受動磁気抵抗力Ｆｚを超す力が回転子 部１へ加わった場合、同回転子部１は固定子７内での平衡状態を打ち破るため、 同最大限の力Ｆｚは軸流ポンプ３ａの運転に重要である。回転子部１の平衡状態 が打ち破られることを防止すべく、図１の実施の形態に示すハウジング９は軸線 方向Ａにおける軸流型インペラー２ａの移動の自由を制限する複数のくびれ９ａ ，９ｂを有する。軸流型インペラーがｚ方向へ大きくずれた場合、軸流型インペ ラー２ａは複数のくびれ９ａ，９ｂ付近でハウジング９に当接し得る。この結果 、最大のずれは制限される。磁気的に有効な回転子部１は固定子７の磁気的に有 効な範囲内に維持される。従って、軸流型インペラー２ａを磁気的に作用する力 によって通常位置へ戻し得る。 平面図である図２ｅは２つの極対、即ち２つの南極Ｓ及び２つの北極Ｎを有す る別の環状回転子部１を示す。図１ｆは２つの極対及び４つの極Ｓ，Ｎを有する 図２ｅの回転子部の側面図である。図２ｃは環状アイロン・リターン１ｅに結合 された４つのシェル・マグネット１ｄを有する回転子部１の別例を示し、回転子 部１の外面、即ち４つのシェル・マグネット１ｄの外面は南極Ｓ及び北極Ｎを交 番で形成している。図２ｄはシェル・マグネット１ｄ及びアイロン・リターン１ ｅを有する図２ｃの回転子部１の中心付近における縦断面図である。 図３ａは図１の実施の形態に使用する軸流型インペラー２ａの縦断面図である 。 磁気的に有効な回転子部１は図２ａ及び図２ｂに示す永久磁石と同様の永久磁石 として形成されている。回転子部１はジャケット１ａによって取り囲まれており 、かつ中央部１ｃとともに複数のブレード１ｂを有する。複数のブレード１ｂは 回転子部１に固着されている。複数のブレード１ｂは流体に対して軸線方向Ａに 作用するスラストを形成すべく流体力学的に設計されている。図３ｂは図３ａの 軸流型インペラー２ａの平面図であり、回転子ジャケット１ａと、複数のブレー ド１ｂの通路と、中央部１ｃとを視認できる。図３ｃは図３ａのＢ−Ｂ線におけ る断面図である。磁気的に活性な回転子部１の環状通路と、リングの内側へ延び る複数のブレード１ｂと、中央部１ｃとを図３ｃにおいて確認可能である。 図４ｂは図１の実施の形態に基づく固定子７の巻線８の詳細を示す。回転磁界 を形成する極対数１の２相の駆動巻線ＷＡ（巻線Ｗ１及びＷ２）と、ｘ方向及び ｙ方向における回転子２の位置をそれぞれ制御するための極対数２の２相の制御 巻線ＷＳ（巻線Ｗ３及びＷ４）とが固定子７の複数の歯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈの表面に沿って配置されている。駆動巻線ＷＡは極対 数ｐ＝１を有し、制御巻線ＷＳは極対数ｐ＝２を有する。Ｎｘｘは１つの実施の 形態における各巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４の巻数を示し、Ｎ１１，Ｎ１２及び Ｎ１３並びにＮ１ｘは歯７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇまたは７ｈ の周囲における巻線Ｗ１の巻数を示す。更に、Ｎ２ｘ、Ｎ３ｘ及びＮ４ｘは対応 する歯の周囲における巻線Ｗ２、Ｗ３及びＷ４の巻数をそれぞれ示す。 図５ａの上部は図１及び図５ａの実施の形態に示す軸流ポンプ３ａとして形成 されたロータリー・ポンプ３を制御するための制御装置６を示す。軸流型インペ ラー２ａの位置は歯７ｆの表面に配置したセンサ１５によって検出する。同セン サ１５の信号は信号線４５ａを通じて信号評価装置４５へ供給される。信号評価 装置４５は軸流型インペラー２を監視すべく別の複数のセンサ（図示略）からの 信号を評価する。同別の複数のセンサ（図示略）からの信号はハウジング９内に おける軸流型インペラー２の位置及び毎分回転数を決定すべく複数の信号線４５ ｂ，４５ｃ，４５ｄを通じて信号評価装置４５へ供給される。複数の値はマイク ロコンピュータを有する制御装置４０へ供給され、同制御装置４０は駆動巻線及 び制御巻線の設定値を算出し、かつ同設定値を制御巻線ＷＳの電流コントローラ ４２と、駆動巻線ＷＡの電流コントローラ４３とへそれぞれ供給する。制御巻線 ＷＳは導電線４２ａを通じて電流コントローラ４２へ接続されており、駆動巻線 ＷＡは導電線４３ａを通じて電流コントローラ４３へ接続されている。 図４ａは別の実施の形態に基づく半径方向に沿って延びる６つの歯７ａ,７ｂ ，７ｃ，７ｄ，７ｅを備えた固定子７を示す。６つの歯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ ，７ｅは個々に制御できるコイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆをそれぞ れ有する。図２ａに基づいて形成された磁気的に有効な回転子部１（図示略）は ハウジング９の内部に配置されている。各コイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ ，Ｌｆは調整装置に接続され、複数のコイルは上位の制御装置４０によって制御 される。同制御は回転子１を回転軸Ａに直交する平面に対して無接触で保持すべ く実施され、さらに駆動トルクが回転子１に加えられる。 図１ａに示す固定子７同様に図４ａに示す固定子７はリラクタンス・モータと して機能すべく駆動できる。更に、図２ｇに基づいて形成された回転子１を固定 子７内に使用可能である。