JP2010131303A - Centrifugal pump - Google Patents

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JP2010131303A
JP2010131303A JP2008312124A JP2008312124A JP2010131303A JP 2010131303 A JP2010131303 A JP 2010131303A JP 2008312124 A JP2008312124 A JP 2008312124A JP 2008312124 A JP2008312124 A JP 2008312124A JP 2010131303 A JP2010131303 A JP 2010131303A
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JP2008312124A
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Takami Ozaki
Akira Sugiura
Kenichi Suzuki
Hiroyuki Yamada
孝美 尾崎
裕之 山田
顕 杉浦
健一 鈴木
Original Assignee
Ntn Corp
Ntn株式会社
Terumo Corp
テルモ株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact centrifugal pump smoothly starting rotation of an impeller. <P>SOLUTION: The centrifugal blood pump has the impeller 10 arranged in a blood chamber 7, a permanent magnet 15 arranged in one side face of the impeller 10, a permanent magnet 16 arranged in the inner wall of the blood chamber 7, a permanent magnet 17 arranged in the other side face of the impeller 10, a magnetic body 18 arranged in a motor chamber 8, a coil 20, a magnetic sensor S, and a controller 25 flowing current through the coil 20 based on output signals of the magnetic sensor S. Dynamic pressure grooves 21, 22 are formed in a partition wall 6 facing the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7 respectively. Consequently, the rotation of the impeller 10 can be easily started by controlling coil current. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は遠心式ポンプ装置に関し、特に、回転時の遠心力によって液体を送るインペラを備えた遠心式ポンプ装置に関する。 The present invention relates to a centrifugal pump device, in particular, it relates to a centrifugal pump device which includes an impeller to send the liquid by centrifugal force upon rotation.

近年、人工心肺装置の血液循環装置として、外部モータの駆動トルクを磁気結合を用いて血液室内のインペラに伝達する遠心式血液ポンプ装置を使用する例が増加している。 Recently, as the blood circulation system of the heart-lung machine, an example of using the centrifugal blood pump device for transmitting to the blood chamber of the impeller with the magnetic coupling of the driving torque of the external motor is increased. この遠心式血液ポンプ装置によれば、外部と血液室との物理的な連通を排除することができ、細菌などの血液への侵入を防止することができる。 According to the centrifugal blood pump device, can be eliminated physical communication between the outside and the blood chamber can be prevented from entering the blood, such as bacteria.

特許文献1の遠心式血液ポンプは、第1および第2の隔壁によって仕切られた第1〜第3の室を含むハウジングと、第2の室(血液室)内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた磁性体と、インペラの一方面に対向して第1の室内に設けられた電磁石と、インペラの他方面に設けられた永久磁石と、第3の室内に設けられたロータおよびモータと、インペラの他方面に対向してロータに設けられた永久磁石とを備える。 Centrifugal blood pump of Patent Document 1, a housing including a first to third chambers partitioned by the first and second partitions, the second chamber impeller rotatably provided in the (blood chamber) When a magnetic body provided on one side face of the impeller, an electromagnet provided on the first chamber to face the one surface of the impeller, and a permanent magnet provided on the other surface of the impeller, to the third chamber comprising a rotor and a motor provided, and a permanent magnet provided on the rotor to face the other surface of the impeller. インペラの他方面に対向する第2の隔壁の表面には、動圧溝が形成されている。 On the surface of the second partition wall opposed to the other surface of the impeller, the dynamic pressure grooves are formed. 電磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、ロータの永久磁石からインペラの他方面に作用する吸引力と、動圧溝の動圧軸受効果により、インペラは第2の室の内壁から離れ、非接触状態で回転する。 A suction force acting from the electromagnet on one side of the impeller, the suction force acting from the rotor of the permanent magnet on the other surface of the impeller, the hydrodynamic bearing effect of the dynamic pressure grooves, the impeller away from the inner wall of the second chamber, It rotates in a non-contact state.

また、特許文献2の遠心式血液ポンプは、第1および第2の隔壁によって仕切られた第1〜第3の室を含むハウジングと、第2の室(血液室)内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた磁性体と、インペラの一方面に対向して第1の室内に設けられた第1の永久磁石と、インペラの他方面に設けられた第2の永久磁石と、第3の室内に設けられたロータおよびモータと、インペラの他方面に対向してロータに設けられた第3の永久磁石とを備える。 Further, centrifugal blood pump of Patent Document 2, a housing including a first to third chambers partitioned by the first and second partitions, rotatably provided in the second chamber (blood chamber) impeller and a magnetic body provided on one side face of the impeller, a first permanent magnet provided on the first chamber to face the one surface of the impeller, the second provided on the other surface of the impeller It comprises a permanent magnet, a rotor and a motor provided in the third chamber, and a third permanent magnet provided on the rotor to face the other surface of the impeller. インペラの一方面に対向する第1の隔壁の表面には第1の動圧軸が形成され、インペラの他方面に対向する第2の隔壁の表面には第2の動圧溝が形成されている。 The surface of the first partition wall first dynamic pressure is formed to face one side face of the impeller, the surface of the second partition wall opposed to the other surface of the impeller is formed a second dynamic pressure grooves there. 第1の永久磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、ロータの第3の永久磁石からインペラの他方面に作用する吸引力と、第1および第2の動圧溝の動圧軸受効果により、インペラは第2の室の内壁から離れ、非接触状態で回転する。 A suction force acting from the first permanent magnets on one side face of the impeller, the suction force acting from the third permanent magnet of the rotor to the other surface of the impeller, hydrodynamic bearing effect of the first and second dynamic pressure grooves Accordingly, the impeller away from the inner wall of the second chamber, to rotate in a non-contact state.

また、特許文献3の図8および図9のターボ形ポンプは、ハウジングと、ハウジング内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた第1の永久磁石と、ハウジングの外部に設けられたロータと、インペラの一方面に対向してロータに設けられた第2の永久磁石と、インペラの他方面に設けられた第3の永久磁石と、インペラの他方面に対向してハウジングに設けられた磁性体とを備えている。 Further, the turbo pump of FIG. 8 and FIG. 9 of Patent Document 3, housing, an impeller rotatably provided in the housing, a first permanent magnet provided on one surface of the impeller, outside of the housing a rotor provided in a second permanent magnet provided on the rotor to face the one surface of the impeller, and a third permanent magnet provided on the other surface of the impeller, to face the other surface of the impeller and a magnetic body provided in the housing. また、インペラの一方面には第1の動圧溝が形成され、インペラの他方面には第2の動圧溝が形成されている。 Also, on one side face of the impeller is formed first dynamic pressure groove, the other surface of the impeller is formed with a second groove for hydrodynamic bearing. ロータの第2の永久磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、ハウジングの磁性体からインペラの他方面に作用する吸引力と、第1および第2の動圧溝の動圧軸受効果により、インペラはハウジングの内壁から離れ、非接触状態で回転する。 A suction force acting from the second permanent magnet of the rotor on one side face of the impeller, the suction force acting from the magnetic material of the housing on the other surface of the impeller, the hydrodynamic bearing effect of the first and second dynamic pressure grooves , the impeller away from the inner wall of the housing, to rotate in a non-contact state.

さらに、特許文献4のクリーンポンプは、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた第1の永久磁石と、ケーシングの外部に設けられたロータと、インペラの一方面に対向してロータに設けられた第2の永久磁石と、インペラの他方面に設けられた磁性体と、インペラの他方面に対向してハウジング外に設けられた電磁石とを備えている。 Furthermore, clean the pump of Patent Document 4 includes a casing, an impeller rotatably provided in the casing, a first permanent magnet provided on one surface of the impeller, a rotor provided outside the casing, comprising a second permanent magnet provided on the rotor to face the one surface of the impeller, and a magnetic body provided in the other surface of the impeller, and an electromagnet provided on the outside of the housing to face the other surface of the impeller ing. また、インペラの一方面には動圧溝が形成されている。 Also, the dynamic pressure grooves are formed on one side face of the impeller.

インペラの回転数が所定の回転数よりも低い場合は電磁石を作動させ、インペラの回転数が所定の回転数を超えた場合は電磁石への通電を停止する。 If the rotational speed of the impeller is lower than a predetermined rotational speed activates the electromagnet, when the rotational speed of the impeller exceeds a predetermined rotational speed to stop energization of the electromagnet. ロータの第2の永久磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、動圧溝の動圧軸受効果により、インペラはハウジングの内壁から離れ、非接触状態で回転する。 A suction force acting from the second permanent magnet of the rotor on one side face of the impeller, the hydrodynamic bearing effect of the dynamic pressure grooves, the impeller away from the inner wall of the housing, to rotate in a non-contact state.
特開平2004−209240号公報 JP 2004-209240 JP 特開平2006−167173号公報 JP 2006-167173 JP 特開平4−91396号公報 JP 4-91396 discloses 実開平6−53790号公報 Real Hei 6-53790 Patent Publication

上記特許文献1〜4のポンプは、インペラとハウジングの対向部に形成された動圧溝によってインペラのアキシアル方向の支持を行ない、インペラに設けられた永久磁石とハウジング外に設けられた永久磁石との吸引力によってインペラのラジアル方向の支持を行なっている点で共通する。 Pump of Patent Document 1 to 4, impeller and performs the support of the axial direction of the impeller by the dynamic pressure grooves formed in the facing portion of the housing, a permanent magnet provided on the housing outside of a permanent magnet provided on the impeller common in that it performs a support in the radial direction of the impeller by the suction force.

動圧溝の支持剛性は、インペラの回転数に比例する。 Support rigidity of the dynamic pressure grooves is proportional to the rotational speed of the impeller. したがって、ポンプに外乱が印加された状態でも、インペラがハウジングに接触することなく安定して回転するためには、ポンプの常用回転数域を上げてインペラのアキシアル方向の剛性を高める必要がある。 Therefore, even when the disturbance is applied to the pump, in order to stably rotate without impeller contacts the housing, it is necessary to increase the axial rigidity of the impeller to increase the regular rotation speed range of the pump. しかし、上記特許文献1〜4のポンプでは、ラジアル方向を永久磁石の吸引力を利用して支持しているので、その支持剛性は低く、インペラを高速に回転させることができないと言う問題がある。 However, in the pump of Patent Documents 1 to 4, since the radial direction and supports utilizing the suction force of the permanent magnet, the support rigidity is low, there is a problem that it is impossible to rotate the impeller at high speed .

このラジアル方向の剛性を高める方法としては、インペラ内の永久磁石とハウジングの外部に配した永久磁石もしくは固定子との吸引力を強める方法がある。 As a method to increase the rigidity of this radial, there is a method to enhance the attraction between the permanent magnet or the stator arranged outside the permanent magnet and the housing in the impeller. しかし、その吸引力を強めると、インペラのアキシアル方向への負の剛性値が大きくなり(すなわち、インペラがアキシアル方向に動けば、その動いただけその吸引力が大きくなり)、動圧によるインペラの支持性能およびインペラ−ハウジング間に作用する吸引力が大きくなり、インペラのスムーズな回転駆動が難しくなると言う問題がある。 However, when strengthening the suction force, the negative stiffness values ​​for the axial direction of the impeller is increased (i.e., if move impeller in the axial direction, only moved the the suction force is increased), the support of the impeller due to the dynamic pressure performance and impeller - suction force is increased which acts between the housing, there is a problem that the smooth rotation of the impeller is difficult.

特に、特許文献2の図39で示されるように、インペラを外部のモータコイルとインペラに配した永久磁石の磁気的相互作用で回転させる場合は、特許文献2の図3に示されるようなインペラを永久磁石間の磁気カップリングで回転駆動させる場合に比べて起動トルクが小さいので、インペラのスムーズな回転駆動が難しい。 In particular, as shown in FIG. 39 of Patent Document 2, an impeller such as the case shown in FIG. 3 of Patent Document 2 for rotating the impeller at a magnetic interaction of permanent magnets arranged outside of the motor coil and the impeller because the starting torque is small compared to the case of rotating driving magnetic coupling between the permanent magnets, it is difficult smoothly rotation of the impeller.

