JP4004296B2 - 遠心式液体ポンプ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、血液などの医療用液体を搬送するための遠心式液体ポンプ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
人工心臓に使用されるポンプの一つに遠心式血液ポンプがある。そして、遠心式血液ポンプは、血液流入ポートと血液流出ポートを有するハウジングと、ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有している。このような血液ポンプが生体に対して正しく機能していることを把握するための重要なパラメータの一つに流量がある。この流量の計測には超音波流量計等の専用のセンサを用いた直接計測も考えられるが,長期にわたる安定した連続モニタリングという点では困難な点がある。また、部品数の増加は装置の大型化につながる。このため、流量計を設けることなく、ポンプのモータの回転数、その電流、血液の粘度と比重などより流量を間接計測する方式が期待されている。
間接計測方式としては、流量を回転数と電流の関数と見なしそれに粘度要因を加えて補正することにより算出可能である。すなわち、直接計測できるモータ回転数、モータ電流から流量を計算する。この場合、流量と回転数および電流の相関関係を求めておき,その相関関係より演算された近似式を用いることが考えられる。近似式は例えば下記数式(1)で表すことができる。
【数1】
ここで、cklmは最小自乗法にて算出される係数であり、i[A]はモータ電流、v[mPa・s(cP)]は粘度、n[rpm]は回転数,q[L/min]は流量を示す。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような多項式を使用した場合,近似の次数を低くすると,データ点(補間の用語で言うところの標本点)も含め、基本的に全領域での精度が低下する。また、近似の次数を高くすると、多項式補間の欠点である不要な振動が発生して、やはりデータ点以外での精度が低下する。
それを防ぐために、表で大量のデータを持っておき,与えられた回転数と電流に最も近い条件での流量を推定値とする方式も考えられるが,データをストアする領域が増えること,また,それを検索する処理の増加がポンプの制御装置の負荷になり,携帯用の制御装置の場合,リアルタイムでの表示が難しくなる。
また、補間をスプライン補間で行う場合も、精度の問題は解決されるが、計算量は多くなるという問題がある。
本発明の目的は、流量計を用いることなく、液体流量(吐出量)を容易かつ確実に算出できる流量算出機能を備えた遠心式液体ポンプ装置を提供することにある。特に、本発明の目的は,回転数,電流,粘度,流量の関係式を持つのではなく,必要な精度を満たす最小限の個別データを記憶し、演算対象電流値等と近い記憶するデータを用いて流量を計算する磁気浮上型遠心ポンプを提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するものは、以下のものである。
(1) 液体流入ポートと液体流出ポートを有するハウジングと、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって液体を送液するインペラと、該インペラを回転させるためのモータを備える遠心式液体ポンプ装置であって、該遠心式液体ポンプ装置は、所定液体粘度における異なる複数のインペラ回転数における複数のモータ電流吐出流量関係データからなる所定粘度関連吐出流量データを異なる複数の所定粘度について記憶するモータ電流吐出流量関連データ記憶部と、液体測定データ入力部と、インペラ回転数測定機能もしくはインペラ回転数算出機能と、モータ電流値計測機能と、前記液体測定データ入力部に入力もしくは入力された液体測定データにより演算された液体粘度値と前記インペラ回転数測定機能もしくはインペラ回転数算出機能より得られるインペラ回転数値とモータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値と前記モータ電流吐出流量関連データ記憶部に記憶されているデータを用いて、前記液体粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値における液体吐出流量を演算する吐出流量演算部を備える遠心式液体ポンプ装置。
【0005】
(2) 前記遠心式液体ポンプ装置は、液体流入ポートと液体流出ポートを有するハウジングと、内部に磁性体を備え、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって液体を送液するインペラを有する遠心式液体ポンプ部と、前記遠心式液体ポンプ部の前記インペラの磁性体を吸引するための磁石を備えるロータと、該ロータを回転させるモータを備えるインペラ回転トルク発生部と、電磁石を備えるインペラ位置制御部とを備え、前記ハウジングに対して前記インペラが非接触状態にて回転するものである上記(1)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(3) 前記液体測定データ入力部は、液体粘度測定値入力部であり、前記液体粘度値は、液体粘度測定値である上記(1)または(2)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(4) 前記液体測定データ入力部は、ヘマトクリット値入力部であり、前記遠心式液体ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能を備えている上記(1)または(2)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(5) 前記液体測定データ入力部は、ヘマトクリット値入力部であり、前記遠心式液体ポンプ装置は 入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能および比重を演算する比重演算機能を備えている上記(1)または(2)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
【0006】
(6) 前記遠心式液体ポンプ装置は、比重入力部もしくは比重演算機能と、前記モータ電流測定値を該比重入力部により入力されたもしくは前記比重演算機能により演算された比重を用いて補正した値をモータ電流測定値とするモータ電流測定値補正機能を備えている上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(7) 前記モータ電流吐出流量関連データ記憶部は、第一の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第一所定粘度関連吐出流量データ記憶機能と、第二の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第二所定粘度関連吐出流量データ記憶機能と、第三の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第三所定粘度関連吐出流量データ記憶機能を少なくとも備えている上記(1)ないし(6)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(8) 前記モータ電流吐出流量関連データ記憶部は、第四の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第四所定粘度関連吐出流量データ記憶機能を備えている上記(7)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(9) 前記モータ電流吐出流量関連データ記憶部は、第五の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第五所定粘度関連吐出流量データ記憶機能を備えている上記(8)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
【0007】
(10) 前記各所定粘度関連吐出流量データ記憶機能に記憶されているデータは、複数の同じインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶している上記(7)ないし(9)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(11) 前記吐出流量演算部は、液体粘度値と近い2つの所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータを用いて吐出流量を演算するものである上記(1)ないし(10)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(12) 前記吐出流量演算部は、液体粘度値が上記所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のいずれかの所定粘度と同じ場合には、当該所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータを用いて吐出流量を演算するものである上記(1)ないし(11)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