複数の部分セクション１ｆを有し、かつ磁気的に有効 な十字突起状回転子部１は強磁性体からなる一方で、永久磁化されていない。適 切な時間で順次制御される複数のコイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆを 使用することにより、回転軸Ａの周りでの回転子１の回転を磁気抵抗力によって 形成する。複数のコイルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆの対応した制御に より、回転子１は無接触で懸架される。図２ｈは図２ｇに示す十字状回転子１の 縦断面図である。 図４ｄは別の実施の形態に基づく回転子部１を示し、同回転子部１は磁気的に 有効であり、かつ固定子７によって無接触で駆動可能に保持されている。回転子 部１は図２ｇまたは図６ｆに示すシンクロナス・リラクタンス回転子として形成 されている。環状をなし、かつ軸線方向Ａへ分極された複数の永久磁石１０ａ， １０ｂが、複数の歯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆの先端部の両側にそれ ぞれ配置されている。これらの永久磁石１０ａ，１０ｂは磁界線１０ｃによって 示す単極磁束（Unipolarfluss）を形成する。単極磁束は回転子１と、半径方向 に外側へ延びる複数の歯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆを透過している。 この単極磁束により、図１ｃ及び図１ｄに示す受動的に作用する磁気抵抗力、 即ち復元力Ｆｔｏｔが増大する。この結果、回転子１は固定子７内に更に安定し て装着される。即ち、軸線方向Ａに作用する更に大きなスラストを軸流型インペ ラー２ａによって形成し得る。この場合、制御巻線ＷＳは２つの極を有し得る。 更に、駆動巻線ＷＡは４つまたは６つの極を有し得る。更に、複数の巻線を通過 するフローは一定に維持され、更に大きなトルク及びラジアル・ベアリング・フ ォースを形成可能である。 図４ｅは別の実施の形態に基づく固定子７を示し、同固定子７は更に安定した 回転子２の装着を実現する別の単極磁束を有する。固定子７は巻線をそれぞれ備 えた複数の歯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆを有する第１の固定子部７ｍ と、巻線をそれぞれ備えた複数の歯７ａ’，７ｂ’，７ｃ’，７ｄ’，７ｅ’， ７ｆ’を有する第２の固定子部７ｎと、軸線方向Ａへ分極された永久磁石７ｐと を有する。永久磁石７ｐは環状をなし、かつ２つの固定子部７ｍ，７ｎ間に配置 されている。平面図４ｆと、Ｄ−Ｄ線における断面図４ｇとは図４ｅに示す固定 子７のための回転子部１の例を示す。回転子部１は十宇状の突起を形成する複数 の部分１ｆを備えた円筒アイロン部を有する。従って、図４ｇに示すように、固 定子７の複数の歯へ配向されたＵ字型をなす強磁性体回転子部１が提供される。 形成された溝内に挿設されたセンサ・リングｎは非強磁性体金属からなる。単極 磁束は図４ｅに示す固定子７内へ挿入された回転子部１内に形成され、同単極磁 束は永久磁石７ｐから複数の歯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇを通 って回転子部１まで延び、さらに同回転子部１から別の複数の歯７ａ’，７ｂ’ ，７ｃ’，７ｄ’，７ｅ’，７ｆ’，７ｇ’を通って永久磁石７ｐへ戻る。この 単極磁束は軸線方向Ａにおける回転子部１のずれに対する安定化作用を形成する 。 極対数１の巻線及び制御装置との組合わせにより、回転子の半径方向の位置を安 定化できる。第１の固定子部７ｍ及び第２の固定子部７ｎへそれぞれ配置された 極対１の複数の巻線を同複数の巻線の適切な制御によって個々に制御できる場合 、回転子１の傾斜を能動的、即ち制御された状態で安定化できる。トルクは回転 子と同じ極対数を備えた１つの巻線によって形成可能である。回転子１の位置を 検出するための複数のセンサ１５を配置可能であり、同複数のセンサ１５は軸線 方向に沿って２つの固定子部７ｎ，７ｍ間へ配置される。 図５ａは軸流型インペラー２ａのスラストを増大するための構成を示す。左側 に位置するハウジング９は回転子ジャケット１ａの幾何学的形状に整合すべく形 成された部分領域１１ａを有する。部分領域１１ａ及び回転子ジャケット１ａは 軸線方向Ａに作用する流体力学的軸方向ベアリングを形成する。軸流ポンプ３の 右側に位置する高圧流体、特に液体の一部は軸流型インペラー２ａ及びハウジン グ９の間を流動する部分フローｆとして逆流する。同部分フローｆは吸込側であ る軸流ポンプ３の左側へ向かってフロー方向ｆへ流動し、流体力学的軸方向ベア リングが少なくとも部分領域１１ａ内に形成される。更に、固定子７に隣接した ハウジング９及び軸流型インペラー２ａの間に形成された間隙は、軸流型インペ ラーオー２の流体力学的ラジアル・ベアリングのベアリング・ギャップを同領域 内に形成するための十分な広さを有し得る。図５ａに示す流体力学的ベアリング は軸流型インペラー２ａを安定させる別の作用を実現する。この結果、比較的大 きな力が軸流型インペラー２ａに作用する場合にも、同軸流型インペラー２ａは ハウジング９に対して無接触で安全に装着される。 ハウジング９の内側における流体力学に基づく磁気的支持を提供する軸流型イ ンペラーオー２の別のベアリングを各種の実施の形態で実現し得る。