JP2003516212A - 電磁気で懸架し回転する遠心ポンプ装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （ｉ）全体的に電磁石（５２、５４）によって磁気で支持され、回転する一体のインペラおよびロータ（２１）、（ｉｉ）流体の流れおよび封じ込めのためのポンプ・ハウジング（１２、１４）および弓形の通路、（ｉｉｉ）ポンプ・ハウジング（１２、１４）に埋め込まれ、それと一体であるブラシレス駆動モータ（４０）、（ｉｖ）電源、および（ｖ）特定の電子感知および制御アルゴリズムを含み、全てが相互に適切に結合されて、効率的で耐久性があり、保守が少ないポンプ動作を提供する、デリケートな生物学的流体を給送する遠心ポンプ（１０）の装置および方法。特殊設計のインペラ（２１）およびポンプ・ハウジング（１２、１４）が、流体の乱流を低下させて、ポンプを通してポンプ出力口へ流体を搬送し、送出する機構を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （発明の分野） 本発明は磁気で支持し回転するロータに、特にその円盤様のインペラを電磁気
により非接触状態で懸架して回転し、インペラの回転速度が流体圧力およびイン
ペラ位置決めアルゴリズムによって電子的に制御され、変更される遠心ポンプ装
置および方法に関する。

【０００２】 （発明の背景） 歴史的に、流体ポンプは多くの多種多様なタイプおよび構成があり、全て基本
的には同じ最終結果、つまり１つの点から別の点への流体移動を実行する。全て
のポンプは、ポンプの動作によって生成した真空により、容器またはパイプを通
して流体をポンプに引き込むという点で、同様の特徴を有する。真空の１次力に
加えて、重力、インペラの慣性、または既存のパイプ／流体の圧力などの２次力
も、流体の流れに影響を及ぼす。給送機構を操作すると、流体圧および／または
流体速度を生成し、これはその後、ポンプの入口を通してポンプに流体を引き込
む真空を生成する。入口からの流体は、その後に流体のポンプ出口へと配向する
ポンプ機構によって、ポンプの全体を通して運搬される。

【０００３】 流体ポンプの構成は、大半は機能への適応によって変化する。例えば、汲み上
げポンプおよび押し上げポンプは往復運動を使用して流体を変位させ、真空ポン
プは流体の変位に使用する真空を生成する。回転軸流ポンプは回転軸に取り付け
たプロペラ様のブレードを使用して流体の変位を達成する。ジェット・ポンプは
蒸気噴射エゼクタを使用し、これはポンプ内の狭い室に入り、流体を入口から室
に引き込む吸引作用を対応して生成する低圧区域を生成する。他のポンプ・タイ
プを指定することができるが、以下では血液などのデリケートな流体用で、ポン
プのサイズおよび幾何学的形状が重要な場合に、より環境に適応しやすい流体ポ
ンプに、特に言及する。

【０００４】 回転遠心ポンプは、本来、比較的緊密に構成され、デリケートな流体の給送に
容易に適応可能である。血流ポンプは、まだ重大な圧力上昇要件を有する通常の
多くの産業用途と比較して、低い流量性能特徴を有する。遠心ポンプは、軸流ポ
ンプまたは他の設計より、このような用途によく適している、このため、本発明
の好ましい実施形態では遠心ポンプの設計を使用する。このポンプは、インペラ
に装着した幾つかのリブまたは翼を含み、その回転力が遠心力によって流体をロ
ータの外側へと推進する。遠心ポンプは従来、シャフトに装着し、流体に浸漬し
たインペラを有し、シャフトはシールおよび軸受け装置を通して駆動機構へと延
在する。インペラの回転翼は回転軸の中心付近に部分真空を生成し、これは対応
してポンプの吸引開口を通して流体を引き込む。滑らかなポンプ渦形室がポンプ
の静止構成要素に配置され、インペラの出口からポンプの出口通路まで給送され
る流体の滑らかな流れを保証する。渦形室は、ポンプの流れがポンプ・インペラ
を出る時にその流れを蓄積し、流体の運動エネルギ（速度）を位置エネルギ（圧
力または揚程）に変換することによって流体圧（揚程）を増加させる機能を果た
す。遠心ポンプは流体を移動させるための弁を必要としないが、入力開口を通し
て引き込まれた流体が、重大な流体の内部漏れまたは能力不足がない状態でポン
プ機構を通り出力口まで続くようなポンプの幾何学的形状でなければならない。

【０００５】 これらの先行技術のポンプは問題を有することが知られている。例えば、従来
の遠心ポンプで構成されるようなシャフトのシールは、摩耗、故障、さらには特
定の流体に冒されやすいことが広く知られ、その結果、漏れの問題が生じる。あ
る種の流体のポンプは、さらに慎重な設計の考慮が必要であり、流体の損傷、汚
染、および他の望ましくない状態を回避するため、特定の給送技術を必要とする
こともよく知られている。例えば、腐食性流体（酸または腐食剤）などの流体ま
たは血液などのデリケートな流体は、シールが漏れず、流体の完全性を失わない
よう、特殊な考慮が必要である。連続流ポンプによる血液などのデリケートな流
体の給送は、回転するインペラを支持するために信頼性が高くて損傷しない軸受
けが必要である。先行技術のポンプは、インペラが回転する時にそれを支持する
ために必要な軸受けに非常に重大な問題を有する。玉軸受けおよび他の転がり要
素軸受けは、デリケートな流体を潤滑剤として使用し、血液中の赤血球などのデ
リケートな流体中の生きている性状は、軸受けの回転する構成要素間で粉砕され
るので短期間で破壊される。デリケートな流体で潤滑するスラストおよびラジア
ル流体膜軸受けが、幾つかの先行技術のポンプで使用されてきた。これは、静止
構成要素中にある回転構成要素の焼付き、血栓症（凝固）の生成による低い性能
および／または多くの障害、溶血現象（高い剪断）によるデリケートな流体への
損傷、および他の問題を受けやすかった。流体膜軸受けは、将来のポンプ性能へ
の生理学的要求に適合するためモータの速度制御に使用することができる瞬間ポ
ンプ圧および流量に関する情報も提供しない。従来の玉軸受けおよび流体膜スラ
ストおよびラジアル軸受けは、血液ポンプなどの均衡状態および高い流体剪断応
力を回避しなければならないポンプに必要な長期の信頼性がない。さらに、玉軸
受けは、デリケートな流体の給送に使用した場合、寿命が制限され、往々にして
外部の潤滑流体で潤滑しなければならず、潤滑流体を収容するシールが必要であ
る。軸受けの潤滑流体の搬送および封じ込めは、ポンプ・ハウジングの全体的サ
イズを増加させ、さらに潤滑流体を送出して冷却するのに使用する余分な容器お
よび機構のため、操作の複雑さも増大し、それによって自然の心臓機能の置換に
使用する場合にポンプ装置が埋め込み不可能になる。したがって、シャフトおよ
び従来の軸受けを伴う流体ポンプは寿命が比較的短いので、自然の心臓機能を長
期間置換するため体腔内に埋め込むには不適切になる。

【０００６】 さらに、血液の給送は、鬱血および過剰な熱に影響されやすい流体のポケット
により、インペラ・タイプの血液ポンプのシャフト・シールに通常伴う特定の既
知の危険がある。さらに、血液などのデリケートな流体を給送するには、インペ
ラの翼およびポンプ・ハウジングの幾何学的形状を慎重に考慮する必要がある。
過度の機械的作業および血液の加熱により、血液成分が溶血およびタンパク質変
性で分解し、これは血液の凝固および血栓症を引き起こす。

【０００７】 ポンプ作業が血液を損傷する効果を回避するのは、自然の心臓機能によって最
もよく達成される。自然の心臓機能は２つの基本的機能を有し、各側が異なる給
送機能を実行する。自然の心臓の右側は体から血液を受け取って肺に給送し、自
然の心臓の左側は肺から血液を収集して、これを体に給送する。自然の心臓の拍
動は心臓弁との組合せで、極めて滑らかかつ流麗な状態で拍動性の血液給送作用
を提供する。自然の心臓の血流（心臓出力）は、静脈還流によって主に調整され
、これはポンプ前荷重として知られる。しかし、疾病または事故により自然の心
臓機能が部分的または完全に失われることがある。自然の心臓機能を置換するた
め開発された機械的装置は、歴史的に、最も初期の心肺またはポンプ酸素供給器
装置という極めて大きいサイズから、サイズおよび機能が自然の心臓にさらに近
づいた最近の装置まで範囲がある。

【０００８】 心臓全体を置換する以外に、他の機械的装置の開発は、疾患または他の損傷に
よって弱体化した障害左心室を補助する心室補助器具など、自然の心臓機能の一
部を置換することに集中している。一部でも全体でも、自然の心臓機能を置換す
るために主に考慮することは、装置全体で血液を穏やかに、低温かつ非破壊的方
法で給送しなければならないことである。例えば、機械的軸受けによって支持さ
れたポンプ・インペラが血液と接触すると、軸受けの部品間の相対的動作が血液
の過度な機械的作業をもたらし、これが血液細胞を破裂させ、溶血を招く。血液
を傷つける別の機械力は、ポンプ内に血液が半分停滞するか、血液が十分に交換
されずに渦巻く領域を形成することであり、それによって鬱血と同様になる。鬱
血の結果、往々にして血液が凝固し（血栓症）、それに応じて血液が全く流れな
くなる。血液を傷つける可能性があるさらに別の効果は、血液がポンプを通って
流れるにつれ、ポンプの側壁および他の給送機構の摩擦による過度の加熱である
。特に、内部ポンプの幾何学的形状で突然の角度変化によって生じる側壁の摩擦
のため、血液は厳しい方向の変化に従わねばならず、それによって血液の過度の
機械的作業が生成し、血液細胞の破壊または血小板の活性化、および対応する溶
血および血栓症が生じる。血液を傷つける可能性があるさらに別の効果は、十分
なポンプ作動に起因し、これによってポンプに供給されるエネルギの大きい部分
が、血液に放出される熱として表れ、これは過熱および凝血によって血液を損傷
する。特に、血液のアルブミンは４２℃で変性を開始するので、血液を過熱する
ことになるポンプ動作の非効率は、非常に深刻で生命を脅かす状態を引き起こす
。

