JP2003501155A - Magnetic levitation supported blood pump - Google Patents

Magnetic levitation supported blood pump

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JP2003501155A JP2001501280A JP2001501280A JP2003501155A JP 2003501155 A JP2003501155 A JP 2003501155A JP 2001501280 A JP2001501280 A JP 2001501280A JP 2001501280 A JP2001501280 A JP 2001501280A JP 2003501155 A JP2003501155 A JP 2003501155A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は血液を推進するための非接触式軸流ターボポンプであり、ポンプ軸を規定し相対する両軸線端に入口開口と出口開口を備えたポンプハウジング(24)と、ロータ軸及び相対するロータ軸先端を定めるロータユニット(17)とを有する。ポンプは、両ロータ軸先端においてポンプハウジング内にてロータを磁気的に浮上支持し、ハウジングとの間の物理的接触を回避するとともに、ロータ軸線端と磁気浮上支持要素(13)(13’)との間に流体ギャップを画定する。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a non-contact axial flow turbopump for propelling blood, comprising a pump housing (24) defining an axis of the pump and having inlet and outlet openings at opposite axial ends. And a rotor unit (17) for defining a rotor shaft and a tip of the opposed rotor shaft. The pump magnetically levitates and supports the rotor in the pump housing at both rotor shaft tips, avoids physical contact with the housing, and has the rotor shaft ends and the magnetic levitating support elements (13) (13 '). To define a fluid gap.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 (発明の背景) (発明の技術分野) 本発明は、人の胸にインプラント可能であって、血液をポンプする上で人間の
心臓を補助するために用い得るような回転血液ポンプに関し、特に磁気浮上支持
を用いたこのような形式の血液ポンプに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to rotary blood pumps that are implantable in the human chest and may be used to assist the human heart in pumping blood. , In particular to blood pumps of this type using magnetic levitation support.

【0002】 (従来技術の説明) 心臓を補助するために現在開発されている最近の技術に基づくインプラント可
能な血液ポンプは、ターボポンプである。それらは、JARVIK 2000のような軸流
式のものや、Cleveland Clinicにより開発されている遠心式のものや、ピッツバ
ーグ大学により開発されている“ストリームライナー(Streamliner)”のよう
な混合形式のものがある。これらは、全て、数千rpmの速度で回転する高速回
転インペラを用いる。JARVIK 2000を含む多くのものは、ロータを支持するため
に個体接触を伴うジャーナル軸受けを用いる。このような軸受けの使用は、血液
損傷や血栓の原因となり得ることから好ましくない。個体接触軸受けの問題を回
避するために 最近では、“ストリームライナー”ポンプなどのように、磁気軸
受けが用いられてる。これら磁気軸受けは非接触軸受けであり、血液における剪
断応力(shear stress)を減少するように軸受けの隙間を大きく保ち得ることか
ら、血液に対する損傷を最小化することができる。しかしながら、新鮮な血液で
軸受けの隙間を洗い流さなければならないという問題は依然として存在する。こ
の洗い流しは、血栓の形成をなくすために重要である。
Description of the Prior Art An implantable blood pump based on the current technology currently being developed to assist the heart is a turbo pump. They are axial flow type such as JARVIK 2000, centrifugal type developed by Cleveland Clinic, and mixed type such as "Streamliner" developed by University of Pittsburgh. is there. They all use high speed rotating impellers that rotate at speeds of thousands of rpm. Many, including JARVIK 2000, use journal bearings with solid contact to support the rotor. The use of such a bearing is not preferable because it may cause blood damage or thrombus. To avoid the problem of solid contact bearings Recently, magnetic bearings have been used, such as "streamliner" pumps. These magnetic bearings are non-contact bearings and can maintain large bearing gaps to reduce shear stress in blood, thus minimizing damage to blood. However, there is still the problem of having to flush the bearing gap with fresh blood. This washout is important to eliminate thrombus formation.

【0003】 磁気軸受けは、ポンプのサイズを最小化するために小さなスペース内にパッケ
ージされなければならいが、これを達成するのは困難である。磁気軸受けポンプ
の多くは、あまりにも大型であるため広く受け入れられるには至っていない。
Magnetic bearings must be packaged in a small space to minimize the size of the pump, which is difficult to achieve. Many magnetic bearing pumps are too large to be widely accepted.

【0004】 インプラント可能な血液ポンプに必要なもう1つの事項は、電力消費が小さい
ことである。磁気軸受けを用いるポンプは、電力の消費が大きいことが知られて
おり、軸受けのためだけでも20ワットもの電力が必要となる(通常は、5ワッ
ト程度)。左心室補助装置(LVAD)に於いて血液に伝達されるパワーは約3
ワットであって、従って磁気軸受けのために1.0ワットを越える追加の電力を
消費することは望ましくない。
Another requirement for implantable blood pumps is low power consumption. Pumps using magnetic bearings are known to consume large amounts of power, requiring as much as 20 watts for bearings alone (typically around 5 watts). The power delivered to the blood in the left ventricular assist device (LVAD) is about 3
It is not desirable to dissipate more power than watts, and thus more than 1.0 watts for magnetic bearings.

【0005】 磁気軸受けの多くは、ロータを半径方向に直接浮上支持するために半径方向の
磁界を形成するべく永久磁石または電磁石を用いる。しかしながら、磁石により
生成されるような比較的小さなエアギャップ磁界を用いて得られる軸受けの半径
方向“剛性(stiffness)”は、高くない。従って、小さな半径方向の変位を伴
うのみで加えられる不可を支持するためには、大きな軸受けが必要となる。
Many magnetic bearings use permanent magnets or electromagnets to create a radial magnetic field to directly levitate the rotor in a radial direction. However, the radial "stiffness" of the bearing obtained with a relatively small air gap field, such as that produced by a magnet, is not high. Therefore, large bearings are required to support the added forces with only small radial displacements.

【0006】 Ernshawの法則として知られているように、半径方向に受動的な(passive)磁
気軸受けは基本的に軸線方向に不安定である。従って、このような軸受けにより
浮上支持されたロータを安定化するためには能動的な(active)軸線方向制御が
必要となる。特に、ロータに対してかなりの軸線方向力が加わるような軸流式タ
ーボポンプでは、能動コイルにより消費される電力が過大となり得る。“実質ゼ
ロ電力(virtually zero power: VZP)”制御ループが、電力消費を低減す
るために利用される場合がある。この制御はVZP制御として一般に知られ、磁
気浮上支持の技術の創始者の一人であるJ. Lymanにより1970年代に最初に使
用されたものである。
As is known as Ernshaw's law, radial passive magnetic bearings are basically axially unstable. Therefore, active axial control is required to stabilize a rotor levitationally supported by such bearings. In particular, in an axial turbo pump in which a considerable axial force is applied to the rotor, the power consumed by the active coil can be excessive. A “virtually zero power (VZP)” control loop may be utilized to reduce power consumption. This control, commonly known as the VZP control, was first used in the 1970s by J. Lyman, one of the founders of the magnetic levitation support technology.

【0007】 インプラント可能なターボ血液ポンプは、通常一定の回転速度で運転される。
なぜなら、患者周りのループを閉じ且つ患者の必要に応じてポンプの流量を生理
学的に変化させるのは困難だからである。基本的な流量を提供することによって
、活動レベルに応じた血流に対する需要の増大は、患者自身の心臓により補われ
る。しかしながら、病んだ心臓は、大きな需要には応えることができず、従って
、患者の活動レベルが制限される。多少とも患者の心臓により心臓の出力に対す
る需要を補うことは、患者の左心室に対して好ましくない負荷を与えることにな
る。生理学的にポンプの出力流を制御するためには、患者の生理学的なパラメー
タを測定するために追加のセンサがしばしば用いられる。このようなものとして
は、ポンプの出口圧力やポンプの差圧を測定するための血圧トランスデューサが
ある。このような追加的なセンサの導入は、血栓の原因となったり、長期的な血
流力学的信頼性の問題を引き起こし得ることから極めて好ましくない。ある公知
のLVADは、その出力血圧を直接測定することができないため、生体内に侵入
するように配置された一連の超音波流量計を用いてポンプの流量を測定する。
Implantable turbo blood pumps usually operate at a constant rotational speed.
This is because it is difficult to close the loop around the patient and physiologically change the flow rate of the pump according to the patient's needs. By providing a basic flow rate, the increased demand for blood flow as a function of activity level is supplemented by the patient's own heart. However, a diseased heart cannot meet the great demand and thus limits the patient's activity level. Compensating the demand for cardiac output more or less with the patient's heart would place an undesirable load on the patient's left ventricle. In order to physiologically control the output flow of the pump, additional sensors are often used to measure physiological parameters of the patient. As such, there is a blood pressure transducer for measuring the outlet pressure of the pump and the differential pressure of the pump. The introduction of such an additional sensor is extremely undesirable because it may cause a thrombus or cause long-term hemodynamic reliability problems. Since some known LVADs cannot directly measure their output blood pressure, they measure the flow rate of the pump using a series of ultrasonic flow meters arranged to penetrate the body.

【0008】 自然心臓は、脈流を発生する。実験によれば、流れのパターンが常に変化する
ことから、このような一定しない流れは、人体の大きな動脈に於ける血栓の発生
を最小化することが示されている。脈流式のポンプに於いては、ポンプの出口に
於ける患者の動脈ばかりではなくポンプ自体の内部においても流れの淀み部分が
最小化或いは完全に除去される。現在のターボポンプは脈流を発生しない直流(
DC)即ち一定流ポンプ装置をなしている。患者の心臓が回復し、人体に対して
或る程度の脈流を提供し得るようになった場合でも、LVAD血液ポンプが患者
の心臓の負荷を軽減していることから、脈流の度合いは、自然の心臓のみによる
場合に比較してかなり小さくなる。“回復への架け橋(Bridge To Recovery)”
としての長期的なインプラントのためには、LVADから脈流を提供し得ること
が極めて好ましい。
The natural heart produces a pulsating flow. Experiments have shown that such inconsistent flow minimizes thrombus development in large arteries of the human body, since the flow pattern is constantly changing. In a pulsatile pump, stagnation of flow is minimized or completely eliminated not only in the patient's artery at the pump outlet, but also within the pump itself. Current turbo pumps have a direct current (
DC), that is, a constant flow pump device. Even if the patient's heart recovers and is able to provide some degree of pulsation to the human body, the LVAD blood pump reduces the load on the patient's heart, so the degree of pulsation is , Much smaller than when using only the natural heart. “Bridge To Recovery”
For long term implants as such, it is highly desirable to be able to provide pulsatile flow from the LVAD.

【0009】 (発明の要約) 従って、本発明の目的は、軸受けに於ける血栓の形成をなくすため、磁気軸受
けのギャップを新鮮な血液により洗い流すような新規な手段を提供することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a novel means of flushing the magnetic bearing gap with fresh blood to eliminate thrombus formation in the bearing.

【0010】 本発明の別の目的は、ポンプを流れる血流の量が小さい場合でも、軸受けを洗
い流し得るようにすることである。
Another object of the invention is to allow the bearing to be flushed even when the blood flow through the pump is low.

【0011】 本発明の更に別の目的は、軸受け用非接触能動的洗い流し手段を提供すること
である。
Yet another object of the present invention is to provide a non-contact active flushing means for bearings.

【0012】 本発明の更に別の目的は、鬱血領域が形成されるのを防止するために血流によ
り容易に洗い流し得るような磁気軸受け構造を提供することである。
Yet another object of the present invention is to provide a magnetic bearing structure that can be easily washed away by the bloodstream to prevent the formation of stasis areas.

【0013】 本発明の更なる目的は、大人であっても子供であっても利用し得る様な様々な
型式のターボポンプのとともにパッケージ可能であるような、構造が簡単な、小
型の軸受けシステムを提供することである。
A further object of the present invention is a compact bearing system of simple construction that can be packaged with various types of turbopumps for use by both adults and children. Is to provide.

【0014】 本発明の更なる目的は、本明細書に開示されているような高負荷軸受けととも
に用いられた場合でも電力消費が非常に小さくてすむような制御システムを提供
することである。
A further object of the present invention is to provide a control system that consumes very little power even when used with high load bearings such as those disclosed herein.

【0015】 本発明の更なる目的は、別途センサを付加することなくポンプの差圧を直接的
に測定し得るようにすることである。
A further object of the invention is to be able to directly measure the differential pressure of the pump without the addition of a separate sensor.

【0016】 本発明の更なる目的は、軸線方向負荷を支持するために殆ど電力を消費しない
ような能動コイル及び磁石構造を提供することである。
A further object of the present invention is to provide such an active coil and magnet structure which consumes little power to carry axial loads.

【0017】 本発明の更なる目的は、ポンプ内を血液が逆流するような好ましくない状態を
回避し得るような脈流形成に於ける安全性を確保することにある。
A further object of the present invention is to ensure the safety in pulsating flow formation so as to avoid an unfavorable state where blood flows backward in the pump.

【0018】 本発明の更なる目的は、磁気ベアリングにより直接決定されるポンプの差圧を
用いて信頼性高く脈流を提供することにある。
A further object of the present invention is to provide reliable pulsating flow using a pump differential pressure determined directly by magnetic bearings.

【0019】 本発明の更なる目的は、最小限のオーバーラップを伴うような複数の平行流ブ
レードを提供することにより、アルキメデスのねじ(Archimedes screw)式の軸
流インペラの長さを短縮することにある。本発明が意図されるような小型サイズ
の血流ポンプでは、ポンプの軸線方向長さを最小化することは、特に女性や子供
のための用途に於いて望ましい。
A further object of the present invention is to reduce the length of an Archimedes screw axial flow impeller by providing a plurality of parallel flow blades with minimal overlap. It is in. For small size blood flow pumps as contemplated by the present invention, minimizing the axial length of the pump is desirable, especially in applications for women and children.

【0020】 本発明の更なる目的は、インペラに於ける圧力の回復の間に血液に対して損傷
を与えないようなコンパクトな短い軸線方向長さを有するステータを提供するこ
とにある。
A further object of the present invention is to provide a stator having a compact short axial length which does not damage blood during pressure recovery in the impeller.

【0021】 上記目的、及び、以下の説明から明らかになるような他の目的を達成するため
、本発明に基づく血液ポンプは、ポンプ軸線を定め、相対する軸線端に入口開口
及び出口開口を有するポンプハウジングを含む。ロータ軸線及び相対するロータ
軸線端を定めるロータが提供される。ポンプの作動中、ロータ軸線をポンプ軸線
に概ね一致した状態に維持するようにロータの半径方向の安定性を受動的に維持
するとともに、ロータを磁気的に浮上支持するため、ポンプハウジング内におい
て両ロータ軸線端に磁気浮上支持手段が設けられる。前記ロータが外的に加えら
れる負荷を吸収し、前記ロータの前記ポンプハウジング内での接触を回避するこ
とができるように、前記ロータの軸線方向の安定性を維持するための制御手段が
提供される。前記ロータに設けられるインペラ手段は、ロータの回転に伴い、血
液を入口開口から吸い込み、出口開口から吐き出すよう機能する。ロータ及びイ
ンペラ手段を回転させることにより血液をポンプするための駆動手段が設けられ
、ロータ軸線端と磁気浮上支持手段との間に流体ギャップが形成される。更に、
前記ロータの回転中、流体ギャップに血液を継続的に流し、流体ギャップに於け
る血栓の形成を防止するため、血液洗い流し手段が提供される。
In order to achieve the above object and other objects as will be apparent from the following description, a blood pump according to the present invention defines a pump axis and has an inlet opening and an outlet opening at opposite axial ends. Includes pump housing. A rotor is provided that defines a rotor axis and opposing rotor axis ends. During the operation of the pump, the radial stability of the rotor is passively maintained so that the rotor axis is substantially aligned with the pump axis, and the rotor is magnetically levitated and supported in the pump housing. Magnetic levitation support means is provided at the end of the rotor axis. Control means are provided for maintaining axial stability of the rotor so that the rotor can absorb externally applied loads and avoid contact of the rotor within the pump housing. It The impeller means provided in the rotor functions to suck blood from the inlet opening and discharge it from the outlet opening as the rotor rotates. A drive means is provided for pumping blood by rotating the rotor and impeller means, forming a fluid gap between the rotor axis end and the magnetic levitation support means. Furthermore,
Blood flushing means are provided for continuously flowing blood into the fluid gap during rotation of the rotor to prevent thrombus formation in the fluid gap.