例えば、回 転子ジャケット２は螺旋溝を固定子７に配向されたその外面上に有し得る。この 結果、流体力学的に作用するステップ・ベアリングが形成される。これによって 、加圧側から吸込側へ流動する流体のフローｆを増大し、減少、抑制または偏向 可能である。これは間隙内の流体が螺旋溝のピッチと、回転子の回転方向及び毎 分回転数 とに基づいて供給されることに起因する。回転子の前面に設けられた類似する複 数の溝を使用することにより、軸線方向に作用する流体力学的ベアリングの作用 を同様に改善し得る。 図６ａはリラクタンス・モータの原理に基づいて動作する固定子７のための軸 流型インペラー２ａを示す。磁気的に活性な回転子部１は軸流型インペラー２ａ を形成している。回転子部１は強磁性体材料から形成されているが、永久磁化は されていない。更に、十字状の突起をなす回転子部１のセクション１ｆは捻れを 軸線方向Ａに沿って有し、同捻れは複数のセクション１ｆが軸流型インペラー２ ａの複数のブレード１ｂを形成するように設計されている。複数のセクション１ ｆの通路は流体力学的に最適化されている。従って、流体に対して軸線方向に作 用するスラストを複数のセクション１ｆによって形成できる。軸流型インペラー ２ａの直径ＤＲは同軸流型インペラー２ａの軸方向高さＨＲの少なくとも２倍の 大きさを有する。磁気的に作用する力により、軸流型インペラー２ａは固定子７ 内において無接触で駆動可能に保持されている。更に、緊急ベアリング装置５が 軸流型インペラー２ａの両側にそれぞれ軸線方向Ａに離間して設けられている。 磁気ベアリングの故障が発生した場合、または大きなスラスト荷重が軸線方向に 生じた場合、軸流型インペラー２ａは軸線方向に突出する緊急ベアリング部品１ ｇによって緊急ベアリング位置５ａで保持される。緊急ベアリング装置５は十字 状をなす複数のリブ５ｂまたはガイド・ブレード２ｂを有する。ガイド・ブレー ド２ｂはハウジング壁９と能動的関係を有し、かつ同ハウジング壁９によって保 持される。複数のリブ５ｂはポンプ固定子またはガイド・ブレードを形成する。 図６ｂは図６ａに示す軸流型インペラー２ａを有する軸流ポンプ３の縦断面図で ある。軸流ポンプ３は複数のコイル８を有する固定子７によって取り囲まれたハ ウジング９を有する。複数のブレード１ｂ及び中央部１ｃを有する磁気的に活性 な回転子部１はハウジング９内において無接触で駆動可能に装着されている。更 に、２つの緊急ベアリング装置５は回転子部１、即ち軸流型インペラー２ａから 軸線方向Ａへ離間した位置に配置されている。磁気的に活性な回転子部１の直径 ＤＲは同回転子部１の高さＨＲの２倍を越す大きさを有する。図６ｃは図６ｂの 軸流ポンプ３のＣ−Ｃ線における断面図である。固定子７内において、軸線方向 Ａに沿って延びる複数の固定子溝は複数の巻線８を有する。複数の巻線８は個々 に制御できる複数の巻線８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆを有し、同複数の 巻線はさらに回転磁界を形成すべく制御可能である。図４ｈ及び図４ｉに示す複 数の巻線８は極対数ｐの３相駆動巻線ＷＡと、極対数ｐ＋１またはｐ−１の３相 コイル巻線ＷＳとして形成可能である。非強磁性体ハウジング９は固定子７及び 軸流型インペラー２ａの間に配置されている。本実施の形態では、中央部１ｃと 、半径方向へ星状に突出する複数の部分１ｆとを有する磁気的に活性な回転子部 １が設けられている。図６ｄ、図６ｅ、図６ｆ及び図６ｇは磁気的に有効な回転 子部１の各種の例をそれぞれ示す。図６ｄ、図６ｅ、図６ｆ及び図６ｇにおいて 、複数のブレード１ｂの軸方向通路は示していない。図６ｄ、図６ｅ、図６ｆ及 び図６ｇにそれぞれ示す複数のブレード１ｂは軸線方向Ａに沿って延びる流体力 学的に有効な通路を有する。更に、複数のブレード１ｂは対応する捻れをそれぞ れ有する。 図６ｈは軸流型インペラー２ａの形態をなす磁気的に有効な回転子部１の別例 を示す。回転子部１は十字状のボディ１ｆを有し、同ボディ１ｆは強磁性体であ って、かつ永久磁化されていない金属からなる。ボディ１ｆは永久磁石１ｈを先 端に有する。ボディ１ｆ及び永久磁石１ｈは共通ジャケット１ｉによって取り囲 まれ、同共通ジャケット１ｉは金属（例：チタン）またはプラスチック（特に、 ポリカーボネート等の生物学的適合性を有するプラスチック）等の非強磁性体か らなる。軸流型インペラー２ａは図６ｃまたは図４ａに示す実施の形態に基づく 固定子７等によって駆動できる。 図８ａは遠心ポンプ３ｂとして形成されたロータリー・ポンプ３の縦断面図で ある。遠心ポンプ３ｂは遠心ポンプ部９９からなる。遠心ポンプ部９９は内部遠 心回転子２ｂを備えたハウジング９と、固定子７の複数の歯７ｂ，７ｆによって 示す駆動及びベアリング装置とを有する。固定子７は図１ａまたは図４ａに示す 実施の形態に基づく固定子７のように形成し得る。ハウジング９は駆動装置に対 して固着するか、または着脱可能に取付け得る。効果的な実施の形態に基づく遠 心ポンプ３ｂおいて、図８ａに示すハウジング９は固定子７の複数の歯７ｂ，７ ｆの間に部分的に挿設し、かつ駆動装置上で緩く支持し得る。従って、ハウジン グ９は固定子７から簡単に取り外し、さらには交換等が可能である。例えば、遠 心ポンプ部９９を血液ポンプとして使用する場合、遠心ポンプ部９９は使い捨て 品として形成できる。遠心ポンプ部９９を各使用後に交換できる一方、駆動装置 は遠心ポンプ部９９内に位置する遠心インペラー２ｂを駆動すべく所望の回数使 用できる。