【０００９】 前述した鬱血、過酷なポンプの幾何学的形状、乱流および／または加熱の状態
は、血小板の活性化および／または酸素を運ぶ赤血球の損傷をもたらす。血液の
損傷は血管を閉塞する可能性がある血栓を形成し、これが栄養分を与える組織を
飢えさせ、生命を脅かす深刻な状態を導く連鎖反応を開始する。血液の給送に関
連し、以上の問題を解決しようとする多くの試みが、ローラ・ポンプ内に可撓性
薄膜および折り畳み式管を使用してなされてきた。しかし、薄膜および／または
管材料の連続的屈曲は、材料の血液接触特性を変化させて、材料を疲労させ、可
撓性材料の内壁から破片が分離し、破片によって血流に塞栓が入ることが知られ
ている。

【００１０】 血液給送に関する上述の条件付き要件に加えて、インペラの回転速度がデリケ
ートな血管の安定性および構造に大きい影響を及ぼす。ポンプ前荷重圧によって
調整されないインペラの回転動作は、ポンプの吸飲口の直前でデリケートな血管
に心房吸引を引き起こし、インペラの回転が血管壁の剛性を越えると、血管が崩
壊する。先行技術の給送装置は、インペラの回転速度がマイナスの効果を与えな
いよう、迅速な調節を保証するための制御の十分な統合がなかった。

【００１１】 Ｋｌｅｔｓｃｈｋａの第’００５号（米国特許第５，０５５，００５号）は、
対向する流体によって浮揚する流体ポンプを開示している。対向する流体のみで
インペラを安定させるのは、インペラをポンプ・ハウジング内の正確な位置に維
持するには十分でなく、高圧の流体噴射によって、血液は血液の機械的作業によ
って生じる前述の凝血に曝される。

【００１２】 Ｋｌｅｔｓｃｈｋａの第’８７７号（米国特許第５，１９５，８７７号）は、
しっかり装着し、流体のインペラとして働く磁気浮揚ロータに囲まれたシャフト
を使用する磁気浮揚インペラを伴う流体ポンプを開示している。この発明のシャ
フトは、血液または他のデリケートな流体を受ける回転インペラとシャフトとの
接合部にある油圧軸受けおよびシールの要件を、軸受けの領域における熱および
鬱血条件に導入する。

【００１３】 ２５年以上、当業者は、全人工心臓として使用するポンプを研究し、実験的に
動物に埋め込んできた。その研究により、血液給送装置の相対的有効性の有用な
フィードバックが提供された。これらのポンプは、拍動または非拍動流を生成す
るものと分類することができる。拍動流体動作を生成するポンプ（容積形ポンプ
）の方が、自然の心臓によって提供されるような流体の動作に似ている。今日ま
での情報では、必要な生理学的利点を提供するために流体の拍動運動が必要であ
るか、あるいは流体の拍動運動が主に心臓筋肉の非回転の性質によるものである
か、決定していない。大部分の拍動性ポンプは一般に、固有の機械的問題および
制限を伴う弁（機械または組織）を必要とする。

【００１４】 弁システムは先行技術の非拍動性ポンプでは必要ないが、非拍動性ポンプは、
様々な軸受けおよびシールを通る回転シャフトを必要とする。このシャフトは鬱
血、汚染および望ましくない熱状態という固有の問題を生じ、それによって自然
の心臓機能を置換するものとしてポンプを長期的に使用することが実行不能とな
る。初期の先行技術の回転する非拍動性システムは大部分が、短期の心臓補助の
ために体外に設置されほどほどの成功を収めている。

【００１５】 １つの血液給送装置は全人工心臓である。全人工心臓は、病理学的に回復不可
能な心室を永久的に置換するため５人の患者に使用され、心臓移植の一時的架け
橋として３００人の患者に使用されてきた。全人工心臓による最長支援は７９５
日であった。心臓外科手術の間に心肺バイパスから引き離すことができない患者
、または一方の心室のみに障害がある患者には、心室補助装置などの他の血液給
送装置が使用されてきた。自然の心臓機能の最も一般的な機械的置換は、心室補
助装置による心臓移植までの一時的な架け橋であり、１２５０人を超える患者が
このような一時的心肺補助装置を受けている。

【００１６】 歴史的に、血液給送装置は多くの問題を呈している。例えば、往復式の（ダイ
アフラム）全人工心臓の給送機構にエネルギを与えるのは、気体（空気圧システ
ム）、流体（液圧システム）、電気（モータ、ソレノイドなど）、および骨格筋
であった。エネルギ源および関連する変換器システムは追加の構成要素を有し、
それが全システムの複雑さを増大させて、全体的な信頼性低下に寄与する。また
、全人工心臓の先行技術のシステムのサイズは、患者の可動性を非常に制限し、
受容者の生活の質に資さない。先行技術の装置で十分に対応されていない別の制
約要素は、エネルギ変換システムの過度のサイズおよび複雑さであり、さらに全
体的なポンプの設計が使用可能な解剖学的空間を上回る。さらに、これら先行技
術の往復システムの大部分は、極めて高い（ｉ）騒音特徴、（ｉｉ）振動、およ
び（ｉｉｉ）反動（スラスト）レベルを呈する。

【００１７】 先行技術の回転ポンプの問題は大部分が、（血液などの）デリケートな流体を
給送するための上述した要件を満たす能力を有するポンプを適応することによっ
て、当業者が対応してきた。これらのポンプの適応は、インペラおよびハウジン
グ上に配置された電磁石を通したインペラの支持によって達成することができ、
したがってシャフト、シールまたは潤滑システムなしにインペラを回転すること
ができる。何らかの追加の支持形態がない永久磁石は、インペラなどの物体を完
全に懸架することができず、安定した懸架を達成するために、いずれかの軸に追
加の調節可能な支持または力が必要である。これは、アーンシャウの定理に基づ
き、これは永久磁石のみによって構成された懸架システムは安定しないことを示
す。しかし、積極的に制御した電磁石を使用して、運動の全自由度に対して物体
を安定化させ、支持することができる。したがって、計算された配置により、電
磁石は物体（または遠心流体ポンプの場合はインペラ）の安定した懸架を提供す
ることができる。磁気で支持されたインペラが唯一エネルギを費やすのは、イン
ペラを安定させ、回転するために使用する電磁エネルギである。インペラを件が
し、回転するための電磁石は、安定し効率的なポンプ動作を生成する。

【００１８】 この１０年間に、先行特許が磁気で懸架し、回転するロータを開示し、ある程
度の成功を呈していた。これらの先行技術の形状は、部分的な磁気懸架を使用し
て、血液への危険性を軽減する。磁気で懸架された先行技術の装置は、回転シャ
フトの摩擦の危険をある程度低下させるのに成功したが、先行技術の装置はなお
、サイズ、複雑さ、最適でないインペラの配置、位置検知、および速度制御のた
めに、心臓全体を置換して埋め込むには実現不可能である。これらの先行技術の
発明が過度なサイズで、精密なインペラの配置および速度を維持するのが困難で
あるのは、大部分がインペラの幾何学的形状のせいであり、これは円筒形、球形
、または大部分が他の３次元の性質である。

【００１９】 以上を鑑みて、磁気で懸架し、回転する遠心ポンプ装置を改善し、それによっ
てサイズを減少させ、インペラの配置精度および速度制御を向上させると、当技
術分野には大きな前進となる。シャフト、回転要素または流体膜軸受け、機械的
シール、または物理的近接センサがない遠心ポンプ装置を提供し、それによって
流体軸受けによる機械的接触、摩耗、障害、および血栓症または剪断損傷の発生
がない、完全に統合されたポンプ設計を可能にすれば、これも当技術分野の前進
となる。当技術分野のさらなる前進は、ポンプの出力口を含むポンプ機構全体で
効率的で乱流の少ない流体の搬送を提供するようなインペラおよびポンプ・ハウ
ジングの幾何学的形状を遠心ポンプ装置に設けることである。さらに、拍動また
は非拍動モードのいずれでも動作することができる汎用遠心ポンプ装置を提供す
ると、当技術分野の前進となる。

【００２０】 （発明の目的および概要） したがって、デリケートな流体用の回転遠心流体ポンプの改良を提供すること
が、本発明の主な目的である。

【００２１】 効率的な非接触電磁軸受けおよび効率的なモータを使用して流体ポンプの改良
を提供することが、本発明の別の目的である。 解剖学的構造への埋め込みを可能にする比較的コンパクトなサイズの遠心ポン
プ装置を提供することも、本発明の目的である。

【００２２】 長い製品寿命を提供し、必要な保守が最小となる遠心ポンプ装置および方法を
提供することが、本発明のさらなる目的である。 部分的または全体的な心臓機能の置換に使用する遠心流体ポンプの改良を提供
することが、本発明の追加の目的である。

【００２３】 ポンプ設計の幾何学的形状が効率的で乱流が少ない搬送、および排出口の直後
の低乱流の出力を含め、ポンプ全体を通したデリケートな流体の出力を提供する
遠心ポンプ装置および方法を提供することが、本発明のさらに別の目的である。