【0022】 好適には、洗い流し手段は血液の淀みが生じ得る流体ギャップに血液を積極的
または能動的に流す。本発明の別の特徴に基づくと、駆動手段はインペラ手段を
選択された回転速度で駆動し、ポンプハウジング内の差圧を検出するとともに前
記駆動手段の選択された回転速度に周期的な変動を与え、ポンプを通って患者の
循環系へと流れる血液の脈動流を生成するための手段が提供される。また、洗い
流しのための一構造は、流れ自体を用いることで受動的に軸受けギャップに加え
られる差圧を生成することに依存する。別の構造では、ロータの前及び後ろにア
ルキメデスのねじが取り付けられ、軸受けギャップを通るように能動的に血液が
ポンプされる。心臓の補助を受けている患者の約30%で、LVADを1年若し
くは2年使用した後、自然の心臓の十分な回復がみられ、ポンプが不要となる。
装置を取り出すよりむしろ、ポンプを置いたままにして最小の流量及び電力消費
の状態で作動させることもあり得る。能動ねじ式ポンプは、ポンプがスリープ状
態に置かれ最小限に使用されている場合においても、軸受けギャップの洗い流し
を適切に行うことを可能とする。
Suitably, the flushing means actively or actively flushes blood into the fluid gap where blood stagnation may occur. According to another feature of the invention, the drive means drives the impeller means at a selected rotational speed to detect a differential pressure within the pump housing and to provide a periodic variation in the selected rotational speed of the drive means. Means are provided for providing a pulsatile flow of blood that feeds and flows through the pump into the patient's circulatory system. Also, one structure for flushing relies on using the flow itself to passively create a differential pressure applied to the bearing gap. In another construction, Archimedean screws are attached to the front and back of the rotor to actively pump blood through the bearing gap. Approximately 30% of patients receiving cardiac support show full recovery of the natural heart after 1 or 2 years of LVAD use, eliminating the need for a pump.
Rather than removing the device, it is possible to leave the pump in place and operate with minimal flow and power consumption. Active screw pumps allow proper flushing of the bearing gaps even when the pump is in a sleep state and used minimally.

【0023】 本発明の重要な特徴は、半径方向には本来的に安定な磁気的に浮上支持された
ロータにインペラ手段を設けるとともに、ロータを軸線方向に安定させるために
有用な直接的なフィードバック信号を提供することである。この特徴によって、
ポンプの設計及び構造が大幅に簡略化され、製造コストが低減されるとともに長
い使用期間に渡って大幅に信頼性が向上される。
An important feature of the present invention is the provision of impeller means on a magnetically levitated rotor which is inherently stable in the radial direction, as well as direct feedback useful for axially stabilizing the rotor. Is to provide a signal. By this feature,
The pump design and construction is greatly simplified, manufacturing costs are reduced and reliability is significantly improved over a long period of use.

【0024】 小型の高い半径方向剛性を備えた磁気軸受けは、ポンプのロータを半径方向に
受動的に支持するために軸線方向の周縁リング磁界を用いる。この磁界は永久磁
石から周縁リング内に集束または集中され、小さなサイズにおいて、非常に大き
な半径方向負荷容量(load capacity)を提供する。これは、半径方向の磁界を
用いる通常の半径方向受動的磁気浮上支持装置と異なっている。能動的な軸線方
向制御は、“実質ゼロ電力”制御フィードバックループを用いて軸受けの安定化
を図る。消費電力が小さく小型であることにより、この軸受けを、特にインプラ
ントに適した軸流型または他の構造の血液ポンプに適用することができる。軸受
けの流体ギャップにかかる差圧は、強制的、積極的または能動的にギャップを新
鮮な血液で洗い、血栓及び流れ淀みが生じないようにする。磁気軸受けにかかる
ロータの力は、軸受け制御系で測定することができる。これにより、ポンプ両端
の差圧の直接的な決定が可能となる。このパラメータを用いて脈動流を得たり、
患者の活動レベルに合うようにポンプ出力に生理学的制御を加えたりすることが
できる。
A small, high radial stiffness magnetic bearing uses an axial peripheral ring field to passively support the rotor of the pump in the radial direction. This magnetic field is focused or concentrated from the permanent magnets into the peripheral ring and, in a small size, provides a very large radial load capacity. This is unlike conventional radial passive magnetic levitation supports that use radial magnetic fields. Active axial control uses a "virtually zero power" control feedback loop to stabilize the bearing. The low power consumption and small size make it possible to apply this bearing to blood pumps of the axial flow type or other structures, especially suitable for implants. The differential pressure across the fluid gap of the bearing forces, positively or actively flushes the gap with fresh blood and prevents thrombus and flow stagnation. The rotor force on the magnetic bearing can be measured by the bearing control system. This allows a direct determination of the differential pressure across the pump. Using this parameter to obtain a pulsating flow,
Physiological control can be added to the pump output to suit the activity level of the patient.

【0025】 本発明では、非常に高い半径方向剛性を有する軸受けが得られる。これは、半
径方向に向いた磁界よりも大きな半径方向負荷容量を有する軸線方向に向いた周
縁リング磁界を用いることにより達成される。これにより、以前には不可能であ
ったような小径の軸受けを用いることが可能となる。高い負荷容量によって消費
電力も小さくなる。
The present invention provides a bearing with a very high radial stiffness. This is accomplished by using an axially oriented peripheral ring magnetic field that has a greater radial load capacity than the radially oriented magnetic field. This allows the use of small diameter bearings that were previously impossible. High load capacity also reduces power consumption.

【0026】 本発明以前には、ターボポンプの差圧を直接的に決定することはできなかった
。ターボポンプの差圧は、一例として、患者の活動レベル及び心拍数からの要望
に応えるように、ポンプ流量に生理学的制御を加えるのに用いることができる。
Prior to the present invention, it was not possible to directly determine the differential pressure of a turbopump. The differential pressure of the turbopump can be used, as an example, to add physiological control to the pump flow rate to meet the needs of the patient's activity level and heart rate.

【0027】 本発明は、好適実施例に基づき、更なる目的及び利点とともに、以下の詳細な
説明において添付の図面を参照しつつより具体的に説明される。
The invention will be explained more concretely in the following detailed description with reference to the accompanying drawings on the basis of preferred embodiments, together with further objects and advantages.

【0028】 (発明の詳細な説明) 以下の本発明に基づく軸流及び遠心式のポンプの説明に於いて、磁気軸受けの
構造、及び、流路、磁気回路などの他の共通の要素は同じものである。これら共
通要素に対しては、同一或いは′付きの符号を付した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In the following description of the axial flow and centrifugal pumps according to the present invention, the structure of the magnetic bearing and other common elements such as the flow path and the magnetic circuit are the same. It is a thing. These common elements are designated by the same or the same reference numerals.

【0029】 図1は、ポンプ軸線Aを規定する軸流ポンプPを表し、このポンプは、ロー
タ軸線Arを有するロータR、及び、以下に詳しく説明するようにポンプ軸線A
周りに回転し得るように取り付けられた複数の螺旋状に湾曲したインペラブレ
ード4を有する。インペラブレード4は、ロータハウジング17に取り付けられ
ており、このハウジングは血液との適合性に優れた薄壁のチタンからなる。流体
により濡れる全ての部分はチタンその他の適当な非磁性体材料からなる。ロータ
Rの各軸線方向端には、鉄その他の強磁性体材料からなる磁気軸受け極片12、
12′が設けられている。軸線方向に向けて磁化された環状の永久磁石13、1
3′が対応する極片12、12′とロータRの軸線方向端壁30、30′との間
に同軸的に配置されている。ロータRは、極片12、12′をロータハウジング
17内に密封するような円筒形をなす薄肉のチタンからなるシェルにより構成さ
れている。ロータハウジング17は、ポンプの固定部に対して物理的に何ら接触
することがない。
[0029]   FIG. 1 shows the pump axis APRepresents an axial flow pump P which defines
Axis ArA rotor R, and a pump axis A as will be described in detail below.
PMultiple spirally curved impeller blades mounted to rotate around
Have a card 4. The impeller blade 4 is attached to the rotor housing 17.
The housing is made of thin-walled titanium that is highly compatible with blood. fluid
All parts that are wetted by titanium consist of titanium or other suitable non-magnetic material. Rotor
At each axial end of R, a magnetic bearing pole piece 12 made of a ferromagnetic material such as iron,
12 'is provided. Annular permanent magnets 13, 1 magnetized in the axial direction
3'between the corresponding pole pieces 12, 12 'and the axial end walls 30, 30' of the rotor R
Are arranged coaxially. The rotor R includes the pole pieces 12, 12 'in the rotor housing.
It consists of a thin shell of titanium in the shape of a cylinder that seals inside 17.
Has been. The rotor housing 17 has no physical contact with the fixed part of the pump.
There is nothing to do.

【0030】 磁気軸受けB、B′が、ロータRの各軸線方向端に設けられ、その片側は、磁
石13、13′及び極片12、12′を含み、他方の側は鉄からなる固定された
ヨーク28、28′からなる。磁束50、50′の経路が波線の輪郭により示さ
れており、図示した面内に於いて閉ループをなしている。磁束は、流体流れギャ
ップ20、20′を軸線方向に通る。ヨークは、出口フェアリング(outlet fai
ring)6及び入口フェアリング(inlet fairing)29内にシールされている。
各フェアリングは、ロータRの近傍に於いてヨーク28、28′及び能動軸受け
コイル14、14′を収容するための環状領域6a、29aを有し、各環状領域
は、壁6b、29bによりシールされることにより、対応するロータの軸線方向
端壁30、30′と共働して、半径方向流体ギャップ20、20′を画定する。
壁6b、29bは約0.010インチの厚さを有し、非磁性体エアギャップの寸
法Gを最小化するように薄く定められている。図5に最も良く示されているよ
うに、流体ギャップ20、20′は、ロータの最大rpmに応じて、血液の剪断
応力が溶血性レベル以下(subhemolytic)となるように、約4ミルから30ミル
の範囲の寸法Gfを有している。ロータRの両軸線方向端に於ける流体ギャップ
20、20′は概ね等しく選ばれるのが一般的であるが、図15に示されるよう
に、非磁性体エアギャップは異なるようにしても良い。図15の場合、上流側の
エアギャップGaが下流側のエアギャップGa′よりも大きく、両流体ギャップG f 、Gf′が、壁W〜Wの厚さを変えることにより概ね等しくなるように維持
されている。また明らかなように、壁の厚さを同じにし且つ流体ギャップ20を
同じにしつつ、極片12、12′を物理的に移動し、これらの極片の1つまたは
複数を対応する壁から離し、所望に応じてエアギャップを等しくしたり、或いは
異なるものとすることにより、ポンプの通常の動作中に於いて、ロータに作用す
る平均的な力を補償することによって、同様の結果を得ることも可能である。
[0030]   Magnetic bearings B and B'are provided at each axial end of the rotor R, one side of which is magnetic.
Fixed with stones 13 and 13 'and pole pieces 12 and 12' on the other side made of iron
It consists of yokes 28, 28 '. The path of the magnetic flux 50, 50 'is shown by the wavy outline.
And forms a closed loop in the plane shown. The magnetic flux is a fluid flow
Pass through the top 20, 20 'in the axial direction. York has an outlet fairing
It is sealed within the ring 6 and the inlet fairing 29.
Each fairing has a yoke 28, 28 'and an active bearing near the rotor R.
Having annular regions 6a, 29a for accommodating the coils 14, 14 ', each annular region
Are sealed by the walls 6b, 29b, so that the axial direction of the corresponding rotor
Cooperate with the end walls 30, 30 'to define a radial fluid gap 20, 20'.
The walls 6b, 29b have a thickness of about 0.010 inch and are the dimensions of the non-magnetic air gap.
Law GaIt is set thin to minimize It is best shown in Figure 5.
As such, the fluid gap 20, 20 ′ will shear the blood depending on the maximum rpm of the rotor.
Approximately 4 mils to 30 mils so that the stress is below the hemolytic level (subhemolytic)
Range Gfhave. Fluid gap at both axial ends of rotor R
20, 20 'are generally chosen to be approximately equal, but as shown in FIG.
In addition, the non-magnetic air gap may be different. In the case of FIG. 15, the upstream side
Air gap GaIs the air gap G on the downstream sideaGreater than ′, both fluid gap G f , Gf′ Is the wall W1~ WFourMaintained to be approximately equal by changing the thickness of
Has been done. It is also clear that the wall thickness is the same and the fluid gap 20 is
While still doing the same, physically move the pole pieces 12, 12 'to one of these pole pieces or
Separate multiples from corresponding walls to equalize air gaps if desired, or
Different to act on the rotor during normal pump operation.
Similar results can be obtained by compensating for the average force that occurs.

【0031】 流体の剥離(flow separation)や乱流を生じることがないように、入口フェ
アリング29は、符号29cにより示される部分に於いて半径方向外向きにテー
パが付けられることにより流線形をなしている。これらは入口ガイドベーン33
を介してポンプハウジング24に取り付けられている。これらのベーンは、通常
真っ直ぐであるが、螺旋状に湾曲したものであってもよい。4つの湾曲したベー
ン33a〜33dが図2に示されている。これら入口ベーンの間には周方向に間
隔31が設けられている。入口フェアリング29及びその尖った先端部32の端
面図が図2に示されている。同様に、流線形をなす出口フェアリング6は、符号
6cの部分に於いて半径方向内向きにテーパが付けられ、幾つかの等間隔に配置
された整流ベーン5が、出口フェアリング6を、ポンプハウジング17に対して
中心位置に保持している。ベーン5とロータハウジング17との間には半径方向
隙間8が設けられている。図3は、周方向に間隔31′を置いて設けられた4つ
の整流ベーン5a〜5d及び、出口フェアリング6の先鋭な端部7を示している
In order to prevent flow separation or turbulence, the inlet fairing 29 is tapered outwardly in the radial direction at the portion indicated by reference numeral 29c to provide a streamlined shape. I am doing it. These are the entrance guide vanes 33
It is attached to the pump housing 24 via. These vanes are usually straight, but may be spirally curved. Four curved vanes 33a-33d are shown in FIG. A space 31 is provided between these inlet vanes in the circumferential direction. An end view of the entrance fairing 29 and its pointed tip 32 is shown in FIG. Similarly, the streamlined exit fairing 6 tapers radially inwardly at a portion 6c, with several evenly spaced rectifying vanes 5 extending the exit fairing 6 It is held in a central position with respect to the pump housing 17. A radial gap 8 is provided between the vane 5 and the rotor housing 17. FIG. 3 shows four straightening vanes 5 a-5 d, which are circumferentially spaced apart 31 ′, and the sharp end 7 of the outlet fairing 6.