遠心ポンプ部９９を固定子７内へ配置した直後、図１ｂ、図１ｃ及び 図１ｄに示す遠心インペラー２ｂは固定子７及び磁気的に作用する力によって無 接触で懸架される。回転子２を位置決めするための受動的な安定化力及び／また は復元力によって、回転子を全ての６自由度において無接触で固定子７またはハ ウジング９内に装着できる。回転子部１の位置を安定化する受動的に有効な磁力 、特に軸線方向ｚに作用する力が比較的小さいことを考慮することは重要である 。遠心インペラー２ｂに対してｚ方向に加わる大きな力の場合、インペラーが固 定子７に対して持ち上げられるか、または回転子２が遠心ポンプ部９９のハウジ ング９に当接し得る。図８ａ〜図８ｈは複数の実施の形態に基づく遠心ポンプ部 ９９をそれぞれ示す。流体の圧出中も、回転子２をハウジング９内において無接 触で支持するベアリングを提供すべく、回転子２に対してｚ方向に作用する力を 減少するよう遠心ポンプ９９は形成されている。 回転子１は図２ａ、図２ｃ及び図２ｅに示す実施の形態における環状体として 形成するか、または図１０ａ、図１０ｂ、図１１ａ、図１１ｂ、図１３ａ、図１ ３ｂに示す実施の形態における円盤体として形成し得る。図１３ａに示す実施の 形態に基づく回転子は強磁性体材料１ｑ間に設けられた永久磁石１ｒを有する。 図９は回転子部１と、同回転子部１に隣接する複数の固定子歯７ｂ，７ｆとを示 す縦断面図である。回転子部１が軸線方向Ａへ偏向した際に、受動的に作用する 更に大きな磁気抵抗力を反対方向へ加えるために、磁気的に有効であって、かつ 互いに対向する複数の表面は溝状の複数の凹部を有する。 図８ａはｚ方向に沿って延びるポンプ入口開口１０１を備えた遠心ポンプ部９ ９のＢ−Ｂ線における縦断面図である。遠心ポンプ部９９は回転子２を内部に有 するハウジング９を含む。ハウジング９は液密及び気密にシールされ、かつポン プ入口開口１０１と、回転子２の半径方向に沿って延びるポンプ出口開口１０２ とを有する。回転子２は図２ａに示す永久磁化された環状の回転子部１と、同回 転子部１を取り囲む回転子ジャケット１ａと、回転子２の周縁に沿って等間隔で 配置された複数のブレード１ｂとを有する。そして、複数のブレード１ｂはイン ペラーを形成している。 ポンプ入口開口１０１付近において方向Ｆ１へ流入する流体は圧力ｐ１を有す る。ノズルとして作用するくびれ１０４がポンプ入口開口１０１に隣接して設け られている。従って、流体はノズルを通過した後、更に高い流体速度を有する。 流体はポンプ出口開口１０２を通り、かつ下流案内手段（図示略）内へ向かって 方向Ｆ２へ圧力ｐ３で圧出される。図８ｉのグラフでは、ハウジング９及び環状 体１ａの間の流体の圧力ｐを示す。圧力は回転子２に対してｚ方向へ作用する力 を形成し、同力は可能な限り小さく維持する必要がある。図８ａに示す実施の形 態では、ｚ方向へ作用する力は環状体として形成された回転子２によって小さく 維持されている。従って、回転子２に対してｚ方向へ作用する力は環状体の開口 付近において形成されない。これによって、ポンプ駆動中、回転子２に対してｚ 方向へ作用する僅かな力が形成されるのみである。図８ｂは図８ａのＡ−Ａ線に おける断面図であり、ハウジング９、回転子２ｂ、環状体１ａ並びにブレード１ ｂ及び／または羽根１ｂを示す。遠心回転子２ｂは環状に形成されている。 図８ｃ及び図８ｄは別の実施の形態に基づく遠心ポンプ部９９の縦断面図及び 横断面図をそれぞれ示す。図８ａに示す構成の他に、遠心回転子２は円形衝撃板 １ｋを有する。円形衝撃板１ｋは半径方向に沿って延びる複数のリブ１１を介し て環状体１ａに結合されている。衝撃板１ｋはポンプ入口開口１０１の長手方向 に直交する方向に沿って延びている。この結果、方向Ｆ１へ流動する流体の多く は方向Ｆ３へ流動し、かつ衝撃板１ｋに衝突し、さらには複数の部分流Ｆ４へ分 割される。特に高い流体供給体積では、衝撃板１ｋは回転子２に対して方向Ｆ１ に作用する力を形成する。 図８ｅ及び図８ｆは別の実施の形態に基づく遠心ポンプ部９９の縦断面図及び 横断面図をそれぞれ示す。図８ａに示す構成の他に、遠心ポンプ部９９は中空シ リンダの形態をなす管状突起１０５を有し、同管状突起１０５は軸線方向及び／ またはｚ方向へ延びている。更に、管状突起１０５はポンプ入口開口１０１に対 して連通すべく取付けられている。この結果、方向Ｆ１へ流動する流体は環状体 １ａの中心へ直接案内される。管状突起１０５は各種の長さに形成可能である。 環状体１ａの中心に位置する円形開口付近における流体の静圧は管状突起１０５ の出口開口の位置に依存している。従って、Ｆ１方向へ流入流体を介して回転子 ２に作用する力は管状突起１０５の長さに基づいて決定できる。この結果、遠心 ポンプ部９９を流体で充填した際、気泡が形成されない。これは管状突起１０５ が複数の開口１０５ａを有することに起因する。ポンプ出口開口１０２を通じて 流体を充填する間、流体レベルがハウジング９の内部で上昇する。そして、入ロ 開口１０１をポンピングすべく回転子の内部で形成される全ての気泡は複数の開 口１０５ａを通じて漏出する。図８ｆは図８ｅのＤ−Ｄ線における断面図であり 、環状回転子２は中心に位置する管状突起１０５を有する。 図８ｇは別の実施の形態に基づく遠心ポンプ部９９の縦断面図である。図８ｃ に詳細を示す回転子２は複数のリブ１１を介して環状体１ａに結合された衝撃板 １ｋを有する。