JP2012013043A - Rotary drive device and centrifugal pump device using the same - Google Patents

Rotary drive device and centrifugal pump device using the same Download PDF

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JP2012013043A JP2010152292A JP2010152292A JP2012013043A JP 2012013043 A JP2012013043 A JP 2012013043A JP 2010152292 A JP2010152292 A JP 2010152292A JP 2010152292 A JP2010152292 A JP 2010152292A JP 2012013043 A JP2012013043 A JP 2012013043A
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Takami Ozaki
孝美 尾崎
Hiroyuki Yamada
裕之 山田
Akira Sugiura
顕 杉浦
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Terumo Corp
NTN Corp
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Terumo Corp
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary drive device that has high efficiency of energy, low cost and compact size.SOLUTION: This centrifugal blood pump device includes: an impeller 10 arranged in a blood chamber 7; a plurality of permanent magnets 17 arranged at the impeller 10; a plurality of sets of magnetic materials 18 which are arranged in a motor chamber 8, and rotatively drive the impeller 10 via a partition 6; and a coil 20. The magnetic materials 18 include band-shaped thin magnetic steel plates 18a which are wound around a center line L1 a plurality of times. By this arrangement, iron losses in the magnetic materials 18 can be reduced by a simple constitution.

Description

この発明は回転駆動装置およびそれを用いた遠心式ポンプ装置に関し、特に、隔壁を介して駆動力を伝達する回転駆動装置と、それを用いた遠心式ポンプ装置とに関する。   The present invention relates to a rotary drive device and a centrifugal pump device using the rotary drive device, and more particularly to a rotary drive device that transmits a driving force through a partition wall and a centrifugal pump device using the rotary drive device.

近年、隔壁によってモータ駆動室とロータ室とに分離した構造のキャンドモータが多く用いられている。このようなモータは、たとえば、粉塵をきらう環境下で使用される半導体製造ラインの純水輸送用ポンプや、生体液を輸送するポンプに使用されている。生体液を輸送するポンプとしては、血液室内のインペラに直接トルクを伝達するダイレクト駆動モータを用いた遠心式血液ポンプ装置がある。この遠心式血液ポンプ装置は、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ので、人工心臓として用いられる。人工心臓はバッテリからの電力によって駆動されるので、モータの効率向上は大変重要である。   In recent years, a canned motor having a structure in which a motor drive chamber and a rotor chamber are separated by a partition wall is often used. Such a motor is used, for example, in a pump for transporting pure water in a semiconductor production line used in an environment where dust is not desired or a pump for transporting biological fluid. As a pump for transporting a biological fluid, there is a centrifugal blood pump device using a direct drive motor that directly transmits torque to an impeller in a blood chamber. This centrifugal blood pump device can be used as an artificial heart because it can eliminate physical communication between the outside and the blood chamber and can prevent bacteria and other blood from entering the blood. Since the artificial heart is driven by power from the battery, it is very important to improve the efficiency of the motor.

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。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。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。   The centrifugal blood pump of Patent Document 1 includes a housing including first to third chambers partitioned by first and second partition walls, and an impeller provided rotatably in the second chamber (blood chamber). A magnetic body provided on one surface of the impeller, an electromagnet provided in the first chamber facing the one surface of the impeller, a permanent magnet provided on the other surface of the impeller, and a third chamber A rotor and a motor provided, and a permanent magnet provided on the rotor facing the other surface of the impeller. A dynamic pressure groove is formed on the surface of the second partition wall facing the other surface of the impeller. Due to the attractive force acting on one side of the impeller from the electromagnet, the attractive force acting on the other surface of the impeller from the permanent magnet of the rotor, and the hydrodynamic bearing effect of the dynamic pressure groove, the impeller is separated from the inner wall of the second chamber, Rotates without contact.

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。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の動圧溝が形成され、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。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。   Further, the centrifugal blood pump of Patent Document 2 is rotatably provided in a housing including first to third chambers partitioned by first and second partition walls, and a second chamber (blood chamber). An impeller, a magnetic body provided on one surface of the impeller, a first permanent magnet provided in the first chamber facing the one surface of the impeller, and a second provided on the other surface of the impeller A permanent magnet, a rotor and a motor provided in a third chamber, and a third permanent magnet provided on the rotor so as to face the other surface of the impeller. A first dynamic pressure groove is formed on the surface of the first partition wall facing the one surface of the impeller, and a second dynamic pressure groove is formed on the surface of the second partition wall facing the other surface of the impeller. Yes. The attractive force acting on one surface of the impeller from the first permanent magnet, the attractive force acting on the other surface of the impeller from the third permanent magnet of the rotor, and the hydrodynamic bearing effect of the first and second dynamic pressure grooves Thus, the impeller is separated from the inner wall of the second chamber and rotates 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。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。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。   8 and 9 of Patent Document 3 includes a housing, an impeller provided rotatably in the housing, a first permanent magnet provided on one surface of the impeller, and an exterior of the housing. A rotor provided on the rotor, a second permanent magnet provided on the rotor facing the one surface of the impeller, a third permanent magnet provided on the other surface of the impeller, and a surface facing the other surface of the impeller And a magnetic body provided in the housing. A first dynamic pressure groove is formed on one surface of the impeller, and a second dynamic pressure groove is formed on the other surface of the impeller. Due to the attractive force acting on one side of the impeller from the second permanent magnet of the rotor, the attractive force acting on the other surface of the impeller from the magnetic body of the housing, and the hydrodynamic bearing effect of the first and second dynamic pressure grooves The impeller is separated from the inner wall of the housing and rotates 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。また、インペラの一方面には動圧溝が形成されている。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。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。   Furthermore, the clean pump of Patent Document 4 includes a casing, an impeller provided rotatably in the casing, a first permanent magnet provided on one surface of the impeller, a rotor provided outside the casing, A second permanent magnet provided on the rotor facing one surface of the impeller, a magnetic body provided on the other surface of the impeller, and an electromagnet provided outside the housing facing the other surface of the impeller. ing. A dynamic pressure groove is formed on one surface of the impeller. When the rotational speed of the impeller is lower than the predetermined rotational speed, the electromagnet is operated, and when the rotational speed of the impeller exceeds the predetermined rotational speed, energization to the electromagnet is stopped. Due to the attractive force acting on one surface of the impeller from the second permanent magnet of the rotor and the hydrodynamic bearing effect of the hydrodynamic groove, the impeller is separated from the inner wall of the housing and rotates in a non-contact state.

特開2004−209240号公報JP 2004-209240 A 特開2006−167173号公報JP 2006-167173 A 特開平4−91396号公報JP-A-4-91396 実開平6−53790号公報Japanese Utility Model Publication No. 6-53790

しかし、ステータとロータ間に隔壁を設けたキャンドモータでは、ステータとロータ間の隙間が大きくなるため、高トルク化や高効率化が難しいと言う課題がある。特に、小型モータの場合、寸法の制約などにより設計自由度が低く、局所的な磁気飽和の影響を受け易いため高効率化が難しい。   However, in a canned motor in which a partition is provided between the stator and the rotor, there is a problem that it is difficult to achieve high torque and high efficiency because the gap between the stator and the rotor becomes large. In particular, in the case of a small motor, the degree of freedom in design is low due to dimensional restrictions and the like, and since it is easily affected by local magnetic saturation, it is difficult to increase efficiency.

また、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。   In addition, the pumps of Patent Documents 1 to 4 support the impeller in the axial direction by a dynamic pressure groove formed in the opposed portion of the impeller and the housing, and the permanent magnet provided on the impeller and the permanent provided outside the housing. This is common in that the radial direction of the impeller is supported by the attractive force with the magnet.

動圧溝の支持剛性は、インペラの回転数に比例する。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。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いう問題がある。   The support rigidity of the dynamic pressure groove is proportional to the rotation speed of the impeller. Therefore, in order for the impeller to rotate stably without contacting the housing even when a disturbance is applied to the pump, it is necessary to increase the normal rotation speed range of the pump and increase the rigidity of the impeller in the axial direction. However, in the pumps of Patent Documents 1 to 4, since the radial direction is supported by using the attractive force of the permanent magnet, the support rigidity is low, and there is a problem that the impeller cannot be rotated 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。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いう問題がある。また、インペラのアキシアル方向への負の剛性値が動圧による正の剛性より大きい場合は安定回転ができないという問題も生じる。ラジアル方向を永久磁石による受動型磁気軸受で支持する場合は、ラジアル方向の剛性はアキシアル方向の負の剛性値によって決定される。よって、安定回転を実現するための条件ではラジアル方向の剛性を向上させることが難しく、インペラをハウジングに接触することなく回転させるためにはインペラ質量を増加させてはならない。   As a method of increasing the rigidity in the radial direction, there is a method of increasing the attractive force between the permanent magnet in the impeller and the permanent magnet or the stator arranged outside the housing. However, when the suction force is increased, the negative rigidity value of the impeller in the axial direction increases (that is, if the impeller moves in the axial direction, the suction force increases as the impeller moves), and the impeller is supported by dynamic pressure. There is a problem that the performance and the suction force acting between the impeller and the housing are increased, making it difficult to smoothly drive the impeller. Further, when the negative stiffness value in the axial direction of the impeller is larger than the positive stiffness due to the dynamic pressure, there is a problem that stable rotation cannot be performed. When the radial direction is supported by a passive magnetic bearing using a permanent magnet, the rigidity in the radial direction is determined by the negative rigidity value in the axial direction. Therefore, it is difficult to improve the radial rigidity under the conditions for realizing stable rotation, and the impeller mass must not be increased in order to rotate the impeller without contacting the housing.

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。これは、本遠心式血液ポンプが、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に対し、第2の室(血液室)内に回転可能に設けられたインペラを、モータによって回転させるキャンドモータ構造となり、モータギャップが広いためである。よって起動トルクを発生させるために大きな電流を必要とする。モータ効率を改善することは、起動時の電流低減や定格回転時の消費電力の低減に必要であり、特にバッテリ駆動の場合には大変重要である。   In particular, as shown in FIG. 39 of Patent Document 2, when the impeller is rotated by the magnetic interaction of an external motor coil and a permanent magnet disposed on the impeller, the impeller as shown in FIG. 3 of Patent Document 2 is used. Since the starting torque is small compared with the case where the rotor is rotationally driven by a magnetic coupling between permanent magnets, it is difficult to smoothly drive the impeller. This is because the centrifugal blood pump is rotatably provided in the second chamber (blood chamber) with respect to the housing including the first to third chambers partitioned by the first and second partition walls. This is because a canned motor structure is used in which the impeller is rotated by a motor, and the motor gap is wide. Therefore, a large current is required to generate the starting torque. Improving motor efficiency is necessary for reducing current at startup and reducing power consumption during rated rotation, and is particularly important in the case of battery drive.