【0032】 再度図1を参照すると、特に2つの磁気軸受けの構造を示す部分に示されてい
るように、ヨーク28及び極片12は、その外周部に於いて、軸線方向に対して
は同軸をなし、半径方向については互いに整合する2つの薄い周縁リング10、
10′及び11、11′が設けられている。このような周縁リングは1つであっ
ても複数であってもよい。半径方向の剛性及び負荷容量は、エアギャップに於け
る磁束密度が一定であるとするとリングの数に応じて増大する。対応する互いに
相対する周縁リング間の軸線方向磁界は、永久磁石13、13′の磁界よりもか
なり強い。なぜなら磁石13、13′よりも小さな断面積を有する細幅の即ち半
径方向に薄い周縁リングのエアギャップを横切るように磁束が集中するからであ
る。これは、大きな受動的な半径方向負荷容量即ち復元力を発生する。しかしな
がら、軸線方向磁界は、ロータが軸線方向に中心位置決めされていない時、不安
定な軸線方向剛性或いは力を発生する。これは、各端に等しくないエアギャップ
がある場合に発生する。血液をポンプしている間にロータに加わる負荷は軸線方
向力を発生するが、ロータがフェアリング6、29と接触することがないように
、この力に対して対抗するる必要がある。
Referring again to FIG. 1, the yoke 28 and the pole piece 12 are coaxial with each other in the axial direction at the outer peripheral portion thereof, as shown in the part showing the structure of the two magnetic bearings. And two thin peripheral rings 10, which are radially aligned with each other,
10 'and 11, 11' are provided. There may be one or more such peripheral rings. The radial stiffness and load capacity increase with the number of rings given a constant magnetic flux density in the air gap. The axial magnetic field between the corresponding opposite peripheral rings is considerably stronger than the magnetic field of the permanent magnets 13, 13 '. This is because the magnetic flux concentrates across the air gap of a narrow or radially thin peripheral ring having a smaller cross-sectional area than the magnets 13, 13 '. This produces a large passive radial load capacity or restoring force. However, the axial magnetic field produces unstable axial stiffness or force when the rotor is not centered axially. This occurs when there are unequal air gaps at each end. The load on the rotor while pumping blood creates an axial force, which must be counteracted so that the rotor does not come into contact with the fairings 6, 29.

【0033】 過渡的な対抗力は、ヨークの内径を取り囲む能動軸受けコイル14、14’に
より得られる。電流がコイルを流れると、磁石の磁界に対して重ね合わさるよう
に直列に磁界が形成され、磁石による磁界を変更する。図1の矢印Aの方向に見
た時に上流側の軸受けコイル14に於ける時計回り方向電流は、磁束を増大させ
、反時計方向の電流は磁束を減少させる。このようにして、エアギャップの磁束
を増大させて力を増強することにより、上流側軸受けBはロータRを図1に於い
て右方向に引き寄せることができる。下流側の軸受けは、磁界を減少させる向き
に電流を流すことにより、ロータRをより小さな力をもって左方向に引き寄せる
ようにできる。これにより、正味の結果として右向きの正の力が発生する。両電
流を逆転させることにより、正味として左方向の力を発生することができる。
The transient counter force is provided by the active bearing coils 14, 14 'which surround the inner diameter of the yoke. When an electric current flows through the coil, a magnetic field is formed in series so as to overlap the magnetic field of the magnet, and the magnetic field generated by the magnet is changed. When viewed in the direction of arrow A in FIG. 1, the clockwise current in the upstream bearing coil 14 increases the magnetic flux and the counterclockwise current decreases it. In this way, by increasing the magnetic flux in the air gap to increase the force, the upstream bearing B can pull the rotor R to the right in FIG. The downstream bearing can draw the rotor R to the left with a smaller force by passing a current in a direction that reduces the magnetic field. This results in a rightward positive force as a net result. By reversing both currents, a net leftward force can be generated.

【0034】 ロータの軸線方向位置の偏差信号に基づいてコイル電流を制御するような閉ル
ープ制御システムを用いることにより、ロータの軸線方向運動を許容範囲内に抑
えることができる。しかしながら、ロータに対して外力が加わった場合には、こ
のような外力に対抗するために或る程度の電力がコイル内で消費されることにな
る。
By using a closed loop control system that controls the coil current based on the deviation signal of the axial position of the rotor, the axial movement of the rotor can be suppressed within an allowable range. However, when an external force is applied to the rotor, a certain amount of electric power is consumed in the coil to counter the external force.

【0035】 本軸受け構造では、位置検出以外の制御方法を用いることで、コイルの代わり
に永久磁石13により定常的な或いは徐々に変化する外力に対抗またはそれを中
和するのを可能とすることにより、このような問題も回避される。ロータが適切
な距離をもって軸線方向に変位され得る場合、軸受けの軸線方向の不安定力によ
って外力に対抗することができる。コイルは、実質ゼロ電力(VZP)フィード
バックループを用いて軸線方向位置を安定化するのみでよい。この制御ループが
行うことは、別個の制御ループに於いて、ロータの軸線方向速度をゼロになるよ
うにまたコイル電流をゼロになるように駆動することである。負荷が加わった状
態に於いて軸線方向位置が安定している場合、周縁の軸線方向力は負荷と釣り合
い、ロータは何れの軸線方向にも変位しない。即ち、ロータの軸線方向速度はゼ
ロとなり、DC負荷を支持するために何れのコイルに対しても何らDC電流を供
給する必要がない。
In this bearing structure, by using a control method other than position detection, it is possible to counteract or neutralize an external force that is steady or gradually changing by the permanent magnet 13 instead of the coil. Therefore, such a problem can be avoided. If the rotor can be displaced axially with a suitable distance, the axial instability of the bearing can counteract external forces. The coil need only stabilize its axial position with a substantially zero power (VZP) feedback loop. What this control loop does is to drive the rotor axial velocity to zero and the coil current to zero in a separate control loop. When the axial position is stable under load, the peripheral axial force balances the load and the rotor does not displace in any axial direction. That is, the axial velocity of the rotor is zero and there is no need to supply any DC current to either coil to support the DC load.

【0036】 VZP制御方法を実施するためには、ロータの軸線方向速度信号が必要である
が、これには、少なくとも1つのコイル14に於いて発生する逆起電力を利用す
ることができる。なぜなら、コイル14に生成される逆起電力はロータの軸線方
向速度に正比例し、方向に関して長期的に安定であるからである。従って、軸線
方向速度を決定するために追加のセンサを必要としない。
To implement the VZP control method, an axial velocity signal of the rotor is required, which can take advantage of the back emf generated in at least one coil 14. This is because the back electromotive force generated in the coil 14 is directly proportional to the axial velocity of the rotor and is stable in the direction with respect to the long term. Therefore, no additional sensor is needed to determine the axial velocity.

【0037】 軸線方向に接触している軸受けを最初に浮上支持するためには、接触端部に於
ける軸線方向力は一般に大きいことから、対抗するコイルは、ロータを引き離す
のに十分な力を発生することができない。この問題を解決するためには、初期D
C電流が一時的に各コイルに流され、各磁石からの磁束に対抗する磁束が生成さ
れる。これにより、軸線方向不安定力を最小化し、コイルを電流制御し、ロータ
を中心位置決めするのが可能となる。ロータが中心位置決めされれば、磁石に反
発するための電流をゼロに減らすことができる。
In order to initially support the bearing in axial contact, the opposing coil will provide sufficient force to pull the rotor apart, since the axial force at the contact end is generally large. Can not occur. To solve this problem, the initial D
A C current is temporarily passed through each coil to generate a magnetic flux that opposes the magnetic flux from each magnet. This allows the axial instability to be minimized, the coils to be current controlled and the rotor to be centered. When the rotor is centered, the current to repel the magnet can be reduced to zero.

【0038】 VZPループに代わる位置制御ループを用いて初期に軸受けを浮上支持するこ
とも可能である。このためには、軸線方向位置信号が必要である。これは、低レ
ベルのAC電流を重畳することによりコイルのインダクタンスを測定することに
より得ることができる。インダクタンスは、磁気回路の軸線方向ギャップに反比
例する。従って、コイル14を位置センサとしても利用することができる。一旦
軸受けが浮上すると、制御をVZPモードに切り替えることができる。ポンプの
全寿命に渡って、この位置制御モードを定期的に選択してもよく、それにより、
軸線方向位置の長期に渡る安定性を維持することができる。これは、VZP制御
のバックアップでもありその確認を行う機能をも果たす。
It is also possible to initially support the bearing in a floating manner by using a position control loop which replaces the VZP loop. This requires an axial position signal. This can be obtained by measuring the inductance of the coil by superimposing a low level AC current. Inductance is inversely proportional to the axial gap of the magnetic circuit. Therefore, the coil 14 can also be used as a position sensor. Once the bearing has floated, control can be switched to VZP mode. This position control mode may be selected periodically throughout the life of the pump, which
The long-term stability of the axial position can be maintained. This also serves as a backup of VZP control and a function of confirming it.

【0039】 図1に於ける軸流ポンプは、JARVIK 2000に於けるものと同様の一定な直径を
有するインペラブレード4を用いている。この一定直径インペラは、本明細書に
開示された磁気軸受けに用いるのに理想的である。何故なら、ロータが、VZP
ループにより指示された通りに、負荷を支持するべく、一定直径のハウジング内
にて任意の距離をもって軸線方向に変位できるからである。十分な軸線方向ギャ
ップ25、26及び20、20’が用いられる。それに対して、混合流形式のタ
ーボポンプでは、その長さ方向に渡って半径方向のテーパのつけられたインペラ
が用いられる。インペラは、テーパのつけられたハウジングボア内に近接して配
置される。従って、ハウジングと接触することなく軸線方向に変位し得る量がず
っと限られており、そのためVZPモードに於ける軸受けの軸線方向力の容量が
限定される。
The axial pump in FIG. 1 uses an impeller blade 4 with a constant diameter similar to that in JARVIK 2000. This constant diameter impeller is ideal for use with the magnetic bearings disclosed herein. Because the rotor is VZP
This is because, as indicated by the loop, it can be axially displaced at any distance within the housing of constant diameter to support the load. Sufficient axial gaps 25, 26 and 20, 20 'are used. In contrast, a mixed flow turbopump uses an impeller that is radially tapered over its length. The impeller is located in close proximity within the tapered housing bore. Therefore, the amount of axial displacement without contact with the housing is much more limited, which limits the axial force capacity of the bearing in the VZP mode.

【0040】 血液ポンプの設計に於ける最も重要な目的は、血栓の形成を回避するために流
体が淀む部分をなくすことである。流速がゼロとなるような流れの淀んだ部分(
特に表面)や、逆流により流速が殆どゼロとなるような部分に於いて血栓の形成
が開始され得る。このことは、磁気浮上支持軸受けに於ける、長年に渡る問題で
あった。何故なら、ロータを完全に浮かせると、新鮮な血液により洗い流すのが
困難であるような流体ギャップ、ギャップまたは通路が形成されるからである。
この問題は、本発明によれば、強制的に血流がこれらの領域を通過するようにす
ることで解決される。図1を参照すると、血液は矢印Aの方向に沿ってポンプに
導入される。血液は、淀み点圧力に近い圧力をもって、即ち高い圧力を受けた状
態で真っ直ぐな或いはテーパの付けられた孔1から導入される。血液は、先鋭な
ピンからなる変向手段またはディフレクター16に流れ、そこから半径方向に向
けられて、ロータとステータとを分離するギャップである流体ギャップ20を通
過する。この流れは、また、ギャップのやや下流側に位置する回転インペラ4の
入口に於いて生成されるサクションにより、符号15により示されるギャップの
外周部に於いて吸い出される。この差圧は、ギャップ20を洗い流すような、強
制された流れを引き起こす。
The most important objective in the design of blood pumps is to eliminate fluid stagnant areas to avoid thrombus formation. A stagnant part of the flow where the flow velocity becomes zero (
In particular, thrombus formation can be initiated in the surface) or in a portion where the flow velocity becomes almost zero due to backflow. This has been a problem for many years in magnetic levitation bearings. This is because the complete floatation of the rotor creates fluid gaps, gaps or passages that are difficult to flush with fresh blood.
This problem is solved according to the invention by forcing the blood flow through these areas. Referring to FIG. 1, blood is introduced into the pump along the direction of arrow A. Blood is introduced at a pressure close to the stagnation pressure, i.e. under high pressure, through a straight or tapered hole 1. Blood flows to a deflecting means or deflector 16 consisting of a sharp pin and is directed radially from there through a fluid gap 20, which is the gap separating the rotor and stator. This flow is also sucked out at the outer periphery of the gap indicated by reference numeral 15 by the suction generated at the inlet of the rotary impeller 4 located slightly downstream of the gap. This differential pressure causes a forced flow that flushes the gap 20.

【0041】 ロータの出口端即ち下流端に於けるギャップ20’は、ギャップ20’にほぼ
等しい半径方向高さHを有する小さな周方向リップ即ちスクープ9の補助により
洗い流される。このスクープ9は、インペラブレード4の下流に於ける高速流の
一部を、ギャップ20’に向けて半径方向に送り出す。スクープ9に於いては、
管路19の出口圧力に比較して高い淀み点圧力が存在する。この差圧により、軸
受けギャップ20’の洗い流しが能動的になされる。先鋭な集束点18を有する
出口コーンは、シャープなエッジ18があることにより、殆ど淀み点を発生する
ことなく半径方向ギャップを通る流れを軸線方向管路19に向けて合流させる。
先端部18に於ける淀みを更に減少させるために、先端部を回転軸線即ちポンプ
軸線の中心に対して若干ずらしてもよい。これにより速度がゼロとなることが回
避される。入口に於ける先端の尖ったディフレクター16も、ポンプ軸線に対し
て若干中心をずらすことにより同様の効果を達成することができる。
The gap 20 'at the outlet or downstream end of the rotor is flushed with the aid of a small circumferential lip or scoop 9 having a radial height H approximately equal to the gap 20'. The scoop 9 sends a part of the high-speed flow downstream of the impeller blade 4 in the radial direction toward the gap 20 ′. In Scoop 9,
There is a high stagnation pressure compared to the outlet pressure of line 19. This differential pressure actively flushes the bearing gap 20 '. The exit cone with the sharp focus point 18 causes the flow through the radial gap to join the axial conduit 19 with almost no stagnation points due to the sharp edge 18.
To further reduce stagnation at the tip 18, the tip may be offset slightly with respect to the center of rotation or pump axis. This avoids zero speed. The pointed deflector 16 at the inlet can also achieve the same effect by being slightly offset from the pump axis.

【0042】 開示された構造に於いては、軸受けの隙間即ち流体ギャップ20、20’に於
ける逆流の領域は、これら左右のギャップに一方向的な差圧が存在するため、生
じない。これにより、一方向的な洗い流しのための強制された流れが引き起こさ
れる。このように、淀み領域が存在しないために、血栓が発生する確率が低減さ
れる。回転するロータRは、効率の低い遠心ポンプのようにも機能し、ギャップ
20、20’に於いて半径方向外向きのポンプ作用を発揮する。しかしながら、
この効果は、強制圧力流よりもずっと小さいため、後側のギャップ20’に於い
て逆流が生じることはない。前側のギャップ20に於いては、半径方向流れが遠
心作用によって強められる。図16、17に示されるように、上流側のギャップ
20に於いて血液を半径方向外向きに流す上での効率は、軸線方向端壁30の外
面上に適当な形状が与えられた半径方向フィンFを設けることにより向上させる
ことができる。これらのフィンFは、ギャップ20内にその幅の何分の1かの割
合で突出する。その大きさは数ミルのオーダーである。このようなフィンFは、
入口ギャップ20に於いて血液を半径方向外向きに能動的に移送する。特定の良
好な結果を生み出すようなフィンのサイズ、形状、向き及び/或いは位置は、当
業者には良く知られている。
In the disclosed structure, the bearing gap, ie, the region of backflow in the fluid gap 20, 20 ′, does not occur because of the unidirectional differential pressure in these left and right gaps. This causes a forced flow for unidirectional flushing. In this way, since there is no stagnation region, the probability of thrombus occurring is reduced. The rotating rotor R also functions like a low efficiency centrifugal pump and exerts a radially outward pumping action in the gaps 20, 20 '. However,
This effect is much smaller than the forced pressure flow so that no backflow occurs in the rear gap 20 '. In the front gap 20, radial flow is enhanced by centrifugal action. As shown in FIGS. 16 and 17, the efficiency with which the blood flows radially outward in the upstream gap 20 is determined by the appropriate shape of the outer surface of the axial end wall 30 in the radial direction. It can be improved by providing the fins F. These fins F project into the gap 20 at a fraction of their width. Its size is on the order of a few mils. Such a fin F is
Actively transports blood radially outward at the inlet gap 20. Those skilled in the art are familiar with the size, shape, orientation and / or location of fins that produce a particular good result.