これに対処するため、特許文献2では、インペラを所定の方向に付勢させるための電磁石や、永久磁石の磁力を変化させるための磁力調整用コイルを設け、それらをインペラの回転起動時に作動させてインペラの起動をスムーズにする方法も提案がされている。 To cope with this, in Patent Document 2, and an electromagnet to energize the impeller in a given direction, a magnetic force adjustment coil for changing the magnetic force of the permanent magnet is provided to actuate them when starting rotation of the impeller how to smoothly start the impeller Te have been proposed. しかし、このような対処法では、電磁石やコイルといった新たに専用の部材を必要とすることからポンプサイズが大きくなり、構成部品が増えることから信頼性が低下すると言う問題があった。 However, such a remedy, pump size since it requires a new special member such as an electromagnet or coil is increased, the reliability of the components is increased there is a problem that the decrease. また、動圧軸受はインペラの位置制御を能動的に行なうものでないので、インペラの回転数とポンプ流体の粘度によってインペラの位置が変化する可能性がある。 Also, dynamic bearing does not intended to actively control the position of the impeller, there is a possibility that the position of the impeller is changed by the viscosity of the speed and pump fluid impeller. インペラの位置を計測するために新たなセンサを追加すると、構成部品が増えて信頼性が低下してしまう。 When adding a new sensor for measuring the position of the impeller, the reliability decreases with increasing components. これらの問題は、人工心臓などで使用する血液ポンプにとっては重要な問題である。 These problems are a significant problem for the blood pump used in artificial heart.

それゆえに、この発明の主たる目的は、インペラを高速で回転させることができ、インペラをスムーズに回転起動させることでき、構成部品を増やすことなくインペラの位置を検出することが可能な小型の遠心式ポンプ装置を提供することである。 Another object of the invention, the impeller and can be rotated at a high speed, the impeller can rotate started smoothly, centrifugal compact capable of detecting the position of the impeller without increasing the components to provide a pump device.

この発明に係る遠心式ポンプ装置は、隔壁で仕切られた第1および第2の室を含むハウジングと、第1の室内において隔壁に沿って回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送るインペラと、第2の室内に設けられ、隔壁を介してインペラを回転駆動させる駆動手段とを備えた遠心式ポンプ装置において、インペラの一方面に設けられた第1の磁性体と、インペラの一方面に対向する第1の室の内壁に設けられ、第1の磁性体を吸引する第2の磁性体と、インペラの他方面に設けられ、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置された複数の第3の磁性体とを備えたものである。 Centrifugal pump unit according to the present invention, a housing including first and second chambers partitioned by the partition wall, rotatably provided along the partition wall in the first chamber, the liquid by centrifugal force upon rotation an impeller sending, provided in the second chamber, the centrifugal pump device comprising a driving means for rotationally driving the impeller through the partition wall, a first magnetic body provided on one side face of the impeller, the impeller provided on the inner wall of the first chamber facing the one surface, and a second magnetic body for attracting the first magnetic material, provided on the other surface of the impeller, the same circle such that adjacent magnetic poles are different from each other along those having a plurality of third magnetic body arranged. 駆動手段は、複数の第3の磁性体に対向して配置された複数の第4の磁性体と、それぞれ複数の第4の磁性体に対応して設けられて各々が対応の第4の磁性体に巻回され、回転磁界を生成するための複数のコイルとを含む。 Driving means, a plurality of third magnetic body and a plurality of fourth magnetic material disposed opposite to, each provided corresponding to the plurality of fourth magnetic respectively corresponding fourth magnetic wound to the body, and a plurality of coils for generating a rotating magnetic field. インペラの回転中において、第1および第2の磁性体間の第1の吸引力と複数の第3の磁性体および複数の第4の磁性体間の第2の吸引力とは、第1の室内におけるインペラの可動範囲の略中央で釣り合う。 During rotation of the impeller, the first suction force and a plurality of third magnetic body and the second suction force between a plurality of fourth magnetic body between the first and second magnetic body, the first balanced in a substantially center of the movable range of impeller in a room. インペラの一方面またはそれに対向する第1の室の内壁に第1の動圧溝が形成され、インペラの他方面またはそれに対向する隔壁に第2の動圧溝が形成されている。 First dynamic pressure groove is formed on the inner wall of the first chamber to one surface or opposite to that of the impeller, and the second dynamic pressure grooves are formed on the other surface or opposing partition walls to that of the impeller. この遠心式ポンプ装置は、さらに、複数の第3の磁性体の通過経路に対向して第2の室内に設けられ、インペラの回転および位置変化に伴う磁界の変化を検出する磁気センサと、磁気センサの検出結果に基づいて複数のコイルに電流を流し、回転磁界を生成してインペラを回転駆動させる制御手段とを備える。 The centrifugal pump apparatus further provided in the second chamber opposite the passage path of the plurality of third magnetic body, a magnetic sensor for detecting a change in magnetic field caused by the rotation and change in position of the impeller, magnetic applying a current to a plurality of coils based on the detection result of the sensor, and a control means for rotating the impeller to generate a rotating magnetic field. したがって、駆動手段の各コイル内に第4の磁性体を設け、この第4の磁性体とインペラの第3の磁性体とを磁気的に結合するので、コイル電流を調整することにより、インペラを高速で回転させることができ、また、ポンプサイズを小型に維持しながら、インペラの回転起動力を大きくすることができる。 Therefore, the fourth magnetic member provided in each of the coils of the drive unit, since the third magnetic body of the fourth magnetic body and the impeller is magnetically coupled, by adjusting the coil current, the impeller can be rotated at a high speed, while also maintaining the pump size small, it is possible to increase the rotational impetus of the impeller.

好ましくは、さらに、磁気センサの検出結果に基づいて、第1の室内におけるインペラのアキシアル方向の位置を求める第1の演算手段を備える。 Preferably, further, on the basis of the detection result of the magnetic sensor comprises a first arithmetic means for determining the position of the axial direction of the impeller in the first chamber. この場合は、複数のコイルに電流を流すタイミングを検出するための磁気センサを用いて、インペラのアキシアル方向の位置を求めるので、部品点数を増やすことなく、装置の信頼性を高めることができる。 In this case, using a magnetic sensor for detecting a timing of supplying a current to a plurality of coils, so obtaining the axial position of the impeller, without increasing the number of parts, it is possible to improve the reliability of the device.

また好ましくは、第1の演算手段は、インペラのアキシアル方向の位置を示す情報を外部に出力する。 Also preferably, the first calculation means outputs the information indicating the position of the axial direction of the impeller to the outside.

また好ましくは、さらに、第1の演算手段によって求められたインペラのアキシアル方向の位置が正常範囲内か否かを判定し、判定結果を示す信号を出力する判定手段を備える。 Also preferably, further comprises a determination means the position of the axial direction of the impeller obtained by the first computing means determines whether the normal range, and outputs a signal indicating the determination result.

また好ましくは、さらに、磁気センサの検出結果に基づいて、インペラの回転数を求める第2の演算手段と、第1の演算手段によって求められたインペラのアキシアル方向の位置と第2の演算手段によって求められたインペラの回転数とに基づいて、インペラのアキシアル方向の位置が正常範囲内か否かを判定し、判定結果を示す信号を出力する判定手段を備える。 Also preferably, further, on the basis of the detection result of the magnetic sensor, and a second arithmetic means for determining the rotational speed of the impeller, the first position in the axial direction of the impeller obtained by the calculation means second computing means based on the rotational speed of the impeller obtained, the position of the axial direction of the impeller is determined whether within the normal range, a judging means for outputting a signal indicating the determination result.

また好ましくは、さらに、第1の演算手段によって求められたインペラのアキシアル方向の位置と流体の粘度情報とに基づいて、インペラのアキシアル方向の位置が正常範囲内か否かを判定し、判定結果を示す信号を出力する判定手段を備える。 Also preferably, further, on the basis of the viscosity information of the position and the fluid in the axial direction of the impeller obtained by the first computing means, the axial position of the impeller is determined whether the normal range, the determination result a judging means for outputting a signal indicative of the.

また好ましくは、液体は血液であり、遠心式ポンプ装置は、血液を循環させるために使用される。 Also preferably, the liquid is blood, the centrifugal pump device is used for circulating blood. この場合は、インペラがスムーズに回転起動し、インペラとハウジング間の距離が確保されるので、溶血の発生を防止することができる。 In this case, the impeller rotates started smoothly, the distance between the impeller and the housing is secured, it is possible to prevent the occurrence of hemolysis.

以上のように、この発明によれば、インペラを高速で回転させることができ、ポンプサイズを小型に維持しながら、インペラの回転起動力を大きくすることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to rotate the impeller at high speed, while maintaining the pump size small, it is possible to increase the rotational impetus of the impeller. また、複数のコイルに電流を流すタイミングを検出するための磁気センサを用いて、インペラのアキシアル方向の位置を求めるので、部品点数を増やすことなく、装置の信頼性を高めることができる。 Further, by using a magnetic sensor for detecting a timing of supplying a current to a plurality of coils, so obtaining the axial position of the impeller, without increasing the number of parts, it is possible to improve the reliability of the device.

図1は、この発明の一実施の形態による遠心式血液ポンプ装置のポンプ部1の外観を示す正面図であり、図2はその側面図である。 Figure 1 is a front view showing an appearance of a pump unit 1 of the centrifugal blood pump apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG 2 is a side view thereof. 図3は図2のIII−III線断面図であり、図4は図3のIV−IV線断面図であり、図5は図3のIV−IV線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図である。 Figure 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2, FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3, FIG. 5 shows a state in which removal of the impeller from the sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3 it is a cross-sectional view. 図6は図3のVI−VI線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図であり、図7は図3のVII−VII線断面図である。 Figure 6 is a sectional view showing a state in which removal of the impeller from the VI-VI line sectional view of FIG. 3, FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG.

図1〜図7において、この遠心式血液ポンプ装置のポンプ部1は、非磁性材料で形成されたハウジング2を備える。 In FIGS. 1-7, the pump unit 1 of the centrifugal blood pump includes a housing 2 made of a nonmagnetic material. ハウジング2は、円柱状の本体部3と、本体部3の一方の端面の中央に立設された円筒状の血液流入ポート4と、本体部3の外周面に設けられた円筒状の血液流出ポート5とを含む。 The housing 2 includes a cylindrical body portion 3, a cylindrical blood inlet port 4 provided upright in the center of one end face of the main body portion 3, a cylindrical blood outflow provided on the outer peripheral surface of the main body portion 3 and a port 5. 血液流出ポート5は、本体部3の外周面の接線方向に延在している。 Blood outlet port 5 extends in a tangential direction of the outer peripheral surface of the body portion 3.

ハウジング2内には、図3に示すように、隔壁6によって仕切られた血液室7およびモータ室8が設けられている。 In the housing 2, as shown in FIG. 3, the blood chamber 7 and the motor chamber 8 is provided which is partitioned by the partition walls 6. 血液室7内には、図3および図4に示すように、中央に貫通孔10aを有する円板状のインペラ10が回転可能に設けられている。 The blood chamber 7, as shown in FIGS. 3 and 4, a disc-shaped impeller 10 having a center through hole 10a is rotatably provided. インペラ10は、ドーナツ板状の2枚のシュラウド11,12と、2枚のシュラウド11,12間に形成された複数(たとえば6つ)のベーン13とを含む。 The impeller 10 includes a two shrouds 11 and 12 of the donut-shaped, and a vane 13 of a plurality formed between the two shrouds 11 and 12 (e.g., six). シュラウド11は血液流入ポート4側に配置され、シュラウド12は隔壁6側に配置される。 The shroud 11 is located on the blood inlet port 4 side, the shroud 12 is disposed on the partition wall 6 side. シュラウド11,12およびベーン13は、非磁性材料で形成されている。 The shroud 11, 12 and vanes 13 are formed of a nonmagnetic material.