一般に、モータの効率向上を図る方法としては、磁性鋼板を積層したもので鉄心を構成することにより、鉄損を減らす方法がある。また、鉄心の形状を工夫することによってコイルの占積率を向上させる方法もある。しかし、鉄心の寸法や形状によっては加工性、生産性が悪化し、コスト高になると言う問題があった。   In general, as a method for improving the efficiency of a motor, there is a method of reducing iron loss by forming an iron core by laminating magnetic steel plates. There is also a method of improving the coil space factor by devising the shape of the iron core. However, depending on the size and shape of the iron core, there is a problem that workability and productivity deteriorate and the cost increases.

それゆえに、この発明の主たる目的は、エネルギ効率が高く、低コストで、小型の回転駆動装置と、それを用いた遠心式ポンプ装置を提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide an energy efficient, low cost, compact rotary drive device and a centrifugal pump device using the same.

この発明に係る回転駆動装置は、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たロータと、第2の室内に設けられ、隔壁を介してロータを回転駆動させる駆動部とを備えた回転駆動装置であって、ロータに設けられ、ロータの回転方向に配列された複数の第1の永久磁石を備えたものである。駆動部は、複数の第1の永久磁石に対向して設けられ、各々が、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を有する複数の第1の磁性体と、それぞれ複数の第1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。   A rotary drive device according to the present invention includes a housing including first and second chambers partitioned by a partition, a rotor provided rotatably along the partition in the first chamber, and a second chamber. A rotary drive device including a drive unit that rotationally drives the rotor via a partition wall, the rotary drive device including a plurality of first permanent magnets provided in the rotor and arranged in a rotation direction of the rotor. . The drive unit is provided to face the plurality of first permanent magnets, each of which has a plurality of first magnetic bodies each having a strip-shaped magnetic steel sheet wound around the center line, and each of the plurality of first permanent magnets. And a plurality of coils wound around the first magnetic body and generating a rotating magnetic field.

好ましくは、磁性鋼板は柱状に巻回されて各第1の磁性体は柱状に形成され、複数の第1の磁性体の端面は複数の第1の永久磁石に対向して設けられ、複数のコイルは、それぞれ複数の第1の磁性体の側面全体を覆うように巻回されている。   Preferably, the magnetic steel sheet is wound in a columnar shape, each first magnetic body is formed in a columnar shape, and end surfaces of the plurality of first magnetic bodies are provided to face the plurality of first permanent magnets, The coils are each wound so as to cover the entire side surfaces of the plurality of first magnetic bodies.

また好ましくは、磁性鋼板は電磁鋼板である。
また好ましくは、磁性鋼板はアモルファス金属で形成されている。
Preferably, the magnetic steel plate is an electromagnetic steel plate.
Preferably, the magnetic steel plate is made of an amorphous metal.

また好ましくは、磁性鋼板は円柱状に巻回されている。
また好ましくは、磁性鋼板は角柱状に巻回されている。
Preferably, the magnetic steel sheet is wound in a cylindrical shape.
Preferably, the magnetic steel sheet is wound in a prismatic shape.

また好ましくは、磁性鋼板は、溶接によって巻回された形状に固定されている。
また好ましくは、磁性鋼板は、樹脂含浸によって巻回された形状に固定されている。
Preferably, the magnetic steel sheet is fixed in a shape wound by welding.
Preferably, the magnetic steel sheet is fixed in a shape wound by resin impregnation.

また好ましくは、磁性鋼板は、中心線の周りに複数回巻回されて同心状に配置された複数の筒部材を構成しており、各第1の磁性体には、中心線の一方側において複数の筒部材の各々を中心線と平行な方向に切断する切り欠き部が形成されている。   Preferably, the magnetic steel plate comprises a plurality of cylindrical members wound concentrically around the center line and arranged concentrically, and each first magnetic body is provided on one side of the center line. A notch for cutting each of the plurality of cylindrical members in a direction parallel to the center line is formed.

また好ましくは、各第1の磁性体には焼鈍処理が施されている。
また好ましくは、各第1の磁性体は、さらに、棒状の第2の磁性体を有し、磁性鋼板は第2の磁性体に巻回されている。
Preferably, each first magnetic body is annealed.
Preferably, each first magnetic body further has a rod-shaped second magnetic body, and the magnetic steel sheet is wound around the second magnetic body.

また好ましくは、磁性鋼板は、対応する第2の磁性体に溶接によって固定されている。
また好ましくは、第2の磁性体は、対応する磁性鋼板の幅よりも長く、第2の磁性体の両端部は、巻回された磁性鋼板から突出している。
Preferably, the magnetic steel plate is fixed to the corresponding second magnetic body by welding.
Also preferably, the second magnetic body is longer than the width of the corresponding magnetic steel sheet, and both end portions of the second magnetic body protrude from the wound magnetic steel sheet.

また好ましくは、各第1の磁性体は、さらに、第2の磁性体の隔壁側の端部に結合された第3の磁性体を有し、回転駆動装置は、さらに、複数の第1の磁性体に共通に設けられ、複数の第1の磁性体の各々に含まれる第2の磁性体の隔壁と反対側の端部に結合された第4の磁性体を備える。   Preferably, each first magnetic body further includes a third magnetic body coupled to an end of the second magnetic body on the partition wall side, and the rotation driving device further includes a plurality of first magnetic bodies. A fourth magnetic body is provided in common with the magnetic body, and is coupled to an end opposite to the partition wall of the second magnetic body included in each of the plurality of first magnetic bodies.

また好ましくは、第3の磁性体には、第2の磁性体の隔壁側の端部を嵌め込むための第1の孔が形成され、第4の磁性体には、それぞれ複数の第1の磁性体に対応して設けられ、対応の第1の磁性体に含まれる第2の磁性体の隔壁と反対側の端部を嵌め込むための複数の第2の孔が形成されている。   Preferably, the third magnetic body is formed with a first hole for fitting the end of the second magnetic body on the partition wall side, and the fourth magnetic body has a plurality of first holes. A plurality of second holes are formed corresponding to the magnetic bodies, and are fitted into the opposite ends of the partition walls of the second magnetic bodies included in the corresponding first magnetic bodies.

また好ましくは、第4の磁性体は、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を含む。   Preferably, the fourth magnetic body includes a strip-shaped magnetic steel sheet wound a plurality of times around the center line.

また好ましくは、磁性鋼板は電磁鋼板である。
また好ましくは、隔壁は円筒状に形成され、ロータと駆動部とは、ロータの径方向に隙間を開けて配置されている。
Preferably, the magnetic steel plate is an electromagnetic steel plate.
Preferably, the partition wall is formed in a cylindrical shape, and the rotor and the drive unit are arranged with a gap in the radial direction of the rotor.

また好ましくは、隔壁は平面状に形成され、ロータと駆動部とは、ロータの回転中心軸の延在方向に隙間を開けて配置されている。   Preferably, the partition wall is formed in a planar shape, and the rotor and the drive unit are disposed with a gap in the extending direction of the rotation center axis of the rotor.

また、この発明に係る遠心式ポンプ装置は、上記回転駆動装置を備え、ロータは、回転時の遠心力によって液体を送るインペラである。   Moreover, the centrifugal pump device according to the present invention includes the rotation driving device, and the rotor is an impeller that sends liquid by centrifugal force during rotation.

また、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部とを備えた遠心式ポンプ装置であって、インペラの一方面に設けられた第1の永久磁石と、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の永久磁石を吸引する第2の永久磁石と、インペラの他方面に設けられ、インペラの回転方向に互いに隙間を開けて配列された複数の第3の永久磁石とを備えたものである。各第3の永久磁石は、インペラの回転中心軸の延在方向に着磁され、各隣接する2つの第3の永久磁石の磁極は互いに異なる。駆動部は、複数の第3の永久磁石に対向して設けられ、各々が、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を有する複数の磁性体と、それぞれ複数の第1の磁性体に対応して設けられて各々が対応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。インペラの回転中において、第1および第2の永久磁石間の第1の吸引力と複数の第3の永久磁石および複数の磁性体間の第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。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。   The centrifugal pump device according to the present invention is provided with a housing including first and second chambers partitioned by a partition wall, and is rotatably provided along the partition wall in the first chamber. A centrifugal pump device provided with an impeller that feeds liquid and a drive unit that is provided in a second chamber and rotationally drives the impeller via a partition wall, the first permanent magnet provided on one surface of the impeller And provided on the inner wall of the first chamber facing one surface of the impeller, provided on the other surface of the impeller, and a second permanent magnet for attracting the first permanent magnet, with a gap between each other in the rotation direction of the impeller. And a plurality of third permanent magnets arranged open. Each third permanent magnet is magnetized in the extending direction of the rotation center axis of the impeller, and the magnetic poles of the two adjacent third permanent magnets are different from each other. The driving unit is provided to face the plurality of third permanent magnets, each of which has a plurality of magnetic bodies each having a strip-shaped magnetic steel sheet wound around the center line, and each of the plurality of first permanent magnets. A plurality of coils provided corresponding to the magnetic body, each wound around the corresponding magnetic body and generating a rotating magnetic field. During rotation of the impeller, the first attractive force between the first and second permanent magnets and the second attractive force between the plurality of third permanent magnets and the plurality of magnetic bodies are the impeller in the first chamber. It is balanced at the approximate center of the movable range. A first dynamic pressure groove is formed on one surface of the impeller or the inner wall of the first chamber facing it, and a second dynamic pressure groove is formed on the other surface of the impeller or a partition wall facing it.

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。   Preferably, the liquid is blood and the centrifugal pump device is used to circulate blood.

この発明に係る回転駆動装置および遠心式ポンプ装置では、巻回された帯状の磁性鋼板で駆動部の磁性体を形成したので、磁性体内の鉄損を低減することができ、効率の向上を図ることができる。また、磁性体を簡単に形成できるので、装置の小型化、低コスト化、生産性の向上を図ることができる。   In the rotary drive device and the centrifugal pump device according to the present invention, since the magnetic body of the drive unit is formed of a wound belt-shaped magnetic steel plate, iron loss in the magnetic body can be reduced, and efficiency is improved. be able to. In addition, since the magnetic body can be easily formed, it is possible to reduce the size of the apparatus, reduce the cost, and improve the productivity.

