JP4554740B2

JP4554740B2 - Centrifugal blood pump device

Info

Publication number: JP4554740B2
Application number: JP20987999A
Authority: JP
Inventors: 純前川
Original assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA; NTN Corp
Current assignee: TRUMO KABUSHIKI KAISHA; NTN Corp
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2019-07-23
Also published as: JP2001041166A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠心式血液ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、人工心肺装置における体外血液循環に遠心式血液ポンプを使用する例が増加している。遠心ポンプとしては、外部とポンプ内の血液室との物理的な連通を完全に排除し、細菌等の侵入を防止できることにより、外部モータからの駆動トルクを磁気結合を用いて伝達する方式のものが用いられている。そして、このような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。また、インペラは、内部に磁性体（永久磁石）を備え、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およびこのロータを回転させるモータを備えた回転トルク発生機構により回転する。また、インペラは、ロータと反対側にも磁力により吸引されており、ハウジングに対して非接触状態にて回転する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなマグネットカップリングを利用する遠心式血液ポンプでは、回転負荷の過度の増加により、マグネットカップリングが脱調を起こす危険性がある。そして、脱調が生じると、インペラの回転は停止する。人工心臓に用いられるような血液ポンプにおいては、マグネットカップリングの脱調、すなわち負荷側であるインペラの回転停止は、生体に障害を引き起こす危険性がある。
マグネットカップリングに脱調が起こらないようにするには、大きな磁力を持つマグネットを使用する方法が考えられる。インペラとロータのマグネットカップリングによる吸引力と、マグネットカップリングの吸引力と相反する力を電磁石などにより与え、インペラを反対方向に吸引する吸引力とのバランスにより、ハウジングに対するインペラの非接触回転が達成されている。このため、マグネットカップリングの磁力を大きくすると、脱調は防止できるが電磁石により大きな電流を供給する必要が生じてくる。生体内埋込用血液ポンプ等ではその消費電力の低減も重要な課題である。
【０００４】
本発明の目的は、マグネットカップリングの磁力を大きくすることなく、マグネットカップリングであるインペラとロータ間の脱調を防止することができる遠心式血液ポンプ装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するものは、上記目的を達成するものは、血液流入ポートと血液流出ポートと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血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプ部と、前記遠心式血液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、前記インペラを吸引するための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遠心式血液ポンプ装置本体部と、該遠心式血液ポンプ装置本体部のための制御装置とを備える遠心式血液ポンプ装置であって、該制御装置は、前記インペラと前記ロータ間の脱調を防止するために、前記電磁石の電流モニタリング機能と、前記電流モニタリング機能により検知された電磁石電流振幅が記憶する許容最大電磁石電流振幅以上となったときに、モータ電流値もしくはモータ回転数を一旦低下させた後、モータ電流値もしくはモータ回転数をステップワイズに上げるように制御するモータ制御機能を備えている遠心式血液ポンプ装置である。
【０００６】
また、上記目的を達成するものは、血液流入ポートと血液流出ポートと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血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプ部と、前記遠心式血液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、前記インペラを吸引するための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遠心式血液ポンプ装置本体部と、該遠心式血液ポンプ装置本体部のための制御装置とを備える遠心式血液ポンプ装置であって、該制御装置は、前記インペラと前記ロータ間の脱調を防止するために、前記電磁石の電流モニタリング機能と、前記遠心式血液ポンプ装置の作動初期の電磁石電流平均値演算ならびにその記憶機能と、継続して行われる電磁石電流平均値演算機能と、初期電磁石電流平均値と現在の電磁石電流平均値を用いた電磁石電流平均値低下度演算機能と、平均値低下度が、記憶する許容最大電磁石電流平均値低下度を越えた場合、モータ電流値を一旦低下させた後、モーター電流値をステップワイズに上げるように制御するモータ制御機能を備えている遠心式血液ポンプ装置である。
【０００７】