2枚のシュラウド11,12の間には、複数のベーン13で仕切られた複数(この場合は6つ)の血液通路14が形成されている。 Between the two shrouds 11 and 12, the blood passages 14 are formed of a plurality of partitioned by a plurality of vanes 13 (in this case six). 血液通路14は、図4に示すように、インペラ10の中央の貫通孔10aと連通しており、インペラ10の貫通孔10aを始端とし、外周縁まで徐々に幅が広がるように延びている。 Blood passage 14, as shown in FIG. 4, is in fluid center communicates with the through hole 10a of the impeller 10, and the through hole 10a of the impeller 10 and the starting end and extends gradually broadening to the outer peripheral edge. 換言すれば、隣接する2つの血液通路14間にベーン13が形成されている。 In other words, the vanes 13 between two adjacent blood passages 14 are formed. なお、この実施の形態では、複数のベーン13は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。 In this embodiment, a plurality of vanes 13 are provided at equal angular intervals, and formed in the same shape. したがって、複数の血液通路14は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。 Therefore, a plurality of blood passages 14 are provided at equal angular intervals, and formed in the same shape.

インペラ10が回転駆動されると、血液流入ポート4から流入した血液は、遠心力によって貫通孔10aから血液通路14を介してインペラ10の外周部に送られ、血液流出ポート5から流出する。 When the impeller 10 is rotated, the blood flowing from the blood inlet port 4, through the blood passage 14 from the through hole 10a by the centrifugal force transmitted to the outer periphery of the impeller 10, flows out from the blood outlet port 5.

また、シュラウド11には永久磁石15が埋設されており、シュラウド11に対向する血液室7の内壁には、永久磁石15を吸引する永久磁石16が埋設されている。 Further, the shroud 11 is embedded permanent magnets 15, on the inner wall of the blood chamber 7 facing the shroud 11, the permanent magnet 16 for attracting the permanent magnet 15 is embedded. 永久磁石15,16は、インペラ10をモータ室8と反対側、換言すれば血液流入ポート4側に吸引(換言すれば、付勢)するために設けられている。 Permanent magnets 15 and 16, opposite the impeller 10 and the motor chamber 8, (in other words, biased) withdrawing the blood inlet port 4 side in other words provided for.

なお、シュラウド11および血液室7の内壁にそれぞれ永久磁石15,16を設ける代わりに、シュラウド11および血液室7の内壁の一方に永久磁石を設け、他方に磁性体を設けてもよい。 Instead of providing the shroud 11 and the permanent magnets 15 and 16 on the inner wall of the blood chamber 7, a permanent magnet provided on one inner wall of the shroud 11 and the blood chamber 7, a magnetic material may be provided in the other. また、シュラウド11自体を永久磁石15または磁性体で形成してもよい。 It is also possible to form the shroud 11 itself a permanent magnet 15 or magnetic material. また、磁性体としては軟質磁性体と硬質磁性体のいずれを使用してもよい。 It may also be used either soft magnetic body and a hard magnetic material as a magnetic material.

また、永久磁石15,16の吸引力に起因するインペラ10の剛性の低下を防ぐため、対向する永久磁石15,16の対向面のサイズを異ならせることが好ましい。 In order to prevent a reduction in rigidity of the impeller 10 due to the attraction force of the permanent magnets 15 and 16, it is preferable to vary the size of the opposing surfaces of the permanent magnets 15 and 16 facing each other. 図3では、永久磁石15,16の対向面のサイズが同じである場合が示されているが、永久磁石15,16の対向面のサイズを異ならせることにより、両者間の距離によって変化する吸引力の変化量、すなわち負の剛性を小さく抑えることができ、インペラ10の支持剛性の低下を防ぐことができる。 In Figure 3, the size of the opposing surfaces of the permanent magnets 15 and 16 are shown to be the same, by varying the size of the opposing surfaces of the permanent magnets 15 and 16 varies with the distance between the two suction variation of the force, i.e. it is possible to reduce the negative rigidity, it is possible to prevent the lowering of the supporting rigidity of the impeller 10.

また、永久磁石16は、1つでもよいし、複数でもよい。 The permanent magnets 16, may be one or may be plural. 永久磁石16が1つの場合は、永久磁石16はリング状に形成される。 If the permanent magnets 16 of one permanent magnet 16 is formed in a ring shape. また、永久磁石16が複数の場合は、複数の永久磁石16は等角度間隔で同一の円に沿って配置される。 The permanent magnets 16 in the case of multiple, the plurality of permanent magnets 16 are arranged at equal angular intervals along the same circle. 永久磁石15も、永久磁石16と同様であり、1つでもよいし、複数でもよい。 Permanent magnet 15 is also the same as the permanent magnet 16, it may be one or may be plural.

また、図4に示すように、シュラウド12には複数(たとえば9個)の永久磁石17が埋設されている。 Further, as shown in FIG. 4, the permanent magnets 17 of the plurality (e.g., nine) is embedded in the shroud 12. 複数の永久磁石17は、隣接する磁極が互いに異なるようにして、等角度間隔で同一の円に沿って配置される。 A plurality of permanent magnets 17, as adjacent magnetic poles are different from each other, at equal angular intervals are arranged along the same circle. 換言すれば、モータ室8側にN極を向けた永久磁石17と、モータ室8側にS極を向けた永久磁石17とが等角度間隔で同一の円に沿って交互に配置されている。 In other words, the permanent magnet 17 with its N pole on the motor chamber 8 side are arranged alternately along the same circle a permanent magnet 17 transgression equal angular intervals toward an S-pole in the motor chamber 8 side .

また、図7に示すように、モータ室8内には、複数(たとえば9個)の磁性体18が設けられている。 Further, as shown in FIG. 7, the motor chamber 8, magnetic body 18 of a plurality (e.g., nine) is provided. 複数の磁性体18は、インペラ10の複数の永久磁石17に対向して、等角度間隔で同一の円に沿って配置される。 A plurality of magnetic bodies 18 is opposed to the plurality of permanent magnets 17 of the impeller 10, at equal angular intervals are arranged along the same circle. 複数の磁性体18の基端は、円板状の1つの継鉄19に接合されている。 The proximal end of the plurality of magnetic bodies 18 are joined to one yoke 19 of disc shape. 各磁性体18には、コイル20が巻回されている。 Each magnetic body 18, the coil 20 is wound.

また、9個の磁性体18のうちの隣接する4個の磁性体18の3つの間に3つの磁気センサSが設けられている。 Also, nine three magnetic sensors S between the three adjacent four magnetic body 18 of the magnetic body 18 is provided. 3つの磁気センサSは、インペラ10の複数の永久磁石17の通過経路に対向して配置されている。 Three magnetic sensors S are placed opposite the passage path of the plurality of permanent magnets 17 of the impeller 10. インペラ10が回転して複数の永久磁石17のS極とN極が交互に磁気センサSの近傍を通過すると、磁気センサSの出力信号のレベルは、図8に示すように、正弦波状に変化する。 When the impeller 10 passes near the magnetic sensor S alternately S and N poles of the plurality of permanent magnets 17 rotates, the level of the output signal of the magnetic sensor S, as shown in FIG. 8, varies sinusoidally to. したがって、磁気センサSの出力信号の時間変化を検出することにより、複数の永久磁石17と複数の磁性体18との位置関係を検出することができ、複数のコイル20に電流を流すタイミングと、インペラ10の回転数を求めることができる。 Therefore, by detecting the time change of the output signal of the magnetic sensor S, it is possible to detect the positional relationship between the plurality of permanent magnets 17 and a plurality of magnetic bodies 18, and the timing of supplying a current to a plurality of coils 20, it can be determined rotational speed of the impeller 10.

また、インペラ10と隔壁6の間のギャップが広い場合は、磁気センサSの近傍の磁界が弱くなって磁気センサSの出力信号の振幅A1は小さくなる。 Further, when the gap between the impeller 10 and the partition wall 6 is wide, the amplitude A1 of the output signal of the magnetic sensor S and the magnetic field in the vicinity of the magnetic sensor S becomes weak decreases. インペラ10と隔壁6の間のギャップが狭い場合は、磁気センサSの近傍の磁界が強くなって磁気センサSの出力信号の振幅A2は大きくなる。 If the gap between the impeller 10 and the partition wall 6 is narrow, the amplitude A2 of the output signal of the magnetic sensor S and the magnetic field in the vicinity of the magnetic sensor S becomes stronger the greater. したがって、磁気センサSの出力信号の振幅を検出することにより、インペラ10の可動範囲内におけるインペラ10の位置を検出することができる。 Therefore, by detecting the amplitude of the output signal of the magnetic sensor S, it is possible to detect the position of the impeller 10 within the movable range of impeller 10.

9個のコイル20には、たとえば120度通電方式で電圧が印加される。 The nine coils 20, a voltage is applied, for example, 120-degree energization method. すなわち、9個のコイル20は、3個ずつグループ化される。 That is, nine coils 20 are grouped three by three. 各グループの第1〜第3のコイル20には、3つの磁気センサSの出力信号に同期して、図9に示すような電圧VU,VV,VWが印加される。 The first to third coils 20 of each group, in synchronization with the output signals of three magnetic sensors S, the voltage VU shown in Fig. 9, VV, VW is applied. 第1のコイル20には、0〜120度の期間に正電圧が印加され、120〜180度の期間に0Vが印加され、180〜300度の期間に負電圧が印加され、300〜360度の期間に0Vが印加される。 The first coil 20, a positive voltage is applied to the period of 0 to 120 degrees, 0V is applied to the period of 120 to 180 degrees, a negative voltage is applied to the period of 180 to 300 degrees, 300 to 360 degrees 0V is applied to the period. したがって、第1のコイル20が巻回された磁性体18の先端面(インペラ10側の端面)は、0〜120度の期間にN極になり、180〜300度の期間にS極になる。 Therefore, the distal end surface of the first coil 20 is wound magnetic body 18 (the end surface of the impeller 10 side) becomes the N pole in a period of 0 to 120 degrees, the S pole in a period of 180 to 300 degrees . 電圧VVの位相は電圧VUよりも120度遅れており、電圧VWの位相は電圧VVよりも120度遅れている。 Phase voltage VV is delayed 120 degrees than the voltage VU, the phase of the voltage VW is delayed 120 degrees than the voltage VV. したがって、第1〜第3のコイル20にそれぞれ電圧VU,VV,VWを印加することにより、回転磁界を形成することができ、複数の磁性体18とインペラ10の複数の永久磁石17との吸引力および反発力により、インペラ10を回転させることができる。 Therefore, the voltage respectively to the first to third coil 20 VU, VV, by applying the VW, it is possible to form a rotating magnetic field, aspiration of a plurality of permanent magnets 17 of the plurality of magnetic bodies 18 and the impeller 10 the force and repulsive force, it is possible to rotate the impeller 10.

ここで、インペラ10が定格回転数で回転している場合は、永久磁石15,16間の吸引力と複数の永久磁石17および複数の磁性体18間の吸引力とは、血液室7内におけるインペラ10の可動範囲の略中央付近で釣り合うようにされている。 Here, when the impeller 10 is rotating at rated speed, the suction force and the suction force between the plurality of permanent magnets 17 and the plurality of magnetic bodies 18 between the permanent magnets 15 and 16, in the blood chamber 7 It is as balanced substantially near the center of the movable range of impeller 10. このため、インペラ10のいかなる可動範囲においてもインペラ10への吸引力による作用力は非常に小さい。 Therefore, the acting force by the suction force of the impeller 10 in any movable range of impeller 10 is very small. その結果、インペラ10の回転起動時に発生するインペラ10とハウジング2との相対すべり時の摩擦抵抗を小さくすることができる。 As a result, it is possible to reduce the frictional resistance during the relative sliding between the impeller 10 and the housing 2 that occurs when starting rotation of the impeller 10. また、相対すべり時におけるインペラ10とハウジング2の内壁の表面の損傷(表面の凹凸)はなく、さらに低速回転時の動圧力が小さい場合にもインペラ10はハウジング2から浮上し易くなり、非接触の状態となる。 Also, no damage to the surface of the inner wall of the impeller 10 and the housing 2 (unevenness of the surface) during relative sliding, the impeller 10 is easily emerged from the housing 2 even when smaller kinematic pressure during low-speed rotation, the non-contact the state. したがって、インペラ10とハウジング2との相対すべりによって溶血・血栓が発生したり、相対すべり時に発生したわずかな表面損傷(凹凸)によって血栓が発生することもない。 Thus, hemolysis, thrombosis may occur by a relative sliding between the impeller 10 and the housing 2, blood clots by slight surface damage sustained during relative sliding (unevenness) does not occur.