この発明の実施の形態1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。It is a front view which shows the external appearance of the pump part of the centrifugal blood pump apparatus by Embodiment 1 of this 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 part shown in FIG. 図2のIII−III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of FIG. 図3のIV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of FIG. 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。It is sectional drawing which shows the state which removed the impeller from the IV-IV sectional view taken on the line 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。It is sectional drawing which shows the state which removed the impeller from the VI-VI sectional view taken on the line of FIG. 図3のVII−VII線断面図である。It is the VII-VII sectional view taken on the line of FIG. 図7に示した磁性体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic body shown in FIG. 図7に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。It is a time chart which illustrates the voltage applied to a plurality of coils shown in FIG. 図3に示したインペラの浮上位置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the floating position of the impeller shown in FIG. 図3に示したインペラの浮上位置を説明するための他の図である。It is another figure for demonstrating the floating position of the impeller shown in FIG. 図1〜図8に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 which shows the structure of the controller which controls the pump part shown in FIGS. 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。13 is a time chart showing the operation of the controller shown in FIG. 実施の形態1の変更例を示す図である。5 is a diagram illustrating a modification example of the first embodiment. FIG. 実施の形態1の他の変更例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a change of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1のさらに他の変更例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing still another modification example of the first embodiment. 実施の形態1のさらに他の変更例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing still another modification example of the first embodiment. 実施の形態1のさらに他の変更例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing still another modification example of the first embodiment. 実施の形態1のさらに他の変更例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing still another modification example of the first embodiment. 実施の形態1のさらに他の変更例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing still another modification example of the first embodiment. この発明の実施の形態2によるアキシアルギャップ型モータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the axial gap type motor by Embodiment 2 of this invention. 図21に示した磁性体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic body shown in FIG. この発明の実施の形態4によるラジアルギャップ型モータの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radial gap type motor by Embodiment 4 of this invention. 図23に示した磁性体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic body shown in FIG.

[実施の形態1]
図1〜図7において、本実施の形態1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。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。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。
[Embodiment 1]
1-7, the pump part 1 of the centrifugal blood pump apparatus according to the first embodiment includes a housing 2 formed of a nonmagnetic material. The housing 2 includes a columnar main body 3, a cylindrical blood inflow port 4 erected at the center of one end surface of the main body 3, and a cylindrical blood outflow provided on the outer peripheral surface of the main body 3. Port 5 is included. The blood outflow port 5 extends in the tangential direction of the outer peripheral surface of the main body 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。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。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。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。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。   In the housing 2, as shown in FIG. 3, a blood chamber 7 and a motor chamber 8 partitioned by a partition wall 6 are provided. In the blood chamber 7, as shown in FIGS. 3 and 4, a disc-like impeller 10 having a through hole 10a in the center is rotatably provided. The impeller 10 includes two shrouds 11 and 12 each having a donut plate shape and a plurality of (for example, six) vanes 13 formed between the two shrouds 11 and 12. The shroud 11 is disposed on the blood inlet port 4 side, and the shroud 12 is disposed on the partition wall 6 side. The shrouds 11 and 12 and the vane 13 are made 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。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。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。なお、この実施の形態1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。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。   A plurality (six in this case) of blood passages 14 partitioned by a plurality of vanes 13 are formed between the two shrouds 11 and 12. As shown in FIG. 4, the blood passage 14 communicates with the central through hole 10 a of the impeller 10, and starts from the through hole 10 a of the impeller 10 and extends so that the width gradually increases to the outer peripheral edge. In other words, the vane 13 is formed between two adjacent blood passages 14. In the first embodiment, the plurality of vanes 13 are provided at equiangular intervals and formed in the same shape. Therefore, the plurality of blood passages 14 are provided at equiangular intervals and are 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 driven to rotate, the blood flowing in from the blood inflow port 4 is sent from the through hole 10a to the outer periphery of the impeller 10 through the blood passage 14 by centrifugal force and flows out from the blood outflow 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。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。   A permanent magnet 15 is embedded in the shroud 11, and a permanent magnet 16 that attracts the permanent magnet 15 is embedded in the inner wall of the blood chamber 7 facing the shroud 11. The permanent magnets 15 and 16 are provided for attracting (in other words, energizing) the impeller 10 on the side opposite to the motor chamber 8, in other words, on the blood inflow port 4 side.

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。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。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。   Instead of providing the permanent magnets 15 and 16 on the inner walls of the shroud 11 and the blood chamber 7, respectively, a permanent magnet may be provided on one of the inner walls of the shroud 11 and the blood chamber 7, and a magnetic material may be provided on the other. Moreover, you may form shroud 11 itself with the permanent magnet 15 or a magnetic body. Further, as the magnetic material, either a soft magnetic material or a hard magnetic material may be used.

また、永久磁石16は、1つでもよいし、複数でもよい。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。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。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。   Moreover, the permanent magnet 16 may be one or plural. When there is one permanent magnet 16, the permanent magnet 16 is formed in a ring shape. When there are a plurality of permanent magnets 16, the plurality of permanent magnets 16 are arranged along the same circle at equal angular intervals. The permanent magnet 15 is the same as the permanent magnet 16, and may be one or 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8個)の永久磁石17が埋設されている。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。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。   Further, as shown in FIG. 4, a plurality of (for example, eight) permanent magnets 17 are embedded in the shroud 12. The plurality of permanent magnets 17 are arranged along the same circle at equal angular intervals so that adjacent magnetic poles are different from each other. In other words, the permanent magnets 17 with the N pole facing the motor chamber 8 side and the permanent magnets 17 with the S pole facing the motor chamber 8 side are alternately arranged along the same circle at equal angular intervals. .

なお、永久磁石17の重量を一定に維持すると、図4に示すように隣接する永久磁石17,17の間に隙間を設けた方が、隣接する2つの永久磁石17,17の間に隙間を開けない場合よりも、永久磁石17,17間の磁束密度が大きくなり、永久磁石17の周辺の磁界が強くなる。したがって、本実施の形態1では、インペラ10の永久磁石17と、モータ室8内の磁性体18およびコイル20との間の磁気的結合力を強めることができる。よって、装置寸法を小型に維持しながら、インペラ10の回転トルクを大きくすることができる。   If the weight of the permanent magnet 17 is kept constant, the gap between the adjacent permanent magnets 17 and 17 is increased when the gap is provided between the adjacent permanent magnets 17 and 17 as shown in FIG. The magnetic flux density between the permanent magnets 17 and 17 is larger than when the permanent magnets 17 cannot be opened, and the magnetic field around the permanent magnets 17 becomes stronger. Therefore, in the first embodiment, the magnetic coupling force between the permanent magnet 17 of the impeller 10 and the magnetic body 18 and the coil 20 in the motor chamber 8 can be increased. Therefore, it is possible to increase the rotational torque of the impeller 10 while keeping the apparatus size small.

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。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。複数の磁性体18の基端は、円板状の1つの磁性体19に接合されている。各磁性体18には、コイル20が巻回されている。   As shown in FIG. 7, a plurality of (for example, nine) magnetic bodies 18 are provided in the motor chamber 8. The plurality of magnetic bodies 18 are arranged along the same circle at equal angular intervals so as to face the plurality of permanent magnets 17 of the impeller 10. The base ends of the plurality of magnetic bodies 18 are joined to one disk-shaped magnetic body 19. A coil 20 is wound around each magnetic body 18.

ここで、本実施の形態1では、図8に示すように、各磁性体18は、隔壁6に垂直な中心線L1の周りに複数回巻回された帯状の薄い磁性鋼板18aを含む。帯状の磁性鋼板18aは長さ方向に巻回されており、その幅方向は隔壁6に垂直な方向に向けられている。磁性鋼板18aは、無方向性または方向性の磁気特性を持つ電磁鋼板であってもよいし、アモルファス金属あるいはアモルファス合金で形成されていてもよい。また、磁性鋼板18aの巻き終わりの端部を磁性鋼板18a自体に溶接することによって巻回された磁性鋼板18aを所定の形状に固定してもよいし、磁性鋼板18a全体を樹脂に含浸させ、樹脂を硬化させることによって巻回された磁性鋼板18aを所定の形状に固定してもよい。   Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 8, each magnetic body 18 includes a strip-like thin magnetic steel plate 18 a wound around the center line L <b> 1 perpendicular to the partition wall 6. The strip-shaped magnetic steel plate 18 a is wound in the length direction, and the width direction thereof is directed to a direction perpendicular to the partition wall 6. The magnetic steel plate 18a may be an electromagnetic steel plate having non-directional or directional magnetic characteristics, or may be formed of an amorphous metal or an amorphous alloy. Alternatively, the end of the winding end of the magnetic steel plate 18a may be welded to the magnetic steel plate 18a itself to fix the wound magnetic steel plate 18a in a predetermined shape, or the entire magnetic steel plate 18a is impregnated with resin, The magnetic steel plate 18a wound by curing the resin may be fixed in a predetermined shape.

このように、巻回された帯状の薄い磁性鋼板18aによって磁性体18を形成することにより、磁性体18内の鉄損を低減するとともに、磁性体18内の磁束の透磁率を高めることができ、インペラ10の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。また、磁性体18を簡単に形成できるので、装置の小型化、低コスト化、生産性の向上を図ることができる。   Thus, by forming the magnetic body 18 with the thin belt-shaped magnetic steel sheet 18a wound, the iron loss in the magnetic body 18 can be reduced and the magnetic permeability of the magnetic flux in the magnetic body 18 can be increased. The energy efficiency in the rotational drive of the impeller 10 can be increased. In addition, since the magnetic body 18 can be easily formed, the apparatus can be reduced in size, cost, and productivity can be improved.

磁性鋼板18aは、円柱状に巻回してもよいし、三角柱のような角柱状に巻回してもよい。図8では、磁性鋼板18aを中心線L1の周りに円柱状に巻回した状態が示されている。円柱状に形成された磁性体18(すなわち円柱状に巻回された磁性鋼板18a)の円形の端面は、隔壁6を介してインペラ10に対向して配置される。コイル20は、円柱状の磁性体18の外周面(側面)全体を覆うように巻回される。磁性鋼板18aを円柱状に巻回した場合、コイル20の周方向長さを最小にすることができ、コイル20で発生する銅損を軽減することができ、インペラ10の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。   The magnetic steel plate 18a may be wound in a cylindrical shape or may be wound in a prismatic shape such as a triangular prism. FIG. 8 shows a state in which the magnetic steel plate 18a is wound in a columnar shape around the center line L1. The circular end surface of the magnetic body 18 formed in a columnar shape (that is, the magnetic steel plate 18 a wound in a columnar shape) is disposed to face the impeller 10 through the partition wall 6. The coil 20 is wound so as to cover the entire outer peripheral surface (side surface) of the columnar magnetic body 18. When the magnetic steel plate 18a is wound in a cylindrical shape, the circumferential length of the coil 20 can be minimized, the copper loss generated in the coil 20 can be reduced, and the energy efficiency in the rotational drive of the impeller 10 can be reduced. Can be increased.