そして、前記制御装置は、前記モータ制御機能によるモータ回転低下時を知らせる警報手段を備えていることが好ましい。さらに、前記インペラ位置制御部は、前記インペラの磁性部材を吸引するための固定された複数の電磁石と、該インペラの磁性部材の位置を検出するための位置センサーを備えていることが好ましい。また、前記インペラ位置制御部は、前記電磁石に流れる電流波型より前記インペラの磁性部材の位置を検出するための演算回路を備えていることが好ましい。
【０００８】
そして、前記モータ制御機能は、例えば、前記電磁石電流振幅が所定値以上となったときに、モータ駆動電流を所定量低下させた後、再びモータ駆動電流を前記所定量より少ない規定量増加させるように制御するものである。
さらに、前記モータ制御機能は、例えば、前記電磁石電流振幅が所定値以上となったときに、モータ駆動電流を所定量低下させた後、再びモータ駆動電流を前記所定量より少ない規定量でステップワイズに増加させ、再び、前記電磁石電流振幅が所定値以上となったときに、モータ駆動電流を前記所定量より少ない規定量低下させるように制御するものである。
また、前記モータ制御機能は、例えば、前記電磁石電流平均値が所定値以下となったときに、モータ駆動電流を所定量低下させた後、再びモータ駆動電流を前記所定量より少ない規定量増加させるように制御するものである。
さらに、前記モータ制御機能は、例えば、前記電磁石電流平均値が所定値以上となったときに、モータ駆動電流を所定量低下させた後、再びモータ駆動電流を前記所定量より少ない規定量でステップワイズに増加させ、再び、前記電磁石電流平均値が所定値以下となったときに、モータ駆動電流を前記所定量より少ない規定量低下させるように制御するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の遠心式血液ポンプ装置を用いて説明する。
図１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の実施例のブロック図である。図２は、本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用される遠心式血液ポンプ装置本体部の一例の正面図である。図３は、図２の遠心式血液ポンプ装置本体部をインペラ部分にて切断した断面図である。図４は、図２に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置の縦断面図であり、インペラのみ図３の屈曲した一点破線により切断した状態を模式的に示してある。図５は、図２に示した遠心式血液ポンプ装置本体部の平面図である。図６は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例のブロック図である。図７は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例のブロック図である。図８は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例のブロック図である。図９は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例のブロック図である。
【００１０】
本発明の遠心式血液ポンプ装置１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、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血液を送液するインペラ２１を有する遠心式血液ポンプ部２と、遠心式血液ポンプ部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、インペラ２１を吸引するための電磁石４１を備えるインペラ位置制御部４を備え、ハウジングに対してインペラ２１が非接触状態にて回転する遠心式血液ポンプ装置本体部５と、制御装置６を備える。
【００１１】
制御装置６は、図１および図６に示すように、モータ駆動電流設定値入力部６９ａもしくはモータ回転数設定値入力部６９ｂを備えるとともに、所定値以上のモータ回転数もしくは所定値以上のモータ駆動電流値の入力を制限する入力制限機能を備えている。また、制御装置６は、モータ駆動電流設定値の入力もしくはモータ回転数設定値の入力のいずれかを選択するための入力モード選択部６８を備えている。
この実施例の遠心式血液ポンプ装置１では、制御装置６は、モータ駆動電流設定値入力部６９ａとモータ回転制御部６５とを備え、モータ回転制御部６５は、モータ駆動電流上限値記憶機能と、記憶されたモータ駆動電流上限値以上のモータ駆動電流設定値の入力を制限するモータ駆動電流設定値入力制限機能を備えている。あらかじめ、血液もしくは物性がそれに近いものを用いて、遠心ポンプに脱調が発生するモータ駆動電流値を調べ、その値もしくは、安全性を考慮してその値より２０〜５０％程度低い値をモータ駆動電流上限値とし、これを制御部６５の記憶部６４に記憶させておく。モータ回転制御部６５は、記憶されたモータ駆動電流上限値以上のモータ駆動電流設定値の入力を行おうとすると、警報ランプ８３の点滅もしくはブザー８２が鳴動し、入力拒否を操作者に伝達する。操作者は、別の電流値を入力する。このような機能を備えることにより、脱調の発生の危険性のあるモータ駆動電流値以上でのモータの駆動が防止され、脱調の発生は極めて少ないものとなる。
【００１２】
また、上述の実施例に限らず、遠心式血液ポンプ装置１の制御装置６は、モータ回転数設定値入力部６９ｂとモータ回転制御部６５とを備え、モータ回転制御部６５は、モータ回転数上限値記憶機能と、記憶されたモータ回転数上限値以上のモータ回転数設定値の入力を制限するモータ回転数設定値入力制限機能を備えるものでもよい。あらかじめ、血液もしくは物性がそれに近いものを用いて、遠心ポンプに脱調が発生するモータ回転数を調べ、その値もしくは、安全性を考慮してその値より２０〜５０％程度低い値をモータ回転数上限値とし、これを制御部６５の記憶部６４に記憶させておく。モータ回転制御部６５は、記憶されたモータ回転数上限値以上のモータ回転数設定値の入力を行おうとすると、警報ランプ８３の点滅もしくはブザー８２が鳴動し、入力拒否を操作者に伝達する。操作者は、別の電流値を入力する。このような機能を備えることにより、脱調の発生の危険性のあるモータ回転数以上でのモータの駆動が防止され、脱調の発生は極めて少ないものとなる。