また、インペラ10のシュラウド12に対向する隔壁6の表面には複数の動圧溝21が形成され、シュラウド11に対向する血液室7の内壁には複数の動圧溝22が形成されている。 Further, the surface of the partition 6 facing the shroud 12 of the impeller 10 a plurality of dynamic pressure grooves 21 are formed, on the inner wall of the blood chamber 7 facing the shroud 11 has a plurality of dynamic pressure grooves 22 are formed. インペラ10の回転数が所定の回転数を超えると、動圧溝21,22の各々とインペラ10との間に動圧軸受効果が発生する。 When the rotational speed of the impeller 10 exceeds a predetermined rotational speed, a hydrodynamic bearing effect generated between each impeller 10 of the dynamic pressure grooves 21 and 22. これにより、動圧溝21,22の各々からインペラ10に対して抗力が発生し、インペラ10は血液室7内で非接触状態で回転する。 Thus, drag occurs for the impeller 10 from each of the dynamic pressure grooves 21 and 22, the impeller 10 rotates without contacting in the blood chamber 7.

詳しく説明すると、複数の動圧溝21は、図5に示すように、インペラ10のシュラウド12に対応する大きさに形成されている。 In detail, a plurality of dynamic pressure grooves 21, as shown in FIG. 5, is formed to a size corresponding to the shroud 12 of the impeller 10. 各動圧溝21は、隔壁6の中心から若干離間した円形部分の周縁(円周)上に一端を有し、渦状に(換言すれば、湾曲して)隔壁6の外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。 Respective dynamic pressure grooves 21 has one end from the center of the partition wall 6 on the peripheral edge slightly spaced circular portion (circumference), the vortex (in other words, curved with) to the vicinity of the outer edge of the partition wall 6, the width It extends so as to expand gradually. また、複数の動圧溝21は略同じ形状であり、かつ略同じ間隔に配置されている。 The plurality of dynamic pressure grooves 21 is substantially the same shape, and are disposed at substantially the same spacing. 動圧溝21は凹部であり、動圧溝21の深さは0.005〜0.4mm程度であることが好ましい。 Dynamic pressure grooves 21 are concave, the depth of the dynamic pressure grooves 21 is preferably about 0.005~0.4Mm. 動圧溝21の数は、6〜36個程度であることが好ましい。 The number of dynamic pressure grooves 21 is preferably 6 to 36 or so.

図5では、10個の動圧溝21がインペラ10の中心軸に対して等角度で配置されている。 In Figure 5, 10 of the dynamic pressure grooves 21 are arranged at equal angles with respect to the center axis of the impeller 10. 動圧溝21は、いわゆる内向スパイラル溝形状となっているので、インペラ10が時計方向に回転すると、動圧溝21の外径部から内径部に向けて液体の圧力が高くなる。 Dynamic pressure groove 21, since a so-called inward spiral groove shape, the impeller 10 rotates in the clockwise direction, the pressure of the liquid is increased toward the inner diameter from the outer diameter portion of the dynamic pressure grooves 21. このため、インペラ10と隔壁6の間に反発力が発生し、これが動圧力となる。 Accordingly, repulsive force is generated between the impeller 10 and the partition wall 6, which is the dynamic pressure.

なお、動圧溝21を隔壁6に設ける代わりに、動圧溝21をインペラ10のシュラウド12の表面に設けてもよい。 Instead of providing the dynamic pressure grooves 21 in the partition wall 6 may be provided with the dynamic pressure grooves 21 on the surface of the shroud 12 of the impeller 10.

このように、インペラ10と複数の動圧溝21の間に形成される動圧軸受効果により、インペラ10は隔壁6から離れ、非接触状態で回転する。 Thus, the hydrodynamic bearing effect formed between the impeller 10 and a plurality of dynamic pressure grooves 21, the impeller 10 is separated from the partition 6, to rotate in a non-contact state. このため、インペラ10と隔壁6の間に血液流路が確保され、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生が防止される。 Thus, the blood flow path is secured between the impeller 10 and the partition wall 6, the occurrence of thrombosis resulting from blood retained and that in between them is prevented. さらに、通常状態において、動圧溝21が、インペラ10と隔壁6の間において撹拌作用を発揮するので、両者間における部分的な血液滞留の発生を防止することができる。 Further, in the normal state, the dynamic pressure grooves 21 so exert stirring action between the impeller 10 and the partition wall 6, it is possible to prevent the occurrence of partial blood residence in between them.

また、動圧溝21の角の部分は、少なくとも0.05mm以上のRを持つように丸められていることが好ましい。 Further, a corner portion of the dynamic pressure grooves 21 are preferably rounded to have at least 0.05mm or more R. これにより、溶血の発生をより少なくすることができる。 Thus, it is possible to reduce the occurrence of hemolysis.

また、複数の動圧溝22は、図6に示すように、複数の動圧溝21と同様、インペラ10のシュラウド11に対応する大きさに形成されている。 The plurality of dynamic pressure grooves 22, as shown in FIG. 6, similar to the plurality of dynamic pressure grooves 21 are formed in a size corresponding to the shroud 11 of the impeller 10. 各動圧溝22は、血液室7の内壁の中心から若干離間した円形部分の周縁(円周)上に一端を有し、渦状に(換言すれば、湾曲して)血液室7の内壁の外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。 Respective dynamic pressure grooves 22 has one end on the periphery of the slightly spaced circular portion from the center of the inner wall of the blood chamber 7 (circumference), (in other words, it curved with) the spiral inner wall of the blood chamber 7 to the vicinity of the outer edge, and it extends so that the width is widened gradually. また、複数の動圧溝22は、略同じ形状であり、かつ略同じ間隔で配置されている。 The plurality of dynamic pressure grooves 22 is substantially the same shape, and are disposed at substantially the same intervals. 動圧溝22は凹部であり、動圧溝22の深さは0.005〜0.4mm程度があることが好ましい。 Dynamic pressure grooves 22 are concave, the depth of the dynamic pressure grooves 22 is preferably in the order of 0.005~0.4Mm. 動圧溝22の数は、6〜36個程度であることが好ましい。 The number of dynamic pressure grooves 22 is preferably 6 to 36 or so. 図6では、10個の動圧溝22がインペラ10の中心軸に対して等角度に配置されている。 6, 10 of the dynamic pressure grooves 22 are arranged equiangularly with respect to the center axis of the impeller 10.

なお、動圧溝22は、血液室7の内壁側ではなく、インペラ10のシュラウド11の表面に設けてもよい。 Incidentally, the dynamic pressure grooves 22 is not the inner wall of the blood chamber 7 may be provided on the surface of the shroud 11 of the impeller 10. また、動圧溝22の角となる部分は、少なくとも0.05mm以上のRを持つように丸められていることが好ましい。 The portion to be the corner of the dynamic pressure grooves 22 are preferably rounded to have at least 0.05mm or more R. これにより、溶血の発生をより少なくすることができる。 Thus, it is possible to reduce the occurrence of hemolysis.

このように、インペラ10と複数の動圧溝22の間に形成される動圧軸受効果により、インペラ10は血液室7の内壁から離れ、非接触状態で回転する。 Thus, the hydrodynamic bearing effect formed between the impeller 10 and a plurality of dynamic pressure grooves 22, the impeller 10 is spaced from the inner wall of the blood chamber 7, rotates in a non-contact state. また、ポンプ部1が外的衝撃を受けたときや、動圧溝21による動圧力が過剰となったときに、インペラ10の血液室7の内壁への密着を防止することができる。 Further, and when the pump unit 1 is subjected to external impact, when the dynamic pressure by the dynamic pressure grooves 21 has become excessive, it is possible to prevent adhesion to the inner wall of the blood chamber 7 of the impeller 10. 動圧溝21によって発生する動圧力と動圧溝22によって発生する動圧力は異なるものとなっていてもよい。 Dynamic pressure generated by the dynamic pressure and the dynamic pressure grooves 22 generated by the dynamic pressure grooves 21 may be made different.

インペラ10のシュラウド12と隔壁6との隙間と、インペラ10のシュラウド11と血液室7の内壁との隙間とが略同じ状態でインペラ10が回転することが好ましい。 The gap between the shroud 12 and the partition wall 6 of the impeller 10, it is preferred that the impeller 10 rotates at substantially the same state and the clearance of the inner wall of the shroud 11 and the blood chamber 7 of the impeller 10. インペラ10に作用する流体力などの外乱が大きく、一方の隙間が狭くなる場合には、その狭くなる側の動圧溝による動圧力を他方の動圧溝による動圧力よりも大きくし、両隙間を略同じにするため、動圧溝21と22の形状を異ならせることが好ましい。 Large disturbance such as fluid force acting on the impeller 10, when one of the gaps is narrower, greater than the dynamic pressure dynamic pressure due to the narrow side of the dynamic pressure grooves by the other of the dynamic pressure grooves, both gaps for substantially the same, it is preferable to vary the shape of the dynamic pressure grooves 21 and 22.

なお、図5および図6では、動圧溝21,22の各々を内向スパイラル溝形状としたが、他の形状の動圧溝21,22を使用することも可能である。 In FIG 5 and FIG 6, although the respective dynamic pressure grooves 21 and 22 inward spiral groove shape, it is also possible to use the dynamic pressure grooves 21 and 22 of other shapes. ただし、血液を循環させる場合は、血液をスムーズに流すことが可能な内向スパイラル溝形状の動圧溝21,22を採用することが好ましい。 However, if the circulating blood, it is preferable to employ a dynamic pressure grooves 21 and 22 of the inward spiral groove shape which can supply blood smoothly.

図10は、永久磁石15,16間の吸引力F1と永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2との合力の大きさが、インペラ10の血液室7内の可動範囲の中央位置以外の位置P1でゼロとなるように調整した場合にインペラ10に作用する力を示す図である。 10, the magnitude of the resultant force of the attraction force F2 between the attraction force F1 and the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 between the permanent magnets 15 and 16, other than the central position of the movable range of the blood chamber 7 of the impeller 10 is a diagram illustrating the forces acting on impeller 10 when adjusted to zero at the position P1. ただし、インペラ10の回転数は定格値に保たれている。 However, the rotational speed of the impeller 10 is maintained at the rated value.

すなわち、永久磁石15,16間の吸引力F1が永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2よりも小さく設定され、それらの合力がゼロとなるインペラ10の浮上位置はインペラ可動範囲の中間よりも隔壁6側にあるものとする。 That is, the suction force F1 between the permanent magnets 15 and 16 is set smaller than the suction force F2 between the permanent magnets 17 and the magnetic body 18, floating position of the impeller 10 that their resultant force is zero than the middle of the impeller the movable range It assumed to be in the partition wall 6 side. 動圧溝21,22の形状は同じである。 The shape of the dynamic pressure grooves 21 and 22 are the same.

図10の横軸はインペラ10の位置(図中の左側が隔壁6側)を示し、縦軸はインペラ10に対する作用力を示している。 The horizontal axis of FIG. 10 is the position of the impeller 10 (the left side in the drawing the partition wall 6 side) indicates, the vertical axis represents the force acting against the impeller 10. インペラ10への作用力が隔壁6側に働くとき、その作用力をマイナスとしている。 When the force acting on the impeller 10 acts on the partition wall 6 side to the acting force negative. インペラ10に対する作用力としては、永久磁石15,16間の吸引力F1と、永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2と、動圧溝21の動圧力F3と、動圧溝22の動圧力F4と、それらの合力である「インペラに作用する正味の力F5」を示した。 The acting force against the impeller 10, a suction force F1 between the permanent magnets 15 and 16, a suction force F2 between the permanent magnets 17 and the magnetic body 18, a hydrodynamic pressure F3 of the dynamic pressure grooves 21, the dynamic of the dynamic pressure grooves 22 a pressure F4, showed "net force acting on the impeller F5" is their force.