また、磁性鋼板18aを中心線L1の周りに三角柱のような角柱状に巻回することも可能である。図7では、磁性鋼板18aは中心線L1の周りに三角柱状に巻回されている。三角柱状に形成された磁性体18(すなわち三角柱状に巻回された磁性鋼板18a)の三角形の端面は、隔壁6を介してインペラ10に対向して配置される。コイル20は、三角柱状の磁性体18の側面全体を覆うように巻回される。また、複数の磁性体18の周囲にはコイル20を巻回するためのスペースが均等に確保され、各隣接する2つの磁性体18の互いに対向する面は略平行に設けられている。このため、コイル20用の大きなスペースを確保することができ、コイル20の巻数を大きくすることができる。したがって、インペラ10を回転駆動させるための大きなトルクを発生することができる。また、コイル20で発生する銅損を軽減することができ、インペラ10の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。   It is also possible to wind the magnetic steel plate 18a around the center line L1 in a prismatic shape such as a triangular prism. In FIG. 7, the magnetic steel plate 18a is wound around the center line L1 in a triangular prism shape. Triangular end faces of the magnetic body 18 formed in a triangular column shape (that is, the magnetic steel plate 18 a wound in a triangular column shape) are arranged to face the impeller 10 through the partition wall 6. The coil 20 is wound so as to cover the entire side surface of the triangular prism-shaped magnetic body 18. In addition, a space for winding the coil 20 is evenly secured around the plurality of magnetic bodies 18, and the surfaces of the two adjacent magnetic bodies 18 facing each other are provided substantially in parallel. For this reason, a large space for the coil 20 can be secured, and the number of turns of the coil 20 can be increased. Accordingly, a large torque for rotating the impeller 10 can be generated. Moreover, the copper loss which generate | occur | produces in the coil 20 can be reduced, and the energy efficiency in the rotational drive of the impeller 10 can be improved.

なお、複数の磁性体18を囲む外形面(図7では、複数の磁性体18の外周を囲む円)は、複数の永久磁石17を囲む外形面(図4では、複数の磁性体17の外周を囲む円)に一致していてもよいし、複数の磁性体18を囲む外形面が複数の永久磁石17を囲む外形面よりも大きくてもよい。また、磁性体18は、ポンプ1の最大定格(インペラ10の回転駆動トルクが最大の条件)において、磁気的な飽和がないように設計することが好ましい。   The outer surface surrounding the plurality of magnetic bodies 18 (in FIG. 7, the circle surrounding the outer periphery of the plurality of magnetic bodies 18) is the outer surface surrounding the plurality of permanent magnets 17 (the outer periphery of the plurality of magnetic bodies 17 in FIG. 4). The outer surface surrounding the plurality of magnetic bodies 18 may be larger than the outer surface surrounding the plurality of permanent magnets 17. Moreover, it is preferable that the magnetic body 18 is designed so that there is no magnetic saturation at the maximum rating of the pump 1 (the condition that the rotational driving torque of the impeller 10 is maximum).

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。すなわち、9個のコイル20は、3個ずつグループ化される。各グループの第1〜第3のコイル20には、図9に示すような電圧VU,VV,VWが印加される。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。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。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。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。   For example, a voltage is applied to the nine coils 20 by a 120-degree conduction method. That is, nine coils 20 are grouped by three. Voltages VU, VV, and VW as shown in FIG. 9 are applied to the first to third coils 20 of each group. A positive voltage is applied to the first coil 20 during a period of 0 to 120 degrees, 0 V is applied during a period of 120 to 180 degrees, a negative voltage is applied during a period of 180 to 300 degrees, and 300 to 360 degrees. 0V is applied during this period. Therefore, the front end surface (end surface on the impeller 10 side) of the magnetic body 18 around which the first coil 20 is wound becomes the N pole in the period of 0 to 120 degrees and becomes the S pole in the period of 180 to 300 degrees. . The phase of the voltage VV is 120 degrees behind the voltage VU, and the phase of the voltage VW is 120 degrees behind the voltage VV. Therefore, by applying the voltages VU, VV, and VW to the first to third coils 20 respectively, a rotating magnetic field can be formed, and attraction between the plurality of magnetic bodies 18 and the plurality of permanent magnets 17 of the impeller 10. The impeller 10 can be rotated by the force and the repulsive force.

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。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。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。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。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。   Here, when the impeller 10 rotates at the rated rotational speed, the attractive force between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force between the plurality of permanent magnets 17 and the plurality of magnetic bodies 18 are within the blood chamber 7. The impeller 10 is balanced near the approximate center of the movable range. For this reason, in any movable range of the impeller 10, the acting force due to the suction force to the impeller 10 is very small. As a result, the frictional resistance at the time of relative sliding between the impeller 10 and the housing 2 generated when the impeller 10 starts rotating can be reduced. Further, there is no damage (surface irregularities) on the inner wall of the impeller 10 and the housing 2 during relative sliding, and the impeller 10 easily floats from the housing 2 even when the dynamic pressure during low-speed rotation is small. It becomes the state of. Therefore, hemolysis / thrombus does not occur due to relative sliding between the impeller 10 and the housing 2, and thrombus does not occur due to slight surface damage (unevenness) that occurs during relative sliding.

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。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。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。   A plurality of dynamic pressure grooves 21 are formed on the surface of the partition wall 6 facing the shroud 12 of the impeller 10, and a plurality of dynamic pressure grooves 22 are formed on the inner wall of the blood chamber 7 facing the shroud 11. When the rotational speed of the impeller 10 exceeds a predetermined rotational speed, a dynamic pressure bearing effect is generated between each of the dynamic pressure grooves 21 and 22 and the impeller 10. As a result, a drag force is generated from each of the dynamic pressure grooves 21 and 22 against the impeller 10, and the impeller 10 rotates in a non-contact state 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。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。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。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。動圧溝21の数は、6〜36個程度であることが好ましい。   More specifically, the plurality of dynamic pressure grooves 21 are formed in a size corresponding to the shroud 12 of the impeller 10, as shown in FIG. Each dynamic pressure groove 21 has one end on the periphery (circumference) of a circular portion slightly spaced from the center of the partition wall 6 and has a width up to the vicinity of the outer edge of the partition wall 6 in a spiral shape (in other words, curved). It extends to gradually spread. The plurality of dynamic pressure grooves 21 have substantially the same shape and are arranged at substantially the same interval. The dynamic pressure groove 21 is a recess, and the depth of the dynamic pressure groove 21 is preferably about 0.005 to 0.4 mm. The number of the dynamic pressure grooves 21 is preferably about 6 to 36.

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。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。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。   In FIG. 5, ten dynamic pressure grooves 21 are arranged at an equal angle with respect to the central axis of the impeller 10. Since the dynamic pressure groove 21 has a so-called inward spiral groove shape, when the impeller 10 rotates in the clockwise direction, the liquid pressure increases from the outer diameter portion to the inner diameter portion of the dynamic pressure groove 21. For this reason, a repulsive force is generated between the impeller 10 and the partition wall 6, and this becomes a 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 groove 21 in the partition wall 6, the dynamic pressure groove 21 may be provided 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。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。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。   Thus, due to the hydrodynamic bearing effect formed between the impeller 10 and the plurality of hydrodynamic grooves 21, the impeller 10 is separated from the partition wall 6 and rotates in a non-contact state. For this reason, a blood flow path is ensured between the impeller 10 and the partition 6, and the blood retention between both and the generation | occurrence | production of the thrombus resulting from it are prevented. Furthermore, in the normal state, the dynamic pressure groove 21 exerts a stirring action between the impeller 10 and the partition wall 6, so that it is possible to prevent partial blood retention between the two.

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。これにより、溶血の発生をより少なくすることができる。   Further, the corner portion of the dynamic pressure groove 21 is preferably rounded so as to have an R of at least 0.05 mm. Thereby, generation | occurrence | production of hemolysis can be decreased more.

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。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。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。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。動圧溝22の数は、6〜36個程度であることが好ましい。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。   Further, as shown in FIG. 6, the plurality of dynamic pressure grooves 22 are formed in a size corresponding to the shroud 11 of the impeller 10, similarly to the plurality of dynamic pressure grooves 21. Each dynamic pressure groove 22 has one end on the periphery (circumference) of a circular portion slightly spaced from the center of the inner wall of the blood chamber 7 and spirally (in other words, curved) on the inner wall of the blood chamber 7. It extends so that the width gradually increases to the vicinity of the outer edge. The plurality of dynamic pressure grooves 22 have substantially the same shape and are arranged at substantially the same interval. The dynamic pressure groove 22 is a recess, and the depth of the dynamic pressure groove 22 is preferably about 0.005 to 0.4 mm. The number of the dynamic pressure grooves 22 is preferably about 6 to 36. In FIG. 6, ten dynamic pressure grooves 22 are arranged at an equal angle with respect to the central 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。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。これにより、溶血の発生をより少なくすることができる。   The dynamic pressure groove 22 may be provided not on the inner wall side of the blood chamber 7 but on the surface of the shroud 11 of the impeller 10. Further, the corners of the dynamic pressure grooves 22 are preferably rounded so as to have an R of at least 0.05 mm. Thereby, generation | occurrence | production of hemolysis can be decreased more.

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。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。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。   Thus, due to the dynamic pressure bearing effect formed between the impeller 10 and the plurality of dynamic pressure grooves 22, the impeller 10 is separated from the inner wall of the blood chamber 7 and rotates in a non-contact state. Moreover, when the pump part 1 receives an external impact or when the dynamic pressure by the dynamic pressure groove 21 becomes excessive, it is possible to prevent the impeller 10 from sticking to the inner wall of the blood chamber 7. The dynamic pressure generated by the dynamic pressure groove 21 and the dynamic pressure generated by the dynamic pressure groove 22 may be 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。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。   It is preferable that the impeller 10 rotates in a state where the gap between the shroud 12 of the impeller 10 and the partition wall 6 and the gap between the shroud 11 of the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7 are substantially the same. When disturbance such as fluid force acting on the impeller 10 is large and one gap is narrowed, the dynamic pressure by the dynamic pressure groove on the narrowing side is made larger than the dynamic pressure by the other dynamic pressure groove, To make the dynamic pressure grooves 21 and 22 different in shape.

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。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。   5 and 6, each of the dynamic pressure grooves 21 and 22 has an inward spiral groove shape, but the dynamic pressure grooves 21 and 22 having other shapes may be used. However, when blood is circulated, it is preferable to employ the inward spiral groove-shaped dynamic pressure grooves 21 and 22 that allow blood to flow smoothly.