【００２４】 流体量および出力流体量が、特定の流体圧および位置決めアルゴリズムを介し
て電子的に制御されて変更される遠心ポンプ装置および方法を提供することが、
本発明のさらに別の目的である。

【００２５】 拍動モードまたは非拍動モードのいずれでも動作することができる遠心ポンプ
装置および方法を提供することが、本発明の別の目的である。 心室補助装置として適応可能であるか、対にして心臓全体の置換を提供する遠
心ポンプ装置および方法を提供することが、本発明のさらに別の目的である。

【００２６】 以上の目的および特に言及されていないその他の目的は、（ｉ）一体電磁軸受
けで全体が支持され、一体モータによって回転する一体インペラおよびロータ、
（ｉｉ）流体の流れおよび封じ込めのためのポンプ・ハウジングおよび弓形通路
、（ｉｉｉ）ポンプ・ハウジングに埋め込まれ、それと一体のブラシレス駆動モ
ータ、（ｉｖ）電源、および（ｖ）電磁軸受けの電流およびモータの逆起電力か
らの入力に基づいたモータ速度およびポンプ性能の自動検知方法および生理学的
制御アルゴリズムを使用した、インペラの位置、速度または加速度の特定の電子
的検知を含み、全てが相互に結合されて、効率的で耐久性があり、保守が少ない
ポンプ動作を提供する、デリケートな生物学的流体を給送する遠心流体ポンプの
装置および方法によって実現される。特殊設計のインペラおよびポンプ・ハウジ
ングが、流体の乱流を低下させた状態でポンプを通してポンプの出力口へと流体
を搬送し、送出する機構を提供する。

【００２７】 本発明の以上およびその他の目的および特徴は、添付図面および請求の範囲と
の関連で本発明の好ましい実施形態およびその他の実施形態について述べる以下
の説明から、容易に明白になる。

【００２８】 本発明の以上およびその他の目的、特徴および利点は、添付図面に関連して提
示した以下の詳細な説明を考察することにより、明白になる。 （詳細な説明） 次に図面を参照すると、本発明の様々な要素が数字で指定され、当業者が本発
明を作成し、使用することができるよう検討されている。以下の説明は本発明の
原理の例示にすぎず、添付の請求の範囲を狭めるとは見なされないことを理解さ
れたい。

【００２９】 電磁軸受けで全体が支持され、電気モータで回転するインペラを伴う回転遠心
ポンプの根底にある原理は、（１）過度の熱、（２）鬱血、および（３）凝固に
よる血液または他のデリケートな流体の損傷、または過酷なポンプ設計による流
体の乱流または機械的作業で生じる流体の不安定性を防止することである。さら
に、本発明の装置のサイズは、自然の心臓全体の置換または心室の補助に使用す
る場合、使用可能な解剖学的空間に組み込むことができる。

【００３０】 血液ポンプとして適切となるため、ポンプは全心臓置換のための心室または両
室補助装置の生理学的灌流要求を十分に適合できねばならない。全心臓置換装置
として、ポンプは使用可能な解剖学的空間内に埋め込み可能なだけ十分に小さい
サイズおよび質量で、過度の装置重量のために解剖学的構造にマイナスの効果を
与えないものでなければならない。さらに、本発明のインペラの円盤状の形状は
、ポンプ装置のサイズおよび複雑さを大幅に低減させる。本発明のポンプ装置は
、部分的な心臓機能を補助または置換する心室補助装置として単独に使用するか
、１対の装置を組み合わせて心臓全体の機械的置換を形成することができる。全
心臓の機械的置換では、２つの装置を組み合わせたサイズが、ほぼ自然の心臓の
サイズであり、それによって既存の解剖学的空間に埋め込むことができる。

【００３１】 本発明のインペラはポンプ・ハウジング内に全体が懸架されて、封入され、そ
れによってポンプ・インペラとポンプの他の部分とが接触しない動作を提供する
。ポンプ・インペラは電磁軸受け内に懸架される。電気モータがポンプ・インペ
ラを回転して、流体の給送機能を実行し、ポンプ・ハウジングに対するインペラ
配置の調節を提供する。シャフト、玉軸受け、シャフト・シールまたは他の汚染
源がないことが注目に値し、これによって本発明のポンプ装置の製品寿命を著し
く延長することが可能であり、自然の心臓を長期にわたって置換することができ
る。

【００３２】 ポンプ・インペラは軸を中心に回転し、「軸方向」という用語は、本明細書で
はポンプ・インペラの回転軸に平行な方向を指すために使用される。「半径方向
」という用語は、本明細書では軸方向に対して直角の方向を指すために使用され
る。本発明は電磁軸受けで構成され、これは磁石および他の材料を備え、軸受け
の磁気構成要素の周囲に巻き付けたコイル内の電流によって起動され、これが軸
方向および半径方向の両方の力を生成する。インペラの周囲に配置された適切な
構成の複数の磁気軸受けは、ポンプの作動中にインペラをセンタリングし、回転
構成要素と静止構成要素との接触を防止する。この非接触の動作によって、軸受
けは摩耗や摩擦損がなく作動することができる。

【００３３】 本発明のインペラの位置および回転速度は特定のアルゴリズムによて制御され
、これはポンプ・ハウジング内のポンプ・インペラの流体圧および６軸位置を感
知し、それに応じて回転速度および／またはインペラ位置を調節して、生理学的
制御の完全に一体のシステムを提供する。インペラ回転速度は、前負荷圧（吸引
圧）および／または出口圧での流体圧力に対応して、ポンプの流量の増減または
圧力上昇という体の要求に適合するよう調節される。

【００３４】 本発明のポンプ装置の幾何学的設計は、ポンプ機構全体を通して、滑らかで乱
流がなく熱が小さい方法で流体動作を提供する。インペラの回転は、特別の湾曲
したインペラの翼によって流体が遠心運動し、翼は円盤状のインペラの中心から
発してインペラの外側に向かって延在し、同時にインペラの回転軸付近の領域に
部分真空を生成して、これが追加の流体の吸引口に引き入れる。血液または他の
デリケートな流体は、停滞ポケット、軸受けまたはシールからの流体への干渉が
ない状態で、流体をインペラの中心に戻すインペラ側部沿いの流体の戻り流によ
り、ポンプ装置内のいかなる場所でも停滞しない。重要なことは、ポンプ・ハウ
ジング、インペラ翼、排出口、および本発明のポンプ装置の他の全ての態様の幾
何学的形状は、デリケートな流体が、流体の停滞、過度の熱、乱流、および過度
の機械作業によって生じる損傷から保護されるような形状であることである。流
体は、過酷な流体の方向転換なく、ポンプ装置全体を通して搬送される。ポンプ
・ハウジングの形状は、螺旋形の渦巻曲線が設計され、したがってポンプ・ハウ
ジング全体で同じ曲線の傾斜になり、これによって正味の急激な方向の角度変化
も、それに対応してポンプ側壁との摩擦による正味の熱摩擦の増加およびエネル
ギ損がない状態で、ポンプ・ハウジング内で流体を搬送することができる。

【００３５】 本発明のポンプ装置の別の重要な特徴は、拍動モードまたは非拍動モードのい
ずれでも動作できることである。インペラ回転速度が周期的に変動すると、ポン
プは拍動モードで動作し、これは自然の心臓による給送動作に近く、インペラの
回転速度が一様であると、ポンプは非拍動モードで動作する。拍動から非拍動へ
、またはその逆への動作モードの変化は、ポンプ動作設定の変更によって達成さ
れ、拍動または非拍動からの変更が好ましい動作モードであると決定された場合
に、ポンプ装置全体の置換に伴う外傷が回避される。

【００３６】

【発明の実施の形態】

次に図１を参照すると、本発明の磁気で懸架し、回転する遠心ポンプ装置が、
概ね構成１０として図示されている。構成１０には、第１ポンプ・ハウジング部
分１２および第２ポンプ・ハウジング部分１４が気密シール２８とともに構成さ
れ、以下で詳細に検討するポンプ構成要素の残りの部分のエンクロージャに対す
る封じ込めを形成する。電子制御装置２９および電池または他の電源（図示せず
）が、構成１０に電気的に接続され、これは以下でさらに詳細に説明するように
、操作のために必要である。構成１０には、好ましい実施形態として１本の吸引
導管１９を伴う図１に図示の１本または複数のポンプ吸引導管が構成される。ポ
ンプ吸引導管１９はシームレス形成され、第１ポンプ・ハウジング部分１２と一
体であり、ポンプ構成１０に入る流体の封じ込めを提供する吸引通し穴２０を含
む。流体はポンプ吸引導管１９を介してポンプ構成１０に入り、これは吸引流通
し穴２０によって流体の封じ込めおよびポンプ構成の軸方向中心付近の領域への
送出を提供する。排出導管１５は、構成１０の外径から接線方向に配置され、第
１ポンプ・ハウジング部分１２と第２ポンプ・ハウジング部分１４との組合せに
よって形成され、封じ込めの壁がポンプ排出通し穴１６を形成し、気密シール２
８によって密封される。

【００３７】 図２は、本発明の磁気で懸架し、回転するポンプ装置の組立分解側面図を示す
。組立分解図は、ポンプ入口１９、第１ポンプ部分１２、軸受けターゲット１０
０、インペラ・シュラウド２２、インペラ・ハブ２４、インペラ入口１１２、イ
ンペラ翼１１６、モータ・ロータ１２０、排出導管１５、およびポンプ排出通し
穴１６を示す。図２には、軸方向スラストおよびモーメントを組み合わせた軸受
けハウジング１２４、および半径方向と軸方向を組み合わせたスラスト軸受けハ
ウジング１２６も図示される。軸受けターゲット１００は、軟鉄などの非永久的
に磁化された磁気材料で形成することが好ましい。同様の特性を有する鉄コバル
ト合金のような、他の非永久的に磁化された磁気材料を使用してもよい。軸受け
ターゲットおよびロータの制御方法について、以下でさらに詳細に検討する。