【0043】 本発明の重要な特徴は、差圧を発生するユニークな洗い流し流構造及び両方向
に能動的な力を生成する能力を備えた磁気軸受け構造にある。ブラシレスモータ
技術を用いた回転モータ構造はこの技術分野に於いて良く知られており、ここで
は詳しい説明を省略する。永久磁石21が、ロータ内の波線で示された領域21
に配置されている。このロータ磁石の磁界は、ポンプハウジングを取り囲む複数
のステータコイル22により発生する回転磁界と相互作用し、コイルをコミュー
テートするに伴い回転トルクを発生する。それ以上の詳しい記述は省略する。し
かしながら、回転モータにより発生する副次的な負荷は、磁気ベアリングに対し
て好ましくない負荷を加えないように最小化されるべきである。
An important feature of the present invention is the unique flush structure that creates the differential pressure and the magnetic bearing structure with the ability to generate active forces in both directions. Rotary motor structures using brushless motor technology are well known in the art and will not be described in detail here. Permanent magnets 21 are shown in dashed lines in the area 21 in the rotor.
It is located in. The magnetic field of the rotor magnet interacts with the rotating magnetic field generated by the plurality of stator coils 22 surrounding the pump housing, and generates rotating torque as the coils are commute. Further detailed description is omitted. However, the secondary load generated by the rotary motor should be minimized so as not to add unwanted load to the magnetic bearings.

【0044】 本明細書に開示された軸受け構造は、軸線方向に互いに離間して配置された2
つの別個の磁気軸受けB、B’を備えている。このように軸線方向に分かれてい
ることにより、浮上支持されたロータRにモーメントまたはコッキングに対する
安定性が与えられる。ロータの重心23は、図示されているように、理想的には
両軸受けのほぼ中点に位置する。これにより、ロータの重量または衝撃負荷によ
り軸受けに加わる半径方向負荷を均等化することができる。また、モータの半径
方向力も等しく分配される。
The bearing structure disclosed in the present specification has two bearings that are spaced apart from each other in the axial direction.
It has two separate magnetic bearings B, B '. Such axial division provides the floated rotor R with stability against moment or cocking. The center of gravity 23 of the rotor is ideally located approximately at the midpoint of both bearings, as shown. This makes it possible to equalize the radial load applied to the bearing due to the weight of the rotor or the impact load. Also, the radial force of the motor is equally distributed.

【0045】 以上軸流及び混合流形式のターボポンプの好適実施例について説明したが、次
に、同様な軸受け設計及び洗い流し差圧をどのように遠心ターボポンプに適用す
ることができるか説明する。図5に於いて、典型的な遠心ポンプは、渦巻きハウ
ジング49に対して接線方向に配置された流体出口開口27’を備えている。よ
り小さな直径を有する軸受けハウジング46が、ロータを支持する2つの磁気軸
受けを収容している。ポンプの内部が図5に示されている。ここでは、遠心イン
ペラブレード39の下部のみが断面により示されている。上部ブレードは、ブレ
ード間において断面をとることによって示されている。互いに間隔を置いて設け
られた磁気軸受けは、前記したものとほぼ同様な基本構造を有しているが、変形
実施例として1つの相違点を有している。即ち、環状磁石13が、ロータの極で
はなく、ステータのヨーク内に配置されている。このようにして、これら磁石は
回転することがなく、遠心力を受けることがない。回転する鉄製の極片12及び
ロータR’のバランスをより完全にし、構造をより単純化することができる。こ
の例では磁気軸受けコイル14は磁石を直接外囲するが、前記したのと同様に磁
石の磁束を好適に変更することができる。
The preferred embodiments of the axial flow and mixed flow type turbo pumps have been described above. Next, how the same bearing design and flush differential pressure can be applied to the centrifugal turbo pump will be described. In FIG. 5, a typical centrifugal pump comprises a fluid outlet opening 27 ′ arranged tangentially to the volute housing 49. A bearing housing 46 having a smaller diameter houses the two magnetic bearings that support the rotor. The interior of the pump is shown in FIG. Here, only the lower part of the centrifugal impeller blade 39 is shown in cross section. The upper blades are shown by taking a cross section between the blades. The magnetic bearings arranged at a distance from each other have the same basic structure as that described above, but have one difference as a modified embodiment. That is, the annular magnet 13 is arranged in the yoke of the stator instead of the pole of the rotor. In this way, the magnets do not rotate and are not subject to centrifugal forces. The rotating iron pole piece 12 and the rotor R'can be more perfectly balanced and the structure can be simplified. In this example, the magnetic bearing coil 14 directly surrounds the magnet, but the magnetic flux of the magnet can be suitably changed as described above.

【0046】 図6に於いて、流体の流れの方向は矢印Aにより示されている。血液は、入口
フェアリング29に衝当し、軸流ポンプの場合と同様に管路1内に導入される。
血液は、先鋭なピン16により半径方向に変向され、軸受け流体ギャップ20内
に流れ込む。エッジ32に於ける静的な流体圧力は、その流速が小さいことによ
り通路20の出口に於ける圧力よりも高い。これは、ベルヌイの定義により計算
し得るようにして、入口通路47の断面積を、環状通路44の断面積よりも大き
くすることにより達成される。ギャップ20は、このような圧力差ばかりでなく
、複数の半径方向ブレードを有する遠心インペラ39によりギャップ20に於い
て生成されるサクションによっても強制的に洗い流される。フェアリング29は
、均等に配列された薄いベーン37によりポンプハウジング46に結合されてい
る。ポンプ出口に於ける右側即ち下流側磁気軸受けヨーク28は、出口ベーン3
6によりハウジングに対して中心位置決めされ保持されている。出口ベーン36
は、インペラベーンの内径部に向けて最適な流体の導入がなされるよう真直であ
っても或いは螺旋型に湾曲していてもよい。流体は、インペラベーン39により
半径方向外向きに押し出され、周方向に延在する渦巻き室45に導入される。渦
巻き室45は、流体出口開口27’に連通している。
In FIG. 6, the direction of fluid flow is indicated by arrow A. Blood strikes the inlet fairing 29 and is introduced into the line 1 as in the case of axial pumps.
Blood is deflected radially by the sharp pin 16 and flows into the bearing fluid gap 20. The static fluid pressure at edge 32 is higher than the pressure at the outlet of passage 20 due to its low flow velocity. This is achieved by making the cross-sectional area of the inlet passage 47 larger than the cross-sectional area of the annular passage 44, as can be calculated according to the Bernoulli definition. The gap 20 is forcibly flushed not only by such pressure difference, but also by the suction produced in the gap 20 by the centrifugal impeller 39 having a plurality of radial blades. The fairing 29 is connected to the pump housing 46 by evenly arranged thin vanes 37. The right side of the pump outlet, that is, the downstream magnetic bearing yoke 28
6 is centered and held with respect to the housing. Exit vane 36
May be straight or spirally curved for optimal fluid introduction towards the inner diameter of the impeller vanes. The fluid is pushed outward in the radial direction by the impeller vanes 39 and introduced into the spiral chamber 45 extending in the circumferential direction. The swirl chamber 45 communicates with the fluid outlet opening 27 '.

【0047】 右側すなわち出口側の軸受け軸線方向ギャップ20は、スクープ9を用いるこ
とにより入口流れの一部を半径方向にギャップ内へと導くことにより洗い流され
る。このスクープ9は、軸流ポンプについて前記したように、高さHを以てチタ
ン製のロータハウジング17の上方に延出する。スクープ9にはインペラに起因
するサクションが存在するが、遠心ハウジング49内のインペラブレード39の
基部にも等しいサクションが存在する。したがって、このサクションによっては
、スロット20を通過する流れは生じない。スクープ9には、淀み点圧力に近い
高い流体圧力が存在する。インペラ39の中実の中心部にて、ギャップ43及び
43’につながるギャップの後縁部に於いては、ギャップでの粘性抵抗により引
き起こされる遠心力によってギャップ43、43’の洗い流しがなされる。これ
は、管路19に於いて追加的な負圧を生成する。スクープ9における淀み点圧力
に対するこのような差圧によって、ギャップ20に於ける流れが引き起こされる
。流れ変向部18は、淀み点を生じることなく半径方向流れから軸線方向流れへ
の円滑な変移を達成する。先端部18は、先端部に於ける淀みをなくすため中心
に対して若干ずらして配置することができる。このようにして管路19に於いて
中心からずらして配置された先端部により形成される非対称な流れは管路19に
隣接するハウジング49を洗い流す渦流を形成する。そのような渦流がない場合
にはハウジング49内において流れの淀みが生じ得る。インペラ軸38内の複数
の通路41によって、ギャップ20と管路19との間の連通が可能となっている
。インペラ軸38は、固定された軸受けに対して半径方向の隙間42を有してお
り、この隙間は血液に溶血性レベル以下の剪断応力が生じるのを回避するよう十
分な大きさを有する。ギャップ20、43、43’は同様なサイズを有する。軸
38は好ましくはチタンからなり、極片12を密封すると同時にそれら極片を支
持する。血液に接触する全ての表面は、軸流ポンプの設計に於いても、この設計
に於いてもチタンからなるのが好ましい。チタンは、生体適合性を増大したり、
軸受けの故障や過大な衝撃的負荷により軸受け面に接触したときに焼きつくこと
のないように、バイオライトカーボン(biolite carbon)あるいは対摩耗性の窒
化チタンコーティングまたはその他のコーティングを有していてもよい。
The right or outlet bearing axial gap 20 is flushed by using the scoop 9 to guide a portion of the inlet flow radially into the gap. The scoop 9 extends above the titanium rotor housing 17 with a height H, as described above for the axial pump. The scoop 9 has suction due to the impeller, but there is also equal suction at the base of the impeller blade 39 in the centrifugal housing 49. Therefore, this suction does not create a flow through the slot 20. In the scoop 9, there is a high fluid pressure close to the stagnation pressure. At the solid center of the impeller 39, at the trailing edge of the gap leading to the gaps 43 and 43 ', the gaps 43, 43' are washed away by the centrifugal force caused by viscous drag in the gap. This creates an additional negative pressure in line 19. Such a pressure differential relative to the stagnation pressure in scoop 9 causes a flow in gap 20. The flow diverter 18 achieves a smooth transition from radial flow to axial flow without creating a stagnation point. The tip portion 18 can be disposed slightly offset from the center to eliminate stagnation at the tip portion. Thus, the asymmetrical flow created by the off-centered tip in conduit 19 creates a swirl that flushes housing 49 adjacent conduit 19. In the absence of such swirl, stagnation of flow can occur within housing 49. The plurality of passages 41 in the impeller shaft 38 allow communication between the gap 20 and the conduit 19. The impeller shaft 38 has a radial clearance 42 with respect to the fixed bearing, which clearance is large enough to avoid shear stress below the hemolytic level in the blood. The gaps 20, 43, 43 'have similar sizes. The shaft 38 is preferably made of titanium and seals the pole pieces 12 while at the same time supporting them. All blood contacting surfaces preferably consist of titanium both in the design of the axial pump and in this design. Titanium increases biocompatibility,
Even if it has a biolite carbon or wear resistant titanium nitride coating or other coating so that it will not burn when it comes into contact with the bearing surface due to bearing failure or excessive shock load Good.

【0048】 本明細書に開示された磁気浮上式軸受けに於いて、浮上支持されるロータは、
制御システムの故障が起きた場合にハウジングにタッチダウンまたは接触するこ
とができる。これは、故障部品を交換するまでの間継続して機能することを可能
とする設計上のフェールセーフを提供する。軸受けを始動する際には、接触を回
避するために軸線方向制御システムが最初に起動される。そうしてロータが所望
のrpmにされる。
In the magnetic levitation bearing disclosed in the present specification, the levitationally supported rotor is
The housing can be touched down or touched in the event of a control system failure. This provides a design fail-safe that allows it to continue functioning until the failed component is replaced. When starting the bearing, the axial control system is first activated to avoid contact. The rotor is then brought to the desired rpm.

【0049】 上記したように、磁気軸受けB、B’は本来的に軸線方向に不安定である。そ
のために、VZPコイル制御システムが必要とされる。この不安定力は、ロータ
に働く軸線方向力を決定するために好適に利用される。ロータに働く差圧は、こ
の力をロータの有効断面積で除することにより直接的に計算される。これが図8
のブロック図に示されている。軸線方向軸受け位置が、コイルインダクタンスを
測定するなどして、符号60により示される部分でモニタされ、関連する力が決
定される。得られた力を符号64に於いてロータの面積で除することにより、目
的の差圧DPが計算される。非線形データについて有用であるようなルックアッ
プ力テーブルは、実用上は必要とされない。なぜなら、大きな周縁リング血液ギ
ャップが用いられる場合には、軸受け力は十分に線形であるからである。図18
を参照されたい。過渡的な力を得るためには、正味の外力を得るべく、ロータの
慣性質量の力への貢献分が差し引かれる。
As described above, the magnetic bearings B and B ′ are inherently unstable in the axial direction. Therefore, a VZP coil control system is needed. This instability is preferably used to determine the axial force acting on the rotor. The differential pressure acting on the rotor is calculated directly by dividing this force by the effective area of the rotor. This is Figure 8
Is shown in the block diagram of FIG. The axial bearing position is monitored, such as by measuring coil inductance, at the portion indicated by 60 to determine the associated force. By dividing the force obtained by the area of the rotor at 64, the desired differential pressure DP is calculated. A lookup force table that is useful for non-linear data is not needed in practice. This is because the bearing force is sufficiently linear if a large peripheral ring blood gap is used. FIG.
Please refer to. To obtain a transient force, the contribution of the rotor's inertial mass to the force is subtracted to obtain a net external force.

【0050】 上記したように、図1に於けるコイル14のインダクタンスは、ロータの軸線
方向位置をモニタするために利用することができる。ロータ位置を決定するため
のコイルの電子回路は、図7に示される別個の小さな補助位置コイル54を用い
ることにより単純化することができる。理想的には、コイル54は、図7に示さ
れるように主軸受けコイル14の下側に巻かれる。位置コイルは1つあれば足り
るので、図7は入口軸受けB内に配置された一つの位置コイル54を示している
が、もう一つの冗長な位置コイル54’を出口軸受けB’に配置してもよい。こ
れに比べると、別個の非接触型超音波式或いは磁気的軸線方向位置センサをポン
プに一体化するのは望ましくない。ポンプの差圧が判明すれば、この情報を用い
て、患者の活動レベルに応じ、ポンプの生理学的な制御の基礎を提供したり正確
な脈流を提供したりすることができる。
As mentioned above, the inductance of the coil 14 in FIG. 1 can be used to monitor the axial position of the rotor. The coil electronics for determining rotor position can be simplified by using a separate small auxiliary position coil 54 shown in FIG. Ideally, the coil 54 is wound under the main bearing coil 14 as shown in FIG. Since only one position coil is required, FIG. 7 shows one position coil 54 arranged in the inlet bearing B, but another redundant position coil 54 'is arranged in the outlet bearing B'. Good. In comparison, it is not desirable to integrate a separate non-contact ultrasonic or magnetic axial position sensor with the pump. Once the differential pressure of the pump is known, this information can be used to provide the basis for physiological control of the pump or to provide accurate pulsatile flow, depending on the activity level of the patient.