図9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。ただし、インペラ10の回転数は定格値に保たれている。   9 shows that the magnitude of the resultant force of the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 is other than the central position of the movable range in the blood chamber 7 of the impeller 10. It is a figure which shows the force which acts on the impeller 10 when it adjusts so that it may become zero in the position P1. However, the rotation speed of the impeller 10 is kept 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。動圧溝21,22の形状は同じである。   That is, the attraction force F1 between the permanent magnets 15 and 16 is set smaller than the attraction force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18, and the floating position of the impeller 10 at which the resultant force becomes zero is from the middle of the impeller movable range. Is also on the partition wall 6 side. The shapes 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。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。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 horizontal axis in FIG. 10 indicates the position of the impeller 10 (the left side in the figure is the partition wall 6 side), and the vertical axis indicates the acting force on the impeller 10. When the acting force on the impeller 10 acts on the partition wall 6 side, the acting force is negative. The acting force on the impeller 10 includes an attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16, an attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18, a dynamic pressure F3 in the dynamic pressure groove 21, and a dynamic force in the dynamic pressure groove 22. The pressure F4 and the resultant force “net force F5 acting on the impeller” are shown.

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。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 can be seen from FIG. 10, at the position where the net force F <b> 5 acting on the impeller 10 is zero, the floating position of the impeller 10 is greatly deviated from the center position of the movable range of the impeller 10. As a result, the distance between the rotating impeller 10 and the partition wall 6 is narrowed, and the impeller 10 contacts the partition wall 6 even if a small disturbance force acts on the impeller 10.

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。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。   On the other hand, FIG. 11 shows that the magnitude of the resultant force between the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 is the movable range in the blood chamber 7 of the impeller 10. It is a figure which shows the force which acts on the impeller 10 when it adjusts so that it may become zero in the center position P0. Also in this case, the rotational speed of the impeller 10 is kept 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。また、動圧溝21,22の形状は同じにされている。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。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。   That is, the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 are set to be substantially the same. Further, the shapes of the dynamic pressure grooves 21 and 22 are the same. In this case, the support rigidity with respect to the floating position of the impeller 10 is higher than in the case of FIG. Since the net force F5 acting on the impeller 10 is zero at the center of the movable range, the impeller 10 floats at the center position when no disturbance force acts on the impeller 10.

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。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。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。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。   Thus, the floating position of the impeller 10 is generated in the dynamic pressure grooves 21 and 22 when the impeller 10 rotates, and the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16, the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18, and the impeller 10. It is determined by the balance with dynamic pressures F3 and F4. By making F1 and F2 substantially the same and making the shape of the dynamic pressure grooves 21 and 22 the same, the impeller 10 can be floated at the substantially central portion of the blood chamber 7 when the impeller 10 rotates. As shown in FIGS. 3 and 4, the impeller 10 has a shape in which blades are formed between two disks. Therefore, two surfaces facing the inner wall of the housing 2 can have the same shape and the same size. Therefore, it is possible to provide the 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。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。   In this case, since the impeller 10 floats at the central position of the blood chamber 7, the impeller 10 is held at a position farthest from the inner wall of the housing 2. As a result, even if a disturbance force is applied to the impeller 10 when the impeller 10 is lifted and the floating position of the impeller 10 is changed, the possibility that the impeller 10 and the inner wall of the housing 2 are in contact with each other is reduced. The possibility of thrombus and hemolysis is also reduced.

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。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。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。   10 and 11, the two dynamic pressure grooves 21 and 22 have the same shape. However, the dynamic pressure grooves 21 and 22 have different shapes, and the dynamic pressure grooves 21 and 22 The pressure performance may be different. For example, when a disturbance in one direction always acts on the impeller 10 due to fluid force or the like during pumping, the performance of the dynamic pressure groove in the direction of the disturbance is made higher than the performance of the other dynamic pressure groove. Thus, the impeller 10 can be floated and rotated at the center position of the housing 2. As a result, the contact probability between the impeller 10 and the housing 2 can be kept low, and the stable flying performance of the impeller 10 can be obtained.

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。   The absolute value of the negative support rigidity value in the axial direction of the impeller 10 constituted by the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 is defined as Ka. If the absolute value of the radial positive stiffness value is Kr and the absolute value of the positive stiffness value obtained by the two dynamic pressure grooves 21 and 22 is Kg in the normal rotational speed region where the impeller 10 rotates, 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 in the axial direction is 20000 N / m and the absolute value Kr of the positive stiffness value in the radial direction is 10000 N / m, the rotation speed region where the impeller 10 normally rotates Thus, the absolute value Kg of the positive stiffness value obtained by the two dynamic pressure grooves 21 and 22 is set to a value exceeding 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。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。   Since the axial support rigidity of the impeller 10 is a value obtained by subtracting the negative rigidity due to the attractive force between the magnetic bodies from the rigidity caused by the dynamic pressure generated in the dynamic pressure grooves 21 and 22, it has a relationship of Kg> Ka + Kr. Thus, the support rigidity in the axial direction can be higher than the support rigidity in the radial direction of the impeller 10. By setting in this way, when a disturbance force acts on the impeller 10, the movement of the impeller 10 in the axial direction can be suppressed rather than the movement of the impeller 10 in the radial direction. The mechanical contact between the impeller 10 and the housing 2 can be avoided.

特に、動圧溝21,22は、図5および図6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、血栓及び溶血の原因となる可能性もあった。この動圧溝21,22での機械的接触を防ぎ、血栓及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。   In particular, since the dynamic pressure grooves 21 and 22 are recessed in a plane as shown in FIGS. 5 and 6, there is mechanical contact between the housing 2 and the impeller 10 at this portion during the rotation of the impeller 10. Then, scratches (unevenness on the surface) are generated on the surface of one or both of the impeller 10 and the inner wall of the housing 2, and if blood passes through this part, there is a possibility of causing thrombus and hemolysis. In order to prevent mechanical contact in the dynamic pressure grooves 21 and 22 and suppress thrombus and hemolysis, the effect of increasing the rigidity in the axial direction is higher than the rigidity in the radial direction.

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。   Further, when the impeller 10 is unbalanced, the impeller 10 swings during rotation. This swing is determined by the natural frequency determined by the mass of the impeller 10 and the support rigidity value of the impeller 10 and the rotational speed of the impeller 10. Maximum if matched.

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。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。 In the pump unit 1, the support rigidity in the radial direction is smaller than the support rigidity in the axial direction of the impeller 10. Therefore, it is preferable to set the maximum rotational speed of the impeller 10 to be equal to or less than the natural frequency in the radial direction. Therefore, in order to prevent mechanical contact between the impeller 10 and the housing 2, the radial rigidity value of the impeller 10 constituted by the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 is set. When Kr (N / m), the mass of the impeller 10 is m (kg), and the rotational speed of the impeller is ω (rad / s), it is preferable that the relationship of ω <(Kr / m) 0.5 is satisfied.

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。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。   Specifically, when the mass of the impeller 10 is 0.03 kg and the radial rigidity value is 2000 N / m, the maximum rotation speed of the impeller 10 is set to 258 rad / s (2465 rpm) or less. Conversely, when the maximum rotation speed of the impeller 10 is set to 366 rad / s (3500 rpm), the radial rigidity is set to 4018 N / m or more.

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。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。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。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。   Furthermore, it is preferable to set the maximum rotational speed of the impeller 10 to 80% or less of ω. Specifically, when the mass of the impeller 10 is 0.03 kg and the radial rigidity value is 2000 N / m, the maximum rotational speed is set to 206.4 rad / s (1971 rpm) or less. Conversely, when the maximum rotational speed of the impeller 10 is desired to be 366 rad / s (3500 rpm), the radial rigidity value is set to 6279 N / m or more. By setting the maximum rotation speed of the impeller 10 in this way, contact between the impeller 10 and the housing 2 during rotation of the impeller 10 can be suppressed.

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。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。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。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。   Further, the dynamic pressure grooves 21 and 22 have a negative rigidity value in the axial direction of the impeller 10 constituted by the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18. When the rigidity due to the dynamic pressure increases, the impeller 10 and the housing 2 are not in contact with each other. Therefore, it is preferable to make this negative rigidity value as small as possible. Therefore, in order to keep the negative rigidity value small, it is preferable to make the sizes of the opposed surfaces of the permanent magnets 15 and 16 different. For example, by making the size of the permanent magnet 16 smaller than that of the permanent magnet 15, the rate of change of the attractive force that changes depending on the distance between them, that is, the negative stiffness can be kept small, and the impeller support stiffness is prevented from being lowered. Can do.

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。   Further, it is preferable that the impeller 10 is rotationally activated after confirming that the impeller 10 is in contact with the partition wall 6 before the impeller 10 is rotationally activated.

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。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。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。   That is, when the impeller 10 is not rotating, non-contact support by the dynamic pressure grooves 21 and 22 is not performed, and further, the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 are not. Therefore, the impeller 10 and the housing 2 are in contact with each other with a high surface pressure. When the impeller 10 is rotated by the magnetic interaction between the coil 20 and the magnetic body 18 in the motor chamber 8 and the permanent magnet 17 of the impeller 10 as in the pump unit 1, FIG. The starting torque is smaller than when the impeller as shown is rotated by a magnetic coupling between permanent magnets. Therefore, it is difficult to smoothly rotate and start the impeller 10.

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, when the shroud 12 of the impeller 10 is in contact with the partition wall 6, compared with the case where the shroud 11 of the impeller 10 is in contact with the inner wall of the blood chamber 7, the permanent magnet 17 of the impeller 10 and the motor chamber 8 Since the magnetic body 18 is close, the rotational torque at the time of starting the impeller 10 can be increased, and the impeller 10 can be rotated and 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, when the impeller 10 rotates, the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16 and the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 are such that the position of the impeller 10 is within the movable range of the impeller 10. Since it is set so as to be balanced in the vicinity of the center, the impeller 10 is not necessarily in contact with the partition wall 6 when the impeller 10 is stopped.

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。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。   Therefore, this centrifugal blood pump device is provided with means for moving the impeller 10 toward the partition wall 6 before the impeller 10 is rotationally activated. Specifically, current is passed through the plurality of coils 20 so that the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 is increased, and the impeller 10 is moved to 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。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。モータ制御回路26は、たとえば120度通電方式の3相の制御信号を出力する。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。3相電圧VU,VV,VWは、図7および図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。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。   FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of the controller 25 that controls the pump unit 1. In FIG. 12, the controller 25 includes a motor control circuit 26 and a power amplifier 27. The motor control circuit 26 outputs a three-phase control signal of, for example, a 120-degree energization method. The power amplifier 27 amplifies the three-phase control signal from the motor control circuit 26 and generates the three-phase voltages VU, VV, and VW shown in FIG. Three-phase voltages VU, VV, and VW are applied to first to third coils 20 described with reference to FIGS. Accordingly, during normal operation, the impeller 10 rotates 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。図13(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。時刻t0において、予め定められた電流I0がコイル20に流される。これにより、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。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)。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。   FIGS. 13A to 13C are time charts showing temporal changes in the coil current I, the position of the impeller 10 and the rotation speed of the impeller 10 when the impeller 10 starts rotating. 13A to 13C, in the initial state, the shroud 11 of the impeller 10 is in contact with the inner wall of the blood chamber 7, and the impeller 10 is at the position PA. A predetermined current I0 is passed through the coil 20 at time t0. Thereby, the attractive force F2 between the permanent magnet 17 and the magnetic body 18 becomes larger than the attractive force F1 between the permanent magnets 15 and 16, the impeller 10 moves to the position PB on the partition wall 6 side, and the shroud 12 of the impeller 10 is Contact the partition wall 6. When the impeller 10 moves to the position PB, the current I0 is cut off (time t1). It is preferable to provide a sensor for detecting the position of the impeller 10 in the blood chamber 7 and cut off the current I 0 after confirming that the impeller 10 has contacted the partition wall 6.