【００３８】 図３を参照すると、螺旋形の渦巻出口１８が、第１ポンプ・ハウジング部分１
２と第２ポンプ・ハウジング部分１４との組合せによって形成され、気密シール
２８によって密封される。重要なことは、本発明の対数螺旋渦巻出口１８が螺旋
渦巻曲線の形成を使用して、インペラから排出導管１５まで搬送中の流体の流れ
に突然の、または過酷な方向転換を生ぜず、それによって前述したようにデリケ
ートな流体への損傷を回避していることである。第１ポンプ・ハウジング部分１
２と第２ポンプ・ハウジング部分１４との組合せは、気密シール２８とともに、
以下で総裁に検討する内部インペラ２１およびインペラ室２７ａ、２７ｂ、２７
ｃおよび２７ｄ（図９参照）の封じ込めも形成する。流体は、第１還流室３２お
よび第２還流室３４を介して完全にインペラ２１の周囲を流れる。

【００３９】 図４Ａは、図３の断面４の平面図を示す。断面４は、第２ポンプ（または構成
）１０のハウジング部分１４の一部である。図４Ｂは、第２ポンプ・ハウジング
部分１４の断面４の断面部分を示す。構造の巻線５４が明白に見え、これによっ
てポンプ１０のこの部分を構成することができる。図４Ａおよび図４Ｂは円錐形
の磁極面５１も示す。

【００４０】 図５Ａおよび図５Ｂは、同様にポンプ１０の一部を示すが、図５Ａは第１ポン
プ・ハウジング１２の断面５（図３参照）の平面図を示し、図５Ｂは図３の断面
５の断面図を示す。巻線（または制御コイル）５２およびバイアス・コイル５３
が図示され、これによって当業者はポンプ１０を構成することができる。

【００４１】 図６Ａは、図３の断面６を平面図で示し、モータ４０のステータ８０および巻
線８４を示して、同様に図６Ｂは図３の断面の部分図を示し、ステータ８０の巻
線８４を示す。モータ４０については、以下でさらに詳細に説明する。

【００４２】 図７Ａは、図３の断面７を平面図で示し、モータ４０のロータまたはインペラ
２１部分を示して、ロータ上の永久磁石９２の配置構成を実際に示す。磁石９２
は弓形に配置され、図７Ａで示す円形の配置構成が達成されるまで、交互に北極
９１、南極９３、北極９１、南極９３などとなっている。図７Ｂは、断面７を断
面図で示し、ロータ２１を示す。ロータ２１については、以下でさらに詳細に説
明する。

【００４３】 図８は、図１のポンプ・インペラおよびハウジングの拡大部分断面図である。
図８は、図３に示した断面の部分に焦点を絞り、図３に関して開示された詳細を
さらに明白にするため、図３に関する上記の検討中に言及することができる。

【００４４】 ポンプ・インペラ２１には、２枚以上のインペラ翼が構成され、好ましくは図
９に示す４枚のインペラ翼２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび２６ｄである。各イン
ペラ翼２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび２６ｄは、インペラ・シュラウド２２とイ
ンペラ・ハブ２４との間に装着され、したがってインペラ翼とシュラウドとハブ
との間にインペラ室２７ａ、２７ｂ、２７ｃおよび２７ｄが形成される。

【００４５】 図９、図１０および図１１を参照すると、インペラ翼２６ａ、２６ｂ、２６ｃ
および２６ｄには螺旋形の湾曲が構成され、したがってインペラ２１を回転する
と、インペラ翼２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび２６ｄが給送される流体と接触し
、それによって流体が螺旋渦巻出口１８（図３参照）へと半径方向に移動する。
インペラ２１の回転は、遠心力で流体を構成１０の軸方向中心にある領域から螺
旋渦巻出口１８へと搬送し、それに対応してインペラ吸引開口３０の領域に部分
真空を生成し、吸引導管１９（図１）を通して追加の流体を引き入れる。特に図
１１に示すように、インペラは、入口から出口までの流ベクトルの滑らかな遷移
を可能にするよう設計される。これは、入口Ａでブレードのベースに１７°のブ
レード角度を使用する１つの特定の実施形態で達成される。ブレード角度は、入
口Ｂでのブレード頂部の１１°へと徐々に減少する。したがって、ブレードは入
口付近では軸方向に直線でない。ブレードは、軸方向に徐々に直線へと遷移し、
ブレードの中間点Ｃ付近では３７°の角度になる。この３７°の角度が出口点Ｄ
まで維持される。全てのブレード角度は、インペラ２１の中心を中心とする円の
接線に対するブレードの内角である。図２を参照すると、ポンプ渦形室がポンプ
の静止構成要素に配置され、比較的高速でのインペラの放出箇所から、ポンプか
ら出る前に減速するポンプ出口通路まで、給送される流体の滑らかな流れを提供
する。渦形室は、流体の運動エネルギ（速度）を位置エネルギ（圧力または揚程
）へと変換することによって、流体圧（揚程）を増加させる。

【００４６】 １つの特定の実施形態では、インペラ２１の周囲のクリアランスは、表面を適
切に洗浄できるよう０．０３０インチに維持される。クリアランス通路における
流の方向転換は、流を層流に維持するため、曲率半径を最小にすることによって
実施される。

【００４７】 再び図３および図８を参照すると、１つの実施形態では、インペラ２１から給
送される流体の一部が、インペラ２１の両側に沿った螺旋渦形室１８付近の高圧
領域から、第１インペラ戻り室３２および第２インペラ戻り室３４を介して、逆
流としてインペラの吸引開口３０付近の低圧領域へと戻る。第２インペラ戻り室
３４に沿って戻る流体は、インペラ戻り開口３６も通過し、それによって内圧を
等しくする働きをする。インペラ戻り室３２および３４の幅は、流体がポンプ内
で停滞せず、不必要な非効率も生じないよう、１次流体流および逆流との精密な
平衡によって計算される。

【００４８】 ポンプ・インペラ２１は、非永久的に磁化されたターゲット１００および２０
８と相互作用する電磁軸受けセット５２および５４によって、ポンプ・ハウジン
グ内に懸架される。電磁軸受けセット５２の好ましい実施形態は、インペラ２１
の軸方向の位置および角変位で軸方向スラストおよび角モーメントの組合せを制
御し、電磁軸受けセット５４は、セット５２およびインペラ２１の半径方向の力
および位置と協働して、軸方向スラストおよび軸方向位置の組合せを制御する。
インペラ２１を完全に電磁石で懸架し、電気モータで回転すると、非接触動作が
提供され、これは全体的な製品寿命および信頼性を増加させ、前述したようにデ
リケートな流体の損傷を防止する。電磁軸受けセット５２および５４は、必要な
軸方向、半径方向およびモーメントの制御力を提供して、流体、モータの力、イ
ンペラのジャイロスコープ効果、重力負荷、加速力、および他の付随の力によっ
て加えられた軸方向および半径方向の力および加えられたモーメントに抗する。
ターゲット１００および２０８は非永久的に磁化された磁気材料で形成されるの
で、ロータのスラスト／モーメントまたは半径方向／スラスト制御に永久磁石が
不要である。したがって、ロータのモーメント、軸方向並進運動、および半径方
向並進運動は、インペラのセンタリングを維持し、制御下にあるため、インペラ
手段の非永久的に磁化された磁気材料（ターゲット１００および２０８）の対応
するセットのみと協働するよう配置された、ハウジング内の電磁アクチュエータ
のセット（５２および５４）によって制御される。

【００４９】 上述したように、図６Ａおよび図６Ｂは、モータ４０のモータ・ステータ８０
の平面図および断面図を示す。モータ４０は３相ブラシレス・モータであり、ポ
ンプ・インペラまたはロータ２１を始動して回転する電磁力を提供する。図７Ａ
および図７Ｂで示すように、モータ４０は、遠心または混合流ポンプのハブに埋
め込まれた永久磁石９２を有する永久磁石ロータ２１で構成される。磁石９２は
楔形であり、円形ロータを形成するよう配置される。磁石９２は、永久磁石の磁
気がロータ２１の周囲で北極と南極とが交互するよう配置される。図６Ａおよび
図６Ｂを参照すると、モータ・ステータ８０は電子制御装置２９（図１、図２０
）からの電流によって励起される巻線８４を有する。このステータの配置構成は
、永久磁石９２と相互作用して、ロータ２１にトルクを生成する磁界を生成する
。永久磁石９２はモータ４０の一部を形成し、ロータを回転する機能のみを果た
すことに留意されたい。これは、ロータのスラスト／モーメントまたは半径方向
／スラスト制御には関与しない。その機能は、上述したようにロータの非永久的
に磁化されたターゲットと相互作用するステータ内の電磁軸受けセットのみによ
って実行される。

【００５０】 モータ・ステータ８０は、トルク、速度および軸受けの要件に応じて少なくと
も３つの形状で懸架することができるが、図６Ａおよび図６Ｂの形状はモータ・
ロータの鉄のない形状を示す。ステータ８０は可飽和磁気材料がないので、モー
タによって生じるスラスト力が最小になる。図６Ａで示すように、線８４は別個
の取付具に巻き付けられ、エポキシまたは同様の材料を使用してロータ８０の所
定の位置に固定される。