図10から分かるように、インペラ10に作用する正味の力F5がゼロとなる位置で、インペラ10の浮上位置はインペラ10の可動範囲の中央位置から大きくずれている。 As it can be seen from Figure 10, at a position where the net force F5 acting on impeller 10 becomes zero, floating position of the impeller 10 is deviated from the center position of the movable range of impeller 10. その結果、回転中のインペラ10と隔壁6の間の距離は狭まり、インペラ10に対して小さな外乱力が作用してもインペラ10は隔壁6に接触してしまう。 As a result, the distance between the impeller 10 and the partition wall 6 during rotation narrows, the impeller 10 also act small disturbance force to the impeller 10 would be in contact with the partition wall 6.

これに対して図11は、永久磁石15,16間の吸引力F1と永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2との合力の大きさが、インペラ10の血液室7内の可動範囲の中央位置P0でゼロとなるように調整した場合にインペラ10に作用する力を示す図である。 11 In contrast, the magnitude of the resultant force of the attraction force F2 between the attraction force F1 and the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 between the permanent magnets 15 and 16, the movable range of the blood chamber 7 of the impeller 10 is a diagram illustrating the forces acting on impeller 10 when adjusted to zero at the center position P0. この場合も、インペラ10の回転数は定格値に保たれている。 Again, the rotational speed of the impeller 10 is maintained at the rated value.

すなわち、永久磁石15,16間の吸引力F1と永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2とは略同じに設定されている。 That is set substantially the same as the suction force F2 between the attraction force F1 and the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 between the permanent magnets 15, 16. また、動圧溝21,22の形状は同じにされている。 The shape of the dynamic pressure grooves 21 and 22 are the same. この場合は、図10の場合と比較して、インペラ10の浮上位置に対する支持剛性が高くなる。 In this case, as compared with the case of FIG. 10, the support rigidity for the floating position of the impeller 10 is increased. また、インペラ10に作用する正味の力F5は可動範囲の中央でゼロとなっているので、インペラ10に対し外乱力が作用しない場合にはインペラ10は中央位置で浮上する。 Further, since the net force F5 acting on impeller 10 has a zero at the center of the movable range, if the relative impeller 10 disturbance force does not act on the impeller 10 floats at a central location.

このように、インペラ10の浮上位置は、永久磁石15,16間の吸引力F1と、永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2と、インペラ10の回転時に動圧溝21,22で発生する動圧力F3,F4との釣り合いで決まる。 Thus, floating position of the impeller 10, a suction force F1 between the permanent magnets 15 and 16, a suction force F2 between the permanent magnets 17 and the magnetic body 18, generated by the dynamic pressure grooves 21 and 22 during rotation of the impeller 10 determined by balance between the hydrodynamic pressure F3, F4 to be. F1とF2を略同じにし、動圧溝21,22の形状を同じにすることにより、インペラ10の回転時にインペラ10を血液室7の略中央部で浮上させることが可能となる。 Substantially the same west of F1 and F2, by the same shape of the dynamic pressure grooves 21 and 22, the impeller 10 can be floated in a substantially central portion of the blood chamber 7 during rotation of the impeller 10. 図3および図4に示すように、インペラ10は2つのディスク間に羽根を形成した形状を有するので、ハウジング2の内壁に対向する2つの面を同一形状および同一寸法にすることができる。 As shown in FIGS. 3 and 4, the impeller 10 because it has a shape forming a blade between the two disks, it can be the two surfaces facing the inner wall of the housing 2 in the same shape and the same dimensions. したがって、略同一の動圧性能を有する動圧溝21,22をインペラ10の両側に設けることは可能である。 Therefore, it is possible to provide a dynamic pressure grooves 21 and 22 having substantially the same dynamic pressure performance on both sides of the impeller 10.

この場合、インペラ10は血液室7の中央位置で浮上するので、インペラ10はハウジング2の内壁から最も離れた位置に保持される。 In this case, the impeller 10 is so floats at the center position of the blood chamber 7, the impeller 10 is held at a position farthest from the inner wall of the housing 2. その結果、インペラ10の浮上時にインペラ10に外乱力が印加されて、インペラ10の浮上位置が変化しても、インペラ10とハウジング2の内壁とが接触する可能性が小さくなり、それらの接触によって血栓や溶血が発生する可能性も低くなる。 As a result, the disturbance force is applied to the impeller 10 during floating of the impeller 10, be varied floating position of the impeller 10 is a possibility that the inner wall of the impeller 10 and the housing 2 are in contact is reduced, by their contact possibility of thrombi and hemolysis occurs also decreases.

なお、図10および図11の例では、2つの動圧溝21,22の形状は同じであるとしたが、動圧溝21,22の形状を異なるものとし、動圧溝21,22の動圧性能を異なるものとしてもよい。 In the example of FIGS. 10 and 11, the shape of two dynamic pressure grooves 21 and 22 have to be the same, and the shape of the dynamic pressure grooves 21 and 22 differ, the dynamic of the dynamic pressure grooves 21 and 22 may a different pressure performances. たとえば、ポンピングの際に流体力などによってインペラ10に対して常に一方方向の外乱が作用する場合には、その外乱の方向にある動圧溝の性能を他方の動圧溝の性能より高めておくことにより、インペラ10をハウジング2の中央位置で浮上回転させることが可能となる。 For example, if always whereas the direction of the disturbance relative to the impeller 10, such as by fluid force when the pumping acts, should enhance the performance of the dynamic pressure grooves in the direction of the disturbance from the performance of the other dynamic pressure grooves by, it is possible to float rotate the impeller 10 at a central position of the housing 2. この結果、インペラ10とハウジング2との接触確率を低く抑えることができ、インペラ10の安定した浮上性能を得ることができる。 As a result, it is possible to reduce the probability of contact between the impeller 10 and the housing 2, it is possible to obtain a stable flying performance of the impeller 10.

また、永久磁石15,16間の吸引力F1と、永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2とによって構成されるインペラ10のアキシアル方向への負の支持剛性値の絶対値をKaとし、ラジアル方向の正の剛性値の絶対値をKrとし、インペラ10が回転する常用回転数領域において2つの動圧溝21,22で得られる正の剛性値の絶対値をKgとすると、Kg>Ka+Krの関係を満たすことが好ましい。 Also, a suction force F1 between the permanent magnets 15 and 16, the absolute value of the negative supporting rigidity value in the axial direction of the formed impeller 10 by the suction force F2 between the permanent magnets 17 and the magnetic body 18 and Ka, the absolute value of the radial direction of positive rigidity value and Kr, when the absolute value of the positive stiffness values ​​impeller 10 is obtained in two hydrodynamic grooves 21, 22 in a normal rotational speed range which rotates and Kg, Kg> Ka + Kr it is preferable to satisfy the relationship.

具体的には、アキシアル方向の負の剛性値の絶対値Kaを20000N/mとし、ラジアル方向の正の剛性値の絶対値Krを10000N/mとした場合、インペラ10が通常回転する回転数領域で2つの動圧溝21,22によって得られる正の剛性値の絶対値Kgは30000N/mを超える値に設定される。 Specifically, when the absolute value Ka of the negative stiffness value of the axial direction and 20000N / m, and the absolute value Kr of the positive stiffness value of the radial direction is 10000 N / m, the rotational speed region where the impeller 10 is normally rotated in absolute value Kg of positive rigidity value obtained by the two dynamic pressure groove 21, 22 is set to a value greater than 30000 N / m.

インペラ10のアキシアル支持剛性は動圧溝21,22で発生する動圧力に起因する剛性から磁性体間の吸引力などによる負の剛性を引いた値であるから、Kg>Ka+Krの関係を持つことで、インペラ10のラジアル方向の支持剛性よりもアキシアル方向の支持剛性を高めることができる。 Since axial support rigidity of the impeller 10 is a value obtained by subtracting the negative stiffness due attraction force between the magnetic body from rigid due to the dynamic pressure generated by the dynamic pressure grooves 21 and 22, to have a relation of Kg> Ka + Kr in, it is possible to increase the supporting rigidity of the axial direction than the radial direction of the supporting rigidity of the impeller 10. このように設定することにより、インペラ10に対して外乱力が作用した場合に、インペラ10のラジアル方向への動きよりもアキシアル方向への動きを抑制することができ、動圧溝21の形成部でのインペラ10とハウジング2との機械的な接触を避けることができる。 With this setting, when the disturbance force acts against the impeller 10, than the movement in the radial direction of the impeller 10 can be suppressed movement in the axial direction, forming part of the dynamic pressure grooves 21 You can avoid mechanical contact between the impeller 10 and the housing 2 in.

特に、動圧溝21,22は、図3および図5で示したように平面に凹設されているので、インペラ10の回転中にこの部分でハウジング2とインペラ10との機械的接触があると、インペラ10およびハウジング2の内壁のいずれか一方または両方の表面に傷(表面の凹凸)が生じてしまい、この部位を血液が通過すると、血栓発生および溶血の原因となる可能性もあった。 In particular, the dynamic pressure grooves 21 and 22, because they are recessed into the plane as shown in FIGS. 3 and 5, there is a mechanical contact between the housing 2 and the impeller 10 in this portion during rotation of the impeller 10 When, will occur either or scratches on both the surface of the inner wall of the impeller 10 and the housing 2 (surface irregularities) is, when the site is the blood passes, was also can cause thrombus generation and hemolysis . この動圧溝21,22での機械的接触を防ぎ、血栓および溶血を抑制するために、ラジアル方向の剛性よりもアキシアル方向の剛性を高める効果は高い。 Prevent mechanical contact with the dynamic pressure grooves 21 and 22, in order to suppress thrombus and hemolysis, the effect of increasing the axial rigidity than the rigidity in the radial direction is high.

また、インペラ10にアンバランスがあると回転時にインペラ10に振れ回りが生ずるが、この振れ回りはインペラ10の質量とインペラ10の支持剛性値で決定される固有振動数とインペラ10の回転数が一致した場合に最大となる。 Although there is an imbalance in the impeller 10 whirling occurs in the impeller 10 during rotation, the rotation speed of the natural frequency and the impeller 10 This whirling is determined by the supporting rigidity of the weight and the impeller 10 of the impeller 10 the maximum if they match.

このポンプ部1では、インペラ10のアキシアル方向の支持剛性よりもラジアル方向の支持剛性を小さくしているので、インペラ10の最高回転数をラジアル方向の固有振動数以下に設定することが好ましい。 In the pump unit 1, since the smaller the supporting rigidity in the radial direction than the supporting rigidity of the axial direction of the impeller 10, it is preferable to set the maximum rotational speed of the impeller 10 below natural frequency of the radial direction. そこで、インペラ10とハウジング2との機械的接触を防ぐため、永久磁石15,16間の吸引力F1と永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2によって構成されるインペラ10のラジアル剛性値をKr(N/m)とし、インペラ10の質量をm(kg)とし、インペラの回転数をω(rad/s)とした場合、ω<(Kr/m) 0.5の関係を満たすことが好ましい。 Therefore, to prevent mechanical contact between the impeller 10 and the housing 2, the radial stiffness value of constructed impeller 10 by the suction force F2 between the attraction force F1 and the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 between the permanent magnets 15, 16 and Kr (N / m), the mass of the impeller 10 and m (kg), if the rotational speed of the impeller was ω (rad / s), to satisfy the relation of ω <(Kr / m) 0.5 preferable.

具体的には、インペラ10の質量が0.03kgであり、ラジアル剛性値が2000N/mである場合、インペラ10の最高回転数は258rad/s(2465rpm)以下に設定される。 Specifically, the mass of the impeller 10 is 0.03 kg, the radial stiffness value be a 2000N / m, the maximum rotation speed of the impeller 10 is set below 258rad / s (2465rpm). 逆に、インペラ10の最高回転数を366rad/s(3500rpm)と設定した場合には、ラジアル剛性は4018N/m以上に設定される。 Conversely, when the maximum rotational speed of the impeller 10 was set to 366rad / s (3500rpm), the radial rigidity is set to more than 4018N / m.