(13) 前記吐出流量演算部は、液体粘度値と近い2つの所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータであり、かつ、当該所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータにおける前記インペラ回転数値と近い2つのインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関係データを用いて吐出流量を演算するものである上記(1)ないし(10)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
【0008】
(14) 前記吐出流量演算部は、液体粘度値と近い2つの前記所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータであり、かつ、当該所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータにおける前記インペラ回転数値と近い2つのインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関係データを用いるものであり、
一方の所定粘度関連吐出流量データ中の前記インペラ回転数値と近い一方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであって前記モータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いて前記モータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくは前記モータ電流吐出流量関連データが前記モータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第一の演算用吐出流量生成機能と、
前記一方の所定粘度関連吐出流量データ中の前記インペラ回転数値と近い他方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであって前記モータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いて前記モータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくは前記モータ電流吐出流量関連データが前記モータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第二の演算用吐出流量生成機能と、他方の所定粘度関連吐出流量データ中の前記インペラ回転数値と近い前記一方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであって前記モータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いて前記モータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくは前記モータ電流吐出流量関連データが前記モータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第三の演算用吐出流量生成機能と、前記他方の所定粘度関連吐出流量データ中の前記インペラ回転数値と近い前記他方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであって前記モータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いて前記モータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくは前記モータ電流吐出流量関連データが前記モータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第四の演算用吐出流量生成機能とを備え、
上記第一ないし第四の演算用吐出流量生成機能により生成される第一ないし第四の演算用吐出流量を用いて、前記液体粘度値、前記インペラ回転数値および前記モータ電流測定値における吐出流量を演算するものである上記(7)ないし(13)のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
【0009】
(15) 前記吐出流量演算部は、前記一方の所定粘度に関する前記第一の演算用吐出流量値および前記他方の所定粘度に関する前記第三の演算用吐出流量値を用いて、前記液体粘度値における前記一方のインペラ回転数に関する吐出流量を算出する第五の演算用吐出流量生成機能と、前記一方の所定粘度に関する前記第二の演算用吐出流量値および前記他方の所定粘度に関する前記第四の演算用吐出流量値を用いて前記液体粘度値における前記他方のインペラ回転数に関する吐出流量を算出する第六の演算用吐出流量生成機能と、前記一方のインペラ回転数に関する第五の演算用吐出流量生成機能および前記他方のインペラ回転数に関する前記第六の演算用吐出流量生成機能により生成される第五および第六の演算用吐出流量を用いて、前記インペラ回転数値における吐出流量を演算するものである上記(14)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
(16) 前記吐出流量演算部は、前記一方の所定粘度に関する前記第一の演算用吐出流量値および前記一方の所定粘度に関する前記第二の演算用吐出流量値を用いて、前記一方の所定粘度における前記インペラ回転数値に関する吐出流量を算出する第五の演算用吐出流量生成機能と、前記他方の所定粘度に関する前記第三の演算用吐出流量値および前記他方の所定粘度に関する前記第四の演算用吐出流量値を用いて、前記他方の所定粘度における前記インペラ回転数値に関する吐出流量を算出する第六の演算用吐出流量生成機能と、前記一方の所定粘度における第五の演算用吐出流量生成機能および前記他方の所定粘度における前記第六の演算用吐出流量生成機能により生成される第五および第六の演算用吐出流量を用いて、前記液体粘度値における吐出流量を演算するものである上記(14)に記載の遠心式液体ポンプ装置。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の遠心式液体ポンプ装置を血液ポンプに応用した実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の遠心ポンプ装置の実施例のブロック図である。図2は、本発明の遠心ポンプ装置に使用される遠心ポンプ装置本体部の一例の正面図である。図3は、図2に示した遠心ポンプ装置本体部の平面図である。図4は、図2に示した実施例の遠心ポンプ装置本体部の縦断面図である。図5は、図2のA−A線断面図である。
【0011】
本発明の遠心式液体ポンプ装置1は、液体流入ポート22と液体流出ポート23を有するハウジング20と、ハウジング20内で回転し、回転時の遠心力によって液体を送液するインペラ21と、インペラ21を回転させるためのモータ34を備える遠心式液体ポンプ装置である。そして、遠心式液体ポンプ装置1は、所定液体粘度における異なる複数のインペラ回転数における複数のモータ電流吐出流量関係データからなる所定粘度関連吐出流量データを異なる複数の所定粘度について記憶するモータ電流吐出流量関連データ記憶部(言い換えれば、粘度回転数モータ電流吐出流量関連データ記憶部)60と、液体測定データ入力部(言い換えれば、液体粘度関連測定データ入力部)57と、インペラ回転数測定機能もしくはインペラ回転数算出機能と、モータ電流値計測機能と、液体測定データ入力部に入力もしくは入力された液体測定データにより演算された液体粘度値とインペラ回転数測定機能もしくはインペラ回転数算出機能より得られるインペラ回転数値とモータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値とモータ電流吐出流量関連データ記憶部60に記憶されているデータを用いて、液体粘度値およびモータ電流測定値ならびにインペラ回転数値における液体吐出流量を演算する吐出流量演算部58を備えている。
このように、所定液体粘度における異なる複数のインペラ回転数における複数のモータ電流吐出流量関係データからなる所定粘度関連吐出流量データを異なる複数の所定粘度について記憶するモータ電流吐出流量関連データ記憶部60におけるデータを用いて吐出流量を演算するものであるので、流量計を用いることなく、液体流量(吐出量)を容易かつ確実に算出でき、さらに、高次演算式を用いる場合に比べて早く演算することができる。
【0012】
そして、図1ないし図5に示す実施例の液体ポンプ装置は、液体流入ポート22と液体流出ポート23を有するハウジング20と、内部に磁性体25を備え、ハウジング20内で回転し、回転時の遠心力によって液体を送液するインペラ21を有する遠心式液体ポンプ部2と、遠心式液体ポンプ部2のインペラ21の磁性体25を吸引するための磁石33を備えるロータ31と、ロータ31を回転させるモータ34を備えるインペラ回転トルク発生部3と、電磁石41を備えるインペラ位置制御部4とを備え、ハウジング20に対してインペラ21が非接触状態にて回転するものである。