次に、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。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。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。   Next, the coil current I is gradually increased to a predetermined rated value. At this time, since the impeller 10 is in contact with the partition wall 6, the impeller 10 rotates smoothly. As the coil current I increases, the impeller 10 moves from the position PB on the partition wall 6 side to the center position of the movable range.

以上のように、この実施の形態1では、巻回された帯状の薄い磁性鋼板18aによって磁性体18を形成するので、磁性体18内の鉄損を低減するとともに、磁性体18内の磁束の透磁率を高めることができ、インペラ10の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。また、磁性体18を簡単に形成できるので、装置の小型化、低コスト化、生産性の向上を図ることができる。   As described above, in the first embodiment, since the magnetic body 18 is formed by the wound belt-shaped thin magnetic steel plate 18a, the iron loss in the magnetic body 18 is reduced and the magnetic flux in the magnetic body 18 is reduced. The magnetic permeability can be increased, and the energy efficiency in the rotational drive of the impeller 10 can be increased. In addition, since the magnetic body 18 can be easily formed, the apparatus can be reduced in size, cost, and productivity can be improved.

また、図14は、この実施の形態1の変更例を示すブロック図である。インペラ回転起動時とそれ以外の場合の電源供給を切り替える構成の一例を示している。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。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。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。   FIG. 14 is a block diagram showing a modification of the first embodiment. An example of a configuration for switching power supply at the time of impeller rotation activation and other cases is shown. 14, in this modification, the power amplifier 27 in FIG. 12 is replaced with power amplifiers 30 and 31 and a changeover switch 32. At time t <b> 0 to t <b> 1 in FIG. 13, the output signal of the motor control circuit 26 is supplied to the power amplifier 30, and the output voltage of the power amplifier 30 is applied to the coil 20 via the changeover switch 32. It is. After time t2, the output signal of the motor control circuit 26 is given to the power amplifier 31, the output voltage of the power amplifier 31 is applied to the coil 20 via the changeover switch 32, and a current flows through the coil 20.

また、図15(a)〜(c)は、この実施の形態1の他の変更例を示すタイムチャートである。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。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。モータ制御回路26により、たとえば120度通電方式の3相の制御信号を出力する。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。3相電圧VU,VV,VWは、図7で説明した第1〜第3のコイル20にそれぞれ印加される。よって、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。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。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。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。   FIGS. 15A to 15C are time charts showing another modification of the first embodiment. 15A to 15C, in the initial state, the shroud 11 of the impeller 10 is in contact with the inner wall of the blood chamber 7, and the impeller 10 is at the position PA. A predetermined current I1 is passed through the coil 20 at time t0. For example, the motor control circuit 26 outputs a three-phase control signal of a 120-degree energization method. The power amplifier 27 amplifies the three-phase control signal from the motor control circuit 26 and generates the three-phase voltages VU, VV, and VW shown in FIG. The three-phase voltages VU, VV, and VW are applied to the first to third coils 20 described with reference to FIG. Therefore, a rotating magnetic field is applied to the impeller 10 by the current I1. This current I1 is larger than the current I0 in FIG. 13 and is a current that can rotate the impeller 10 even when the shroud 11 of the impeller 10 is in contact with the inner wall of the blood chamber 7. After the rotation start is confirmed, the coil current I is decreased and gradually increased to a predetermined rated value. In this way, even when the impeller 10 is on the position PA side, an excessive current may be supplied to the coil 20 only when the impeller 10 starts to rotate.

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。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。また、ダイヤモンドライクカーボン膜以外に、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。   In addition, a diamond-like carbon (DLC) film may be formed on at least one of the inner wall surface of the blood chamber 7 and the surface of the partition wall 6 and the surface of the impeller 10. Thereby, the frictional force between the impeller 10 and the inner wall of the blood chamber 7 and the partition wall 6 can be reduced, and the impeller can be rotated and started smoothly. In addition to the diamond-like carbon film, a fluorine resin film, a paraxylylene resin film, or the like may be formed.

また、図16は、この実施の形態1のさらに他の変更例を示す断面図であって、図3と対比される図である。図16において、この変更例では、対向する永久磁石15,16の対向面のサイズが異なる。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。   FIG. 16 is a cross-sectional view showing still another modified example of the first embodiment, and is a diagram to be compared with FIG. In FIG. 16, in this modified example, the sizes of the opposing surfaces of the opposing permanent magnets 15 and 16 are different. FIG. 3 shows a case where the sizes of the opposing surfaces of the permanent magnets 15 and 16 are the same. However, by varying the sizes of the opposing surfaces of the permanent magnets 15 and 16, the attraction changes depending on the distance between the two. The amount of change in force, that is, negative rigidity can be suppressed to a small value, and a decrease in the support rigidity of the impeller 10 can be prevented.

また、図17は、この実施の形態1のさらに他の変更例を示す断面図であって、図16と対比される図である。図17において、この変更例では、各磁性体18の永久磁石17に対向する先端面に磁性体35が設けられる。この磁性体35の永久磁石17に対向する表面の面積は磁性体18の先端面の面積よりも大きい。この変更例では、永久磁石17に対する磁性体18,35の吸引力を大きくすることができ、インペラ10の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。   FIG. 17 is a cross-sectional view showing still another modified example of the first embodiment, and is a view compared with FIG. In FIG. 17, in this modified example, a magnetic body 35 is provided on the tip surface of each magnetic body 18 facing the permanent magnet 17. The area of the surface of the magnetic body 35 facing the permanent magnet 17 is larger than the area of the tip surface of the magnetic body 18. In this modified example, the attractive force of the magnetic bodies 18 and 35 with respect to the permanent magnet 17 can be increased, and the energy efficiency in the rotational drive of the impeller 10 can be increased.

また、図18は、この実施の形態1のさらに他の変更例を示す断面図であって、図8と対比される図である。図18において、この変更例では、磁性体18の内周面から外周面にかけて切り欠き部40が形成されている。すなわち、磁性鋼板18aは、中心線L1の周りに複数回巻回されて同心状に配置された複数の筒部材を構成している。切り欠き部40は、中心線L1の一方側(図18では右側)において複数の筒部材の各々を中心線L1と平行な方向に切断している。この変更例では、切り欠き部40を設けたので、磁性体18の鉄損を軽減することができる。   FIG. 18 is a cross-sectional view showing still another modification of the first embodiment, and is a view compared with FIG. In FIG. 18, in this modified example, a notch 40 is formed from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface of the magnetic body 18. That is, the magnetic steel plate 18a constitutes a plurality of cylindrical members that are wound around the center line L1 a plurality of times and arranged concentrically. The notch 40 cuts each of the plurality of cylindrical members in a direction parallel to the center line L1 on one side (right side in FIG. 18) of the center line L1. In this modified example, since the notch 40 is provided, the iron loss of the magnetic body 18 can be reduced.

また、図19は、この実施の形態1のさらに他の変更例を示す断面図であって、図8と対比される図である。図19において、この変更例では、磁性体18では、軟磁性体である棒状の磁性体41が芯材として使用される。磁性鋼板18aは、磁性体41の周りに複数回巻回されている。磁性鋼板18aの一方端を磁性体41に溶接し、磁性鋼板18aの他方端を磁性鋼板18a自体に溶接することにより、磁性鋼板18aを所定形状に固定することができる。また、磁性体41および磁性鋼板18a全体を樹脂に含浸させ、樹脂を硬化させて所定の形状に固定してもよい。   FIG. 19 is a cross-sectional view showing still another modified example of the first embodiment, and is a view compared with FIG. In FIG. 19, in this modified example, in the magnetic body 18, a rod-like magnetic body 41 that is a soft magnetic body is used as a core material. The magnetic steel plate 18 a is wound around the magnetic body 41 a plurality of times. By welding one end of the magnetic steel plate 18a to the magnetic body 41 and welding the other end of the magnetic steel plate 18a to the magnetic steel plate 18a itself, the magnetic steel plate 18a can be fixed in a predetermined shape. Alternatively, the entire magnetic body 41 and the magnetic steel plate 18a may be impregnated with resin, and the resin may be cured and fixed in a predetermined shape.

また、図20は、この実施の形態1のさらに他の変更例を示す図である。図20において、この変更例では、各磁性体18は、磁性体41、磁性鋼板18a、および磁性体42を含む。棒状の磁性体41の長さは、磁性鋼板18aの幅よりも長い。磁性鋼板18aは磁性体41の中央部に巻回されており、磁性体41の両端部は、円柱状に巻回された磁性鋼板18aから突出している。磁性体42は、扇型に形成されており、その中央部には孔42aが形成されている。磁性体41の一方端部(図20では上端部)は磁性体42の孔42aに挿嵌される。   FIG. 20 is a diagram showing still another modification of the first embodiment. In FIG. 20, in this modification, each magnetic body 18 includes a magnetic body 41, a magnetic steel plate 18 a, and a magnetic body 42. The length of the rod-shaped magnetic body 41 is longer than the width of the magnetic steel plate 18a. The magnetic steel plate 18a is wound around the central portion of the magnetic body 41, and both end portions of the magnetic body 41 protrude from the magnetic steel plate 18a wound in a columnar shape. The magnetic body 42 is formed in a fan shape, and a hole 42a is formed in the center thereof. One end portion (upper end portion in FIG. 20) of the magnetic body 41 is inserted into the hole 42 a of the magnetic body 42.

円板状の磁性体19には、各磁性体18に対応して設けられた孔19aが形成されている。磁性体41の他方端部(図20では下端部)は磁性体19の孔19aに挿嵌される。磁性体42は、隔壁6側に配置される。磁性体42は、扇の中心を隔壁6の中心側に向けて配置される。磁性体41は、孔42a,19aの各々に接着、圧入、あるいは焼きばめによって固定される。この変更例では、位置決め治具等を用いることなく、磁性体18の組立、磁性体19への固定を容易に行なうことができ、作業性が良好となる。   The disk-shaped magnetic body 19 is formed with holes 19 a provided corresponding to the respective magnetic bodies 18. The other end (the lower end in FIG. 20) of the magnetic body 41 is inserted into the hole 19 a of the magnetic body 19. The magnetic body 42 is disposed on the partition wall 6 side. The magnetic body 42 is arranged with the center of the fan directed toward the center of the partition wall 6. The magnetic body 41 is fixed to each of the holes 42a and 19a by adhesion, press fitting, or shrink fitting. In this modified example, the magnetic body 18 can be easily assembled and fixed to the magnetic body 19 without using a positioning jig or the like, and workability is improved.