さらに、このωの80%以下にインペラ10の最高回転数を設定することが好ましい。 Further, it is preferable to set the maximum rotational speed of the impeller 10 to 80% or less of the omega. 具体的には、インペラ10の質量が0.03kgであり、ラジアル剛性値が2000N/mである場合には、その最高回転数は206.4rad/s(1971rpm)以下に設定される。 Specifically, the mass of the impeller 10 is 0.03 kg, in the case the radial stiffness value of 2000N / m, the maximum speed is set below 206.4rad / s (1971rpm). 逆に、インペラ10の最高回転数を366rad/s(3500rpm)としたい場合には、ラジアル剛性値が6279N/m以上に設定される。 Conversely, if you want a maximum rotational speed of the impeller 10 and 366rad / s (3500rpm), the radial stiffness value is set to more than 6279N / m. このようにインペラ10の最高回転数を設定することで、インペラ10の回転中におけるインペラ10とハウジング2の接触を抑えることができる。 By thus setting the maximum rotational speed of the impeller 10, it is possible to suppress the contact of the impeller 10 and the housing 2 during rotation of the impeller 10.

また、永久磁石15,16間の吸引力F1と、永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2とによって構成されるインペラ10のアキシアル方向の負の剛性値よりも動圧溝21,22の動圧力による剛性が大きくなった場合にインペラ10とハウジング2は非接触の状態となる。 Also, a suction force F1 between the permanent magnets 15 and 16 by the suction force F2 between the permanent magnets 17 and the magnetic body 18 of the dynamic pressure grooves 21, 22 than the negative stiffness value of the axial direction of the formed impeller 10 impeller 10 and the housing 2 when the rigidity due to the dynamic pressure becomes large is the non-contact state. したがって、この負の剛性値を極力小さくすることが好ましい。 Therefore, it is preferable that the negative stiffness values ​​as small as possible. そこで、この負の剛性値を小さく抑えるため、永久磁石15,16の対向面のサイズを異ならせることが好ましい。 In order to suppress this negative stiffness values, it is preferable to vary the size of the opposing surfaces of the permanent magnets 15, 16. たとえば、永久磁石16のサイズを永久磁石15よりも小さくすることにより、両者間の距離によって変化する吸引力の変化割合、すなわち負の剛性を小さく抑えることができ、インペラ支持剛性の低下を防ぐことができる。 For example, to be smaller than the permanent magnet 15 the size of the permanent magnet 16, the change rate of the suction force that varies with the distance between them, i.e. it is possible to reduce the negative stiffness, to prevent a decrease of the impeller support rigidity can.

また、インペラ10の回転起動前に、インペラ10が隔壁6に接触していることを確認してから、インペラ10を回転起動させることが好ましい。 In addition, before starting rotation of the impeller 10, after confirming that the impeller 10 is in contact with the partition wall 6, it is preferable to rotate Start impeller 10.

すなわち、インペラ10の非回転時では、動圧溝21,22による非接触支持はされず、さらに、永久磁石15,16間の吸引力F1と、永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2によってインペラ10とハウジング2とは高い面圧で接触している。 That is, in a time of non-rotation of the impeller 10, the hydrodynamic grooves 21, 22 non-contact support by is not the sole further includes a suction force F1 between the permanent magnets 15 and 16, the suction force between the permanent magnet 17 and the magnetic 18 F2 We are in contact with high surface pressure and the impeller 10 and the housing 2 by. また、このポンプ部1のように、インペラ10をモータ室8内のコイル20および磁性体18とインペラ10の永久磁石17との磁気的相互作用で回転させる場合は、特許文献2の図3に示すようなインペラを永久磁石間の磁気カップリングで回転駆動させる場合に比べて、起動トルクが小さい。 Also, as the pump unit 1, when rotating the impeller 10 by the magnetic interaction between the permanent magnet 17 of the coil 20 and the magnetic body 18 and the impeller 10 in the motor chamber 8, in FIG. 3 of Patent Document 2 as compared with the case where the impeller shown is rotationally driven by the magnetic coupling between the permanent magnet, the starting torque is small. したがって、インペラ10をスムーズに回転起動させることは難しい。 Therefore, it is difficult to rotate Start impeller 10 smoothly.

しかし、インペラ10のシュラウド12が隔壁6と接触している場合は、インペラ10のシュラウド11が血液室7の内壁に接触している場合に比べ、インペラ10の永久磁石17とモータ室8内の磁性体18とが近接しているので、インペラ10の起動時の回転トルクを高めることができ、インペラ10をスムーズに回転起動させることができる。 However, if the shroud 12 of the impeller 10 is in contact with the partition wall 6, the shroud 11 of the impeller 10 compared with the case in contact with the inner wall of the blood chamber 7, the permanent magnets 17 of the impeller 10 and the motor chamber 8 since the magnetic body 18 are close, it is possible to increase the rotational torque at the start of the impeller 10, the impeller 10 can be rotated started smoothly.

ところが、上述の通り、インペラ10の回転時には、永久磁石15,16間の吸引力F1と、永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2とは、インペラ10の位置がインペラ10の可動範囲の中央付近にて釣り合うように設定されているので、インペラ10の停止時にインペラ10が必ずしも隔壁6に接触しているとは限らない。 However, as described above, at the time of rotation of the impeller 10, a suction force F1 between the permanent magnets 15 and 16, the suction force F2 between the permanent magnets 17 and the magnetic body 18, the position of the impeller 10 is the movable range of impeller 10 since setting is made such that it is balanced in the vicinity of the center, not necessarily the impeller 10 in stopping the impeller 10 is always in contact with the partition wall 6.

そこで、この遠心式血液ポンプ装置では、インペラ10を回転起動させる前にインペラ10を隔壁6側に移動させる手段が設けられる。 Therefore, in the centrifugal blood pump apparatus, means for moving the impeller 10 in the partition wall 6 side is provided prior to starting rotation of the impeller 10. 具体的には、永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2が大きくなるように複数のコイル20に電流を流し、インペラ10を隔壁6側に移動させる。 Specifically, electric current to the plurality of coils 20 as the suction force F2 between the permanent magnets 17 and the magnetic body 18 is increased, moves the impeller 10 in the partition wall 6 side.

図12は、ポンプ部1を制御するコントローラ25の構成を示すブロック図である。 Figure 12 is a block diagram showing a configuration of a controller 25 for controlling the pump unit 1. 図12において、コントローラ25は、モータ制御回路26およびパワーアンプ27を含む。 12, the controller 25 includes a motor control circuit 26 and a power amplifier 27. モータ制御回路26は、3つの磁気センサSの出力信号に基づいて、たとえば120度通電方式の3相の制御信号を出力する。 The motor control circuit 26 based on the output signals of three magnetic sensors S, for example, outputs a control signal for 3-phase 120 ° conduction method. パワーアンプ27は、モータ制御回路26からの3相の制御信号を増幅して、図9で示した3相電圧VU,VV,VWを生成する。 Power amplifier 27 amplifies the control signal of the 3-phase motor control circuits 26 to generate three-phase voltages VU, VV, VW shown in FIG. 3相電圧VU,VV,VWは、図7〜図9で説明した第1〜第3のコイル20にそれぞれ印加される。 3-phase voltage VU, VV, VW is applied respectively to the first to third coil 20 described with reference to FIGS. 7-9. 通常の運転時は、これにより、インペラ10が可動範囲の中央位置で所定の回転数で回転する。 During normal operation, thereby, the impeller 10 is rotated at a predetermined rotational speed at the center position of the movable range.

図13(a)〜(c)は、インペラ10の回転起動時におけるコイル電流I、インペラ10の位置、およびインペラ10の回転数の時間変化を示すタイムチャートである。 Figure 13 (a) ~ (c), the position of the coil current I, the impeller 10 at the time of starting rotation of the impeller 10, and is a time chart showing the variation of the rotational speed of the impeller 10. 図13(a)〜(c)において、初期状態では、永久磁石15,16の吸引力によってインペラ10のシュラウド11が血液室7の内壁に接触しており、インペラ10は位置PAにあるものとする。 In FIG. 13 (a) ~ (c), in the initial state, the shroud 11 of the impeller 10 is in contact with the inner wall of the blood chamber 7 by the suction force of the permanent magnets 15 and 16, the impeller 10 to that at position PA to. この状態では、インペラ10が回転し難いので、インペラ10のシュラウド12が隔壁6に接触した位置PBにインペラ10を移動させる。 In this state, since the impeller 10 is hardly rotated, the shroud 12 of the impeller 10 moves the impeller 10 at a position PB in contact with the partition wall 6.

時刻t0において、図9で示される6パターン(0〜60度,60〜120度,…,300〜360度)の電圧VU,VV,VWのうちのいずれかのパターンの電圧を第1〜第3のコイル20に印加し、予め定められた電流I0をコイル20に流す。 At time t0, 6 pattern shown in Figure 9 (0 to 60 degrees, 60 to 120 degrees, ..., 300 to 360 degrees) voltage VU of, VV, the voltage of one of the patterns of the VW first to 3 is applied to the coil 20, electric current I0 predetermined for the coil 20. コイル20に電流I0を流すと、永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2が永久磁石15,16間の吸引力F1よりも大きくなり、インペラ10はほとんど回転することなく隔壁6側の位置PBに移動し、インペラ10のシュラウド12は隔壁6に接触する。 When a current I0 to the coil 20, becomes larger than the attraction force F1 between the attractive force F2 between the permanent magnets 17 and the magnetic body 18 is a permanent magnet 15, 16, the impeller 10 most position of the partition wall 6 side without rotating Go to PB, the shroud 12 of the impeller 10 is in contact with the partition wall 6. インペラ10が位置PBに移動したら、電流I0を遮断する(時刻t1)。 Impeller 10 After moving to a position PB, to interrupt the current I0 (time t1).

なお、インペラ10を回転させずに移動させるのは、インペラ10を回転させながら隔壁6側の位置PBに移動させようとしても、動圧溝21の動圧軸受効果によってインペラ10の移動が妨げられるからである。 Incidentally, move without rotating the impeller 10, while rotating the impeller 10 even an attempt is made to move to the position PB of the partition wall 6 side, movement of the impeller 10 is prevented by the hydrodynamic bearing effect of the dynamic pressure grooves 21 it is from. また、インペラ10の血液室7内の位置を検出するセンサを設け、インペラ10が隔壁6に接触したことを確認した後に、電流I0を遮断することが好ましい。 Further, a sensor for detecting the position of the blood chamber 7 of the impeller 10 is provided, the impeller 10 after confirming that in contact with the partition wall 6, it is preferable to cut off the current I0.

次に、図9で説明した第1〜第3のコイル20に3相電圧VU,VV,VWを印加し、コイル電流Iを予め定められた定格値まで徐々に上昇させる。 Next, the first to third coil 20 to the three-phase voltages VU described in FIG. 9, VV, applied to VW, gradually increasing the coil current I to a predetermined rated value. このとき、インペラ10は隔壁6に接触しているので、インペラ10はスムーズに回転する。 At this time, since the impeller 10 is in contact with the partition wall 6, the impeller 10 is rotated smoothly. コイル電流Iの上昇に伴って、インペラ10は隔壁6側の位置PBから可動範囲の中央位置に移動する。 With the increase of the coil current I, the impeller 10 moves from the position PB of the partition wall 6 side at the center of the movable range.

なお、起動時に6パターン(0〜60度,60〜120度,…,300〜360度)の電圧VU,VV,VWを第1〜第3のコイル20に印加した場合、永久磁石17と磁性体18の吸引力が最大になるパターンは永久磁石17と磁性体18の位置関係によって異なる。 Incidentally, six patterns at startup (0 to 60 degrees, 60 to 120 degrees, ..., 300 to 360 degrees) voltage VU of, VV, the case of applying the VW to the first to third coil 20, the permanent magnet 17 and the magnetic pattern suction force of the body 18 is maximized varies depending on the positional relationship of the permanent magnet 17 and the magnetic body 18. したがって、起動時に一定パターンの電圧VU,VV,VWのみを第1〜第3のコイル20に印加する代わりに、6パターンの電圧VU,VV,VWを第1〜第3のコイル20に一定時間ずつ順次印加してもよい。 Therefore, the voltage VU certain pattern on startup, VV, instead of applying the VW only to the first to third coil 20, a predetermined time the voltage VU of 6 patterns, VV, the VW to the first to third coil 20 each may be sequentially applied. この場合、インペラ10は僅かに回転して(厳密には1/4回転以下、すなわち電気角で360度以下回転して)、隔壁6側の位置PBに移動する。 In this case, the impeller 10 is slightly rotated (strictly quarter turn or less, that is, rotated by an electric angle of 360 degrees or less), it is moved to the position PB of the partition wall 6 side.