なお、本発明の遠心式血液ポンプ装置は、上記のようなインペラが非接触状態にて回転するタイプのものに限定されるものではない。例えば、インペラがモータのシャフトに接合され、モータの回転によりインペラが回転するタイプのものに用いることができる。
【0013】
図2ないし図6に示すように、この実施例の遠心式液体ポンプ装置本体部5は、血液流入ポート22と血液流出ポート23を有するハウジング20と、ハウジング20内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラ21を有する遠心式液体ポンプ部2と、インペラ21のためのインペラ回転トルク発生部(非制御式磁気軸受構成部)3と、インペラ21のためのインペラ位置制御部(制御式磁気軸受構成部)4とを備える。
インペラ21は、図4に示すように、非制御式磁気軸受構成部3および制御式磁気軸受構成部4の作用により、ハウジング20内の所定位置に保持され、ハウジング内面に接触することなく通常は回転する。
ハウジング20は、血液流入ポート22と血液流出ポート23とを備え、非磁性材料により形成されている。ハウジング20内には、血液流入ポート22および血液流出ポート23と連通する血液室24が形成されている。このハウジング20内には、インペラ21が収納されている。血液流入ポート22は、ハウジング20の上面の中央付近よりほぼ垂直に突出するように設けられている。血液流出ポート23は、図3および図5に示すように、ほぼ円筒状に形成されたハウジング20の側面より接線方向に突出するように設けられている。
【0014】
図5に示すように、ハウジング20内に形成された血液室24内には、中央に貫通口を有する円板状のインペラ21が収納されている。インペラ21は、図4に示すように、下面を形成するドーナツ板状部材(下部シュラウド)27と、上面を形成する中央が開口したドーナツ板状部材(上部シュラウド)28と、両者間に形成された複数(例えば、7つ)のベーン18を有する。そして、下部シュラウドと上部シュラウドの間には、隣り合うベーン18で仕切られた複数(7つ)の血液通路26が形成されている。血液通路26は、図5に示すように、インペラ21の中央開口と連通し、インペラ21の中央開口を始端とし、外周縁まで徐々に幅が広がるように延びている。言い換えれば、隣り合う血液通路26間にベーン18が形成されている。なお、この実施例では、それぞれの血液通路26およびそれぞれのベーン18は、等角度間隔にかつほぼ同じ形状に設けられている。
【0015】
そして、図4に示すように、インペラ21には、複数(例えば、24個)の第1の磁性体25(永久磁石、従動マグネット)が埋設されている。この実施例では、第1の磁性体25は、下部シュラウド27内に埋設されている。埋設された磁性体25(永久磁石)は、後述するインペラ回転トルク発生部3のロータ31に設けられた永久磁石33によりインペラ21を血液流入ポート22と反対側に吸引され、回転トルクをインペラ回転トルク発生部より伝達にするために設けられている。
また、この実施例のようにある程度の個数の磁性体25を埋設することにより、後述するロータ31との磁気的結合も十分に確保できる。磁性体25(永久磁石)の形状としては、円形であることが好ましい。あるいは、リング状のマグネットを多極(例えば、24極)に分極したもの、言い換えれば、複数の小さな磁石を磁極が交互となるように、かつ、リング状に並べたものでもよい。
【0016】
また、インペラ21は、上部シュラウドそのものもしくは上部シュラウド内に設けられた第2の磁性体28を備える。この実施例では、上部シュラウドの全体が、磁性体28により形成されている。磁性体28は、後述するインペラ位置制御部の電磁石41によりインペラ21を血液流入ポート22側に吸引するために設けられている。磁性体28としては、磁性ステンレス等が使用される。
インペラ位置制御部4およびインペラ回転トルク発生部3により、非接触式磁気軸受が構成され、インペラ21は、相反する方向より引っ張られることにより、ハウジング20内において、ハウジング20の内面と接触しない適宜位置にて安定し、非接触状態にてハウジング20内を回転する。
【0017】
インペラ回転トルク発生部3は、図4に示すように、ハウジング20内に収納されたロータ31とロータ31を回転させるためのモータ34を備える。ロータ31は、液体ポンプ部2側の面に設けられた複数の永久磁石33を備える。ロータ31の中心は、モータ34の回転軸に固定されている。永久磁石33は、インペラ21の永久磁石25の配置形態(数および配置位置)に対応するように、複数かつ等角度ごとに設けられている。
インペラ回転トルク発生部3としては、上述のロータおよびモータを備えるものに限られず、例えば、インペラ21の永久磁石25を吸引し、かつ回転駆動させるための複数のステーターコイルからなるものでもよい。
【0018】
インペラ位置制御部4は、図3および図4に示すように、インペラの磁性体28を吸引するための固定された複数の電磁石41と、インペラの磁性体28の位置を検出するための位置センサ42を備えている。具体的には、インペラ位置制御部4は、ハウジング20内に収納された複数の電磁石41と、複数の位置センサ42を有する。インペラ位置制御部の複数(3つ)の電磁石41および複数(3つ)の位置センサ42は、それぞれ等角度間隔にて設けられており、電磁石41と位置センサ42も等角度間隔にて設けられている。電磁石41は、鉄心とコイルからなる。電磁石41は、この実施例では、3個設けられている。電磁石41は、3個以上、例えば、4つでもよい。3個以上設け、これらの電磁力を位置センサ42の検知結果を用いて調整することにより、インペラ21の回転軸(z軸)方向の力を釣り合わせ、かつ回転軸(z軸)に直交するx軸およびy軸まわりのモーメントを制御することができる。
【0019】
位置センサ42は、電磁石41と磁性体28との隙間の間隔を検知し、この検知出力は、電磁石41のコイルに与えられる電流もしくは電圧を制御する制御機構(言い換えれば、コントローラ)6の制御部51に送られる。また、インペラ21に重力等による半径方向の力が作用しても、インペラ21の永久磁石25とロータ31の永久磁石33との間の磁束の剪断力および電磁石41と磁性体28との間の磁束の剪断力が作用するため、インペラ21はハウジング20の中心に保持される。
制御機構6は、図1に示すように、磁気カップリング用のモータ34のためのパワーアンプ52およびモータ制御回路53、電磁石41のためのパワーアンプ54、センサ42のためのセンサ回路55、センサ出力をモニタリングするためのセンサ出力モニタリング部(図示せず)、制御部51、電源部56、液体測定データ入力部(言い換えれば、血液パラメータ入力部)57、吐出流量演算部58、表示部59、モータ電流吐出流量関連データ記憶部(言い換えれば、粘度回転数モータ電流吐出流量関連データ記憶部)60を備える。制御部51は、モータ電流モニタリング機能を備える。
【0020】
液体測定データ入力部(血液パラメータ入力部)57としては、例えば、液体粘度測定値入力部である。好ましくは、図1に示すように、血液粘度測定値入力部と比重入力部を備えることが好ましい。この場合、血液粘度および比重は使用者より採血した血液より外部機器を用いて測定される。
また、液体測定データ入力部(血液パラメータ入力部)57としては、図1の括弧内に示すように、ヘマトクリット値入力部であってもよい。この場合、遠心式液体ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能を備えているものとなる。つまり、吐出流量演算部58は、粘度演算機能を備えるものとなる。粘度演算方法は以下のとおりである。
V=a3Hct3+a2Hct2+a1Hct+a0
V[mPa・s]は粘度、Hct[%]はヘマトクリット値、a0〜a3=係数
【0021】
さらに、遠心式液体ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より比重を演算する比重演算機能を備えていることが好ましい。つまり、吐出流量演算部58は、比重演算機能を備えるものとなる。比重計算方法は、以下のとおりである。
ρ=b3Hct3+b2Hct2+b1Hct+b0
ρは比重、Hct[%]はヘマトクリット値、b0〜b3=係数
そして、遠心式液体ポンプ装置は、入力もしくは演算された比重を用いて補正した値をモータ電流測定値とするモータ電流測定値補正機能を備えていることが好ましい。具体的には、下記式により補正される。
モータ電流測定値=モータ電流実測値/比重
【0022】
次に、吐出流量演算部による吐出流量演算機能について説明する。
制御機構6の粘度回転数モータ電流吐出流量関連データ記憶部60は、所定液体粘度における異なる複数のインペラ回転数における複数のモータ電流吐出流量関係データからなる所定粘度関連吐出流量データを異なる複数の所定粘度について記憶している。具体的には、図7に示すように、複数の異なる粘度についてのデータを各粘度ごとにテーブルを形成するデータテーブルの形式で記憶している。つまり、粘度とインペラ回転数とモータ電流と吐出流量に関するデータベースを記憶している。各データテーブルは、例えば、図8から図12に示すように、各粘度ごとに別テーブルとなるとともに、各粘度テーブルには、回転数とモータ電流と吐出流量に関する複数のデータが記憶されている。具体的には、図8から図12に示すものでは、複数の所定回転数および複数の所定吐出流量におけるモータ電流値が記録されている。なお、このようなデータテーブルとすることがデータ記録上好ましいが、粘度とモータ回転数とモータ電流と吐出流量の4つのパラメータからなるものを1データとし、これを複数単に記憶するものとしてもよい。