更に、図８ｅにおいて詳述したように、遠心ポンプ部９９は中空 シリンダの形態をなす管状突起１０５を有する。流体の圧出中、これら２つの手 段は回転予２に対してフロー方向Ｆ１に作用する力を形成する。回転子２に対し て軸線方向に作用する力を形成すべく流体の作用に影響を及ぼすために、対応す るフロー決定素子を備えた別の複数の手段によって、この力を形成できる。従っ て、例えば、ハウジング９の底部及び回転子２の間の流体の圧力を低減すべく、 周縁全体に沿って延びる突起部１００ａをハウジング９の内壁に設け得る。詳細 を示す図８ｈは同圧力を低減する別の手段を示し、同手段はハウジング９の底部 の周縁全体に沿って延びる凹部１００ｂと、同凹部１００ｂに整合し、かつ周縁 全体に沿って延びる突起部１０３ｆを有する環状体１ａとを含む。ハウジング９ 内の凹部１００ｂと、回転子２の突起部１０３ｆとの間のシーリング・ギャップ １０３ｇは回転子２の周囲を流動する流体に対する抵抗を形成する。流体抵抗は シーリング・ギャップ１０３ｇの幅にほぼ比例して変化する。回転子が上方へず れた場合、流体抵抗が低減し、かつ回転子の下側の圧力を低減し、かつ回転子を その初期位置へ戻す。従って、軸線方向における位置決めを行う自己制御式回転 子が実現される。 流体フローを決定する遠心ポンプ部９９の構成部品は軸線方向に沿って遠心回 転子２ｂに作用する力を流体フロー中に形成すべく設計する必要がある。この基 本概念は複数の流体力学的手段によって実現できる。従って、図８ａ〜図８ｉに 示す実施の形態は多数の実現可能な実施の形態のうちの一部を示すのみである。 図８ｋは固定子７内に配置された遠心ポンプ部９９を有する遠心ポンプ３ｂの 概略を示す斜視図である。本実施の形態における固定子７はテンプル・モータと して形成されている。同テンプル・モータでは、複数の歯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈを形成するフラックス・アイロン（Flusseisen）７ ｙはＬ字型に形成されている。そして、複数のコイル８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ， ８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈは垂直方向に沿って延びるフラックス・アイロン７ｙの 部分に配置されている。全ての歯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ， ７ｈは円盤状アイロン・リターン７ｚを介して互いに磁気的に接続されている。 図１ａ及び図８ｋにそれぞれ示す複数の実施の形態は同様の制御が可能であって 、かつ同一の作用を磁気的に有効な回転子部１に対して有する。図８ｋに示す実 施の形態における固定子７の１つの効果としては、交換可能な部品の形態をなす 遠心ポンプ部９９を固定子７内へ簡単に挿入し、かつ簡単に取出せる点が挙げら れる。固定子７の複数の歯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈと 、対応する複数の巻線８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈとは各 種 の構成が可能である。例えば、マグネティック・リターンを円盤状アイロン・リ ターンを通じて常に形成する図４ａ、図４ｂ、図４ｄ及び図７に示すような構成 とし得る。複数の巻線はフラックス・アイロン７ｙの水平方向または垂直方向に 沿って延びるセクションヘ配置可能である。 図１ａに示す固定子７、回転子部１ｍ及び複数の巻線８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ ，８ｆを有するベアリングレス・モータは図６ｃの実施の形態に基づく固定子７ を有し得る。図６ｃに示す固定子は半径方向Ａに沿って延びる複数の固定子溝と 、同複数の固定子溝内に挿入された複数の巻線８とを有する。複数の歯７ａ，７ ｂ，・・・は複数の固定子溝の間を通るべく配置されている。図１ａに基づく固定 子７を図６ｃに基づく固定子７と置換した場合、この固定子７は例えば図４ｈに 示す駆動巻線ＷＡと、図４ｉに示す制御巻線ＷＳとを有し得る。図４ｈは３６個 の溝を有する固定子７内に挿設された駆動巻線ＷＡのワインディング図であり、 同駆動巻線ＷＡは３相、２極及び単層をなす。図４ｉは同一固定子７の３６個の 溝内に挿設された制御巻線ＷＳのワインディング図であり、同制御巻線ＷＳは３ 相、４極及び単層をなす。図１ａに基づく回転子をともなう前記の種類の固定子 ７は、２つの３相交流パワー・コントローラによって駆動でき、同２つの３相交 流パワー・コントローラは駆動巻線ＷＡ及び制御巻線ＷＳをそれぞれ制御する。 固定子７内に配置された回転子部１は永久磁化されていないケージ型回転子とし て形成するか、または短絡巻線を有し得る。回転子部１を駆動すべく、電流の流 れは固定子７内で形成された回転磁界によって誘起される。従って、回転子部１ に作用する駆動トルクはインダクション・モータの駆動原理に匹敵する。 図７は別の実施の形態に基づく固定子７を示す。固定子７は１２個の歯を有し 、同１２個の歯は半径方向に沿って延び、かつハウジング９の周囲に沿って配置 されている。制御巻線ＷＳは互いに直交する４つの巻線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４ からなる。