【００５１】 上記の形状は、背景の項で検討した場合のように必要とされる医療装置用遠心
または混合流ポンプの独特の基準に適合する。ロータに永久磁石を使用する結果
、モータのロータとステータ間に機械的接触がない。電磁軸受けセット５２およ
び５４によってロータ／インペラ２１は、ステータ８０と全く接触せずに回転す
ることができる。モータの幾何学的形状は、モータが効率的にポンプを駆動しな
がら、血液の停滞が最小の状態で磁束ギャップに層流を提供できねばならないと
いう要件に適合する。これは、屈曲半径を大きく維持することによって実現され
る。

【００５２】 図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃは、磁気で懸架するインペラの１つの実施
形態のレイアウトを示す。各図は、同じ実施形態の異なる態様を示す。図１２Ａ
は、ポンプの磁気構成要素のみを示す。電磁石５２、５４がステータ（非回転構
成要素）に装着され、磁気ターゲット９２がインペラ（回転構成要素）上に配置
される。図１２Ｃは、流路３２、３４および３６を強調するため、ポンプ・ハウ
ジングまたはステータに囲まれたインペラ２１のみを示す。別個のシャフトはな
い。インペラは直接支持されて、モータ駆動され、それによってインペラ周囲の
再循環路の長さおよび複雑さが軽減され、装置が非常にコンパクトになる。図１
２Ｂは、ポンプのさらに詳細な断面図を示す。グラフ線１２０および１２１は、
ポンプの拡縮サイズの理解を単純にするよう図示されている。１つの実施形態で
は、グラフ線１２０は約３インチの長さである。グラフ線１２１は、グラフ線１
２１に比例して拡縮される。グラフ線１２０および１２１には他の長さが可能で
あるが、本発明は通常、心臓機能を補助するために胸部にポンプ装置を埋め込ま
れる患者の胸郭に填るような尺度にする。ポンプを他の用途に使用する場合、縮
尺は好ましい実施形態の尺度とは異なってもよい。

【００５３】 図１３は、インペラ２１の磁気動作を必要な６つの方向、つまり３つの並進運
動（ｘ、ｙ、ｚ）および３つの回転運動（φ、ψ、θ）で画定する座標系を示す
。３つの並進変位（ｘ、ｙ、ｚ）および２つの回転（２本の軸を中心とするピッ
チ運動）（φ、ψ）は全て、磁力によってステータに対する空間にほぼ固定され
た状態で維持される。ｚ軸を中心とする最後の回転動作（θ）は、モータによっ
て達成される。

【００５４】 好ましい実施形態では、磁気軸受けは２つの部品で構築される。つまり１）ス
ラスト／モーメント形状、および２）半径方向／スラスト形状である。上述した
ように、これらの力は、ハウジング位置にある電磁アクチュエータのセットによ
って制御され、インペラ手段の非永久的に磁化された磁気材料（ターゲット）１
００および２０８の対応するセットとのみ協働して、インペラをセンタリングし
、制御下におく。ロータのスラスト／モーメント、または半径方向スラスト制御
には、永久磁石が不要である。第１に、図１４に示すように、スラスト／モーメ
ント軸受けの形状は、８つのＵ字形電磁石５２の円形の列であり、これはインペ
ラの吸引面のターゲット１００に配向される。４つの四分区間アクチュエータを
形成するには、多くの配置構成を使用することができるが、この実施形態では、
８つのコイルを活性化コイルとともに使用して、４つの制御四分区間ができるよ
う、対にして巻き付ける。これは磁気方向動作（ｚ）とピッチ動作（φ、ψ）と
の組合せを提供する。スラスト力（ｚ）は、電磁軸受けの各磁極がターゲットに
同じ力を加えるよう、全コイルに等しい電流を与えることによって生成される。
ピッチ角運動力（モーメント）は、インペラの中心線の上下（φ角変位）および
インペラの左右（ψ角変位）で対向するコイル上のコイルに異なるコイル電流を
加える。電子制御装置の機能は、これらの軸を制御するためにどの電流の組合せ
を使用すべきか決定することである。

【００５５】 第２に、図４Ａ、図５Ａと同様、図１５Ａは半径方向／スラストおよびスラス
ト／モーメント軸受けの形状の平面図を示す。半径方向／スラスト軸受けは４つ
のＵ字形（８つの磁極面３０１〜３０８を含む）を備える。スラスト／モーメン
ト軸受けの８つの磁極面を３０９〜３１６で示す。図１５Ｂは、インペラ２１の
側面図を示し、テーパ状の磁気面（図３および図７Ｂの２０８でも詳細に図示）
を有する半径方向／スラスト軸受けターゲットであるターゲット２０８を示す。
図１５Ｂは、スラスト／モーメント軸受けターゲット（図３も参照）である別の
ターゲット１００も示す。軸受けターゲット２０８および１００は、軟鉄または
鉄コバルト合金など、非永久的に磁化した磁気材料で形成することが好ましい。
したがって、この軸受け形状では、永久には磁化されていないロータの磁気材料
のみによって制御された軸線が少なくとも１本あり、永久には磁化されていない
ロータの電磁材料と相互作用し、ステータの電磁軸受けセットと相互作用する。
したがって、少なくとも１本の軸線を制御するには、ロータに永久磁石を使用す
る必要がない。

【００５６】 先行技術は、電磁気で懸架したポンプのロータの永久磁石セットを開示したが
、ロータの各永久磁石セットでは、ロータのスラスト／モーメントまたは半径方
向スラスト制御のため、ステータの永久磁石セットとステータの電磁石セットと
の両方が必要である。しかし、先行技術は、ロータの非永久的に磁化された磁気
材料とのみ相互作用するステータの電磁アクチュエータの相互作用によってのみ
制御される軸線があるか、明白に教示していない。この新規の制御形状は、ロー
タの制御に多大な複雑さを導入するが、重要な利点も提供する。永久磁石セット
をロータに配置すると、双方向に力を制御することができる。つまり、永久的に
磁化された磁気材料の磁極性質のため、引力と斥力の両方が可能である。しかし
、ロータに非永久的に磁化した磁気材料のみを使用する場合、力は常に引力であ
る。このため、インペラの位置を維持するため、全く異なる新規の制御アルゴリ
ズムが必要である。しかし、ロータから永久的に磁化した磁気材料を除去すると
、装置のサイズ、重量および複雑さが低下するので有利である。このようなサイ
ズ、重量および複雑さの低下は、当技術分野で重大な前進を示し、独特なロータ
位置制御形状によって可能になる。

【００５７】 この磁気軸受け形状は、軸方向（ｚ）、半径方向（ｘ、ｙ）および角変位（φ
、ψ）で制御力を加えることができる。この２つの磁気軸受け形状、つまりスラ
スト／モーメントおよび半径方向／スラスト形状は、ロータに永久磁石を使用せ
ずにインペラをセンタリングし、制御下におくために必要な電磁力およびモーメ
ントを生成する８つの独立した電磁コイル電流を提供する。

【００５８】 この実施形態のＵ字形電磁石の操作は、バイアス電流を使用することによって
単純化し、強化される。このバイアス電流は、全コイルで使用されるが、軸受け
の形状ごとに異なってよい。バイアス電流によって、軸受けは、定常バイアス電
流の周囲で線形に制御コイル電流で動作することができる。また、バイアス電流
は、磁気軸受け形状の重要な動的力生成能力を提供する。この用途では、大きい
バイアス電流が高熱を発生し、それは血液などの人間のデリケートな流体に使用
するには望ましくない。したがって、熱の発生を減少させるため、低バイアス電
流を使用する。

【００５９】 電子制御装置２９（図１、図２０）は、本発明では、電磁軸受けセット５２お
よび５４の活性化軸受けコイル電流を自動的に調節するため設けられ、これが加
えられた力およびモーメントに応答して、回転するインペラ２１の磁気軸受けに
よって加えられる制御力およびモーメントを調節する。このような電子制御装置
には、動作中にポンプ枠の内側で使用可能なクリアランス空間内の回転するイン
ペラの位置または速度または加速度、または位置と速度と加速度の組合せに関連
する電子信号を連続的に提供する。本発明は、磁気軸受けの電磁アクチュエータ
を操作するために必要な切換または直流電力増幅器および電源も提供する。

【００６０】 図１６Ａおよび図１６Ｂは、ステータのクリアランス領域内でインペラ位置を
電子フィードバック制御する電子回路の実施形態を示す。抵抗器、コンデンサ、
増幅器などで構成される電子回路を組み合わせ、比例積分偏差制御法または状態
空間などの他の線形制御アルゴリズム、ミュー合成、線形パラメータ変動制御、
および滑動モード制御などの非線形制御アルゴリズムを使用してインペラの力学
を制御する。インペラの剛性本体のジャイロスコープ力、流体の剛性、減衰およ
び大きさがインペラの位置に依存する慣性特性、回転速度、圧力上昇、および流
量を考慮に入れるため、特定の制御アルゴリズムを使用する。１つの実施形態で
は、表面装着技術、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）設計および他の手段を使用し
て、物理的回路を小型化する。

【００６１】 本明細書で示す実施形態では、制御アルゴリズムは、３つの変位（ｘ、ｙ、ｚ
）および２つの角変位（φ、ψ）を制御する８つのコイル電流を生成する。制御
装置のアルゴリズム設計は、流体の剛性、減衰および慣性特性、ジャイロスコー
プ効果、磁力など、インペラに作用する力の不確実さを考慮するため、頑強であ
る。制御アルゴリズムは、専用のマイクロプロセッサに実装され、子供から大き
い成人まで、サイズが異なる人間の異なる用途の異なる生理学的要求を考慮する
ため、調節可能なパラメータ変動を実装する。