【0023】
具体的には、モータ電流吐出流量関連データ記憶部60は、図7に示すように、第一の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第一所定粘度関連吐出流量データ記憶機能(言い換えれば、第一所定粘度関連吐出流量データテーブル)71と、第二の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第二所定粘度関連吐出流量データ記憶機能(言い換えれば、第二所定粘度関連吐出流量データテーブル)72と、第三の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第三所定粘度関連吐出流量データ記憶機能(言い換えれば、第三所定粘度関連吐出流量データテーブル)73とを少なくとも備えている。特に、この実施例のように、モータ電流吐出流量関連データ記憶部は、第四の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第四所定粘度関連吐出流量データ記憶機能(言い換えれば、第四所定粘度関連データテーブル)74を備えていることが好ましい。さらに、この実施例のように、モータ電流吐出流量関連データ記憶部は、第五の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第五所定粘度関連吐出流量データ記憶機能(言い換えれば、第五所定粘度関連データテーブル)75を備えていることが好ましい。
【0024】
図7に示すように、この実施例のポンプ装置1では、第一から第五までの所定粘度関連吐出流量データテーブル71〜75を備えている。さらに、第六以上の所定粘度関連吐出流量データテーブルを備えていてもよい。そして、第一から第五までの所定粘度関連吐出流量データテーブルとしては、図8ないし図12に示すように、粘度(mPa・s)が1,2,3,4,5のように間隔が等間隔ごとのテーブルを備えることが望ましい。そして、各データテーブルにおけるデータは、比重1の液体を用いてあらかじめ測定したものである。このため、吐出流量の演算に当たっては、測定もしくは演算された比重が1でない場合には、比重により測定された電流を除した値が用いられる。
そして、各所定粘度関連吐出流量データ記憶機能(各所定粘度関連データテーブル)に記憶されているデータは、複数の同じインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶していることが好ましい。
【0025】
吐出流量演算部58は、上記の粘度回転数モータ電流吐出流量関連データ記憶部60に記憶されたデータと、液体粘度関連測定データ入力部(血液パラメータ入力部)57に入力された粘度もしくは入力された液体測定データ(具体的には、ヘマトクリット値)より演算された液体粘度値とインペラ回転数測定機能もしくはインペラ回転数算出機能より得られるインペラ回転数値とモータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値とを用いて、液体粘度値およびモータ電流測定値ならびにインペラ回転数値における液体吐出流量を演算する。
【0026】
具体的には、吐出流量演算部58は、入力された粘度もしくは入力された液体測定データ(具体的には、ヘマトクリット値)より演算された液体粘度値と近い2つの所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータを用いて吐出流量を演算するものである。また、吐出流量演算部58は、入力された粘度もしくは入力された液体測定データ(具体的には、ヘマトクリット値)より演算された液体粘度値が上記所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のいずれかの所定粘度と同じ場合には、当該所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータを用いて吐出流量を演算するものである。さらに、吐出流量演算部58は、入力された粘度もしくは入力された液体測定データ(具体的には、ヘマトクリット値)より演算された液体粘度値と近い2つの所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータであり、かつ、当該所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータにおける前記インペラ回転数値と近い2つのインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関係データを用いて吐出流量を演算するものである。
【0027】
さらに、この実施例の遠心式液体本装置では、吐出流量演算部58は、吐出流量をステップ演算により算出するものとなっている。このため、最終的な吐出流量算出までに、いくつかの演算用吐出流量生成する機能を備え、生成された複数の演算用吐出流量より目的とする条件での吐出流量を算出する。
具体的には、吐出流量演算部58は、入力された粘度もしくは入力された液体測定データ(具体的には、ヘマトクリット値)より演算された液体粘度値と近い2つの所定粘度関連吐出流量データ記憶機能(言い換えれば、液体粘度値と近い2つの所定粘度関連データテーブル)のデータであり、かつ、当該所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータにおけるインペラ回転数値と近い2つのインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関係データを用いるものであり、一方の所定粘度関連吐出流量データ中のインペラ回転数値と近い一方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであってモータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いてモータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくはモータ電流吐出流量関連データがモータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第一の演算用吐出流量生成機能を備える。
【0028】
さらに、吐出流量演算部58は、一方の所定粘度関連吐出流量データ中のインペラ回転数値と近い他方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであってモータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いてモータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくはモータ電流吐出流量関連データがモータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第二の演算用吐出流量生成機能を備えている。
第二の演算用吐出流量生成機能と上述した第一の演算用吐出流量生成機能との相違は、第一の演算用吐出流量生成機能では、一方の所定粘度関連吐出流量データ中のインペラ回転数値と近い一方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データを用いるのに対して、一方の所定粘度関連吐出流量データ中のインペラ回転数値と近い他方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データを用いる点のみである。
【0029】
さらに、吐出流量演算部58は、他方の所定粘度関連吐出流量データ中のインペラ回転数値と近い一方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであってモータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いてモータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくはモータ電流吐出流量関連データがモータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第三の演算用吐出流量生成機能を備えている。
第三の演算用吐出流量生成機能と上述した第一の演算用吐出流量生成機能との相違は、第一の演算用吐出流量生成機能では、一方の所定粘度関連吐出流量データ中のインペラ回転数値と近い一方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データを用いるのに対して、他方の所定粘度関連吐出流量データ中のインペラ回転数値と近い一方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データを用いる点のみである。