【0051】 人にインプラントされた状態に於いて、所定の周波数を以てポンプのrpmを
周期的に変化させることにより、この周波数を以てポンプの差圧を変動させるこ
とができる。心臓から血液を抜き出すときのポンプの入口のゲージ圧は比較的一
定であって低いことから(数ミリhg)、差圧は、より高いポンプの突出圧のよい
尺度を与える。変動するポンプのrpmは、ポンプの流量を瞬間的に変化させ、
この変化は例えば血液を大動脈に送り込むような場合に於いて人体に対する出口
圧力を変化させる。ポンプの差圧は軸受けによりモニタされる。ポンプの差圧の
大きさに於ける誤差は、フィードバックループにより修正され、それによって所
望の圧力変動が得られるまでポンプのrpmがファインチューニングされる。こ
れが図9の制御システムに模式的に示されている。図9に於いて、所望の周期的
な差圧変動が入力され、また符号66により示される部分に於いて周波数が設定
される。周波数分別器68が、異なる周波数の自然な心臓の拍動により引き起こ
される圧力変動からポンプによる差圧の変動を分離する。ポンプの両端に発生す
る差圧の大きさは、比較器70に於いて設定点差圧と比較される。比較器の出力
に於ける偏差信号は、選択されたゲインKを有する比例増幅器70に入力され、
それによって駆動モータのrpm74を制御し、それは関連する圧力の変化のた
め、符号76に於けるロータの軸線方向位置に於ける変動を反映することになる
In the state of being implanted in a person, the pump differential pressure can be varied with this frequency by periodically changing the pump rpm with a predetermined frequency. Since the gauge pressure at the inlet of the pump when drawing blood from the heart is relatively constant and low (several millihg), the differential pressure provides a good measure of the higher pump overpressure. The fluctuating pump rpm changes the pump flow instantaneously,
This change changes the outlet pressure to the human body, for example when pumping blood into the aorta. The differential pressure of the pump is monitored by the bearing. The error in the magnitude of the pump differential pressure is corrected by the feedback loop, which fine tunes the pump rpm until the desired pressure variation is achieved. This is shown schematically in the control system of FIG. In FIG. 9, a desired periodical differential pressure fluctuation is input, and a frequency is set in a portion indicated by reference numeral 66. A frequency discriminator 68 separates pump pressure differential fluctuations from pressure fluctuations caused by different frequency natural heart beats. The magnitude of the differential pressure generated across the pump is compared in comparator 70 with the set point differential pressure. The deviation signal at the output of the comparator is input to a proportional amplifier 70 having a selected gain K,
This controls the rpm 74 of the drive motor, which will reflect variations in the axial position of the rotor at 76 due to the associated pressure changes.

【0052】 典型的或いは通常の設定点圧力変動は120/80である。これは、ポンプサ
イクルの間、血圧が120mmhg(収縮期)の最大値及び80mmhg(膨張
期)の最小値に到達することを意味する。正確な収縮期及び膨張期圧力を達成し
得ることにより、ポンプに於ける逆流が回避され、生体内侵入性の流量計その他
のセンサが不要となる。“K”により示された比例ゲインは、安定かつ正確な大
動脈圧を達成するための制御に於ける好適な感度を与えるものである。
A typical or normal set point pressure variation is 120/80. This means that during the pump cycle the blood pressure reaches a maximum of 120 mmhg (systole) and a minimum of 80 mmhg (diastole). By being able to achieve accurate systolic and diastolic pressures, backflow in the pump is avoided, eliminating the need for bioinvasive flow meters and other sensors. The proportional gain indicated by "K" provides suitable sensitivity in control to achieve stable and accurate aortic pressure.

【0053】 このようにして、ポンプの生理学的な流量制御が差圧に基づき可能となる。例
えば、患者の運動レベルが上昇した場合、運動による末梢部に於ける抵抗が減少
することから、彼もしくは彼女の平均血圧が下降する(心臓の出力が増大しない
場合)。したがって、ポンプの平均rpmが、通常100mmhgである望まし
い平均血圧が維持されるまで単にフィードバックループ内で増大される。これに
よりLVAD流量が自動的に増大し、一定の平均大動脈圧が維持される。
In this way, physiological flow control of the pump is possible based on the differential pressure. For example, if a patient's exercise level is increased, the peripheral resistance to exercise is reduced, resulting in a decrease in his or her mean blood pressure (unless cardiac output is increased). Therefore, the average rpm of the pump is simply increased in the feedback loop until the desired average blood pressure, which is typically 100 mmhg, is maintained. This automatically increases the LVAD flow rate and maintains a constant mean aortic pressure.

【0054】 患者の心臓の拍数を、平均大動脈圧及び所望の収縮期/膨張期比を設定するた
めのパラメータとして用いることもできる。患者自身の心臓の拍数は、ペースメ
ーカ装置に於いてなされるように電気的にモニタすることができる。しかしなが
ら、心臓をモニタするための電極を導入する必要を生じさせる点で好ましくない
。本発明によれば、患者の心拍数は、磁気軸受けにかかる力の周波数成分を分析
することにより直接モニタすることができる。脈流を形成するポンプrpmの周
期的な変化が自然の心臓の拍数とはやや異なる周波数でなされるとすると、心臓
の血圧の周波数は、トータルの差圧信号から抽出することができる。そのように
すれば、平均ポンプ出力圧を、既知の生理学的関数である患者の心臓の拍数に対
して比例させることができる。図9に示したのと同様のフィードバックループを
用いることができる。
The heart rate of the patient can also be used as a parameter to set the mean aortic pressure and the desired systolic / diastolic ratio. The patient's own heart rate can be electronically monitored, as is done in pacemaker devices. However, it is not preferable because it makes it necessary to introduce electrodes for monitoring the heart. According to the invention, the heart rate of the patient can be directly monitored by analyzing the frequency component of the force exerted on the magnetic bearing. If the periodic changes in pump rpm forming the pulsating flow are made at a frequency slightly different from the natural heart rate, the frequency of the heart's blood pressure can be extracted from the total differential pressure signal. In that way, the average pump output pressure can be made proportional to the heart rate of the patient's heart, which is a known physiological function. A feedback loop similar to that shown in FIG. 9 can be used.

【0055】 このように、自然の心臓の出力圧をモニタし、長時間にわたって自然の心臓が
どのようなポンプ作用を行い回復しつつあるかをモニタすることが可能となる。
所望に応じてLVADによる血液のポンプ作用の貢献度を徐々に減少させること
により、最終的には患者をLVADが不要となる状態に回復させることができる
。得られる心臓、ポンプそれぞれの圧力のデータは機能状態をモニタするのに利
用することができる。これは、長期間にわたってインプラントされる装置にとっ
て大きな利点である。
In this way, it is possible to monitor the output pressure of the natural heart and monitor what kind of pumping action the natural heart is performing and recovering over a long period of time.
Gradually reducing the contribution of blood pumping by LVAD, if desired, can ultimately restore the patient to a condition where LVAD is no longer needed. The obtained heart and pump pressure data can be used to monitor functional status. This is a great advantage for devices that are implanted over a long period of time.

【0056】 例えば患者がLVADを必要としなくなる程度にまで回復し得るような場合の
ように、LVADによる流量を大幅に減少させることが望まれるような場合でも
、依然として図1及び図7に示されるような軸受けギャップ20の洗い流しは維
持する必要がある。図7を参照すると、螺旋状の深溝ねじポンプがロータRの各
端面に取り付けられている。入口ねじ52及び出口ねじ51はそれぞれインペラ
に向けて或いはインペラから離れる向きに流体をポンプする。ねじの外周は隙間
を有しており、通常の動作中にハウジングに接触することがないようになってい
る。磁気軸受けにより支持し得ないような半径方向の過渡的な衝撃負荷が加えら
れた場合には、これらのねじが、機械的なバックアップ軸受けとして機能するよ
うにハウジングに接触するべく設計されている。ねじの外周の比較的幅広の軸線
方向ランドは、そのような目的のための低接触圧軸受け面を提供する。ねじ51
、52により軸受けギャップ20、20’を介して能動的にポンプされる流れは
十分であり、洗い流しのための差圧を発生するためにポンプの流量に依存する必
要がない。これは、図6に示された遠心ポンプの設計についても適用可能である
1 and 7 are still shown in cases where it is desired to significantly reduce the flow rate through the LVAD, such as when the patient may recover to the point where the LVAD is no longer needed. Such flushing of the bearing gap 20 must be maintained. Referring to FIG. 7, a spiral deep groove screw pump is attached to each end surface of the rotor R. The inlet screw 52 and the outlet screw 51 respectively pump fluid towards or away from the impeller. The outer circumference of the screw has a gap to prevent it from contacting the housing during normal operation. These screws are designed to contact the housing to act as mechanical backup bearings when subjected to radial transient shock loads that cannot be supported by magnetic bearings. The relatively wide axial land on the periphery of the screw provides a low contact pressure bearing surface for such purpose. Screw 51
, 52 is actively pumped through the bearing gaps 20, 20 'by 50, and does not have to depend on the pump flow rate to generate the differential pressure for flushing. This is also applicable to the centrifugal pump design shown in FIG.

【0057】 出口軸受けギャップ20’に於ける図1のスクープ9は、図7に於いては省略
されている。なぜなら、ねじポンプ51は、スクープなしでも十分な流れを発生
し得るからである。所望に応じてスクープを省略し得ることは、この位置に於け
る血栓の形成を防止する上での設計上のフレキシビリティを提供する。ねじ51
、52の先鋭な先端は、そこに血液の淀み領域が発生するのを回避するためにポ
ンプ軸線Aから半径方向にオフセットすることができる。
The scoop 9 of FIG. 1 in the outlet bearing gap 20 ′ is omitted in FIG. This is because the screw pump 51 can generate a sufficient flow without a scoop. The ability to omit the scoop, if desired, provides design flexibility in preventing thrombus formation at this location. Screw 51
, 52 may be radially offset from the pump axis A p to avoid the formation of blood stagnation regions therein.

【0058】 図10は、複数の短いブレードを用いる血液ポンプのための改良された軸流ア
ルキメデスのねじ式インペラ80を示している。低圧の穀物栽培の灌漑用に古代
ギリシャのアルキメデスにより発明された基本的或いは従来形式のアルキメデス
のねじ式ポンプは、いくつもの巻数を有する単一のねじからなっている。インプ
ラント可能な血液ポンプのようにかなりの圧力を発生しなければならないような
場合に於いてこれらのポンプに於けるバックリーク(back leakage)を最小限に
するためには少なくとも1つの完全に360度回ったねじが必要となる。特に浅
い螺旋角を以てねじを一回転分形成するためには、ねじの軸線方向長さがかなり
大きくなる。長いインペラは、本発明に於いて教示されているような小型の軸流
ポンプに納めることができない。したがってインペラの長さLを小さくしなけれ
ばならない。
FIG. 10 shows an improved axial flow Archimedean threaded impeller 80 for a blood pump that uses multiple short blades. The basic or conventional Archimedes screw pump, invented by Archimedes of ancient Greece for irrigation of low-pressure grain crops, consists of a single screw with several turns. To minimize back leakage in these pumps, such as in implantable blood pumps, where significant pressure must be generated, at least one completely 360 degree is used to minimize back leakage in these pumps. You need a screw that turns. Particularly in order to form the screw for one rotation with a shallow helix angle, the axial length of the screw becomes considerably large. Long impellers cannot fit in a compact axial flow pump as taught in the present invention. Therefore, the length L of the impeller must be reduced.

【0059】 発明者によるプロトタイプのテストにより、周方向に配置された複数の短いブ
レードを用いることにより全長がかなり短くできる同等の水力学的効率を有する
アルキメデスのねじを製造し得ることが見出された。より多数のブレードを用い
ると、長さをそれだけ短くすることができる。これらのブレードは、単一の長い
ねじと同様な螺旋角を有し、同等の性能を発揮する。互いに部分的にオーバーラ
ップする複数のブレードが用いられていることから、インペラに於けるバックリ
ークは、より長い単一の360度にわたる一巻きのねじによるものと同等である
。これは実験的に確認されている。
Testing of the prototype by the inventor has found that it is possible to produce Archimedes screws with comparable hydraulic efficiency whose overall length can be considerably shortened by using a plurality of short blades arranged in the circumferential direction. It was With more blades, the length can be reduced accordingly. These blades have a helix angle similar to a single long screw and perform equivalently. Because of the use of multiple blades that partially overlap each other, the back leak in the impeller is equivalent to that of a single longer 360 degree turn of the screw. This has been confirmed experimentally.

【0060】 ブレードの横方向の幅が有限であることから、必要以上に多数のブレードを用
いると、ブレード間の開かれた流れ領域が減少する。これは流量を減少させ、与
えられた流量に於ける血液の剪断応力を好ましくないレベルに増大させる。これ
は、溶血の原因となる。このような理由から、望ましい結果を得るために必要な
最小の数のブレードを用いて、その軸線方向長さを抑制するのが理想的である。
2つのブレードを用いたインペラは軸線方向長さを半減し、3枚のブレードを有
するインペラは軸線方向長さが3分の1となり、4枚のブレードを用いればその
長さが4分の1となるが、ブレードの数が4枚を越えるようになると得られる利
益が小さくなる。
Due to the finite lateral width of the blades, using more blades than necessary reduces the open flow area between the blades. This reduces the flow rate and increases the shear stress of the blood at a given flow rate to undesired levels. This causes hemolysis. For this reason, it is ideal to limit the axial length of the blades by using the minimum number of blades needed to achieve the desired result.
An impeller using two blades has its axial length halved, and an impeller having three blades has an axial length of one-third, and if four blades are used, its length is one-fourth. However, when the number of blades exceeds four, the profit obtained becomes smaller.

【0061】 図10に於けるブレードのオーバーラップDは、ゼロから理想的には周方向に
ついて数度の範囲であってよい。これにより、1枚のブレードの前縁と隣接する
ブレードの後縁との間に存在し得るようなまっすぐな流体のリーク経路をなくす
ことができる。このようなバックリーク経路があると、インペラの効率を著しく
低下させることとなる。即ち、隙間Dが負の場合、高圧時に過大なリークが発生
し、ポンプの効率が低下する。好適なプロトタイプに於いては、0.80インチ
の外径を有する3枚ブレードのインペラが用いられ、各ブレードは、0.90イ
ンチの長さを有し、10度のオーバーラップDを有する。図11は、これらのブ
レードをA4、B4及びC4として端面図により示す。図示された3枚のブレー
ドは、それぞれ120度+10度のオーバーラップ=130度の範囲に亘って延
在している。
The blade overlap D in FIG. 10 may range from zero to ideally several degrees in the circumferential direction. This eliminates a straight fluid leakage path that may exist between the leading edge of one blade and the trailing edge of an adjacent blade. The presence of such a back leak path will significantly reduce the efficiency of the impeller. That is, when the gap D is negative, an excessive leak occurs at high pressure and the efficiency of the pump decreases. In the preferred prototype, a three-blade impeller with an outer diameter of 0.80 inches is used, each blade having a length of 0.90 inches and an overlap D of 10 degrees. FIG. 11 shows these blades in end view as A4, B4 and C4. The three blades shown each extend over a range of 120 degrees + 10 degrees overlap = 130 degrees.