【００６２】 本発明では電力増幅器を使用して、電子制御装置の出力電圧によって決定され
た通りの電磁軸受けに所望のコイル電流を生成する。ポンプ・インペラの回転周
波数よりはるかに高い周波数でオンまたはオフに切り換えられる電圧で動作する
交換増幅器の１つの実施形態を装置に使用するのは、電力増幅器が非常に効率的
で、８５から９９％の効率を有するからである。電源コイルは、関連する抵抗お
よびインダクタンス、抵抗器、コンデンサ、半導体コンポーネントを有する磁気
コイルで構成される。コイルは、抵抗が小さい線を使用して実装する。

【００６３】 この電源回路は、再生式になるよう設計される。つまり磁気軸受けによって、
電力は磁気コイル誘導器とコンデンサの間で前後することができ、損失は低いコ
イル抵抗によってのみ発生する（抵抗損）。磁気コイル回路にある高い電力は、
公称電気容量のわずかな部分であり、公称電気容量は、供給伝達とコイルの平均
交換電流との積と定義される。このような低電力の交換増幅器および再生式コイ
ル電力回路を使用すると、血液の望ましくない加熱が最小に維持される。

【００６４】 本発明は、以下のいずれかによって回転インペラの位置、速度または加速度に
関する電子信号を生成するよう設計される。つまり（ｉ）渦電流、誘導、光学、
キャパシタンス、または他の方法などの物理装置、または（ｉｉ）磁気軸受けの
活性化コイルに提供される電流と電圧の波形の組合せである。物理センサ装置を
枠と回転インペラ間のクリアランス・ギャップ付近でポンプ枠内に配置した場合
は、信号調整電子機器、および信号を磁気軸受けの電子制御装置に入力するため
に設けた配線から、位置、速度または加速度の電子信号が獲得される。

【００６５】 自動感知信号の場合は、物理装置なしで回転インペラの位置、速度、または加
速度を決定するために信号調整が設けられ、これによって電磁アクチュエータと
電子制御装置の間の配線通路に必要な線の数が最少になる。

【００６６】 本発明の感知機能の好ましい実施形態は、自動感知構成である。自動感知構成
は、ステータに物理センサを使用せず、ポンプのサイズを最小にし、動作に必要
な線の数を最少にする。図１６Ａおよび図１６Ｂに示す１つの実施形態では、電
磁コイルの幾つかで電圧および電流の交換波形（上述した交換電力増幅器で使用
）を検査することによって、位置感知が達成される。各コイルは、搬送周波数が
高い（ｋＨｚの範囲）交換電力増幅器によって駆動される。その結果生じる電流
波形は、その１つのタイプが図１８に図示され、比較的低い周波数の（インペラ
の位置決めのために必要な制御力を生成する）命令された波形と、高い周波数搬
送による高周波三角波形との組合せである。この命令された波形の振幅（大きさ
）は、回路のインダクタンス（磁気軸受けの磁気材料特性と流体ギャップとによ
る複合インダクタンス）、交換周波数、電源電力、および交換増幅器のデューテ
ィ・サイクル（所望の制御力を生成するために増幅器が使用するオンとオフ電圧
の比率）の関数である。

【００６７】 図１７は、電源電圧、交換周波数、デューティ・サイクルの変動、および電子
または磁気ノイズの効果を除去しながら、流体ギャップの寸法の情報を抽出する
ため、本発明の自動感知部品に設けた電子フィルタの実施形態を示す。パラメー
タ推定法を使用して信号を復調し、流体ギャップの寸法を決定する。バイアス電
流を除去する高域フィルタ、波形を厳密にプラスにする精密整流器、および残り
の信号の変動を除去する低域フィルタで構成されるフィルタのエンベロープの１
つの実施形態を使用する。図１７に示す実施形態は、流体ギャップの寸法の自動
検知信号決定に適した高帯域を有する低ノイズ・センサを与える。

【００６８】 図１８は、フィルタを通過する時の信号形状のシーケンスを示す。１８０のグ
ラフは供給コイル電圧を示し、１８２のグラフは典型的な実際のコイル電流の波
形を示し、１８４のグラフは、外部から与えられた力およびモーメントの制御に
よるコイル電流の変化を除去する、積算器（図１９で詳細に説明）からの電流信
号出力を示し、１８６のグラフは１８４の整流された版を示し、１８８のグラフ
は、低域電子フィルタを使用して抽出された１８６の時間平均を示す。

【００６９】 図１９は、外部から与えられた力およびモーメントの制御によるコイル電流の
変化を抽出する回路を示す。これは、マイナス・フィードバック回路という好ま
しい実施形態で図示され、これは推定されたギャップに対して割り出されたアナ
ログ乗算器で利得が制御される積算器を備える。このフィードバック回路は比例
積分装置を含み、推定された変位と推定された変位の積分を組み合わせてマイナ
スのフィードバック信号を形成し、次に元の電圧波形と比較して、インペラの変
位に比例する所望の電流波形を提供する。

【００７０】 デリケートな用途にポンプを使用するには、往々にして、生理学的状態が大幅
に変化する人工心臓の場合のように流量および圧力上昇を調節する必要がある。
例えば、体をかなり低い必要流量および圧力上昇で休止または眠らせることがで
き、体が歩行などの他動運動を実行する場合、はるかに高い流量および圧力上昇
が必要である。本発明では、流量および圧力上昇を調節する主な方法は、モータ
速度を変動させることである。生理学的用途では、ポンプの吸引圧力を前負荷と
呼び、ポンプの出口圧力を後負荷と呼ぶ。

【００７１】 生理学的制御装置の第２の実施形態は、ポンプの入口からポンプの出口までの
圧力上昇の間接測定を使用する（つまりＰｏｕｔ−Ｐｉｎ）。任意の流量で、ポ
ンプを介した圧力変化は、患者の循環系の組織抵抗の変化を示す。組織抵抗の変
化は、人間の身体的労力の増加を示す１つの指標であることが知られている。し
たがって、出口から入口までの圧力変化の測定は、生理学的制御装置のベースと
して使用される。

【００７２】 入口から出口までの圧力差の測定は、２つの方法によって間接的に測定するこ
とができる。つまり（１）モータ電流およびポンプ速度の測定、または（２）軸
受け電流の測定、またはその何らかの組合せである。

【００７３】 圧力を間接的に測定する第１の方法は、モータ電流およびポンプ速度の測定を
使用する。これらの測定値を電子制御装置で使用して、制御装置に電子的に記憶
された等式および／または表に基づいて圧力を導く。電流と速度と圧力上昇との
関係は、操作の前に特徴付けて、校正し、制御装置のベースを提供する。制御装
置２９の実装のブロック図を図２０に示す。

【００７４】 圧力上昇を間接的に測定する第２の方法は、磁気軸受けの電流を使用する。活
動中の磁気軸受けの電流は、ロータにかかる力に直接関連することが、よく知ら
れている。ポンプの出口から入口までの圧力差は、その結果生じる圧力差による
インペラの正味力から直接導くことができる。したがって、軸受け電流を電子制
御装置で使用して、ポンプの出口から入口までの圧力差を導くことができる。制
御装置の実装のブロック図を図２１に示す。

【００７５】 図２２は、前負荷および後負荷に対してモータ速度を調整し、それによってモ
ータ速度を適切に制御するため、本発明に設けた生理学的電子フィードバック制
御回路の別の実施形態を示す。生理学的制御回路は、生理学的用途の生理学的要
求に応じるようポンプの流量および圧力上昇を調節するために設ける。参照番号
２２０は、生理学的制御装置とモータ整流器間のインタフェースを示し、したが
って所望の速度信号がモータ整流器に送信され、実際の速度信号が生理学的制御
装置に送信される。したがって、図２２の実施形態は、生理学的パラメータに基
づくモータ制御を示す。

【００７６】 ポンプ内部の前負荷および後負荷の力に関連する電子信号に加えて、電磁軸受
けの活性化コイル電流からの電子信号は、重力負荷、および動作の開始や動作の
停止に関連する加速度効果など、他の力に関連する。また、加速度に関連する電
子信号は、ポンプ・ハウジング内、またはポンプに対して分かっている他の位置
で、１つ、２つまたは３つの直交方向での加速度を感知することにより獲得され
る。次に、本発明では電子加速度信号を使用して、上述したように前負荷および
後負荷信号からその信号を引く。次に、その結果生じた差の信号を、上述した生
理学的制御装置に使用する。

【００７７】 モータの速度は、ポンプの生理学的性能に関連する。モータのフィードバック
起電力を使用して、ポンプ・インペラの軸線の周囲で回転するモータの回転速度
を感知し、インペラの回転速度に比例する電子信号を展開する。インペラの回転
速度信号は、上述した生理学的電子フィードバック制御装置に提供される。本発
明のモータ回転速度は、前負荷および後負荷信号と組み合わせて使用し、体の要
件に基づく整理が雨滴ポンプ流量および圧力上昇要求に適合するよう、将来のモ
ータ速度を調節する。

【００７８】 方法 構成１０の要素は、心室補助装置として単一モードで操作するか、全人工心臓
用に対にして操作することができる。構成１０を２つ使用する全人工心臓の場合
、各構成１０は完全に他方の構成から独立して動作し、それによって構成を組み
合わせた場合に必要になるような複雑な制御機器をなくす。