駆動巻線ＷＡは複数の巻線Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ ７，Ａ８からなる。この固定子７は図２ａ〜図２ｈと、図１０ａ、図１０ｂ、図 １１ａ、図１１ｂ、図１３ａ及び図１３ｂとのうちのいずれか一方に示す実施の 形態 に基づく磁気的に有効な回転子部１を駆動し、かつ無接触で装着するのに適して いる。図７ａはｘ方向における回転子２の位置を制御する図７に基づく固定子７ の制御装置の例を示す。回転子１の現在位置ｘｉｓｔは位置検出センサ１５によ って検出される。現在位置ｘｉｓｔは設定値ｘｓｏｌｌと比較され、両者の差は 制御装置２０へ入力される。制御装置２０は調整値Ｉｒｘを算出する。基本電流 Ｉｏを有する電力を増幅器２１を通じて２つのコイルＳ１，Ｓ２へ供給する。調 整値Ｉｒｘを基本電流Ｉｏへ重ね合わせ、全電流に関する和がコイルＳ２内で形 成され、全電流に関する差がコイルＳ４内で形成される。この結果、Ｘ方向に作 用する対応した力が回転子２に加えられる。図７ｂはｙ方向における回転子２の 位置を制御するための同一の制御装置を示す。ｙｓｏｌｌからｙｉｓｔを差し引 いた調整のための差は制御装置２０へ供給される。制御装置２０は調整値Ｉｒｙ を算出し、同調整値Ｉｒｙは回転子２に対してｙ方向へ作用する対応した力を形 成すべく２つのコイルＳ１，Ｓ３へ供給される。図７ｃはトルクを回転子２上に 形成する、即ち回転磁界を形成する複数のコイルＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５ ，Ａ６，Ａ７，Ａ８の制御を示す。複数のコイルは３相システムのうちの２相に 対して接続され、このうちの第１の相は電圧ｓｉｎ（ωｔ）を形成し、第２の相 は電圧ｓｉｎ（ωｔ＋１２０度）を形成する。換言するならば、第２の相は第１ の相に対して１２０度の位相差を有する電圧を形成する。４つのコイルＡ４，Ａ ２，Ａ８，Ａ６は直列に接続され、かつ共通増幅器２１によって第１の相の電圧 ｓｉｎ（ωｔ）で制御される。別の４つのコイルＡ３，Ａ１，Ａ７，Ａ５は同様 に直列に接続され、かつ共通増幅器２１によって第２の相の電圧ｓｉｎ（ωｔ＋ １２０度）で制御される。この制御によって、回転磁界が固定子７内で形成され る。回転磁界は回転子２を駆動すべく同回転子２に対して周方向に作用するトル クを形成する。 図１４ａは別の実施の形態に基づく遠心ポンプ部９９の縦断面図である。遠心 ポンプ部９９は図８ａに示す実施の形態同様に形成され、かつ複数の環状永久磁 石８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄをさらに有する。同複数の環状永久磁石８０ ａ，８ｂ，８０ｃ，８０ｄは軸線Ａの方向へ作用する軸線方向スラストを補償す る。これにより、回転子部１は永久磁石８０ｃを固着したカバー・プレート８１ をさらに有する。複数の歯７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈを 有する固定子７を含む駆動装置内には、軸線方向へ分極された環状永久磁石８０ ａがさらに設けられている。遠心ポンプ９９を固定子７内へ挿入した後、ハウジ ング９は永久磁石８０ａの上方または同永久磁石８０ａ上に配置される。遠心ポ ンプ部９９の回転子部１は軸線方向Ａへ分極された環状永久磁石８０ｂをさらに 有し、同環状永久磁石８０ｂは永久磁石８０ａとは逆方向へ分極されている。こ の結果、永久磁石によって形成される反発力は２つの永久磁石８０ａ，８０ｂ間 に発生する。遠心ポンプ部９９を挿入した状態において、２つの永久磁石８０ａ ，８０ｂの磁気的に有効な前面が互いに上下に重なるように同２つの永久磁石８ ０ａ，８０ｂの直径は互いに適合している。同様に、カバー・プレート８１によ って回転子部１の上部に固着された永久磁石８０ｃは対応する永久磁石リング８ ０ｄを有する。永久磁石リング８０ｄは遠心ポンプ部９９の外側に配置され、か つ同遠心ポンプ部９９上で支持されている。両環状永久磁石８０ｃ，８０ｄは互 いに相反する方向へそれぞれ分極されている。この結果、永久磁石による反発力 は両環状永久磁石８０ｃ，８０ｄ上にそれぞれ作用する。効果的な実施の形態に おいて、遠心ポンプ部９９の内部に配置された２つの永久磁石８０ｂ，８０ｃは 遠心ポンプ９９の外側に配置された２つの永久磁石８０ａ，８０ｄより小さいか 、または実質的に小さく形成されている。１回使用した後で破壊する血液ポンプ などの使い捨て品として、遠心ポンプ部９９を形成する場合、この構成は特に効 果的である。 図１４ｂは別の実施の形態に基づく軸流ポンプ３ａの縦断面図である。軸流ポ ンプ３ａは軸線Ａの方向に作用する軸線方向スラスト補償を実現する複数の環状 永久磁石８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆを更に有する以外は 図５ａに基づく実施の形態同様に形成されている。回転子２の両端には、一体鋳 造された環状永久磁石８０ｂ，８０ｃがそれぞれ配置されており、同環状永久磁 石８０ｂ，８０ｃは軸線方向Ａに分極されている。固定配置されたハウジング９ 内には、別の複数の環状永久磁石８０ａ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆが配置されて いる。