また、磁性体18と同様に、帯状の磁性鋼板を中心線の周りに複数回巻回して磁性体19を形成してもよい。   Further, similarly to the magnetic body 18, the magnetic body 19 may be formed by winding a strip-shaped magnetic steel sheet a plurality of times around the center line.

[実施の形態2]
図21(a)は、この発明の実施の形態2によるアキシアルギャップ型モータのロータ51を隔壁50側から見た下面図であり、図21(b)はアキシアルギャップ型モータの要部を示す正面図である。
[Embodiment 2]
FIG. 21A is a bottom view of the rotor 51 of the axial gap motor according to the second embodiment of the present invention as seen from the partition wall 50 side, and FIG. 21B is a front view showing the main part of the axial gap motor. FIG.

図21(a)(b)において、このアキシアルギャップ型モータは、実施の形態1の遠心式血液ポンプ装置のポンプ部1と同様の構成であり、円形の隔壁50で仕切られた第1および第2の室(図示せず)を備える。第1の室内には、隔壁50に沿って回転可能に設けられた円環状のロータ51が設けられ、第2の室内には、隔壁50を介してロータ51を回転駆動させるステータ60が設けられている。   21 (a) and 21 (b), this axial gap type motor has the same configuration as that of the pump unit 1 of the centrifugal blood pump apparatus according to the first embodiment, and is divided into a first partition and a first partition partitioned by a circular partition 50. 2 chambers (not shown). An annular rotor 51 provided rotatably along the partition wall 50 is provided in the first chamber, and a stator 60 that rotates the rotor 51 through the partition wall 50 is provided in the second chamber. ing.

ロータ51は、非磁性材料で形成された円環状の支持部材52と、支持部材52に固定された複数(たとえば8個)の永久磁石53とを含む。複数の永久磁石53は、ロータ51の回転方向に互いに隙間を開けて配列されている。各永久磁石53は、ロータ51の回転中心軸の延在方向に着磁されている。隣接する2つの永久磁石53の磁極は互いに異なる。ステータ60は、複数の永久磁石53に対向して配置された複数(たとえば6個)の磁性体61と、それぞれ複数の磁性体61に巻回され、回転磁界を生成するための複数のコイル62とを含む。複数の磁性体61は、円板状の磁性体63に固定されている。複数のコイル62に120度通電方式で電圧を印加することにより、ロータ51を回転させることができる。   The rotor 51 includes an annular support member 52 formed of a nonmagnetic material, and a plurality of (for example, eight) permanent magnets 53 fixed to the support member 52. The plurality of permanent magnets 53 are arranged with a gap therebetween in the rotation direction of the rotor 51. Each permanent magnet 53 is magnetized in the extending direction of the rotation center axis of the rotor 51. The magnetic poles of two adjacent permanent magnets 53 are different from each other. The stator 60 includes a plurality of (for example, six) magnetic bodies 61 disposed to face the plurality of permanent magnets 53, and a plurality of coils 62 wound around the plurality of magnetic bodies 61 to generate a rotating magnetic field. Including. The plurality of magnetic bodies 61 are fixed to a disk-shaped magnetic body 63. The rotor 51 can be rotated by applying a voltage to the plurality of coils 62 by a 120-degree energization method.

本実施の形態2では図22に示すように、各磁性体61は、実施の形態1の磁性体18と同様に、帯状の磁性鋼板61aを隔壁50に垂直な中心線の周りに複数回巻回することによって構成されている。また、円板状の継鉄63は、実施の形態1の磁性体18と同様に、帯状の磁性鋼板63aを隔壁50に垂直な中心線L2の周りに複数回巻回することによって構成されている。   In the second embodiment, as shown in FIG. 22, each magnetic body 61 is formed by winding a strip-shaped magnetic steel plate 61 a a plurality of times around a center line perpendicular to the partition wall 50, similarly to the magnetic body 18 of the first embodiment. It is composed by turning. Further, the disk-shaped yoke 63 is configured by winding a belt-shaped magnetic steel plate 63a a plurality of times around a center line L2 perpendicular to the partition wall 50, as in the magnetic body 18 of the first embodiment. Yes.

磁性鋼板61aは、無方向性または方向性の磁気特性を持つ電磁鋼板であってもよいし、アモルファス金属またはアモルファス合金で形成されていてもよい。また、磁性鋼板61aの巻き終わりの端部を磁性鋼板61a自体に溶接することによって磁性鋼板61aを所定の形状に固定してもよいし、磁性鋼板61a全体を樹脂に含浸させ、樹脂を硬化させて所定の形状に固定してもよい。磁性鋼板63aも、磁性鋼板61aと同様である。この実施の形態2でも、実施の形態1と同じ効果が得られる。   The magnetic steel plate 61a may be an electromagnetic steel plate having non-directional or directional magnetic characteristics, or may be formed of an amorphous metal or an amorphous alloy. Further, the end of the winding end of the magnetic steel plate 61a may be welded to the magnetic steel plate 61a itself to fix the magnetic steel plate 61a in a predetermined shape, or the entire magnetic steel plate 61a is impregnated with resin and the resin is cured. May be fixed in a predetermined shape. The magnetic steel plate 63a is the same as the magnetic steel plate 61a. Also in this second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

[実施の形態3]
図23は、この発明の実施の形態3によるラジアルギャップ型モータの要部を示す平面図である。
[Embodiment 3]
FIG. 23 is a plan view showing a main part of a radial gap type motor according to Embodiment 3 of the present invention.

図23において、このラジアルギャップ型モータは、図21のアキシアルギャップ型モータと同様の構成であり、円筒形の隔壁70で仕切られた第1および第2の室(図示せず)を備える。隔壁70の内側の第1の室内には、隔壁70に沿って回転可能に設けられた円筒状のロータ71が設けられ、隔壁70の外側の第2の室内には、隔壁70を介してロータ71を回転駆動させるステータ80が設けられている。   In FIG. 23, this radial gap type motor has the same configuration as the axial gap type motor of FIG. 21, and includes first and second chambers (not shown) partitioned by a cylindrical partition wall 70. A cylindrical rotor 71 that is rotatably provided along the partition wall 70 is provided in the first chamber inside the partition wall 70, and the rotor is interposed in the second chamber outside the partition wall 70 via the partition wall 70. A stator 80 that rotationally drives 71 is provided.

ロータ71は、非磁性材料で形成された円筒状の支持部材(図示せず)と、支持部材に固定された複数(たとえば8個)の永久磁石72とを含む。複数の永久磁石72は、ロータ71の回転方向に互いに隙間を開けて配列されている。各永久磁石72は、ロータ71の回転方向と直交する方向(径方向)に着磁されている。隣接する2つの永久磁石72の磁極は互いに異なる。ステータ80は、複数の永久磁石72に対向して配置された複数(たとえば9個)の磁性体81と、それぞれ複数の磁性体81に巻回され、回転磁界を生成するための複数のコイル82とを含む。複数の磁性体81は、円筒状の磁性体83の内周面に固定されている。複数のコイル82に120度通電方式で電圧を印加することにより、ロータ71を回転させることができる。   The rotor 71 includes a cylindrical support member (not shown) formed of a nonmagnetic material, and a plurality of (for example, eight) permanent magnets 72 fixed to the support member. The plurality of permanent magnets 72 are arranged with a gap therebetween in the rotation direction of the rotor 71. Each permanent magnet 72 is magnetized in a direction (radial direction) orthogonal to the rotation direction of the rotor 71. The magnetic poles of two adjacent permanent magnets 72 are different from each other. The stator 80 includes a plurality of (for example, nine) magnetic bodies 81 disposed to face the plurality of permanent magnets 72, and a plurality of coils 82 wound around the plurality of magnetic bodies 81 and generating a rotating magnetic field. Including. The plurality of magnetic bodies 81 are fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical magnetic body 83. The rotor 71 can be rotated by applying a voltage to the plurality of coils 82 by a 120-degree energization method.

本実施の形態3では、各磁性体81は、実施の形態1の磁性体18と同様に、帯状の磁性鋼板を隔壁50に垂直な中心線の周りに複数回巻回することによって構成されている。また、円筒状の磁性体83は、図24に示すように、帯状の磁性鋼板83aを隔壁70の中心線L3の周りに複数回巻回することによって構成されている。   In the third embodiment, each magnetic body 81 is configured by winding a strip-shaped magnetic steel sheet a plurality of times around a center line perpendicular to the partition wall 50, similarly to the magnetic body 18 of the first embodiment. Yes. Further, as shown in FIG. 24, the cylindrical magnetic body 83 is configured by winding a strip-shaped magnetic steel plate 83a around the center line L3 of the partition wall a plurality of times.

磁性鋼板83aは、無方向性または方向性の磁気特性を持つ電磁鋼板であってもよいし、アモルファス金属またはアモルファス合金で形成されていてもよい。また、磁性鋼板83aの巻き終わりの端部を磁性鋼板83a自体に溶接することによって磁性鋼板83aを円筒状に固定してもよいし、磁性鋼板83a全体を樹脂に含浸させ、樹脂を硬化させて円筒状に固定してもよい。この実施の形態3でも、実施の形態1と同じ効果が得られる。   The magnetic steel plate 83a may be an electromagnetic steel plate having non-directional or directional magnetic characteristics, or may be formed of an amorphous metal or an amorphous alloy. Further, the end of the winding end of the magnetic steel plate 83a may be welded to the magnetic steel plate 83a itself to fix the magnetic steel plate 83a in a cylindrical shape, or the entire magnetic steel plate 83a is impregnated with resin and the resin is cured. It may be fixed in a cylindrical shape. In the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

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。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 embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

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、6,50,70 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、15〜17,53,72 永久磁石、18,19,28,30,35,41,42,61,63,81,83 磁性体、18a,61a,63a,83a 磁性鋼板、20,62,82 コイル、21,22 動圧溝、25,42 コントローラ、26,43 モータ制御回路、27,30,31 パワーアンプ、32 切換スイッチ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pump part, 2 housing, 3 main-body part, 4 blood inflow port, 5 blood outflow port, 6,50,70 Septum, 7 blood chamber, 8 motor chamber, 10 impeller, 10a through-hole, 11,12 shroud, 13 vane , 14 Blood passage, 15-17, 53, 72 Permanent magnet, 18, 19, 28, 30, 35, 41, 42, 61, 63, 81, 83 Magnetic body, 18a, 61a, 63a, 83a Magnetic steel plate, 20 , 62, 82 Coil, 21, 22 Dynamic pressure groove, 25, 42 Controller, 26, 43 Motor control circuit, 27, 30, 31 Power amplifier, 32 selector switch.