【0030】
さらに、吐出流量演算部58は、他方の所定粘度関連吐出流量データ中のインペラ回転数値と近い他方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであってモータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いてモータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくはモータ電流吐出流量関連データがモータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第四の演算用吐出流量生成機能を備えている。
第四の演算用吐出流量生成機能と上述した第一の演算用吐出流量生成機能との相違は、第一の演算用吐出流量生成機能では、一方の所定粘度関連吐出流量データ中のインペラ回転数値と近い一方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データを用いるのに対して、他方の所定粘度関連吐出流量データ中のインペラ回転数値と近い他方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データを用いる点のみである。
【0031】
上記の第一から第四の各演算用吐出流量生成機能は、入力された粘度もしくは入力された液体測定データ(具体的には、ヘマトクリット値)より演算された液体粘度値と近い2つの所定粘度関連吐出流量データ記憶機能(言い換えれば、液体粘度値と近い2つの所定粘度関連データテーブル)のデータを用いるものである。つまり、各演算用吐出流量生成は、液体粘度値より低くかつ最も近い所定粘度関連データテーブルと高くかつ最も近い所定粘度関連データテーブルの2つの所定粘度関連データテーブルのデータを用いて行われる。なお、液体粘度値が、記憶する所定粘度関連データテーブルの最も低い所定粘度よりも低い場合および最も高い所定粘度よりも高い場合には、各演算用吐出流量生成は、近い2つの所定粘度関連データテーブルのデータを用いて行われる。
【0032】
同様に、各演算用吐出流量生成は、使用する所定粘度関連吐出流量データテーブルにおけるインペラ回転数値と近い2つのインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関係データを用いて行われる。つまり、各演算用吐出流量生成は、インペラ回転数値より低くかつ最も近いインペラ回転数に関するデータとインペラ回転数値より高くかつ最も近いインペラ回転数に関するデータの2つインペラ回転数についてのデータを用いて行われる。なお、インペラ回転数値が、記憶する所定インペラ回転数データの最も低いインペラ回転数よりも低い場合および最も高いインペラ回転数よりも高い場合には、各演算用吐出流量生成は、近い2つのインペラ回転数に関するデータを用いて行われる。
【0033】
そして、各演算用吐出流量生成は、モータ電流測定値と近く、そのモータ電流測定値より小さくかつ最も近いモータ電流吐出流量関連データとそのモータ電流測定値より大きくかつ最も近いモータ電流吐出流量関連データが存在する場合には、その両者を用いて比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算する。また、モータ電流測定値と近く、そのモータ電流測定値より小さいモータ電流吐出流量関連データもしくはそのモータ電流測定値より大きいモータ電流吐出流量関連データが存在しない場合には、そのモータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いて比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算する。また、モータ電流吐出流量関連データがモータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを第一の演算用吐出流量として採択する。この場合には、演算はされず単に採択となる。
【0034】
そして、吐出流量演算部58は、上記の第一ないし第四の演算用吐出流量生成機能により演算される第一ないし第四の演算用吐出流量を用いて、液体粘度値、インペラ回転数値およびモータ電流測定値における吐出流量を演算する。なお、上記の記憶データより直接生成される演算用吐出流量を一次演算用吐出流量と表現することができる。そして、この実施例の遠心式液体ポンプ装置では、上記の一次演算用吐出流量を用いて2つの二次演算用吐出流量を演算し、それを用いて最終的な吐出流量を演算する。
具体的には、吐出流量演算部58は、一方の所定粘度に関する第一の演算用吐出流量値および他方の所定粘度に関する第三の演算用吐出流量値を用いて、比例演算もしくは上記2つの演算用吐出流量値より算出される回帰式より液体粘度値における一方のインペラ回転数に関する吐出流量を算出する第五の演算用吐出流量生成機能を備える。
【0035】
さらに、吐出流量演算部58は、一方の所定粘度に関する第二の演算用吐出流量値および他方の所定粘度に関する第四の演算用吐出流量値を用いて、比例演算もしくは上記2つの演算用吐出流量値より算出される回帰式より液体粘度値における他方のインペラ回転数に関する吐出流量を算出する第六の演算用吐出流量生成機能を備える。
そして、吐出流量演算部58は、一方のインペラ回転数に関する第五の演算用吐出流量生成機能および他方のインペラ回転数に関する第六の演算用吐出流量生成機能により生成される第五および第六の演算用吐出流量を用いて、比例演算もしくは上記2つの演算用吐出流量値より算出される回帰式より、前記インペラ回転数値における吐出流量を演算する機能を備える。
【0036】
具体的に説明すると、
あらかじめ,
1,2,3,4,5[mPa・s]
の各粘度における回転数:
1200,1400,1600,1800,2000,2200,
2400,2600[rpm]
の各々について,流量
1,2,3,4,5,6,7,8,9[L/min]
での、流体の比重が1の場合のモータ電流値を実験によって求めておく。なお、比重が1でない場合の補正は、たとえば、モータ電流値を比重で割って正規化する。
ここで,
Vm=m[mPa・s] (m=1,2,3,4,5)
Nm=1000+200m[rpm] (m=1,2,3,4,5、6,7,8)
とする。ここでmは正の整数である。以後、粘度をv,回転数をn,流量をq、モータ電流iとする。
【0037】
今,粘度v0,回転数n0,モータ電流i0が与えられ,そのときの流量を求めたいとする(粘度と比重は患者の個体差はあるが、同一人の場合、大きく変化することはないので、定期的な検査で測定しておけば、十分な精度が得られる)。
はじめに,この点(v0,n0)を囲んで、隣接する4つのデータ点(流量とモータ電流の関係があらかじめ計測によって求められている点)を求める。
すなわち,mを変化させて,
Vj<v0<Vj+1
を満たすjを求める。また,回転数についても同様に,
Nk<n0<Nk+1
を満たすkを求める。これにより,隣接する4つのデータ点は,
(Vj,Nk),(Vj+1,Nk),
(Vj,Nk+1),(Vj+1,Nk+1)
である。この4つの条件での流量とモータ電流の関係が求められている。すなわち、
データ点:
(Qm,Im) m=1,2,・・・,9
があるので,
Im<i0<Im+1
を満たすmを求め,区間[Qm,Qm+1]
で直線近似を用いると(直線近似で必要精度が得られる程度の間隔で、あらかじめデータ点を計測しておく),
(q,i)の関係式は,
i−Im=[(Im+1−Im)/(Qm+1−Qm)](q−Qm)
であるから,
q00:(Vj,Nk,i0)での流量(計算値)
q10:(Vj+1,Nk,i0)での流量(計算値)
q01:(Vj,Nk+1,i0)での流量(計算値)
q11::(Vj+1,Nk+1,i0)での流量(計算値)
を求めることができる。
【0038】
Nkとi0が等しい(Vj,q00)と(Vj+1,q10)から,
区間[Vj,Vj+1]において直線近似を用いると(v,q)の関係式は,
q−q00={(q10−q00)/(Vj+1−Vj)}(v−Vj)
であるから,v0での流量をq20とすると,
q20={(q10−q00)/(Vj+1−Vj)}(v0−Vj)+q00
となる。同様に,Nk+1とi0が等しい(Vj,q01)と(Vj+1,q11)から,v0での流量をq21とすると,
q21=[(q11−q01)/(Vj+1−Vj)](v0−Vj)+q01
となる。すなわち,
q20:(v0,Nk,i0)での流量(計算値)
q21:(v0,Nk+1,i0)での流量(計算値)
である。
次に区間[Nk,Nk+1]において直線近似を用いると,(n,q)の関係式は,
q−q20=[(q21−q20)/(Nk+1−Nk)](n−Nk)
であるから,最終的に求めたい(v0,n0,i0)の時の流量q0は,
q0=[(q21−q20)/(Nk+1−Nk)](n0−Nk)+q20
となる。
【0039】
具体的な例として、
粘度3.8[mPa・s]、回転数1950[rpm]、モータ電流0.28[A](実測電流0.3Aを比重1.07により除した値)のときの流量を求める過程を、図7に示す。計算過程は以下の通りである。
(1)演算利用データ選択