また、6パターンの電圧VU,VV,VWを印加すると、第1〜第3のコイル20のうちのいずれかのコイル20には電流は流れず、9個の磁性体18のうちの6個の磁性体がN極またはS極になり、残りの3個の磁性体18には磁極は発生しない。 Also, 6 voltage pattern VU, VV, is applied to VW, current does not flow through either of the coils 20 of the first to third coil 20, six out of nine magnetic body 18 magnetic body becomes N pole or S pole, and the remaining three magnetic body 18 pole does not occur. したがって、第1〜第3のコイル20の全てに電流が流れ、9個の磁性体18の各々がN極またはS極になるような電圧を第1〜第3のコイル20に印加して、永久磁石17と磁性体18の吸引力を強めてもよい。 Thus, current flows in all the first to third coil 20, a voltage is applied such that each of the nine magnetic body 18 becomes N pole or S pole to the first to third coil 20, it may be strengthened attraction force of the permanent magnet 17 and the magnetic body 18.

また、図14は、この実施の形態の変更例を示すブロック図である。 Further, FIG. 14 is a block diagram showing a modification of the present embodiment. この変更例では、インペラ10の回転起動時とそれ以降で電源が切り換えられる。 In this modification, the power supply is switched by the rotation startup and subsequent impeller 10. すなわち図14において、この変更例では、図12のパワーアンプ27がパワーアンプ30,31および切換スイッチ32で置換される。 That is, in FIG. 14, in this modification, the power amplifier 27 of FIG. 12 is replaced by a power amplifier 30, 31 and the change-over switch 32. 図13の時刻t0〜t1では、モータ制御回路26の出力信号がパワーアンプ30に与えられ、パワーアンプ30の出力電圧が切換スイッチ32を介してコイル20に印加され、コイル20に電流I0が流される。 At time t0~t1 in FIG. 13, the output signal of the motor control circuit 26 is supplied to the power amplifier 30 is applied to the coil 20 the output voltage of the power amplifier 30 via the switch 32, the current I0 is flowing in the coil 20 It is. 時刻t2以降は、モータ制御回路26の出力信号がパワーアンプ31に与えられ、パワーアンプ31の出力電圧が切換スイッチ32を介してコイル20に印加され、コイル20に電流が流される。 After time t2, the output signal of the motor control circuit 26 is supplied to a power amplifier 31, is applied to the coil 20 the output voltage of the power amplifier 31 via the switch 32, current is applied to the coil 20.

また、図15(a)〜(c)は、この実施の形態の他の変更例を示すタイムチャートである。 Further, FIG. 15 (a) ~ (c) is a time chart showing another modification of this embodiment. 図15(a)〜(c)において、初期状態では、インペラ10のシュラウド11が血液室7の内壁に接触しており、インペラ10は位置PAにあるものとする。 In FIG. 15 (a) ~ (c), in the initial state, the shroud 11 of the impeller 10 is in contact with the inner wall of the blood chamber 7, the impeller 10 is intended to be position PA. 時刻t0において、予め定められた電流I1がコイル20に流される。 At time t0, the current I1 to a predetermined is flowed to the coil 20. すなわち、モータ制御回路26により、たとえば120度通電方式の3相の制御信号を生成する。 That is, the motor control circuit 26, for example, generates a control signal for 3-phase 120 ° conduction method. パワーアンプ27は、モータ制御回路26からの3相の制御信号を増幅して、図9で示した3相電圧VU,VV,VWを生成する。 Power amplifier 27 amplifies the control signal of the 3-phase motor control circuits 26 to generate three-phase voltages VU, VV, VW shown in FIG. 3相電圧VU,VV,VWは、図7〜図9で説明した第1〜第3のコイル20にそれぞれ印加される。 3-phase voltage VU, VV, VW is applied respectively to the first to third coil 20 described with reference to FIGS. 7-9.

したがって、この電流I1によってインペラ10に回転磁界が印加される。 Thus, a rotating magnetic field is applied to the impeller 10 by the current I1. この電流I1は、図13の電流I0よりも大きい電流であり、インペラ10のシュラウド11が血液室7の内壁に接触している場合でもインペラ10を回転起動させることが可能な電流である。 The current I1 is the current larger than the current I0 of FIG. 13, are possible current that shroud 11 of the impeller 10 rotates Start impeller 10 even when in contact with the inner wall of the blood chamber 7. 回転起動が確認された後、コイル電流Iを低下させ、予め定められた定格値まで徐々に上昇させる。 After starting rotation has been confirmed, to reduce the coil current I, gradually increased to the rated value predetermined. このようにインペラ10が位置PA側にあった場合でも、インペラ10の回転起動時のみにコイル20に過大電流を流すように構成してもよい。 Thus, even if the impeller 10 is located at the position PA side, it may be configured to flow an excessive current to the coil 20 only rotates when starting the impeller 10.

また、血液室7の内壁の表面および隔壁6の表面と、インペラ10の表面との少なくとも一方にダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜を形成してもよい。 Further, the surface and the surface of the partition wall 6 of the inner wall of the blood chamber 7 may be formed of diamond-like carbon (DLC) film on at least one of the surfaces of the impeller 10. これにより、インペラ10と血液室7の内壁および隔壁6との摩擦力を軽減し、インペラをスムーズに回転起動することが可能になる。 Thus, to reduce the frictional force between the inner wall and the partition wall 6 of the impeller 10 and the blood chamber 7, it is possible to rotate launch impeller smoothly. なお、ダイヤモンドライクカーボン膜の代わりに、フッ素系樹脂膜、パラキシリレン系樹脂膜などを形成してもよい。 Instead of diamond-like carbon film, fluororesin film, or the like may be formed paraxylene-based resin film.

また、図16は、この実施の形態のさらに他の変更例を示すブロック図であって、図12と対比される図である。 Further, FIG. 16 is a block diagram showing still another modification of this embodiment, is shown in comparison with FIG. この変更例では、図12のコントローラ25内にコンパレータ35および位置演算器36が追加される。 In this modification, the comparator 35 and the position calculator 36 is added in the controller 25 of FIG. 12. コンパレータ35は、3つの磁気センサSの出力信号に基づいて、インペラ10の複数の永久磁石17が3つの磁気センサSの近傍を通過するタイミングを示す3つのパルス信号列を生成する。 The comparator 35, based on the output signals of three magnetic sensors S, generates three pulse signal train indicating the timing in which a plurality of permanent magnets 17 of the impeller 10 passes the vicinity of the three magnetic sensors S. モータ制御回路26は、コンパレータ35で生成された3つのパルス信号列に従って、3相の制御信号を生成する。 The motor control circuit 26, in accordance with the three pulse signal sequence generated by the comparator 35, generates a control signal for 3-phase. パワーアンプ27は、モータ制御回路26で生成された3相の制御信号を増幅して、図9の電圧VU,VV,VWを生成する。 Power amplifier 27 amplifies the control signal of the 3-phase generated by the motor control circuit 26 generates a voltage VU, VV, VW of FIG. 位置演算器36は、図8で説明したように、3つの磁気センサSの出力信号の振幅に基づいて、インペラ10の可動範囲内におけるインペラ10のアキシアル方向の位置を求め、求めた位置を示す信号φPを出力する。 Position calculator 36, as described in FIG. 8, on the basis of the amplitude of the output signal of the three magnetic sensors S, determine the position of an axial direction of the impeller 10 within the movable range of impeller 10, indicating the calculated position and it outputs a signal φP. この信号φPにより、インペラ10の位置が正常範囲内にあるか否かを判別することができる。 This signal .phi.P, it is possible to determine whether the position of the impeller 10 is in the normal range.

また、図17は、この実施の形態のさらに他の変更例を示すブロック図であって、図16と対比される図である。 Further, FIG. 17 is a block diagram showing still another modification of this embodiment, is shown in comparison with FIG. この変更例では、図16のコントローラ25内に回転数演算器37および位置判定器38が追加される。 In this modification, the rotation speed calculator 37 and the position determinator 38 in the controller 25 of FIG. 16 is added. 回転数演算器37は、3つの磁気センサSの出力信号に基づいてインペラ10の回転数を求め、その回転数を示す信号φRを出力する。 Rotational speed calculator 37 calculates the rotational speed of the impeller 10 on the basis of the output signals of three magnetic sensors S, and outputs a signal φR indicating the rotational speed. 位置判定器38は、位置演算器36で生成されたインペラ10の位置を示す信号φPと、回転数演算器37で生成されたインペラ10の回転数を示す信号φRとに基づき、インペラ10の位置が正常範囲内か否かを判定し、判定結果を示す信号φDを出力する。 Position determining unit 38, based on a signal φP indicating the position of the impeller 10 generated by the position calculator 36, and a signal φR indicating the rotational speed of the impeller 10 generated by the rotational speed calculation unit 37, the position of the impeller 10 it is determined whether or not within the normal range, and outputs a signal φD indicating the determination result. 判定時にインペラ10の回転数を参照するのは、インペラ10の回転数によって動圧溝21,22の動圧軸受効果が変化し、インペラ10の位置が変化するからである。 To refer to rotational speed of the impeller 10 during determination, dynamic pressure bearing effect of the dynamic pressure grooves 21 and 22 vary with the rotational speed of the impeller 10, because the position of the impeller 10 is changed. なお、回転数が固定されている場合は、回転数演算器37を除去してもよい。 In the case where the rotation speed is fixed, the rotation speed calculation unit 37 may be removed.

また、インペラ10の位置が正常範囲内か否かを判定する際に、インペラ10の回転数の代わりに、あるいはインペラ10の回転数に加え、液体(この場合は血液)の粘度情報を参照してもよい。 Further, if the position of the impeller 10 to determine whether the normal range, instead rotational speed of the impeller 10, or in addition to the rotational speed of the impeller 10, the liquid (in this case, blood) refers to the viscosity information it may be. これは、液体の粘度によって動圧溝21,22の動圧軸受効果が変化し、インペラ10の位置が変化するからである。 This dynamic pressure bearing effect of the dynamic pressure grooves 21 and 22 vary with the viscosity of the liquid is because the position of the impeller 10 is changed.

また、この遠心式血液ポンプ装置では、インペラ10が回転していない場合は動圧溝21,22の動圧軸受効果は発生しないので、永久磁石15,16間の吸引力F1と、永久磁石17および磁性体18間の吸引力F2とによってインペラ10とハウジング2の内壁とは接触している。 Further, in the centrifugal blood pump apparatus, the impeller 10 is a hydrodynamic bearing effect when not rotating dynamic pressure groove 21, 22 is not generated, the suction force F1 between the permanent magnets 15 and 16, the permanent magnet 17 and it is in contact with the inner wall of the impeller 10 and the housing 2 by the suction force F2 between the magnetic body 18. したがって、回転開始時および低速回転時では、インペラ10は正常なアキシアル位置で回転していない。 Therefore, in the starting rotation and at low-speed rotation, the impeller 10 is not rotating in the normal axial position. したがって、回転数を示す信号φRを位置判定に使用しない場合は、回転開始から定格回転数に達するまでのある一定時間、位置判定器38の出力信号φDを強制的にインペラ10の位置が正常であることを示す信号にしてもよい。 Therefore, if you do not use a signal φR indicating the rotational speed position determination for a predetermined time with the start of rotation to reach the rated speed, it is normal position of forcibly impeller 10 an output signal φD position determinator 38 it may be a signal indicating that.