【0062】 アルキメデスのねじ式ポンプは、周囲を囲むハウジング内にて前進するねじの
押す働きにより流体をポンプするが、何ら揚力を発生しない。航空機や船舶のプ
ロペラはこのように機能するものではなく、ブレードにより発生する揚力に依存
しており、それらを取り囲むハウジングを用いない。これらのプロペラの設計に
於いては、ブレードをオーバーラップすることは教示されていない。これは、プ
ロペラの羽根が180度離して位置され、ブレード間に大きな隙間が設けられて
いるような2枚羽根のプロペラに於いて特に顕著である。揚力を発生するプロペ
ラは、これらの用途には設計として問題がないが、それは、血液ポンプとは異な
り、船舶や航空機の推進のためには高い圧力は発生されないからである。
The Archimedes screw pump pumps fluid by the pushing action of an advancing screw within the surrounding housing, but produces no lift. Aircraft and ship propellers do not function this way, relying on the lift forces generated by the blades and without the housing surrounding them. Overlapping blades are not taught in the design of these propellers. This is particularly noticeable in a two-blade propeller in which the propeller blades are positioned 180 degrees apart and a large gap is provided between the blades. Lifting propellers are not a design problem for these applications because, unlike blood pumps, they do not generate high pressure to propel ships and aircraft.

【0063】 図12及び図13は、インペラからの概ね接線方向の流れをポンプ出口に於い
て放出されるべき軸流に変換(redirect)するために設計された新規な出口ステ
ータ或いはディフューザを示している。ベーンは、殆ど90度湾曲している。流
体は、殆ど接線方向に導入される。ディフューザに至る入口に於けるベーン間の
流路断面積は、インペラの出口に於けるのとほぼ同様に保たれている。これは、
ディフューザの入口に於いて血液細胞に与えられる損傷を最小化するような血液
の流速に適合する。インペラから流れ出す血液の回転運動エネルギーは、流れが
、流路面積が徐々に増大するベーン間通路を進むに従って、静的圧力に変換され
る。流体が全て軸流となるディフューザの出口に於いては、流速が最小値を取る
12 and 13 show a novel outlet stator or diffuser designed to redirect the generally tangential flow from the impeller to the axial flow to be discharged at the pump outlet. There is. The vanes are curved almost 90 degrees. The fluid is introduced almost tangentially. The cross-section of the flow path between the vanes at the inlet to the diffuser is kept about the same as at the outlet of the impeller. this is,
Match the blood flow rate to minimize damage to blood cells at the diffuser inlet. The rotational kinetic energy of blood flowing out of the impeller is converted into static pressure as the flow travels through the inter-vane passages where the flow passage area gradually increases. At the diffuser outlet where the fluid is all axial, the flow velocity has a minimum value.

【0064】 ベーンの背面に於いて流体の剥離を生ずることなく接線方向流れを軸流に変換
することが重要である。さもないと、乱流による血液の損傷及び血塞詮が発生し
得る。これは、主たる湾曲ベーン56間により短い補助ベーン55を介在させる
ことにより達成される。これらの補助ベーン55は、ベーン入口にはなく、距離
Yだけ後方にセットバックされている。ディフューザの入口即ち前方にベーン5
5がないことから、流速のマッチングのための所望の流路断面積を確保するため
に必要な追加の周方向スペースが提供される。このような小径の小型ポンプに於
いては有限の厚さTを有する主ベーンがかなりのスペースを占めるため、このこ
とは重要である。2次的なベーン55を追加することにより間隔が狭められたベ
ーン間のスペースは、流体の剥離が発生し易い主ベーンの湾曲が激しくなり始め
る部分に設けられることが意図されている。より狭められたギャップWは、ベー
ンの下流側の凸面壁に対して流れを押し付ける働きをし、流体の剥離を最小化す
る。
It is important to convert tangential flow to axial flow without fluid separation at the back of the vane. Otherwise, turbulent blood damage and hemostasis may occur. This is accomplished by interposing a shorter auxiliary vane 55 between the main curved vanes 56. These auxiliary vanes 55 are not located at the vane entrance, and are set back by a distance Y. Vane 5 in front of diffuser entrance
The absence of 5 provides the additional circumferential space needed to ensure the desired flow path cross-sectional area for flow velocity matching. This is important in such small diameter small pumps, where the main vanes, which have a finite thickness T, occupy considerable space. It is intended that the space between the vanes, which has been narrowed by the addition of the secondary vanes 55, is provided at the portion where the curvature of the main vanes where the separation of the fluid is likely to start becomes severe. The narrower gap W acts to force the flow against the convex wall downstream of the vanes, minimizing fluid separation.

【0065】 血栓の発生を最小化するために血液に接触する表面積を最小化するように、ベ
ーンの数を少なくすることも望まれる。ベーンの厚さTを適切に選択することに
より与えられた数のベーンについて所望の平均通路幅Wを達成することができる
。好適実施例に於いては8つの比較的薄いベーンが用いられている。
It is also desirable to have a small number of vanes so as to minimize the surface area in contact with the blood to minimize thrombus formation. By appropriately selecting the vane thickness T, the desired average passage width W can be achieved for a given number of vanes. Eight relatively thin vanes are used in the preferred embodiment.

【0066】 図12及び図13に示されるように、ベーンにおいて極力大きな曲率半径“r
”を用いることによっても流体の剥離を軽減することができる。しかしながら、
大きな曲率半径を用いることは、ディフューザの軸線方向長さを増大させること
につながる。小型ポンプに於いては軸線方向に長いことは好ましくない。血液の
剪断応力を十分低くすることができるのであれば、小さな通路幅Wを用い、流体
の剥離を引き起こすことなく、小さな曲率半径“r”を有する短い軸線方向ベー
ンを採用することができる。好適実施例に於いては、Wが0.10〜0.40イ
ンチの範囲で曲率“r”が実用的な範囲の0.30〜1.25インチの範囲であ
れば、流体の剥離が最小化される。
As shown in FIGS. 12 and 13, the curvature radius “r” is as large as possible in the vane.
Can also reduce fluid separation.
Using a large radius of curvature leads to an increase in the axial length of the diffuser. In a small pump, it is not preferable that it is long in the axial direction. If the shear stress of the blood can be sufficiently low, then a small passage width W can be used and a short axial vane with a small radius of curvature "r" can be employed without causing fluid separation. In the preferred embodiment, if W is in the range of 0.10 to 0.40 inches and the curvature "r" is in the practical range of 0.30 to 1.25 inches, fluid separation is minimal. Be converted.

【0067】 図7に於いて、インペラ4は、図1に示されたものよりも大きな軸線方向長さ
を有するものとして示されている。この構造の利点は、破線により示された箱2
1内に位置するモータのアーマチュア磁石を、インペラブレードの完全に下側に
配置することができる点である。インペラ及び磁石が一体となって回転すること
から、ロータの回転によりブレードに渦電流が発生することがない。極めて短い
インペラが用いられている図1の場合にはそのようにはならない。この構造に於
いては、固定された出口ステータブレードが、回転する磁石の上方の磁界中に配
置されることから、渦電流がこれらのブレード中に発生しエネルギーが消費され
る。これはモータの電力消費増大につながる。
In FIG. 7, the impeller 4 is shown as having a greater axial length than that shown in FIG. The advantage of this structure is that the box 2 indicated by the dashed line
The point is that the armature magnet of the motor located in 1 can be located completely below the impeller blades. Since the impeller and the magnet rotate together, eddy current is not generated in the blade due to the rotation of the rotor. This is not the case in Figure 1 where very short impellers are used. In this construction, the fixed exit stator blades are placed in the magnetic field above the rotating magnets, so that eddy currents are generated in these blades and energy is consumed. This leads to increased power consumption of the motor.

【0068】 図14は、周縁リング磁石軸受けの別の実施例を示している。この実施例は、
更なる利点を有するものである。軸受けBを切断する軸線方向断面図が図14に
示されている。半径方向に磁化された磁石13″が用いられ、円形の周縁リング
11、11′間に配置されている。この磁石リングは、複数の半径方向に磁化さ
れたパイ状部分からなるものであってよく、或いは単一の磁石として半径方向に
磁化されたものであっても良い。軸受けの軸線方向不安定力は、周縁リングのエ
アギャップの磁束のみによる。磁石は、その磁界が鉄の中に収められることから
何ら不安定力を発生しない。従ってこの構造の1つの利点は、図1に示された軸
線方向に磁化された磁石を用いるものに比較して、軸線方向不安定力を減少し得
る点にある。また、軸受けの内径は、殆ど空のスペースからなり、子供に用い得
るような小型のポンプとして構成することが可能となる。
FIG. 14 shows another embodiment of the peripheral ring magnet bearing. This example
It has a further advantage. An axial sectional view of the bearing B is shown in FIG. A radially magnetized magnet 13 "is used and is arranged between the circular peripheral rings 11, 11 '. The magnet ring consists of a plurality of radially magnetized pie-shaped sections. Well, or it may be radially magnetized as a single magnet, the axial instability of the bearing is due only to the magnetic flux in the air gap of the peripheral ring. It does not generate any instability from being contained, thus one advantage of this structure is that it reduces axial instability as compared to using the axially magnetized magnet shown in FIG. In addition, the inner diameter of the bearing consists of an almost empty space, and it can be configured as a small pump that can be used for children.

【0069】 以上本発明を特定の実施例について説明したが、本明細書で説明され、付属の
特許請求の範囲に於いて定義された本発明の範囲及び概念から逸脱することなく
様々な変形変更が可能であることを了解されたい。
Although the present invention has been described with reference to particular embodiments, various modifications and changes are described without departing from the scope and concept of the invention as described herein and as defined in the appended claims. Please understand that is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 ロータを浮遊させるのに2つの磁気ベアリングを用いた軸流ターボポンプのハ
ウジングの中心に沿った長手方向断面図であり、ポンプ内部は内部の流体通路を
示すべく部分的に破断されて示され、またモータのステータコイル及びロータ磁
石は点線で示されている。
1 is a longitudinal cross-sectional view along the center of the housing of an axial turbopump using two magnetic bearings to suspend the rotor, the interior of the pump being partially broken to show the internal fluid passages. And the motor stator coils and rotor magnets are shown in dotted lines.

【図2】 図1に示されたポンプをA方向に見た、入口端における正面立面図である。[Fig. 2]   2 is a front elevational view at the inlet end of the pump shown in FIG. 1, looking in direction A; FIG.

【図3】 図1に示されたポンプをB方向に見た、出口端における背面立面図である。[Figure 3]   2 is a rear elevational view of the pump shown in FIG. 1 looking in direction B at the outlet end. FIG.

【図4】 図1の軸流ポンプと同一の磁気ベアリングを用いた本発明による遠心型ターボ
ポンプの入口端に於ける正面立面図であり、図6のA方向より見たものである。
4 is a front elevational view at the inlet end of a centrifugal turbopump according to the present invention using the same magnetic bearing as the axial flow pump of FIG. 1, viewed from the direction A of FIG.

【図5】 インペラハウジング及び流体出口を示す図4に示されたポンプの側面立面図で
、さらに点線で回転モータの固定されたステータコイルを示している。
5 is a side elevational view of the pump shown in FIG. 4 showing the impeller housing and fluid outlet, further showing the fixed stator coil of the rotary motor in dotted lines.

【図6】 図5に示されたポンプのハウジングの中心に沿った長手方向断面図であり、ポ
ンプ内部はポンプ内部の流体通路を示すべく部分的に破断して示されている。イ
ンペラ及びその軸は2つの磁気ベアリングで接触することなく保持されている。
6 is a longitudinal cross-sectional view along the center of the housing of the pump shown in FIG. 5, with the interior of the pump shown partially broken away to show the fluid passages within the pump. The impeller and its shaft are held by two magnetic bearings without contact.

【図7】 図1と同様の図であるが、磁気浮上支持部とロータの軸方向端面との間に形成
された流体ギャップに血液を能動的に流すべくロータに取り付けられた2つの非
接触型アルキメデスねじ(見やすいように断面にはしていない)を示している。
FIG. 7 is a view similar to FIG. 1, but with two non-contacts attached to the rotor to actively flow blood into the fluid gap formed between the magnetic levitation support and the axial end surface of the rotor. A type Archimedean screw (not cut for clarity) is shown.

【図8】 力センサとして磁気ベアリングを用い、ロータにかかる過渡的若しくは定常的
な差圧を計算するための回路のブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram of a circuit for calculating a transient or steady differential pressure applied to a rotor using a magnetic bearing as a force sensor.

【図9】 周期的にポンプ差圧を制御するべく、周期的にポンプのrpmを変化させるの
に用いられる電子的フィードバックシステムのブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram of an electronic feedback system used to periodically vary the pump rpm to control the pump differential pressure.

【図10】 中央ハブより出ている軸流型3枚ブレードインペラの側面立面図であるが、2
つのブレードしか図示していない。
FIG. 10 is a side elevational view of an axial flow 3-blade impeller emerging from the central hub.
Only two blades are shown.

【図11】 図10のC方向より見た図10のインペラの端面図であり、本図ではその外径
が円形をなす3つのブレードが全て示されている。
11 is an end view of the impeller of FIG. 10 as viewed from the direction C of FIG. 10, in which all three blades having a circular outer diameter are shown.

【図12】 図1に示されたのと同様の軸流構造において出口ディフューザを形成するベー
ン構造の出口端の端部立面図である。
12 is an end elevation view of the outlet end of a vane structure forming an outlet diffuser in an axial flow structure similar to that shown in FIG.

【図13】 図12に示されたベーンの側面立面図であり、円筒状ハウジングは断面図とし
て示されている。
FIG. 13 is a side elevational view of the vane shown in FIG. 12, with the cylindrical housing shown as a cross-sectional view.

【図14】 代替実施例として軸線方向ではなく半径方向に磁化された磁石を用いた非常に
小型の周縁リング磁気ベアリング構造の部分断面図である。
FIG. 14 is a partial cross-sectional view of a very compact peripheral ring magnetic bearing structure using magnets that are magnetized radially rather than axially as an alternative embodiment.

【図15】 ロータと磁気ベアリングの境界部分を一部破断して示した拡大断面図であり、
ロータと磁気ベアリングとの間に形成される流体ギャップを示すとともに、ロー
タに働く平均流体力を補償するべく上流または入口端に於ける流体ギャップ及び
エアギャップが下流または出口端に対してどのように変化されるかを示している
FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the boundary between the rotor and the magnetic bearing in a partially broken manner,
FIG. 6 shows the fluid gap formed between the rotor and the magnetic bearings and how the fluid and air gaps at the upstream or inlet ends relative to the downstream or outlet ends to compensate the average fluid force acting on the rotor. It is changed.

【図16】 図1で示されたロータの軸線方向端面の立面図であり、流体ギャップ中の血液
に積極的または能動的に遠心力を与えて血液を流体ギャップ中で循環させ、淀み
を防止するべく、ロータ表面上に形成された複数の半径方向ベーンを示している
16 is an elevational view of the axial end surface of the rotor shown in FIG. 1, positively or actively imparting a centrifugal force to the blood in the fluid gap to circulate the blood in the fluid gap and create a stagnation. FIG. 4 shows a plurality of radial vanes formed on the rotor surface to prevent it.

【図17】 図16に示されたロータの部分の側面立面図であり、半径方向ベーンを示して
いる。
FIG. 17 is a side elevational view of a portion of the rotor shown in FIG. 16, showing radial vanes.