【００７９】 生理学的制御装置（図示せず）は、吸引導管１９内の流体圧を感知し、電子制
御装置（図示せず）によって決定された特定のアルゴリズムにより、電気信号を
生成して、モータ４０の回転速度を変化させる。生理学的制御装置は、モータ４
０の回転速度の変化を信号で送信し、吸引導管１９内の流体圧の変化を補償しな
がら、なお導管を崩壊させるような過度のモータ回転速度を回避することができ
る。モータ４０の回転速度を制御する以外に、生理学的制御装置（図示せず）は
、渦電流、誘導、光学、キャパシタンスまたは他の自動感知電子信号を介してイ
ンペラ２１の位置、速度および／または加速度情報を感知して、電子制御装置（
図示せず）に送信される電気信号を生成し、これがそれに応じて電磁軸受けセッ
ト５２および５４の電流を調節して、制御力の調節を提供する。電磁軸受けセッ
ト５２および５４の調節は、流体、モータ力、重力負荷、加速度力、および他の
付随する力によって加えられた力を補償する。

【００８０】 インペラ２１の回転は、インペラ翼２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび２６ｄを給
送される流体と接触され、それによって流体は螺旋形の渦形室出口１８に向かっ
て半径方向に移動する。構成１０の軸線中心にある領域から螺旋形の渦形室出口
１８に向かう流体の遠心搬送は、インペラ吸引開口３０の領域に部分真空を生成
し、吸引導管１９を通して追加の流体を引き込む。次に、螺旋形の渦形室出口１
８の独特なログ螺旋形状は、デリケートな流体を構成１０の周囲付近の領域に沿
って排出導管１５へと、滑らかで、乱流がなく、低温の状態で搬送する。排出導
管１５は解剖学的構造の導管または他の機構に接続される。

【００８１】 インペラ２１によって給送される流体の一部は、螺旋形の渦形室１８の領域か
らインペラ２１の両側に沿って、第１インペラ戻り室３２および第２インペラ戻
り室３４を介して、流体逆流の形態でインペラ吸引開口３０付近の低圧領域へと
戻る。第２インペラ戻り室３４に沿って戻る流体は、インペラ戻り開口３６も通
過し、それによって内部流体圧を等しくする働きをして、デリケートな流体の停
滞からのクリアランス通路内の流れを防止する。

【００８２】 構成１０を拍動モードで操作する場合、インペラ２１の回転速度は電子制御装
置（図示せず）によって変更されて、制御され、これはモータ４０内の電流を調
節して、インペラ２１の回転を加速または減速し、拍動状態で流体を給送させる
。

【００８３】 本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形態
で実現してもよい。記載された実施形態は、全ての点で例示としてのみ考慮され
、制限的ではない。したがって、本発明の範囲は、以上の説明ではなく添付の請
求の範囲によって示される。請求の範囲と等価の意味および範囲に入る全ての変
化は、その範囲内と了解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の磁気で支持し回転するポンプ装置の斜視図である。

【図２】 電磁軸受け内で全体が支持され、本発明の電気モータで回転するポンプ装置の
組立分解側面図を示す。

【図３】 線３−３に沿って切り取った図１の断面図である。

【図４】 図４Ａは、図３の断面線４を通して切り取った断面の平面図である。 図４Ｂは、図３の断面図の部分図である。

【図５】 図５Ａは、図３の断面線５を通して切り取った断面の平面図である。 図５Ｂは、図３の断面の部分図である。

【図６】 図６Ａは、図３の断面線６を通して切り取った断面の平面図である。 図６Ｂは、図３の断面の部分図である。

【図７】 図７Ａは、図３の断面線７を通して切り取った断面の平面図である。 図７Ｂは、図３の断面の部分図である。

【図８】 図１のポンプ・インペラおよびハウジングの拡大部分断面図である。

【図９】 明快さを期して半透明で示した本発明のポンプ・インペラの斜視図である。

【図１０】 図９の線１０−１０に沿って切り取ったポンプ・インペラの断面図である。

【図１１】 シュラウド・アセンブリを除去した状態で図９の線１１−１１に沿って切り取
ったポンプ・インペラの前面図である。

【図１２】 図１２Ａは、本発明で説明するポンプの磁石で懸架したインペラの磁気構成要
素の部分断面図を示す。 図１２Ｂは、ポンプの断面寸法を示した、本発明で記載したポンプの磁気構成
要素および磁気で懸架したインペラ両方の断面図を示す。 図１２Ｃは、本発明で記載したポンプの磁気で懸架したインペラの部分断面図
を示す。

【図１３】 本発明のポンプの６方向の磁気動作について座標系および記号を示す。

【図１４】 インペラの面でスラスト／モーメント軸受け形状を形成するために使用するＵ
字形電磁石８個の円形の列を示す。

【図１５】 図１５Ａは、ポンプのステータでラジアル／スラスト軸受け形状を形成するた
めに使用するＵ字形電磁石４個の円形の列の平面図を示す。 図１５Ｂは、ポンプのステータでラジアル／スラスト軸受け形状を形成するた
めに使用するＵ字形電磁石４個の円形の列の断面図を示す。

【図１６】 図１６Ａは、ステータのクリアランス領域内でインペラの位置を制御する電子
フィードバックを提供する電子回路を示す。 図１６Ｂは、ステータのクリアランス領域内でインペラの位置を制御する電子
フィードバックを提供する図１６の電子回路のさらなる詳細を示す。

【図１７】 本発明の自動感知部品からの電子フィルタ、つまり流体ギャップの寸法情報を
抽出しながら、電源電圧、切換周波数、デューティ・サイクルの変動、および電
子または磁気ノイズの効果を除去するフィルタを示す。

【図１８】 図１７のフィルタを通過した時の信号のグラフの表を示す。

【図１９】 推定ギャップに合わせて割り出されたアナログ乗算器で利得を制御した積算器
回路の模式図を示す。

【図２０】 モータの電流および速度に基づく生理学的電子フィードバック制御回路の模式
図を示す。

【図２１】 軸受けの電流に基づく生理学的電子フィードバック制御回路の模式図を示す。

【図２２】 前負荷および後負荷に対するモータ速度を調整するための生理学的電子フィー
ドバック制御を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｄ 13/06 Ｆ０４Ｄ 13/06 Ｅ ５Ｈ０１９ Ｈ Ｊ 15/00 15/00 Ｆ 29/00 29/00 Ｂ 29/04 29/04 Ｇ 29/22 29/22 Ｂ Ｅ Ｇ Ｈ 29/42 29/42 Ｂ Ｅ Ｆ Ｇ Ｈ０２Ｋ 29/00 Ｈ０２Ｋ 29/00 Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，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，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人 ユニバーシティー オブ ヴァージニア パテント ファウンデーション アメリカ合衆国 22903 ヴァージニア州、 シャーロッツヴィル、ウエスト メイン ストリート 1224 (71)出願人 ベアーンソン，ジル・ブレント アメリカ合衆国ユタ州84106，ソルト・レ イク・シティ，イースト・ジャスパー・サ ークル 982 (71)出願人 オルセン，ドン・ビー アメリカ合衆国ユタ州84121，ソルト・レ イク・シティ，ブルー・ジェイ・レイン 8832 (71)出願人 アレイア，ポール・イー アメリカ合衆国ヴァージニア州22901，シ ャーロッツヴィル，エマーソン・ドライブ 805 (71)出願人 カンウィルカー，プラタップ・エス アメリカ合衆国ユタ州84121，ソルト・レ イク・シティ，イースト・シャドウ・コー ヴ 1651 (71)出願人 マスレン，エリック・エイチ アメリカ合衆国ヴァージニア州22903，ア ーリーズヴィル，リース・フォード・ロー ド 748 (71)出願人 ロング，ジェームズ・ダブリュー アメリカ合衆国ユタ州84124，ソルト・レ イク・シティ，サウス・ピークビュー・ド ライブ 4461 (72)発明者 ベアーンソン，ジル・ブレント アメリカ合衆国ユタ州84106，ソルト・レ イク・シティ，イースト・ジャスパー・サ ークル 982 (72)発明者 オルセン，ドン・ビー アメリカ合衆国ユタ州84121，ソルト・レ イク・シティ，ブルー・ジェイ・レイン 8832 (72)発明者 アレイア，ポール・イー アメリカ合衆国ヴァージニア州22901，シ ャーロッツヴィル，エマーソン・ドライブ 805 (72)発明者 カンウィルカー，プラタップ・エス アメリカ合衆国ユタ州84121，ソルト・レ イク・シティ，イースト・シャドウ・コー ヴ 1651 (72)発明者 マスレン，エリック・エイチ アメリカ合衆国ヴァージニア州22903，ア ーリーズヴィル，リース・フォード・ロー ド 748 (72)発明者 ロング，ジェームズ・ダブリュー アメリカ合衆国ユタ州84124，ソルト・レ イク・シティ，サウス・ピークビュー・ド ライブ 4461 Ｆターム(参考） 3H020 AA01 AA07 BA01 BA11 CA00 DA00 DA03 DA04 DA28 EA01 EA07 3H022 AA01 BA01 BA03 BA04 BA06 BA07 CA06 CA16 CA48 CA50 CA51 CA56 DA09 DA12 DA13 DA20 3H033 AA01 AA11 BB01 BB06 BB13 CC01 CC03 CC05 CC06 CC07 DD01 DD06 DD24 DD26 DD28 DD29 DD30 EE11 EE14 EE15 EE19 3H034 AA01 AA11 BB01 BB06 BB13 CC01 CC03 CC05 CC06 CC07 DD01 DD02 DD12 DD21 DD24 DD28 DD30 EE11 EE12 EE14 EE15 EE18 4C077 AA04 BB10 DD08 EE01 HH09 HH13 HH19 JJ08 JJ13 JJ19 JJ20 JJ22 JJ24 KK02 NN01 5H019 CC03 DD01 FF01 FF03