3.8mPa・s、1950rpmに隣接するデータ点は以下の4つである。
図10の粘度3mPa・sのデータテーブルの1800rpmにおける
(0.27A、5L/min:x1,y1)、(0.31A,6L/min:x2,y2)と
2000rpmにおける(0.27A、3L/min:x3,y3)、(0.30A,4L/min:x4,y4)と
図11の粘度4mPa・sのデータテーブルの1800rpmにおける
(0.27A、4L/min:x5,y5)、(0.30A,5L/min:x6,y6)と
2000rpmにおける(0.26A、2L/min:x7,y7)、(0.29A,3L/min:x8,y8)との計8点の「電流と流量」の特性から流量を計算する。なお、演算対象のモータ電流値と同じ値のデータをデータテーブルが記憶する場合には、その値を用いるものとなる。このため、最小では、4点のデータが用いられ、最大で上記の8点である。
【0040】
(2)第一ないし第四の演算用吐出流量の生成(一次演算用吐出流量の生成)
図10の粘度3mPa・sのデータテーブルの1800rpmにおける(0.27A、5L/min:x1,y1)と(0.31A,6L/min:x2,y2)より、粘度3mPa・s,1800rpm,0.28Aのときの流量を演算すると、((0.28A),3mPa・s,5.25L/min:xa,ya)となり第一の演算用吐出流量が演算される。
同様に、2000rpmにおける(0.27A、3L/min:x3,y3)、(0.30A,4L/min:x4,y4)より、粘度3mPa・s,2000rpm,0.28Aのときの流量を演算すると、((0.28A),3mPa・s,3.33L/min:xb,yb)となり、第二の演算用吐出流量が演算される。
図11の粘度4mPa・sのデータテーブルの1800rpmにおける(0.27A、4L/min:x5,y6)と(0.30A,5L/min:x6,y6)より、粘度4mPa・s,1800rpm,0.28Aのときの流量を演算すると、((0.28A),4mPa・s,4.33L/min:xc,yc)となり第三の演算用吐出流量が演算される。
同様に、2000rpmにおける(0.26A、2L/min:x7,y7)、(0.29A,3L/min:x8,y8)より、粘度4mPa・s,2000rpm,0.28Aのときの流量を演算すると、((0.28A),4mPa・s,2.66L/min:xd,yd)となり第四の演算用吐出流量が演算される。
なお、上述したように演算対象のモータ電流値と同じ値のデータをデータテーブルが記憶する場合には、その値を第一ないし四の演算用吐出流量として生成する。
【0041】
(3)第五および第六の演算用吐出流量の生成(二次演算用吐出流量の生成)
次に、求めたいのは3.8mPa・sのときの流量であるから、第一の演算用吐出流量(3mPa・s,5.25L/min:xa,ya)と第三の演算用吐出流量(4mPa・s,4.33L/min:xc,yc)を用いて、粘度3.8mPa・s、回転数1800rpm、0.28Aのときの流量を演算すると((3.8mPa・s,0.28A),1800rpm,4.51L/min:xe,ye)となり、第五の演算用吐出流量が演算される。
同様に、求めたいのは3.8mPa・sのときの流量であるから、第二の演算用吐出流量(3mPa・s,3.33L/min:xb,yb)と第四の演算用吐出流量(4mPa・s,2.66L/min:xc,yc)を用いて、粘度3.8mPa・s、回転数2000rpm、0.28Aのときの流量を演算すると((3.8mPa・s,0.28A,),2000rpm,2.79L/min:xf,yf)となり、第六の演算用吐出流量が演算される。
(4)吐出流量の算出
最後に、求めたいのは1950rpmのときの流量であるから、第五の演算用吐出流量(1800rpm,4.51L/min:xe,ye)と第六の演算用吐出流量(2000rpm,2.79L/min:xf,yf)を用いて、回転数1950rpm、0.28A、粘度3.8mPa・sのときの流量を演算すると((3.8mPa・s,0.28A),1950rpm,3.22L/min:xe,ye)となり、吐出流量が演算される。
【0042】
また、吐出流量演算部における上述した第五および第六演算用吐出流量(二次演算用吐出流量)の演算および吐出流量の演算は下記のようなものであってもよい。
この場合の吐出流量演算部58は、一方の所定粘度に関する第一の演算用吐出流量値および一方の所定粘度に関する第二の演算用吐出流量値を用いて、比例演算もしくは上記2つの演算用吐出流量値より算出される回帰式より、一方の所定粘度におけるインペラ回転数値に関する吐出流量を算出する第五の演算用吐出流量生成機能を有する。
さらに、吐出流量演算部58は、他方の所定粘度に関する第三の演算用吐出流量値および他方の所定粘度に関する第四の演算用吐出流量値を用いて、比例演算もしくは上記2つの演算用吐出流量値より算出される回帰式より、他方の所定粘度におけるインペラ回転数値に関する吐出流量を算出する第六の演算用吐出流量生成機能を有する。
【0043】
そして、吐出流量演算部58は、一方の所定粘度における第五の演算用吐出流量生成機能および他方の所定粘度における前記六の演算用吐出流量生成機能により生成される第五および第六の演算用吐出流量を用いて、比例演算もしくは上記2つの演算用吐出流量値より算出される回帰式より、液体粘度値における吐出流量を演算する機能を備える。
つまり、吐出流量の演算は、上記した演算方法に限られるものではなく、図7の破線に示すように、第一の演算用吐出流量と第二の演算用吐出流量用いて、粘度3mPa・s、回転数1950rpm、0.28Aのときの流量を演算して第五の演算用吐出流量を演算し、第三の演算用吐出流量と第四の演算用吐出流量用いて、粘度4mPa・s、回転数1950rpm、0.28Aのときの流量を演算して第六の演算用吐出流量を演算し、最後の粘度3.8mPa・sの時の流量を算出することにより吐出流量を算出してもよい。具体的に説明する。なお、上述した(1)演算利用データ選択および(2)第一ないし第四の演算用吐出流量の生成(一次演算用吐出流量の生成)は同じである。
【0044】
(3’)第五および第六の演算用吐出流量の生成(二次演算用吐出流量の生成)
求めたいのは1950rpmのときの流量であるから、第一の演算用吐出流量(1800,5.25L/min:xa,ya)と第二の演算用吐出流量(2000rpm,3.33L/min:xb,yb)を用いて、粘度3mPa・s、回転数1950rpm、0.28Aのときの流量を演算すると((1950rpm,0.28A),3mPa・s,3.81L/min:xe,ye)となり、第五の演算用吐出流量が演算される。同様に、求めたいのは1950rpmのときの流量であるから、第三の演算用吐出流量(1800rpm,4.33L/min:xc,yc)と第四の演算用吐出流量(2000rpm,2.66L/min:xc,yc)を用いて、粘度4mPa・s、回転数1950rpm、0.28Aのときの流量を演算すると((1950rpm,0.28A,),4mPa・s,3.08L/min:xf,yf)となり、第六の演算用吐出流量が演算される。
【0045】
(4’)吐出流量の算出
最後に、求めたいのは3.8mPa・sのときの流量であるから、第五の演算用吐出流量(3mPa・s,3.81 L/min:xe,ye)と第六の演算用吐出流量(4mPa・s,3.077L/min:xf,yf)を用いて、回転数1950rpm、0.28A、粘度3.8mPa・sのときの流量を演算すると((1950rpm,0.28A),3.8mPa・s,3.22L/min:xe,ye)となり、吐出流量が演算される。
上述した具体的な実施例の遠心式液体ポンプ装置では、比例計算もしくは直線近似(言い換えれば、直線回帰式)によって簡単なサブルーチンを繰り返すことにより、吐出流量が演算できるため、データ容量および演算のための式等の記憶量が小さくてすみかつ演算処理も容易となる。これにより、携帯用の制御装置の場合にも組込可能でなおかつ、リアルタイムでの表示も容易になる。
そして、吐出流量演算部により演算された吐出流量は、表示部59に表示される。
【0046】
また、以上の方法を使用した間接計測流量と実流量との関係の一例を図13に示す。図13では各実流量に対し、複数点、間接計測流量があるが、ほとんど一致している。もともと、この方式では、測定点付近の精度が高くなるために、測定点での両者の誤差は非常に小さくなる。ただし本質的に直線近似であるから、測定点間にて推定する場合もこの直線上にのることは容易に理解され、高い相関関係であることがわかる。
これに対し、同データに対して、式(1)の関係式を用いた場合の間接計測流量と実流量との関係を図14に示す。図14でも各実流量に対し、複数点、間接計測流量があるが、あまり一致していない。すなわち、この変動幅がそのまま誤差を表している。
なお、点(v0,n0)がデータ点の外にある場合、たとえば、
V5<v0,
N8<n0
の場合も、それぞれ、一番近い区間:
[V4,V5]
[N7,N8]
での直線を延長して(補外)、同様に求めることができる。流量とモータ電流の関係についても、与えられた条件がデータ点の外にある場合は前述の補外による対応が可能である。
【0047】