【図18】 磁気ベアリング間において概ね等距離となる位置からのロータの軸線方向変位
と軸線方向不安定力との間の概ね線形な関係を示している。
FIG. 18 shows a generally linear relationship between axial displacement of the rotor and axial instability forces from positions that are approximately equidistant between the magnetic bearings.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DZ ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM, HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,K G,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT ,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW, MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S D,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR ,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN,YU, ZA,ZW─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, C H, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ , EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, K G, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT , LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, S D, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR , TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW

Claims (44)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、相対する軸線端に入口開口及び出口開口を有するポンプハ
ウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータが
前記ハウジングに物理的に接触しないように磁気的に浮上支持し、前記両ロータ
軸線端との間に流体ギャップを画定する磁気浮上支持手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的に流し、前記流体ギャ
ップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有することを特
徴とする血液ポンプ。
1. A blood pump for propelling blood therethrough, comprising: a pump housing defining a pump axis and having an inlet opening and an outlet opening at opposite axial ends; a rotor axis and an opposing rotor axis end; A rotor defining the rotor and radial stability of the rotor provided at both ends of the rotor axis in the pump housing to maintain the rotor axis substantially in line with the pump axis during operation of the pump. Magnetic levitation support means for substantially maintaining and magnetically levitationally supporting the rotor so as not to physically contact the housing, and defining a fluid gap between the rotor axial ends, and the rotor externally. Absorbs the load applied to and maintains an axial separation between the fluid gap and the rotor and the pump housing Control means for maintaining the stability of the rotor in the axial direction, and with the rotation of the rotor, the rotor is provided to function so as to suck blood from the inlet opening and expel it from the outlet opening. Impeller means, drive means for pumping blood by rotating the rotor and the impeller means, while the rotor is rotating, continuously flowing blood into the fluid gap, thrombus in the fluid gap A blood pump for preventing the formation of blood, and a blood pump.
【請求項2】 前記ロータが、前記ロータ軸線に対して同軸をなす円筒壁
により構成される円筒形ロータハウジングと、各ロータ軸線端に設けられた非磁
性体の円形横方向壁とを有することを特徴とする請求項1に記載の血液ポンプ。
2. The rotor has a cylindrical rotor housing constituted by a cylindrical wall coaxial with the rotor axis, and a non-magnetic circular lateral wall provided at each rotor axis end. The blood pump according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記円筒壁及び前記横方向壁が、前記ロータハウジング内
を密封するべく、シール可能に互いに結合されていることを特徴とする請求項2
に記載の血液ポンプ。
3. The cylindrical wall and the lateral wall are sealably coupled together to seal within the rotor housing.
Blood pump according to.
【請求項4】 前記磁気浮上支持手段が、前記ロータの各軸線端にて前記
流体ギャップを横切って軸線方向を向く磁界を形成するための磁界形成手段を有
することを特徴とする請求項1に記載の血液ポンプ。
4. The magnetic levitation support means comprises magnetic field forming means for forming an axially oriented magnetic field across the fluid gap at each axial end of the rotor. The described blood pump.
【請求項5】 前記磁気浮上支持手段が、前記ポンプハウジング内の中心
部にて前記ポンプ軸線に沿って、前記流体ギャップを形成するように前記ロータ
から所定の軸線方向距離だけ離間して前記ロータの各軸線端に設けられた支持部
材を有し、前記流体ギャップが、前記ロータの各軸線端において、前記ポンプ軸
線と前記ロータの半径方向最外端との間で延在していることを特徴とする請求項
4に記載の血液ポンプ。
5. The rotor is spaced apart from the rotor by a predetermined axial distance so that the magnetic levitation support means forms the fluid gap along the pump axis at a central portion in the pump housing. A support member provided at each axial end of the rotor, wherein the fluid gap extends at each axial end of the rotor between the pump axis and the radially outermost end of the rotor. The blood pump according to claim 4, wherein the blood pump is a blood pump.
【請求項6】 前記両支持部材が、それぞれ、前記入口及び出口開口に於
ける乱流及び流体の剥離を低減するべく流線型の輪郭を画定するよう構成された
入口及び出口フェアリングを有することを特徴とする請求項5に記載の血液ポン
プ。
6. The support members each have an inlet and outlet fairing configured to define a streamlined profile to reduce turbulence and fluid separation at the inlet and outlet openings, respectively. The blood pump according to claim 5, which is characterized in that.
【請求項7】 前記各支持部材が、前記軸線方向磁界の少なくとも一つの
成分を生成するための能動軸受けコイルを内蔵するとともに、前記ロータの各軸
線端内に設けられ前記ギャップを横切る前記軸線方向磁界の第2の成分を生成す
るための永久磁石を備えていることを特徴とする請求項5に記載の血液ポンプ。
7. The axial direction in which each support member contains an active bearing coil for generating at least one component of the axial magnetic field and which is provided in each axial end of the rotor and traverses the gap. Blood pump according to claim 5, characterized in that it comprises a permanent magnet for generating the second component of the magnetic field.
【請求項8】 前記各能動軸受けコイルに関連して、前記軸線方向磁界が
流れる磁化可能なヨークが設けられ、前記軸線方向磁界が前記流体ギャップを横
切って前記ロータの各軸線端の外周に整合するように、前記各ヨークが配置され
ていることを特徴とする請求項7に記載の血液ポンプ。
8. Associated with each active bearing coil is a magnetizable yoke through which the axial magnetic field flows, the axial magnetic field aligned across the fluid gap to the outer circumference of each axial end of the rotor. The blood pump according to claim 7, wherein the respective yokes are arranged so as to perform.
【請求項9】 前記軸線方向磁界の第2の成分を、前記ロータの各軸線端
の外周の近傍に向けるべく、対応する永久磁石と協働する極片が、前記ロータの
各軸線端に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の血液ポンプ。
9. A pole piece cooperating with a corresponding permanent magnet is provided at each axial end of the rotor to direct the second component of the axial magnetic field near the outer circumference of each axial end of the rotor. The blood pump according to claim 8, wherein the blood pump is provided.
【請求項10】 前記極片及びヨークが、関連する流体ギャップをはさん
で軸方向に離間された磁化可能な部分を含み、これらの磁化可能な部分は、ラジ
アル面における断面積が前記永久磁石の断面積より小さい、半径方向に離間され
た、概ね同心円状の複数の周縁リングとして形成されており、それによって前記
関連する半径方向に対向配置された周縁リング間の前記流体ギャップを横切る磁
束密度が増加されていることを特徴とする請求項9に記載の血液ポンプ。
10. The pole piece and the yoke include magnetizable portions axially spaced across an associated fluid gap, the magnetizable portions having a cross-sectional area in a radial plane of the permanent magnet. Magnetic flux density across the fluid gap between the associated radially oppositely disposed peripheral rings, which are formed as a plurality of radially concentric, generally concentric peripheral rings that are smaller than the cross-sectional area of The blood pump according to claim 9, wherein the blood pump is increased.
【請求項11】 前記流体ギャップが、前記ロータの両軸線端において血
液及び洗い流し流量が概ね同じになるように前記ロータの両軸線端において前記
流体ギャップが概ね同じ寸法となっていることを特徴とする請求項1に記載の血
液ポンプ。
11. The fluid gap is substantially the same size at both axial ends of the rotor so that the blood flow rate and the flushing flow rate at both axial ends of the rotor are approximately the same. The blood pump according to claim 1.
【請求項12】 前記ロータの各軸線端に設けられた前記永久磁石が、前
記ポンプハウジング軸線及びロータ軸線と概ね一致して延在する磁気軸線を定め
ることを特徴とする請求項7に記載の血液ポンプ。
12. The permanent magnet provided at each axial end of the rotor defines a magnetic axis extending substantially in line with the pump housing axis and the rotor axis. Blood pump.
【請求項13】 前記ロータの各軸線端に設けられた各永久磁石が、半径
方向に磁化されていることを特徴とする請求項7に記載の血液ポンプ。
13. The blood pump according to claim 7, wherein each permanent magnet provided at each axial end of the rotor is magnetized in a radial direction.
【請求項14】 前記各支持部材が、前記軸線方向磁界の一つの成分を生
成するための能動軸受けコイルを内蔵するとともに、前記軸線方向磁界の第2の
成分を生成するための永久磁石を備えており、前記軸方向磁界に対し前記ロータ
内への戻り経路を提供するべく前記ロータの各軸線端に磁化可能なヨークが配置
されていることを特徴とする請求項5に記載の血液ポンプ。
14. Each of the support members includes an active bearing coil for generating one component of the axial magnetic field and a permanent magnet for generating a second component of the axial magnetic field. 6. A blood pump according to claim 5, wherein magnetizable yokes are disposed at each axial end of the rotor to provide a return path into the rotor for the axial magnetic field.
【請求項15】 前記入口開口における前記流体ギャップを洗い流すため
の前記洗い流し手段が、前記ポンプ軸線に概ね沿って設けられ、一方の軸線端に
おいて前記入口開口の方向に開口し、他方の軸線端において関連する流体ギャッ
プと連通する入口軸線方向孔を有し、それによって前記入口開口に流入する血液
のうち少なくとも幾分かが前記入口軸線方向孔及び関連する流体ギャップを通っ
て流れるよう導かれるようになっていることを特徴とする請求項1に記載の血液
ポンプ。
15. The flushing means for flushing the fluid gap at the inlet opening is provided generally along the pump axis and opens at one axial end in the direction of the inlet opening and at the other axial end. An inlet axial bore communicating with the associated fluid gap such that at least some of the blood entering the inlet opening is directed to flow through the inlet axial bore and the associated fluid gap. The blood pump according to claim 1, wherein
【請求項16】 前記出口開口における前記流体ギャップを洗い流すため
の前記洗い流し手段が、一方の軸線端が前記出口端において流体ギャップと連通
し他方の軸線端において前記出口開口の方向に開口する出口軸線方向孔と、前記
インペラ手段によって前記ポンプハウジングを通って流れるようにされた血液の
少なくとも幾分かを前記関連する流体ギャップへ向けて変向し、それによって血
液が前記出口開口における前記流体ギャップを通って流れ、前記他方の軸線端を
通って前記出口開口へと放出されるようにするための変向手段とを有することを
特徴とする請求項1に記載の血液ポンプ。
16. An outlet axis wherein the flushing means for flushing the fluid gap at the outlet opening has one axis end communicating with the fluid gap at the outlet end and opening at the other axis end in the direction of the outlet opening. A directional hole and at least some of the blood that is made to flow through the pump housing by the impeller means is diverted toward the associated fluid gap, thereby allowing blood to flow through the fluid gap at the outlet opening. 2. Blood pump according to claim 1, characterized in that it has diverting means for flowing through and discharging it through the other axial end to the outlet opening.
【請求項17】 前記血液洗い流し手段が、前記流体ギャップ内へと突出
する前記ロータに設けられた少なくとも一つの突出部を有し、前記突出部によっ
て前記ロータの回転に伴う血液の遠心流れが強められるようになっていることを
特徴とする請求項1に記載の血液ポンプ。
17. The blood flushing means has at least one protrusion provided on the rotor that protrudes into the fluid gap, the protrusion enhancing the centrifugal flow of blood associated with rotation of the rotor. The blood pump according to claim 1, wherein the blood pump is adapted to be operated.
【請求項18】 前記少なくとも一つの突出部が、少なくとも一つの概ね
半径方向のフィンの形態であることを特徴とする請求項17に記載の血液ポンプ
18. The blood pump of claim 17, wherein the at least one protrusion is in the form of at least one generally radial fin.
【請求項19】 少なくとも前記入口開口において前記流体ギャップ内へ
と突出する複数の半径方向フィンが前記ロータに設けられており、これら半径方
向フィンは前記ロータ軸線周りに互いに角度方向に離間されていることを特徴と
する請求項18に記載の血液ポンプ。
19. A plurality of radial fins are provided on the rotor that project into the fluid gap at least at the inlet opening, the radial fins being angularly spaced from each other about the rotor axis. The blood pump according to claim 18, wherein:
【請求項20】 前記ロータが、前記ロータ軸線に一致して延在する軸線
を定める円筒壁と前記ポンプハウジングと協働して前記入口開口から前記出口開
口へと流れる血液に対して環状の流路を形成する外側円筒面とを有する概ね円筒
形のロータハウジングを有し、 前記インペラ手段が、前記外側円筒面の少なくとも軸方向長さに渡って設けら
れた軸方向に向けられた複数の螺旋状ブレードを有し、これらブレードは前記ロ
ータ軸線を中心として角度方向に概ね等しく互いに隔置され且つ前記ロータ軸線
に沿って見たとき少なくとも部分的に周方向に重なるようなピッチ及び長さを有
しており、それによりバックリークが低減されていることを特徴とする請求項1
に記載の血液ポンプ。
20. The rotor has an annular flow relative to blood flowing from the inlet opening to the outlet opening in cooperation with a cylindrical wall defining an axis extending coincident with the rotor axis and the pump housing. A generally cylindrical rotor housing having an outer cylindrical surface defining a passage, the impeller means comprising a plurality of axially oriented spirals provided over at least an axial length of the outer cylindrical surface. Blades, which are generally equally angularly spaced from each other about the rotor axis and have a pitch and length such that they at least partially overlap circumferentially when viewed along the rotor axis. The back leak is reduced thereby, and the back leak is reduced.
Blood pump according to.
【請求項21】 3つの螺旋状ブレードが設けられ、各螺旋状ブレードは
前記ロータ軸線を中心としてトータル130°に渡って延在し、隣接する螺旋状
ブレードと10°重なっていることを特徴とする請求項20に記載の血液ポンプ
21. Three helical blades are provided, each helical blade extending a total of 130 ° about the rotor axis and overlapping 10 ° with adjacent helical blades. The blood pump according to claim 20.
【請求項22】 前記制御手段が、前記ロータの軸線方向位置の変動を検
出するべく配置された前記磁気浮上支持手段の一部を形成する能動軸受けコイル
と、前記変動に基づき前記ロータに働く差圧を確立するための手段とを含むこと
を特徴とする請求項1に記載の血液ポンプ。
22. An active bearing coil forming a part of said magnetic levitation support means, wherein said control means is arranged to detect a variation in axial position of said rotor; and a differential acting on said rotor based on said variation. A blood pump according to claim 1 including means for establishing pressure.
【請求項23】 前記制御手段が、検出された前記ロータの軸方向速度及
びコイル電流に基づいて前記ロータを軸方向に安定化するための“実質ゼロ電力
”(VZP)制御フィードバックループを含むことを特徴とする請求項22に記
載の血液ポンプ。
23. The control means includes a "substantially zero power" (VZP) control feedback loop for axially stabilizing the rotor based on sensed axial velocity of the rotor and coil current. The blood pump according to claim 22, wherein:
【請求項24】 前記ポンプハウジング及びインペラ手段が、前記入口開
口と出口開口との間で軸方向に血液をポンプするべく配置されていることを特徴
とする請求項1に記載の血液ポンプ。
24. The blood pump according to claim 1, wherein the pump housing and impeller means are arranged to pump blood axially between the inlet opening and the outlet opening.
【請求項25】 前記ポンプハウジング及びインペラ手段が、血液を半径
方向に遠心式に放出するべく配置されていることを特徴とする請求項1に記載の
血液ポンプ。
25. The blood pump according to claim 1, wherein the pump housing and impeller means are arranged to centrifugally expel blood in a radial direction.
【請求項26】 前記制御手段が、前記ポンプ内に血液の脈動流を生じさ
せるべく、前記ロータに所望の周期の差圧変動を与える手段を含んでいることを
特徴とする請求項1に記載の血液ポンプ。
26. The method according to claim 1, wherein the control means includes means for applying a differential pressure fluctuation of a desired cycle to the rotor so as to generate a pulsating flow of blood in the pump. Blood pump.
【請求項27】 前記制御手段が、脈動流の周波数を設定する手段と、選
択された設定周波数及び差圧を前記ロータの軸方向位置の関数として検出される
変動値と比較するフィードバックループとを含むことを特徴とする請求項26に
記載の血液ポンプ。
27. The control means comprises means for setting the frequency of the pulsating flow and a feedback loop for comparing the selected set frequency and differential pressure with a variation value detected as a function of the axial position of the rotor. 27. The blood pump of claim 26, comprising:
【請求項28】 前記ポンプハウジング及びインペラ手段が、血液の軸方
向流れを生成するべく配置されており、更に、前記インペラ手段の回転により生
じる血液の接線方向流れを前記出口端において軸方向流れに変換して、前記出口
端において乱流及び流体の剥離が生じないようにする流れ変換手段を有すること
を特徴とする請求項1に記載の血液ポンプ。
28. The pump housing and impeller means are arranged to produce an axial flow of blood, and the tangential flow of blood produced by rotation of the impeller means is directed to the axial flow at the outlet end. The blood pump according to claim 1, further comprising a flow conversion unit that converts the flow to prevent turbulence and separation of fluid at the outlet end.
【請求項29】 前記流れ変換手段が、前記出口端に配置された複数の湾
曲したベーンを含んでおり、隣接するベーンが異なる軸方向長さを有し、それに
よって、前記流れ変換手段への入口における流速マッチングのために望ましい流
路断面積を得るのに必要とされる追加的な周方向スペースが提供されていること
を特徴とする請求項28に記載の血液ポンプ。
29. The flow transforming means includes a plurality of curved vanes located at the outlet end, adjacent vanes having different axial lengths, thereby leading to the flow transforming means. 29. The blood pump of claim 28, wherein the additional circumferential space required to obtain the desired flow path cross-sectional area for flow velocity matching at the inlet is provided.
【請求項30】 前記駆動手段が、前記ロータ内において概ね軸方向中心
に配置され前記ロータの重心を定める永久磁石と、前記重心と概ね軸方向に整合
されて前記ポンプハウジング上に設けられたステータコイルとを含み、それによ
って、前記磁気的に浮上支持された両軸線端において等しい半径方向負荷が与え
られることを特徴とする請求項1に記載の血液ポンプ。
30. The drive means is disposed on the pump housing in a substantially axially centered position within the rotor to define a center of gravity of the rotor, and a stator provided on the pump housing so as to be substantially axially aligned with the center of gravity. A blood pump according to claim 1, further comprising a coil, whereby equal radial loads are applied at both magnetically levitated axial ends.
【請求項31】 前記血液洗い流し手段が、前記ロータの回転中、流体ギ
ャップを通過するように血液を能動的に動かす手段を含んでいることを特徴とす
る請求項1に記載の血液ポンプ。
31. The blood pump of claim 1, wherein the blood flushing means includes means for actively moving blood through the fluid gap during rotation of the rotor.
【請求項32】 前記血液洗い流し手段が、前記ポンプ入口開口において
血液を変向し、変向した血液が前記入口開口における流体ギャップを通って流れ
るように強制するための少なくとも一つのアルキメデスのねじを含むことを特徴
とする請求項31に記載の血液ポンプ。
32. The blood flushing means diverges at least one Archimedes screw for diverting blood at the pump inlet opening and forcing the diverted blood to flow through a fluid gap at the inlet opening. 32. The blood pump of claim 31, comprising:
【請求項33】 前記血液洗い流し手段が、前記ポンプ出口開口において
前記流体ギャップから血液を能動的に取り出し、取り出した血液をポンプ出口開
口へと導くための少なくとも一つのアルキメデスのねじを含むことを特徴とする
請求項31に記載の血液ポンプ。
33. The blood flushing means includes at least one Archimedes screw for actively withdrawing blood from the fluid gap at the pump outlet opening and directing the withdrawn blood to the pump outlet opening. The blood pump according to claim 31.
【請求項34】 前記入口軸線方向孔内における血液の淀みを防止する手
段を更に備えていることを特徴とする請求項15に記載の血液ポンプ。
34. The blood pump according to claim 15, further comprising means for preventing stagnation of blood in the inlet axial hole.
【請求項35】 前記淀み防止手段が、前記ロータから少なくとも部分的
に前記入口軸線方向孔内へと突出する要素を有し、前記ロータの回転に伴いその
中の血液を動かすようになっていることを特徴とする請求項34に記載の血液ポ
ンプ。
35. The stagnation preventing means has an element projecting at least partially into the inlet axial bore from the rotor and is adapted to move blood therein as the rotor rotates. The blood pump according to claim 34, wherein:
【請求項36】 前記要素が前記ロータ軸線に対して偏心して設けられて
いることを特徴とする請求項35に記載の血液ポンプ。
36. The blood pump according to claim 35, wherein the element is provided eccentrically with respect to the rotor axis.
【請求項37】 前記出口軸線方向孔内における血液の淀みを防止する手
段を更に備えていることを特徴とする請求項16に記載の血液ポンプ。
37. The blood pump according to claim 16, further comprising means for preventing stagnation of blood in the outlet axial hole.
【請求項38】 前記淀み防止手段が、前記ロータから少なくとも部分的
に前記出口軸線方向孔内へと突出する要素を有し、前記ロータの回転に伴いその
中の血液を動かすようになっていることを特徴とする請求項37に記載の血液ポ
ンプ。
38. The stagnation prevention means has an element that at least partially projects from the rotor into the outlet axial hole, and is adapted to move blood therein as the rotor rotates. The blood pump according to claim 37, wherein the blood pump is a blood pump.
【請求項39】 前記要素が前記ロータ軸線に対して偏心して設けられて
いることを特徴とする請求項38に記載の血液ポンプ。
39. A blood pump according to claim 38, wherein the element is provided eccentrically with respect to the rotor axis.
【請求項40】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、入口開口及び出口開口を有するポンプハウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータを
前記ハウジング内において回転可能に支持し、前記両ロータ軸線端との間に流体
ギャップを画定する支持手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的且つ能動的に流し、前
記流体ギャップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有す
ることを特徴とする血液ポンプ。
40. A blood pump for propelling blood therethrough, a pump housing defining a pump axis and having an inlet opening and an outlet opening; a rotor defining a rotor axis and opposing rotor axis ends; Provided at both ends of the rotor axis within the pump housing and generally maintaining radial stability of the rotor to maintain the rotor axis substantially in line with the pump axis during operation of the pump, Support means for rotatably supporting the rotor in the housing and defining a fluid gap between the rotor axis ends; and the rotor for absorbing an externally applied load, the fluid gap and the rotor. The axial stability of the rotor so as to maintain an axial separation between the pump housing and the pump housing. Control means for holding, impeller means provided in the rotor for functioning to suck blood from the inlet opening and discharge it from the outlet opening with rotation of the rotor, and rotate the rotor and the impeller means Drive means for pumping blood by causing the blood to flow continuously and actively into the fluid gap during rotation of the rotor to prevent thrombus formation in the fluid gap. And a blood pump.
【請求項41】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、入口開口及び出口開口を有するポンプハウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータを
前記ハウジング内において回転可能に支持し、前記両ロータ軸線端との間に流体
ギャップを画定する支持手段と、 前記ポンプの作動中、前記ロータの安定性及び半径方向剛性を与えるように、
前記流体ギャップを横切る強い軸方向磁界を確立するための永久磁石手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的に流し、前記流体ギャ
ップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有することを特
徴とする血液ポンプ。
41. A blood pump for propelling blood therethrough, a pump housing defining a pump axis and having an inlet opening and an outlet opening; a rotor defining a rotor axis and opposing rotor axis ends; Provided at both ends of the rotor axis within the pump housing and generally maintaining radial stability of the rotor to maintain the rotor axis substantially in line with the pump axis during operation of the pump, Support means for rotatably supporting the rotor within the housing and defining a fluid gap between the rotor axis ends for providing stability and radial stiffness of the rotor during operation of the pump. ,
Permanent magnet means for establishing a strong axial magnetic field across the fluid gap, and axial separation between the fluid gap and the rotor and the pump housing for the rotor to absorb externally applied loads. Control means for maintaining the stability of the rotor in the axial direction so that the rotor can be maintained, and with the rotation of the rotor, blood is sucked from the inlet opening and is discharged to the rotor from the outlet opening. Impeller means provided, drive means for pumping blood by rotating the rotor and the impeller means, blood is continuously flowed into the fluid gap during rotation of the rotor, and in the fluid gap. Blood pump for preventing the formation of blood clots.
【請求項42】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、入口開口及び出口開口を有するポンプハウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータを
前記ハウジング内において回転可能に支持し、前記両ロータ軸線端との間に流体
ギャップを画定する支持手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的に流し、前記流体ギャ
ップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有し、 前記ロータ手段が、前記ロータ軸線に一致して延在する軸線を定める円筒壁と
前記ポンプハウジングと協働して前記入口開口から前記出口開口へと流れる血液
に対して環状の流路を形成する外側円筒面とを有する概ね円筒形のロータハウジ
ングを有し、 前記インペラ手段が、前記外側円筒面の少なくとも軸方向長さに渡って設けら
れた軸方向に向けられた複数の螺旋状ブレードを有し、これらブレードは前記ロ
ータ軸線を中心として角度方向に概ね等しく互いに隔置され且つ前記ロータ軸線
に沿って見たとき少なくとも部分的に周方向に重なるようなピッチ及び長さを有
しており、それによりバックリークが低減されていることを特徴とする血液ポン
プ。
42. A blood pump for propelling blood therethrough, comprising: a pump housing defining a pump axis and having an inlet opening and an outlet opening; a rotor defining a rotor axis and opposing rotor axis ends; Provided at both ends of the rotor axis within the pump housing and generally maintaining radial stability of the rotor to maintain the rotor axis substantially in line with the pump axis during operation of the pump, Support means for rotatably supporting the rotor in the housing and defining a fluid gap between the rotor axis ends; and the rotor for absorbing an externally applied load, the fluid gap and the rotor. The axial stability of the rotor so as to maintain an axial separation between the pump housing and the pump housing. Control means for holding, impeller means provided in the rotor for functioning to suck blood from the inlet opening and discharge it from the outlet opening with rotation of the rotor, and rotate the rotor and the impeller means A pumping means for pumping blood, and a flushing means for continuously flowing blood into the fluid gap during rotation of the rotor to prevent formation of thrombus in the fluid gap. The rotor means cooperates with the cylindrical wall that defines an axis that extends in line with the rotor axis and the pump housing to form an annular flow path for blood flowing from the inlet opening to the outlet opening. A generally cylindrical rotor housing having an outer cylindrical surface forming the impeller means, the impeller means having at least an axial length of the outer cylindrical surface. A plurality of axially-directed spiral blades, the blades being substantially equally angularly spaced from each other about the rotor axis and at least partially when viewed along the rotor axis. A blood pump having a pitch and a length that substantially overlap each other in the circumferential direction, thereby reducing back leak.
【請求項43】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、入口開口及び出口開口を有するポンプハウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータを
前記ハウジング内において回転可能に磁気的に支持し、前記両ロータ軸線端との
間に流体ギャップを画定する支持手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的に流し、前記流体ギャ
ップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有し、 前記ポンプハウジング及びインペラ手段が、血液の軸方向流れを生成するべく
配置されており、更に、前記インペラ手段の回転により生じる血液の接線方向流
れを前記出口端において軸方向流れに変換して、前記出口端において流体の剥離
及び乱流が生じないようにするための流れ変換手段を有することを特徴とする血
液ポンプ。
43. A blood pump for propelling blood therethrough, a pump housing defining a pump axis and having an inlet opening and an outlet opening; a rotor defining a rotor axis and opposing rotor axis ends; Provided at both ends of the rotor axis within the pump housing and generally maintaining radial stability of the rotor to maintain the rotor axis substantially in line with the pump axis during operation of the pump, Support means for magnetically rotatably supporting the rotor within the housing and defining a fluid gap between the rotor axial ends; and the rotor for absorbing an externally applied load, the fluid gap And an axial direction of the rotor so as to maintain an axial separation between the rotor and the pump housing. Control means for maintaining qualitative characteristics; impeller means provided on the rotor for functioning to suck blood from the inlet opening and expel it from the outlet opening with rotation of the rotor, the rotor and the impeller means Drive means for pumping blood by rotating the, and blood wash means for continuously flowing blood into the fluid gap during rotation of the rotor to prevent the formation of thrombus in the fluid gap. The pump housing and the impeller means are arranged to generate an axial flow of blood, and further converting the tangential flow of blood produced by rotation of the impeller means into an axial flow at the outlet end. And has a flow conversion means for preventing fluid separation and turbulence at the outlet end. Blood pump to be.
【請求項44】 内部を通る血液を推進するための血液ポンプであって、 ポンプ軸線を定め、入口開口及び出口開口を有するポンプハウジングと、 ロータ軸線及び相対するロータ軸線端を定めるロータと、 前記ポンプハウジング内において前記両ロータ軸線端に設けられ、前記ポンプ
の作動中において前記ロータ軸線を前記ポンプ軸線に概ね一致した状態に維持す
るように前記ロータの半径方向の安定性を概ね維持するとともに、前記ロータを
前記ハウジング内において回転可能に支持し、前記両ロータ軸線端との間に流体
ギャップを画定する支持手段と、 前記ロータが外的に加えられる負荷を吸収し、前記流体ギャップ及び前記ロー
タと前記ポンプハウジングとの間の軸線方向の分離を維持し得るように前記ロー
タの軸線方向の安定性を維持するための制御手段と、 前記ロータの回転に伴い、血液を前記入口開口から吸い込み、前記出口開口か
ら吐き出すよう機能するべく前記ロータに設けられたインペラ手段と、 前記ロータ及び前記インペラ手段を回転させることにより血液をポンプするた
めの駆動手段と、 前記ロータの回転中、前記流体ギャップに血液を継続的に流し、前記流体ギャ
ップに於ける血栓の形成を防止するための血液洗い流し手段とを有し、 前記制御手段が、一般に収縮期血圧と拡張期血圧との平均差圧に比例する、患
者の心拍数に応じて生理学的にポンプを制御するため、前記ロータの軸線方向速
度を検出するべく配置された手段と、前記速度変動に基づき前記ロータに働く差
圧を確立するための手段とを含むことを特徴とする血液ポンプ。
44. A blood pump for propelling blood therethrough, a pump housing defining a pump axis and having an inlet opening and an outlet opening; a rotor defining a rotor axis and opposing rotor axis ends; Provided at both ends of the rotor axis within the pump housing and generally maintaining radial stability of the rotor so as to maintain the rotor axis substantially in line with the pump axis during operation of the pump, Support means for rotatably supporting the rotor in the housing and defining a fluid gap between the rotor axis ends, the rotor absorbing the load applied externally, the fluid gap and the rotor The axial stability of the rotor so as to maintain an axial separation between the pump housing and the pump housing. Control means for holding, impeller means provided in the rotor for functioning to suck blood from the inlet opening and expel it from the outlet opening as the rotor rotates, and rotate the rotor and the impeller means The driving means for pumping blood by causing the blood to flow through the fluid gap during rotation of the rotor to prevent thrombus formation in the fluid gap. In order to detect the axial velocity of the rotor, the control means physiologically controls the pump according to the heart rate of the patient, which is generally proportional to the average pressure difference between the systolic blood pressure and the diastolic blood pressure. A blood pump comprising means arranged and means for establishing a differential pressure acting on the rotor based on the speed fluctuations.
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