Claims (22)

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たロータと、前記第2の室内に設けられ、前記隔壁を介して前記ロータを回転駆動させる駆動部とを備えた回転駆動装置であって、
前記ロータに設けられ、前記ロータの回転方向に配列された複数の第1の永久磁石を備え、
前記駆動部は、
前記複数の第1の永久磁石に対向して設けられ、各々が、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を有する複数の第1の磁性体と、
それぞれ前記複数の第1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、回転駆動装置。
A housing including first and second chambers partitioned by a partition; a rotor provided rotatably along the partition in the first chamber; and a rotor provided in the second chamber via the partition. A rotary drive device comprising a drive unit for rotationally driving the rotor,
A plurality of first permanent magnets provided in the rotor and arranged in a rotation direction of the rotor;
The drive unit is
A plurality of first magnetic bodies each provided with a plurality of first permanent magnets, each having a strip-shaped magnetic steel sheet wound around a center line a plurality of times;
And a plurality of coils wound around the plurality of first magnetic bodies and generating a rotating magnetic field.
前記磁性鋼板は柱状に巻回されて各第1の磁性体は柱状に形成され、
前記複数の第1の磁性体の端面は前記複数の第1の永久磁石に対向して設けられ、
前記複数のコイルは、それぞれ前記複数の第1の磁性体の側面全体を覆うように巻回されている、請求項1に記載の回転駆動装置。
The magnetic steel plate is wound in a columnar shape, and each first magnetic body is formed in a columnar shape,
The end surfaces of the plurality of first magnetic bodies are provided to face the plurality of first permanent magnets,
The rotary drive device according to claim 1, wherein each of the plurality of coils is wound so as to cover the entire side surface of each of the plurality of first magnetic bodies.
前記磁性鋼板は電磁鋼板である、請求項1または請求項2に記載の回転駆動装置。   The rotary drive device according to claim 1, wherein the magnetic steel plate is an electromagnetic steel plate. 前記磁性鋼板はアモルファス金属で形成されている、請求項1または請求項2に記載の回転駆動装置。   The rotary drive device according to claim 1, wherein the magnetic steel plate is made of an amorphous metal. 前記磁性鋼板は円柱状に巻回されている、請求項1から請求項4までのいずれかに記載の回転駆動装置。   The rotation drive device according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic steel plate is wound in a columnar shape. 前記磁性鋼板は角柱状に巻回されている、請求項1から請求項4までのいずれかに記載の回転駆動装置。   The rotation drive device according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic steel plate is wound in a prismatic shape. 前記磁性鋼板は、溶接によって巻回された形状に固定されている、請求項1から請求項6までのいずれかに記載の回転駆動装置。   The rotation drive device according to any one of claims 1 to 6, wherein the magnetic steel plate is fixed in a shape wound by welding. 前記磁性鋼板は、樹脂含浸によって巻回された形状に固定されている、請求項1から請求項7までのいずれかに記載の回転駆動装置。   The rotary drive device according to any one of claims 1 to 7, wherein the magnetic steel plate is fixed in a shape wound by resin impregnation. 前記磁性鋼板は、前記中心線の周りに複数回巻回されて同心状に配置された複数の筒部材を構成しており、
各第1の磁性体には、前記中心線の一方側において前記複数の筒部材の各々を前記中心線と平行な方向に切断する切り欠き部が形成されている、請求項1から請求項8までのいずれかに記載の回転駆動装置。
The magnetic steel plate comprises a plurality of cylindrical members wound concentrically around the center line and arranged concentrically,
Each of the first magnetic bodies has a cutout portion that cuts each of the plurality of cylindrical members in a direction parallel to the centerline on one side of the centerline. The rotational drive apparatus in any one of to.
各第1の磁性体には焼鈍処理が施されている、請求項1から請求項9までのいずれかに記載の回転駆動装置。   The rotary drive device according to any one of claims 1 to 9, wherein each first magnetic body is annealed. 各第1の磁性体は、さらに、棒状の第2の磁性体を有し、
前記磁性鋼板は前記第2の磁性体に巻回されている、請求項1から請求項10までのいずれかに記載の回転駆動装置。
Each first magnetic body further has a rod-shaped second magnetic body,
The rotation drive device according to any one of claims 1 to 10, wherein the magnetic steel plate is wound around the second magnetic body.
前記磁性鋼板は、対応する第2の磁性体に溶接によって固定されている、請求項11に記載の回転駆動装置。   The rotation drive device according to claim 11, wherein the magnetic steel plate is fixed to a corresponding second magnetic body by welding. 前記第2の磁性体は、対応する磁性鋼板の幅よりも長く、
前記第2の磁性体の両端部は、巻回された前記磁性鋼板から突出している、請求項11または請求項12に記載の回転駆動装置。
The second magnetic body is longer than the width of the corresponding magnetic steel sheet,
The both ends of the said 2nd magnetic body are the rotation drive devices of Claim 11 or Claim 12 which protrude from the said magnetic steel plate wound.
各第1の磁性体は、さらに、前記第2の磁性体の前記隔壁側の端部に結合された第3の磁性体を有し、
前記回転駆動装置は、さらに、前記複数の第1の磁性体に共通に設けられ、前記複数の第1の磁性体の各々に含まれる前記第2の磁性体の前記隔壁と反対側の端部に結合された第4の磁性体を備える、請求項13に記載の回転駆動装置。
Each first magnetic body further includes a third magnetic body coupled to an end of the second magnetic body on the partition wall side,
The rotary drive device is further provided in common with the plurality of first magnetic bodies, and an end portion of the second magnetic body included in each of the plurality of first magnetic bodies on the side opposite to the partition wall. The rotation drive device according to claim 13, further comprising a fourth magnetic body coupled to.
前記第3の磁性体には、前記第2の磁性体の前記隔壁側の端部を嵌め込むための第1の孔が形成され、
前記第4の磁性体には、それぞれ前記複数の第1の磁性体に対応して設けられ、対応の第1の磁性体に含まれる前記第2の磁性体の前記隔壁と反対側の端部を嵌め込むための複数の第2の孔が形成されている、請求項14に記載の回転駆動装置。
The third magnetic body is formed with a first hole for fitting the end of the second magnetic body on the partition wall side,
The fourth magnetic body is provided corresponding to each of the plurality of first magnetic bodies, and an end portion of the second magnetic body included in the corresponding first magnetic body on the side opposite to the partition wall The rotation drive device according to claim 14, wherein a plurality of second holes for fitting the first and second holes are formed.
前記第4の磁性体は、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を含む、請求項14または請求項15に記載の回転駆動装置。   The rotary drive device according to claim 14 or 15, wherein the fourth magnetic body includes a strip-shaped magnetic steel plate wound a plurality of times around a center line. 前記磁性鋼板は電磁鋼板である、請求項16に記載の回転駆動装置。   The rotary drive device according to claim 16, wherein the magnetic steel plate is an electromagnetic steel plate. 前記隔壁は円筒状に形成され、
前記ロータと前記駆動部とは、前記ロータの径方向に隙間を開けて配置されている、請求項1から請求項17までのいずれかに記載の回転駆動装置。
The partition is formed in a cylindrical shape,
The rotary drive device according to any one of claims 1 to 17, wherein the rotor and the drive unit are arranged with a gap in a radial direction of the rotor.
前記隔壁は平面状に形成され、
前記ロータと前記駆動部とは、前記ロータの回転中心軸の延在方向に隙間を開けて配置されている、請求項1から請求項17までのいずれかに記載の回転駆動装置。
The partition is formed in a planar shape,
The rotary drive device according to any one of claims 1 to 17, wherein the rotor and the drive unit are arranged with a gap in an extending direction of a rotation center axis of the rotor.
請求項19に記載の回転駆動装置を備え、
前記ロータは、回転時の遠心力によって液体を送るインペラである、遠心式ポンプ装置。
A rotation drive device according to claim 19,
The rotor is a centrifugal pump device that is an impeller that sends liquid by centrifugal force during rotation.
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駆動部とを備えた遠心式ポンプ装置であって、
前記インペラの一方面に設けられた第1の永久磁石と、
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の永久磁石を吸引する第2の永久磁石と、
前記インペラの他方面に設けられ、前記インペラの回転方向に互いに隙間を開けて配列された複数の第3の永久磁石とを備え、
各第3の永久磁石は、前記インペラの回転中心軸の延在方向に着磁され、
各隣接する2つの第3の永久磁石の磁極は互いに異なり、
前記駆動部は、
前記複数の第3の永久磁石に対向して設けられ、各々が、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を有する複数の磁性体と、
それぞれ前記複数の第1の磁性体に対応して設けられて各々が対応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み、
前記インペラの回転中において、前記第1および第2の永久磁石間の第1の吸引力と前記複数の第3の永久磁石および前記複数の磁性体間の第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、
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ている、遠心式ポンプ装置。
A housing including first and second chambers partitioned by a partition wall; an impeller which is rotatably provided along the partition wall in the first chamber and sends liquid by centrifugal force during rotation; and the second chamber A centrifugal pump device provided in a room and provided with a drive unit that rotationally drives the impeller through the partition wall,
A first permanent magnet provided on one surface of the impeller;
A second permanent magnet that is provided on an inner wall of the first chamber facing one surface of the impeller and attracts the first permanent magnet;
A plurality of third permanent magnets provided on the other surface of the impeller and arranged with a gap therebetween in the rotation direction of the impeller;
Each third permanent magnet is magnetized in the extending direction of the rotation center axis of the impeller,
The magnetic poles of each adjacent two third permanent magnets are different from each other,
The drive unit is
A plurality of magnetic bodies each provided with a plurality of third permanent magnets, each having a strip-shaped magnetic steel sheet wound around a center line a plurality of times;
A plurality of coils provided corresponding to the plurality of first magnetic bodies, each wound around a corresponding magnetic body, and generating a rotating magnetic field,
During the rotation of the impeller, the first attractive force between the first and second permanent magnets and the second attractive force between the plurality of third permanent magnets and the plurality of magnetic bodies are the first Balance in the middle of the movable range of the impeller in one room,
A first dynamic pressure groove is formed on one surface of the impeller or an inner wall of the first chamber facing the impeller, and a second dynamic pressure groove is formed on the other surface of the impeller or the partition wall facing the impeller. , Centrifugal pump device.
前記液体は血液であり、
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、請求項21に記載の遠心式ポンプ装置。
The liquid is blood;
The centrifugal pump device according to claim 21, wherein the centrifugal pump device is used to circulate the blood.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104564698A (en) * 2013-10-29 2015-04-29 上海粤江实业有限公司 Magnetic vortex water pump device

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