また、遠心式ポンプ装置としては、図6に示すようなタイプのものであってもよい。この実施例の遠心ポンプ装置100は、遠心式液体ポンプ装置本体部5とこれと電気的に接続された制御機構(言い換えれば、コントローラ)6からなる遠心式液体ポンプ装置本体と、吐出流量演算器7とに分離している。そして、コントローラ6と吐出流量演算器7とは、それぞれが備える通信機能8によりデータ通信可能となっている。具体的には、通信機能8は、制御機構側通信インターフェース81(コントローラ側通信インターフェース)と、吐出流量演算器側通信インターフェース82により構成されている。少なくとも、制御機構側通信インターフェース81(コントローラ側通信インターフェース)は、モータ電流値もしくはその関連信号を発信する機能を備えており、吐出流量演算器側通信インターフェース82は、制御機構側通信インターフェース81より発信されたモータ電流値もしくはその関連信号を受信する機能を備えている。なお、両者間の通信は、アナログ通信、デジタル通信のいずれでもよい。通信形式は、公知のものが使用できる。この実施例の遠心式液体ポンプ装置100と上述した遠心式液体ポンプ装置1との相違は、制御機構より吐出流量演算器が分離された点のみであり、その他の構成については上述した遠心式液体ポンプ装置1と同じである。
【0048】
この実施例の遠心式液体ポンプ装置100における制御機構6は、図6に示すように、磁気カップリング用のモータ34のためのパワーアンプ52およびモータ制御回路53、電磁石41のためのパワーアンプ54、センサ42のためのセンサ回路55、センサ出力をモニタリングするためのセンサ出力モニタリング部56、制御部51、電源部56、制御機構側通信インターフェース81を備えている。制御部51は、モータ電流モニタリング機能を備える。
吐出流量演算器7は、液体測定データ入力部(言い換えれば、血液パラメータ入力部)57、吐出流量演算部58、表示部59、モータ電流吐出流量関連データ記憶部(言い換えれば、粘度回転数モータ電流吐出流量関連データ記憶部)60、電源部62、吐出流量演算器側通信インターフェース82を備える。
【0049】
液体測定データ入力部(血液パラメータ入力部)57としては、例えば、液体粘度測定値入力部である。好ましくは、図6に示すように、血液粘度測定値入力部と比重入力部を備えることが好ましい。この場合、血液粘度および比重は使用者より採血した血液より外部機器を用いて測定される。
また、液体測定データ入力部(血液パラメータ入力部)57としては、図6の括弧内に示すように、ヘマトクリット値入力部であってもよい。この場合、遠心式液体ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能を備えているものとなる。つまり、吐出流量演算部58は、粘度演算機能を備えるものとなる。
その他の点については、上述した実施例と同じである。
【0050】
【発明の効果】
本発明の遠心式液体ポンプ装置は、液体流入ポートと液体流出ポートを有するハウジングと、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって液体を送液するインペラと、該インペラを回転させるためのモータを備える遠心式液体ポンプ装置であって、該遠心式液体ポンプ装置は、所定液体粘度における異なる複数のインペラ回転数における複数のモータ電流吐出流量関係データからなる所定粘度関連吐出流量データを異なる複数の所定粘度について記憶するモータ電流吐出流量関連データ記憶部と、液体測定データ入力部と、インペラ回転数測定機能もしくはインペラ回転数算出機能と、モータ電流値計測機能と、前記液体測定データ入力部に入力もしくは入力された液体測定データにより演算された液体粘度値と前記インペラ回転数測定機能もしくはインペラ回転数算出機能より得られるインペラ回転数値とモータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値と前記モータ電流吐出流量関連データ記憶部に記憶されているデータを用いて、前記液体粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値における液体吐出流量を演算する吐出流量演算部を備えている。
この遠心式液体ポンプ装置によれば、流量計を用いることなく、液体流量(吐出量)を容易かつ確実に算出できる。さらに、回転数,電流,粘度,流量の関係式を持つのではなく、必要な精度を満たす最小限の個別データを記憶し、演算対象電流値等と近い記憶するデータを用いて流量を計算するので、多項回帰式を用いた場合に比べて正確な吐出流量を演算により得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の遠心ポンプ装置の実施例のブロック図である。
【図2】図2は、本発明の遠心ポンプ装置に使用される遠心ポンプ装置本体部の一例の正面図である。
【図3】図3は、図2に示した遠心ポンプ装置本体部の平面図である。
【図4】図4は、図2に示した実施例の遠心ポンプ装置本体部の縦断面図である。
【図5】図5は、図2のA−A線断面図である。
【図6】図6は、本発明の遠心ポンプ装置の他の実施例のブロック図である。
【図7】図7は、モータ電流吐出流量関連データ記憶部におけるデータ構造および吐出流量演算過程を説明するための説明図である。
【図8】図8は、モータ電流吐出流量関連データ記憶部に記憶された所定粘度関連データテーブルの具体例を説明するための説明図である。
【図9】図9は、モータ電流吐出流量関連データ記憶部に記憶された所定粘度関連データテーブルの具体例を説明するための説明図である。
【図10】図10は、モータ電流吐出流量関連データ記憶部に記憶された所定粘度関連データテーブルの具体例を説明するための説明図である。
【図11】図11は、モータ電流吐出流量関連データ記憶部に記憶された所定粘度関連データテーブルの具体例を説明するための説明図である。
【図12】図12は、モータ電流吐出流量関連データ記憶部に記憶された所定粘度関連データテーブルの具体例を説明するための説明図である。
【図13】図13は、本発明の実施例の遠心式液体ポンプ装置により吐出流量を演算した結果をグラフに示す図である。
【図14】図14は、比較例の遠心式液体ポンプ装置により吐出流量を演算した結果をグラフに示す図である。
【符号の説明】
1 遠心式液体ポンプ装置
2 遠心式液体ポンプ部
3 インペラ回転トルク発生部
4 インペラ位置制御部
5 遠心式液体ポンプ装置本体部
6 制御機構
21 インペラ
25 磁性体
31 ロータ
34 モータ
41 電磁石
20 ハウジング
57 液体測定データ入力部(液体粘度関連測定データ入力部)
58 吐出流量演算部
59 表示部
60 モータ電流吐出流量関連データ記憶部(粘度回転数モータ電流吐出流量関連データ記憶部)
Claims (16)
- 液体流入ポートと液体流出ポートを有するハウジングと、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって液体を送液するインペラと、該インペラを回転させるためのモータを備える遠心式液体ポンプ装置であって、該遠心式液体ポンプ装置は、所定液体粘度における異なる複数のインペラ回転数における複数のモータ電流吐出流量関係データからなる所定粘度関連吐出流量データを異なる複数の所定粘度について記憶するモータ電流吐出流量関連データ記憶部と、液体測定データ入力部と、インペラ回転数測定機能もしくはインペラ回転数算出機能と、モータ電流値計測機能と、前記液体測定データ入力部に入力もしくは入力された液体測定データにより演算された液体粘度値と前記インペラ回転数測定機能もしくはインペラ回転数算出機能より得られるインペラ回転数値とモータ電流値計測機能により得られるモータ電流測定値と前記モータ電流吐出流量関連データ記憶部に記憶されているデータを用いて、前記液体粘度値および前記モータ電流測定値ならびに前記インペラ回転数値における液体吐出流量を演算する吐出流量演算部を備えていることを特徴とする遠心式液体ポンプ装置。
- 前記遠心式液体ポンプ装置は、液体流入ポートと液体流出ポートを有するハウジングと、内部に磁性体を備え、前記ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって液体を送液するインペラを有する遠心式液体ポンプ部と、前記遠心式液体ポンプ部の前記インペラの磁性体を吸引するための磁石を備えるロータと、該ロータを回転させるモータを備えるインペラ回転トルク発生部と、電磁石を備えるインペラ位置制御部とを備え、前記ハウジングに対して前記インペラが非接触状態にて回転するものである請求項1に記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記液体測定データ入力部は、液体粘度測定値入力部であり、前記液体粘度値は、液体粘度測定値である請求項1または2に記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記液体測定データ入力部は、ヘマトクリット値入力部であり、前記遠心式液体ポンプ装置は、入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能を備えている請求項1または2に記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記液体測定データ入力部は、ヘマトクリット値入力部であり、前記遠心式液体ポンプ装置は 