また、図18は、この実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図であって、図7と対比される図である。 Further, FIG. 18 is a cross-sectional view showing still another modification of this embodiment, is shown in comparison with FIG. この変更例では、9個のコイル20が3個ずつ3グループに分割され、各グループの第1〜第3のコイル20に図9の電圧VU,VV,VWがそれぞれ印加される。 In this modification, nine coils 20 are divided into three by three groups, voltage VU of 9 to the first to third coil 20 of each group, VV, VW is applied, respectively. 第1の磁気センサSは、第1のグループの第1および第2のコイル20の間に配置される。 The first magnetic sensor S is disposed between the first and second coil 20 of the first group. 第2の磁気センサSは、第1のグループの第3のコイル20と第2のグループの第1のコイル20の間に配置される。 The second magnetic sensor S is arranged between the first coil 20 and third coil 20 of the first group a second group. 第3の磁気センサSは、第2のグループの第2および第3のコイル20の間に配置される。 The third magnetic sensor S is disposed between the second and third coil 20 of the second group. したがって、第1〜第3の磁気センサSの間の電気角は、それぞれ120度に維持される。 Therefore, the electrical angle between the first to third magnetic sensor S is maintained at each 120 degrees. 第1〜第3の磁気センサSの出力信号に基づいて、3相の制御信号の生成、およびインペラ10のアキシアル方向の位置検出が可能である。 Based on the output signal of the first to third magnetic sensors S, the generation of control signals for three phases, and it is possible to axial direction of the position detection of the impeller 10. また、第1〜第3の磁気センサSの間の機械角がそれぞれ90度になるので、回転中のインペラ10の浮上姿勢を検出することも可能となる。 Moreover, since the mechanical angle between the first to third magnetic sensor S is respectively 90 °, it is possible to detect the floating position of the impeller 10 in rotation.

また、図19は、この実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図であって、図7と対比される図である。 Further, FIG. 19 is a cross-sectional view showing still another modification of this embodiment, is shown in comparison with FIG. この変更例では、9個のコイル20が3個ずつ3グループに分割され、3つの磁気センサSは3つのグループの3つの間にそれぞれ配置される。 In this modification, nine coils 20 are divided into three by three groups, three magnetic sensors S are disposed respectively between the three three groups. したがって、3つの磁気センサSの間の機械角は、それぞれ120度となるので、回転中のインペラ10の浮上姿勢を容易に演算することができる。 Thus, the mechanical angle between the three magnetic sensors S, since the respective 120 degrees, can easily be calculated the floating posture of the impeller 10 in rotation. 9個のコイル20に電流を流すタイミングは、3つの磁気センサSの内のいずれか1つの磁気センサSの出力信号に基づいて演算される。 The timing to flow a current into nine coils 20 is calculated based on the output signal of one of the magnetic sensors S of the three magnetic sensors S.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。 The embodiments disclosed herein are to be considered as not restrictive but illustrative in all respects. 本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The scope of the invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and is intended to include all modifications within the meaning and range of equivalency of the claims.

この発明の一実施の形態による遠心式血液ポンプ装置のポンプ部の外観を示す正面図である。 Is a front view showing an appearance of a pump of the centrifugal blood pump apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1に示したポンプ部の側面図である。 It is a side view of the pump unit shown in FIG. 図2のIII−III線断面図である。 It is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 図3のIV−IV線断面図である。 It is a sectional view taken along line IV-IV of Figure 3. 図3のIV−IV線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図である。 Is a sectional view showing a state in which removal of the impeller from the line IV-IV cross-sectional view of FIG. 図3のVI−VI線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図である。 Is a sectional view showing a state in which removal of the impeller from the VI-VI line sectional view of FIG. 図3のVII−VII線断面図である。 Is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. 図7で示した磁気センサの出力信号を示すタイムチャートである。 Is a time chart showing the output signal of the magnetic sensor shown in FIG. 図7で示した複数のコイルに印加する電圧を例示するタイムチャートである。 Is a time chart illustrating the voltage applied to the plurality of coils shown in FIG. 本願発明の効果を説明するための図である。 It is a diagram for explaining the effect of the present invention. 本願発明の効果を説明するための他の図である。 Is another diagram for explaining the effect of the present invention. 図1〜図7で示したポンプ部を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。 It is a block diagram showing a configuration of a controller for controlling the pump unit shown in Figures 1-7. 図12に示したコントローラの動作を示すタイムチャートである。 Is a time chart showing the controller operation shown in FIG. 12. この実施の形態の変更例を示すブロック図である。 It is a block diagram showing a modification of the present embodiment. この実施の形態の他の変更例を示すタイムチャートである。 It is a time chart showing another modification of this embodiment. この実施の形態のさらに他の変更例を示すブロック図である。 It is a block diagram showing still another modification of the present embodiment. この実施の形態のさらに他の変更例を示すブロックである。 It is a block diagram showing still another modification of this embodiment. この実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図である。 It is a sectional view showing still another modification of this embodiment. この実施の形態のさらに他の変更例を示す断面図である。 It is a sectional view showing still another modification of this embodiment.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 ポンプ部、2 ハウジング、3 本体部、4 血液流入ポート、5 血液流出ポート、6 隔壁、7 血液室、8 モータ室、10 インペラ、10a 貫通孔、11,12 シュラウド、13 ベーン、14 血液通路、15〜17 永久磁石、18 磁性体、19 継鉄、20 コイル、21,22 動圧溝、25 コントローラ、26 モータ制御回路、27,30,31 パワーアンプ、32 切換スイッチ、35 コンパレータ、36 位置演算器、37 回転数演算器、38 位置判定器、S 磁気センサ。 1 pump, 2 housing, 3 main body, 4 a blood inflow port, 5 blood outlet port, 6 partition wall, 7 blood chamber, 8 motor chamber, 10 an impeller, 10a through hole, 11 the shroud, 13 vane, 14 blood passage , 15 to 17 the permanent magnet, 18 a magnetic material, 19 yoke, 20 a coil, 21 and 22 the dynamic pressure grooves, 25 controller, 26 a motor control circuit, 27,30,31 power amplifier, 32 change-over switch, 35 a comparator, 36 position calculator, 37 rpm calculator, 38 position determinator, S magnetic sensor.

Claims (7)

  1. 隔壁で仕切られた第1および第2の室を含むハウジングと、前記第1の室内において前記隔壁に沿って回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送るインペラと、前記第2の室内に設けられ、前記隔壁を介して前記インペラを回転駆動させるための駆動手段とを備えた遠心式ポンプ装置において、 A housing including first and second chambers partitioned by partition walls, said first rotatably provided along the partition wall in a room, an impeller sending a liquid by centrifugal force upon rotation, the second provided in the indoor, the centrifugal pump device comprising a drive means for rotatably driving said impeller through said partition wall,
    前記インペラの一方面に設けられた第1の磁性体と、 A first magnetic body provided on one surface of said impeller,
    前記インペラの一方面に対向する前記第1の室の内壁に設けられ、前記第1の磁性体を吸引する第2の磁性体と、 Provided on an inner wall of said first chamber facing the one surface of the impeller, and the second magnetic body for attracting the first magnetic material,
    前記インペラの他方面に設けられ、隣接する磁極が互いに異なるように同一の円に沿って配置された複数の第3の磁性体とを備え、 Wherein provided on the other surface of the impeller, and a plurality of adjacent magnetic poles are arranged along the same circle to be different from each other a third magnetic body,
    前記駆動手段は、 It said drive means,
    前記複数の第3の磁性体に対向して配置された複数の第4の磁性体と、 A plurality of fourth magnetic body arranged to face the plurality of third magnetic body,
    それぞれ前記複数の第4の磁性体に対応して設けられて各々が対応の第4の磁性体に巻回された複数のコイルとを含み、 Respectively and a plurality of coils, each provided in correspondence is wound to a fourth magnetic body corresponding to said plurality of fourth magnetic,
    前記インペラの回転中において、前記第1および第2の磁性体間の第1の吸引力と前記複数の第3の磁性体および前記複数の第4の磁性体間の第2の吸引力とは、前記第1の室内における前記インペラの可動範囲の略中央で釣り合い、 During rotation of the impeller, and a second suction force between said first and second first suction force and the plurality of third inter-magnetic material of the magnetic body and the plurality of fourth magnetic body , balance at substantially the center of the movable range of the impeller in the first chamber,
    前記インペラの一方面またはそれに対向する前記第1の室の内壁に第1の動圧溝が形成され、前記インペラの他方面またはそれに対向する前記隔壁に第2の動圧溝が形成され、 The first dynamic pressure grooves on the inner wall of the first chamber to one surface or opposite to that of the impeller is formed and a second dynamic pressure grooves are formed on the other surface or the partition wall opposite to that of the impeller,
    さらに、前記複数の第3の磁性体の通過経路に対向して前記第2の室内に設けられ、前記インペラの回転および位置変化に伴う磁界の変化を検出する磁気センサと、 Furthermore, the provided plurality of facing the passage path of the third magnetic body to said second chamber, and a magnetic sensor for detecting a change in magnetic field caused by the rotation and change in position of the impeller,
    前記磁気センサの検出結果に基づいて前記複数のコイルに電流を流し、回転磁界を生成して前記インペラを回転駆動させる制御手段とを備えることを特徴とする、遠心式ポンプ装置。 The magnetic sensor of the detection result based on applying a current to the plurality of coils, characterized in that to generate a rotating magnetic field and a control means for rotatably driving said impeller, centrifugal pump device.
  2. さらに、前記磁気センサの検出結果に基づいて、前記第1の室内における前記インペラのアキシアル方向の位置を求める第1の演算手段を備えることを特徴とする、請求項1に記載の遠心式ポンプ装置。 Furthermore, based on the detection result of the magnetic sensor, characterized by comprising a first calculation means for calculating the position of the axial direction of the impeller in the first chamber, a centrifugal pump apparatus of claim 1 .
  3. 前記第1の演算手段は、前記インペラのアキシアル方向の位置を示す情報を外部に出力することを特徴とする、請求項2に記載の遠心式ポンプ装置。 It said first computing means, and outputs the information indicating the position of the axial direction of the impeller to the outside, a centrifugal pump apparatus of claim 2.
  4. さらに、前記第1の演算手段によって求められた前記インペラのアキシアル方向の位置が正常範囲内か否かを判定し、判定結果を示す信号を出力する判定手段を備えることを特徴とする、請求項2または請求項3に記載の遠心式ポンプ装置。 Furthermore, the position of the axial direction of the impeller obtained by the first computing means determines whether the normal range, characterized in that it comprises a judging means for outputting a signal indicating the determination result, claims centrifugal pump according to 2 or claim 3.
  5. さらに、前記磁気センサの検出結果に基づいて、前記インペラの回転数を求める第2の演算手段と、 Furthermore, based on the detection result of the magnetic sensor, and a second arithmetic means for determining the rotational speed of the impeller,
    前記第1の演算手段によって求められた前記インペラのアキシアル方向の位置と前記第2の演算手段によって求められた前記インペラの回転数とに基づいて、前記インペラのアキシアル方向の位置が正常範囲内か否かを判定し、判定結果を示す信号を出力する判定手段を備えることを特徴とする、請求項2または請求項3に記載の遠心式ポンプ装置。 Based on the rotational speed of the impeller obtained by the first of the the position of the axial direction of the impeller obtained by the calculation means second computing means, the axial position of the impeller or in the normal range It determines whether, characterized in that it comprises a judging means for outputting a signal indicating the determination result, the centrifugal pump according to claim 2 or claim 3.
  6. さらに、前記第1の演算手段によって求められた前記インペラのアキシアル方向の位置と前記流体の粘度情報とに基づいて、前記インペラのアキシアル方向の位置が正常範囲内か否かを判定し、判定結果を示す信号を出力する判定手段を備えることを特徴とする、請求項2または請求項3に記載の遠心式ポンプ装置。 Furthermore, the first based on the viscosity information of the fluid and the position of the axial direction of the impeller obtained by the calculating means, the axial position of the impeller is determined whether the normal range, the determination result characterized in that it comprises a judging means for outputting a signal indicative of the centrifugal pump according to claim 2 or claim 3.
  7. 前記液体は血液であり、 It said liquid is blood,
    前記遠心式ポンプ装置は、前記血液を循環させるために使用されることを特徴とする、請求項1から請求項6までのいずれかに記載の遠心式ポンプ装置。 The centrifugal pump apparatus, characterized in that it is used to circulate the blood, centrifugal pump device according to any one of claims 1 to 6.
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