同複数の環状永久磁石８０ａ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆは永久磁石による 反発力を軸線方向に沿って回転子２の両側にそれぞれ形成するように配置され、 かつ分極されている。この複数の永久磁石８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８ ０ｅ，８０ｆの構成により、軸線方向Ａに作用するスラスト補償が実現される。 図１４ａ及び図１４ｂにそれぞれ示す両実施の形態において、永久磁力による軸 線方向スラスト補償を実現する複数の永久磁石８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ ，８０ｅ，８０ｆの効果的な構成が複数存在する。例えば、軸線方向Ａに作用す るスラスト補償を形成すべく、軸流ポンプ３ａは左側に配置された永久磁石８０ ａ，８０ｂのみを有し得る。更に、軸線方向に作用するスラスト補償を実現すべ く、図１４ａに示す構成は下部に配置された永久磁石８０ａ，８０ｂのみを有し 得る。例えば、環状永久磁石８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆ を複数の独立したセグメントから構成し得る。更に、永久磁石によって軸線方向 へ作用する力を形成すべく、複数の環状永久磁石８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ ｄ，８０ｅ，８０ｆを半径方向へ分極し、かつ僅かに向きを変えて上下に配置で きる。特定の永久磁石８０，８０ｂを半径方向へ磁化し、残りの永久磁石８０ｃ ，８０ｄ，８０ｅ，８０ｆを軸線方向へ分極し得る。この結果、軸線方向へ作用 する力を形成すべく、複数の永久磁石は互いに作用する配置となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュブ、レト スイス国 ＣＨ−8604 ワオルケットヴィ ル アッカーシュトラーセ 75エー (72)発明者 フーゲル、イェルグ スイス国 ＣＨ−8008 チューリッヒ ル ッセンベク 34

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ハウジング（９）と、前記ハウジング（９）の内側に配置された複数のブレ ード（１ｂ）を有する回転子（２）とを含むロータリー・ポンプ（３）であって 、前記回転子（２）は磁気的に有効な受動回転子部（１）を有し、前記ハウジン グ（９）は固定子（７）によって取り囲まれ、同固定子（７）は複数の電気巻線 （８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈ）及び複数の歯（７ａ，７ ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ）を有し、前記固定子（７）及び回転 子部（１）はベアリングレス・モータを形成し、前記回転子部（１）は前記複数 の電気巻線（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈ）によって３自 由度での能動的な制御及び駆動が可能であって、さらに回転子（２）を駆動可能 な無接触の浮動状態でハウジング（９）内に配置するために、受動的に作用する 磁気抵抗力によって回転子部（１）を非能動的制御可能な別の３自由度で固定子 （７）内に保持可能にすべく、前記回転子部（１）及び固定子（７）の複数の歯 （７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ）は互いに幾何学的に適合 する形状を有し、かつ配置されているロータリー・ポンプ。 ２．前記回転子部（１）は回転軸（Ａ）を有し、前記回転子部（１）及び複数の 歯（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ）は前記軸線方向（Ａ） に沿って高さ（ＨＲ）及び高さ（ＨＳ）をそれぞれ有し、回転子部（１）の高さ （ＨＲ）は複数の歯（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ）の高 さ（ＨＳ）に等しいかまたはほぼ等しく、回転子部（１）の直径（ＤＲ）は同回 転子部（１）の高さ（ＨＲ）の少なくとも２倍の大きさを有する請求項１に記載 のロータリー・ポンプ。 ３．前記回転子部（１）は円盤体または環状体として形成されている請求項１ま たは２に記載のロータリー・ポンプ。 ４．前記回転子部（１）は星形体として形成されている請求項１乃至３のいずれ か一項に記載のロータリー・ポンプ。 ５．前記回転子部（１）は永久磁石からなるか、または永久磁石を含む請求項１ 乃至４のいずれか一項に記載のロータリー・ポンプ。 ６．前記回転子部（１）は短絡巻線またはケージ型回転子を含む請求項１乃至５ のいずれか一項に記載のロータリー・ポンプ。 ７．前記回転子部（１）は回転子ジャケット（１ａ）によって取り囲まれ、前記 回転子ジャケット（１ａ）は非強磁性体材料、特に、プラスチック、金属、セラ ミックまたは生体適合材料からなる請求項１乃至６のいずれか一項に記載のロー タリー・ポンプ。 ８．リラクタンス・モータ、シンクロナス・モータまたはインダクション・モー タの機能原理に基づいてベアリングレス・モータ（４）の回転子部（１）を駆動 するために、制御装置（４０）による前記複数の電気巻線（８ａ，８ｂ，８ｃ， ８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ，８ｈ）の制御を可能とするように、回転子部（１）及 び固定子（７）は相対的に形成されている請求項１乃至７のいずれか一項に記載 のロータリー・ポンプ。 ９．前記固定子（７）は極対数ｐの駆動巻線（ＷＡ）と、極対数ｐ＋１またはｐ −１の制御巻線（ＷＳ）とを有する請求項８に記載のロータリー・ポンプ。 １０．軸線方向（Ａ）に沿って前記回転子（２）の少なくとも一方の側面に続い て設けられた緊急ベアリング位置（９ｂ）を有する請求項１乃至９のいずれか一 項に記載のロータリー・ポンプ。 １１．少なくとも軸線方向（Ａ）に作用する流体力学的ベアリングを形成するよ うに、回転子（２）と、ハウジング（９）の内壁の一部とを相対的に形成した請 求項１乃至１１のいずれか一項に記載のロータリー・ポンプ。 １２．前記回転子（２）はステップ・ベアリングを形成するための少なくとも１ つの螺旋溝をハウジング（９）へ配向されたその表面上に有する請求項１乃至１ １のいずれか一項に記載のロータリー・ポンプ。 １３．前記ロータリー・ポンプ（３）は軸流ポンプ（３ａ）として形成され、前 記回転子部（１）は凹部をその回転中心に有し、軸流型インペラー（２ａ）とし て形成された回転子（２）の複数のブレード（１ｂ）を前記凹部内に配置した請 求項１乃至１２のいずれか一項に記載のロータリー・ポンプ。 １４．前記複数のブレード（１ｂ）は軸線方向（Ａ）に沿って回転子ジャケット （１ａ）を超えて延出している請求項１３に記載のロータリー・ポンプ。 １５．前記ロータリー・ポンプ（３）は軸流ポンプ（３ａ）として形成され、前 記回転子（２）は回転子部（１）のみによって構成され、前記回転子部（１）は 軸流型インペラー（２ａ）の複数のブレード（１ｂ）をさらに形成している請求 項１乃至１２のいずれか一項に記載のロータリー・ポンプ。 １６．前記ロータリー・ポンプ（３）は遠心ポンプ（３ｂ）として形成され、前 記回転子（２）は遠心インペラー（２ｂ）として形成され、かつ軸線方向（Ａ） に沿って延出する複数のブレード（１ｂ）をその少なくとも一方の側面に有する 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のロータリー・ポンプ。 １７．実質的に軸線方向（Ａ）に沿って作用する力をポンプ駆動中に遠心インペ ラー（２ｂ）上に形成すべく、前記ハウジング（９）の内壁及び遠心インペラー （２ｂ）の少なくともいずれか一方はフローに作用する部分素子（１００ａ，１ ００ｂ，１０４，１０５，１０３ｆ，１１，１ｋ）を有する請求項１６に記載の ロータリー・ポンプ。 １８．内部遠心インペラー（２ｂ）を備えたハウジング（９）は固定子（７）内 へ少なくとも部分的に挿入可能であって、かつ再び取外し得る請求項１６または １７に記載のロータリー・ポンプ。 １９．前記回転子部（１）は少なくとも１つの環状永久磁石（８０ｂ，８０ｃ） を有し、前記ロータリー・ポンプ（３）は固定された少なくとも１つの別の永久 磁石（８０ａ，８０ｄ）を有し、前記複数の永久磁石（８０ａ，８０ｂ，８０ｃ ，８０ｄ）は回転子部（１）に作用する反発力を形成すべく互いに配置され、か つ分極されている請求項１乃至１８のいずれか一項に記載のロータリー・ポンプ 。 ２０．請求項１乃至１２または１６乃至１９のいずれか一項に記載の遠心ポンプ （３ｂ）のための遠心ポンプ部（９９）であって、回転可能にハウジング（９） 内に配置された遠心インペラー（２ｂ）を有し、前記ハウジング（９）は液密及 び気密にシールされ、かつ少なくとも１つのポンプ入口開口（１０１）及び少な くとも１つのポンプ出口開口（１０２）を有し、前記遠心インペラー（２ｂ）は 強磁性体または永久磁石である円盤または環からなる回転子部（１）を有する遠 心ポンプ部（９９）。 ２１．人体の内側または外側に位置する血液ポンプであって、請求項１乃至２０ のいずれか一項に記載のロータリー・ポンプ（３，３ａ，３ｂ）を有する血液ポ ンプ。 ２２．請求項１乃至２１のいずれか一項に記載のロータリー・ポンプ（３，３ａ ，３ｂ）、特に血液ポンプの駆動方法であって、回転子（２）の位置をセンサ（ １５）によって検出し、前記複数の電気巻線（８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ， ８ｆ，８ｇ，８ｈ）を制御装置（４０）によって制御し、同制御は回転子（２） をその回転軸（Ａ）の周りで能動的に駆動し、かつ同回転子（２）をハウジング （９）内において回転軸（Ａ）に直交する平面に対して無接触で懸架するように 実施する方法。 ２３．前記回転子（２）を毎分回転数で駆動し、前記毎分回転数は予め設定可能 であって、かつ一定または経時変化可能であり、特に、同経時変化は流体を律動 で圧出すべく実施される請求項２２に記載の方法。 ２４．値、特に血圧等の生物学的値をセンサ（１５ａ）で検出し、予め設定可能 な毎分回転数または予め設定可能な毎分回転数曲線を使用することによって、ロ ータリー・ポンプ（３，３ａ，３ｂ）の毎分回転数を前記検出された値に基づい て制御する請求項２２または２３に記載の方法。 ２５．前記ロータリー・ポンプ（３，３ａ，３ｂ）を血液ポンプとして駆動し、 単位時間あたりに圧出する血液の体積は、予め設定可能な曲線、特に、心臓によ って単位時間あたりに自然に圧出される血液の体積を示す曲線に従う請求項２２ 乃至２４のいずれか一項に記載の方法。