入力されたヘマトクリット値より粘度を演算する粘度演算機能および比重を演算する比重演算機能を備えている請求項1または2に記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記遠心式液体ポンプ装置は、比重入力部もしくは比重演算機能と、前記モータ電流測定値を該比重入力部により入力されたもしくは前記比重演算機能により演算された比重を用いて補正した値をモータ電流測定値とするモータ電流測定値補正機能を備えている請求項1ないし5のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記モータ電流吐出流量関連データ記憶部は、第一の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第一所定粘度関連吐出流量データ記憶機能と、第二の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第二所定粘度関連吐出流量データ記憶機能と、第三の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第三所定粘度関連吐出流量データ記憶機能を少なくとも備えている請求項1ないし6のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記モータ電流吐出流量関連データ記憶部は、第四の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第四所定粘度関連吐出流量データ記憶機能を備えている請求項7に記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記モータ電流吐出流量関連データ記憶部は、第五の所定液体粘度における複数のインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶する第五所定粘度関連吐出流量データ記憶機能を備えている請求項8に記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記各所定粘度関連吐出流量データ記憶機能に記憶されているデータは、複数の同じインペラ回転数におけるモータ電流と吐出流量に関する複数のデータを記憶している請求項7ないし9のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記吐出流量演算部は、液体粘度値と近い2つの所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータを用いて吐出流量を演算するものである請求項1ないし10のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記吐出流量演算部は、液体粘度値が上記所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のいずれかの所定粘度と同じ場合には、当該所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータを用いて吐出流量を演算するものである請求項1ないし11のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記吐出流量演算部は、液体粘度値と近い2つの所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータであり、かつ、当該所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータにおける前記インペラ回転数値と近い2つのインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関係データを用いて吐出流量を演算するものである請求項1ないし10のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記吐出流量演算部は、液体粘度値と近い2つの前記所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータであり、かつ、当該所定粘度関連吐出流量データ記憶機能のデータにおける前記インペラ回転数値と近い2つのインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関係データを用いるものであり、
一方の所定粘度関連吐出流量データ中の前記インペラ回転数値と近い一方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであって前記モータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いて前記モータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくは前記モータ電流吐出流量関連データが前記モータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第一の演算用吐出流量生成機能と、
前記一方の所定粘度関連吐出流量データ中の前記インペラ回転数値と近い他方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであって前記モータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いて前記モータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくは前記モータ電流吐出流量関連データが前記モータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第二の演算用吐出流量生成機能と、他方の所定粘度関連吐出流量データ中の前記インペラ回転数値と近い前記一方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであって前記モータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いて前記モータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくは前記モータ電流吐出流量関連データが前記モータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第三の演算用吐出流量生成機能と、前記他方の所定粘度関連吐出流量データ中の前記インペラ回転数値と近い前記他方のインペラ回転数に関するモータ電流吐出流量関連データであって前記モータ電流測定値と近い2つのモータ電流吐出流量関連データを用いて前記モータ電流測定値における吐出流量を比例演算もしくは上記2つのモータ電流吐出流量関連データより算出される回帰式より演算するもしくは前記モータ電流吐出流量関連データが前記モータ電流測定値と同じモータ電流値に関する吐出流量データを記憶する場合には当該吐出流量データを採択する第四の演算用吐出流量生成機能とを備え、
上記第一ないし第四の演算用吐出流量生成機能により生成される第一ないし第四の演算用吐出流量を用いて、前記液体粘度値、前記インペラ回転数値および前記モータ電流測定値における吐出流量を演算するものである請求項7ないし13のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。 - 前記吐出流量演算部は、前記一方の所定粘度に関する前記第一の演算用吐出流量値および前記他方の所定粘度に関する前記第三の演算用吐出流量値を用いて、前記液体粘度値における前記一方のインペラ回転数に関する吐出流量を算出する第五の演算用吐出流量生成機能と、前記一方の所定粘度に関する前記第二の演算用吐出流量値および前記他方の所定粘度に関する前記第四の演算用吐出流量値を用いて前記液体粘度値における前記他方のインペラ回転数に関する吐出流量を算出する第六の演算用吐出流量生成機能と、前記一方のインペラ回転数に関する第五の演算用吐出流量生成機能および前記他方のインペラ回転数に関する前記第六の演算用吐出流量生成機能により生成される第五および第六の演算用吐出流量を用いて、前記インペラ回転数値における吐出流量を演算するものである請求項14に記載の遠心式液体ポンプ装置。
- 前記吐出流量演算部は、前記一方の所定粘度に関する前記第一の演算用吐出流量値および前記一方の所定粘度に関する前記第二の演算用吐出流量値を用いて、前記一方の所定粘度における前記インペラ回転数値に関する吐出流量を算出する第五の演算用吐出流量生成機能と、前記他方の所定粘度に関する前記第三の演算用吐出流量値および前記他方の所定粘度に関する前記第四の演算用吐出流量値を用いて、前記他方の所定粘度における前記インペラ回転数値に関する吐出流量を算出する第六の演算用吐出流量生成機能と、前記一方の所定粘度における第五の演算用吐出流量生成機能および前記他方の所定粘度における前記第六の演算用吐出流量生成機能により生成される第五および第六の演算用吐出流量を用いて、前記液体粘度値における吐出流量を演算するものである請求項14に記載の遠心式液体ポンプ装置。
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