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デリケートな生物学的流体を給送する装置で、 外部、自身内に壁を有する中空の内部、および軸方向の中心を有する構成と、 流体が通過して構成の中空内部に入るため、構成の外部から形成した入口と、 流体が構成の中空入口から通過するため、構成外部から形成した出口とを備え
   、出口は構成の軸方向中心から半径方向に配置され、さらに、 構成の中空内部の中に配置され、入口に入り、構成の中空内部を通って出口を
   出る流体の流れを制御するため、中空内部に接触しないインペラ手段を備え、イ
   ンペラ手段は、弓形のブレードおよび弓形の通路を有し、それによって構成を通
   る流体の流れが入口から出口へと徐々に方向転換し、さらに、 構成の中空内部と接触させずにインペラ手段を懸架する磁気手段を備え、前記
   磁気手段は、モーメントについて制御された（ｉ）１つの軸方向並進軸線、（ｉ
   ｉ）２つの半径方向遷移軸線、および（ｉｉｉ）２つの回転軸線を含むインペラ
   手段の動作の５つの自由度を制御し、モーメントについて制御された５つの軸線
   、軸方向の並進運動、および半径方向の並進運動のうち少なくとも１つが、イン
   ペラ手段の非永久的に磁化された材料の対応するセットのみと協働するよう配置
   されたハウジング内の電磁アクチュエータのセットによって制御され、さらに、 インペラ手段を選択的に回転し、それによって装置を流れる流体を制御するモ
   ータ手段を備える装置。
2. 【請求項２】 構成が、第１ポンプハウジング部分、および構成の中空内部
   を形成するために第１ポンプ・ハウジング部分に気密封入された第２ポンプ・ハ
   ウジング部分を備える、請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 第１ポンプ・ハウジング部分が、吸引通し穴を有するポンプ
   吸引導管を備え、ポンプ吸引導管は、流体が通過して構成の中空内部に入る通路
   のために構成外部の中に入口を形成する、請求項２に記載の装置。
4. 【請求項４】 第１および第２ポンプ・ハウジング部分がそれぞれ突起を含
   み、排出通し穴を有するポンプの排出導管が前記突起を気密密封して形成され、
   流体が構成の中空内部から自身を通過するよう、ポンプの排出導管が構成の外部
   内に出口を形成する、請求項２に記載の装置。
5. 【請求項５】 インペラ手段は、流体が構成を通って流れるためにインペラ
   の一体化した組合せを備え、ロータは、モータ手段によって制御され、それによ
   ってモータ手段がインペラ手段の回転を制御でき、インペラとロータとの一体化
   した組合せは、流体が懸架されたインペラ手段の周囲を流れることができるよう
   、それぞれ第１戻り流室および第２戻り流室の内側を形成する、請求項１に記載
   の装置。
6. 【請求項６】 第１戻り流室を形成するインペラの内側が、構成の中空内部
   の壁の曲率に相当する曲率を有する第１部材を含む、請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】 インペラが、第１電磁軸受けセットと相互作用する第１電磁
   磁気材料を含み、第１電磁軸受けセットがインペラ手段を安定化させ、軸方向の
   位置およびインペラ手段に作用するスラスト力およびモーメントを制御する、請
   求項６に記載の装置。
8. 【請求項８】 インペラが、第１電磁軸受けセットと相互作用する第１電磁
   磁気材料を含み、第１電磁軸受けセットがインペラ手段を安定化させ、軸方向の
   位置、２自由度の角変位、外部のスラスト力、およびインペラ手段に作用する外
   部のモーメントの組合せを制御する、請求項６に記載の装置。
9. 【請求項９】 第２戻り流室を形成するインペラの内側が、構成の中空内部
   の壁の曲率に相当する曲率を有する第２部材を含み、第２部材がインペラ手段の
   弓形ブレードによって第１部材に結合され、インペラ室が、（ｉ）弓形ブレード
   、（ｉｉ）第１部材、および（ｉｉｉ）第２部材から形成され、したがって流体
   を入口から出口まで徐々に方向転換する弓形通路を形成する、請求項５に記載の
   装置。
10. 【請求項１０】 第２部材が、第１電磁軸受けセットと相互作用する第２磁
    気材料を含み、第２電磁軸受けセットが、２自由度の半径方向の位置およびイン
    ペラ手段に作用する外部の半径方向の力を制御する、請求項９に記載の装置。
11. 【請求項１１】 第２部材が第２電磁軸受けセットと相互作用する第２磁気
    材料を含み、第２電磁軸受けセットが２自由度の半径方向の位置、軸方向の位置
    、外部の半径方向の力、およびインペラ手段に作用する外部のスラスト力の組合
    せを制御する、請求項９に記載の装置。
12. 【請求項１２】 第２磁気材料は、第２電磁軸受けセットが２自由度の半径
    方向の位置、軸方向の位置、２自由度の角位置、外部の半径方向の力、スラスト
    力、およびインペラ手段に作用する外部のモーメントの組合せを制御するよう、
    第２部材上の位置を備える、請求項１０に記載の装置。
13. 【請求項１３】 第２部材が、自身内に一体形成されたロータを備え、ロー
    タは、モータ手段と相互作用するため、自身上に配置された複数の永久磁石を有
    し、ロータがモータ手段によって回転し、それによってインペラ手段を回転する
    ことができる、請求項９に記載の装置。
14. 【請求項１４】 磁気材料が、構成の中空内部の壁に配置された第１電磁軸
    受けセット、構成の中空内部の別の海部に配置された第２電磁軸受けセット、イ
    ンペラ手段に配置され、第１電磁軸受けセットに対応する第１磁気材料バー、お
    よびインペラ手段に配置されて、第２電磁軸受けセットに対応する第２磁気材料
    バーの配置構成を備え、配置構成はインペラ手段の５自由度を制御し、インペラ
    手段は、（ｉ）第１電磁軸受けセットと第１磁気材料バーとの間、および（ｉｉ
    ）第２電磁軸受けセットと第２磁気材料バーとの間の磁界によって、構成の中空
    内部との接触が防止される、請求項１に記載の装置。
15. 【請求項１５】 磁気手段が、第１および第２電磁軸受けセットの電流を制
    御する電子制御装置を含む、請求項１４に記載の装置。
16. 【請求項１６】 電子制御装置は、回転速度が、本発明の装置を使用する人
    の生理学的状態に対応するよう、インペラの回転速度を制御する生理学的制御装
    置を備える、請求項１５に記載の装置。
17. 【請求項１７】 配置構成は、電磁軸受けセットを使用してインペラ手段の
    ２自由度を制御するよう、第１磁気材料からある角度に配置された第１電磁軸受
    けセットを備える、請求項１４に記載の装置。
18. 【請求項１８】 配置構成は、インペラ手段が常に構成と接触しないよう、
    動作中にインペラ手段を動的に位置決めする自動感知手段を備える、請求項１４
    に記載の装置。
19. 【請求項１９】 配置構成が、加速力を克服するのに十分な強さの力を有す
    る電磁軸受けセットを備える、請求項１４に記載の装置。
20. 【請求項２０】 モータ手段が、構成の中空内部の壁内に一体形成されたス
    テータを備え、ステータは、モータ制御装置から電流を受け取るため、自身内に
    固定された巻線を有する、請求項１に記載の装置。
21. 【請求項２１】 モータ手段がインペラ手段内に一体形成されたロータを備
    え、ロータは、磁石の極性がロータの周囲で北極と南極との間で交互するよう、
    自身内に円形に配置された複数の永久磁石を有する、請求項１に記載の装置。
22. 【請求項２２】 デリケートな生物学的流体を給送する連続流ポンプで、 第１ポンプハウジング部分、および第１ポンプ・ハウジング部分に気密密閉さ
    れて構成を形成する第２ポンプ・ハウジング部分を有する構成を備え、構成が中
    空内部および軸方向の中心を有し、さらに、 第１ポンプ・ハウジング部分から形成され、流体が自身を通過して構成の中空
    内部に入るための吸引通り穴を有するポンプ吸引導管と、 構成の軸方向中心から半径方向に配置され、第１および第２ポンプ・ハウジン
    グ部分から形成され、流体が構成の中空内部から自身を通過するための排出通り
    穴を有するポンプ排出導管と、 構成の中空内部の中に配置され、それと接触せず、インペラ吸引開口、インペ
    ラ室、およびインペラ室を形成する螺旋曲率を有するインペラ翼を有するインペ
    ラ手段を備え、インペラ手段が、ポンプ吸引導管に入って空隙の中空内部を通り
    ポンプ排出導管から出る流体の流れを制御し、さらに、 構成の中空内部と接触させずにインペラ手段を懸架し、インペラ手段を選択的
    に回転して、連続流ポンプを通る流体の流れを制御する磁気手段と、 インペラ手段の回転速度を制御するモータ手段とを備える連続流ポンプ。
23. 【請求項２３】 ポンプを使用してデリケートな生物学的流体を給送する方
    法で、 ポンプのハウジング内に磁気で懸架されたインペラを有するポンプ装置を選択
    するステップを含み、インペラは、ポンプを通って移動するデリケートな流体へ
    の衝撃を低下させるために弓形の翼を有し、さらに、 インペラを磁気で懸架するために使用する磁気材料から受信する信号に従って
    、ハウジング内にインペラを配置するステップと、 ポンプの入力および出力から受信した信号に従って、インペラの回転速度、お
    よび流体の流量を調節するステップとを含む方法。
24. 【請求項２４】 加速力が、ジャイロスコープ力および重力を含むグループ
    から選択される、請求項１９に記載の装置。