【００１３】
図２ないし図５に示すように、この実施例の遠心式血液ポンプ装置本体部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を有する遠心式血液ポンプ部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、非制御式磁気軸受構成部および制御式磁気軸受構成部の作用により、ハウジング２０内の所定位置に保持された状態で回転する。
【００１４】
ハウジング２０は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３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、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。
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、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（６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（６個）の血液通路２６が形成されている。血液通路２６は、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、湾曲して外周縁まで延びている。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、血液通路２６およびベーン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、インペラ２１には、複数（具体的には、６つ）の磁性体２５（永久磁石、従動マグネット）が埋設されている。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と反対側に吸引し、かつ回転トルクをインペラ回転トルク発生部より伝達可能にするために設けられている。また、こ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。
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磁性部材２８を備える。この実施例では、上部シュラウドの全体が、磁性部材２８により形成されている。磁性部材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。磁性部材２８としては、磁性ステンレスまたはニッケルまたは軟鉄部材等が使用される。
【００１６】
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。
インペラ回転トルク発生部３は、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（内部構造を省略する）からなる。ロータ３１は、回転板３２と回転板３２の一方の面（血液ポンプ側の面）に設けられた複数の永久磁石３３からなる。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。また、インペラ回転トルク発生部３には、モータ３４もしくはロータ３１の回転数を検知するためのセンサ３５が設けられている。センサとしては、光学式、磁気式センサが使用できる。また、モータの回転数は、モータコイル間の逆起電力より検知してもよい。
【００１７】
インペラ位置制御部４は、インペラの磁性部材２８を吸引するための固定された複数の電磁石４１と、インペラの磁性部材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の中心軸（ｚ軸）方向の力を釣り合わせ、かつ中心軸（ｚ軸）に直交するｘ軸およびｙ軸まわりのモーメントを同じにすることができる。
【００１８】
位置センサ４２は、電磁石４１と磁性部材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部６３にフィードバックされる。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と磁性部材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。また、位置センサ４２を用いずに、電磁石に流れる電流波型より該インペラの磁性部材位置を検出するための演算回路を備えるものでもよい。
【００１９】
次に、制御装置６について、図１を用いて説明する。
制御装置６は、インペラ位置制御機能、インペラ回転トルク制御機能、インペラ位置制御部を用いてハウジング内におけるインペラ２１の浮上位置を変化させるインペラ浮上位置制御機能を備えている。
具体的には、制御装置６は、制御装置本体部６１と、モータドライバ６２と、インペラ位置制御用コントロール部６３とを備えている。
モータドライバ６２は、制御部６５より出力（指示）されたモータ駆動電流値もしくはモータ回転数に対応する信号を出力しモータ３４を回転させるためのドライバである。
【００２０】
また、インペラ位置制御用コントロール部６３は、制御装置本体部６１より出力（指示）されたインペラ浮上位置を維持するために電磁石４１に流れる電流または電圧もしくは電流および電圧を制御するためのものである。また、３つの位置センサ４２による検知結果は、インペラ位置制御用コントロール部６３に入力され、インペラ２１の中心軸（ｚ軸）方向の力を釣り合わせ、かつ中心軸（ｚ軸）に直交するｘ軸およびｙ軸まわりのモーメントが同じになるように、３つの電磁石４１に流れる電流を制御する。なお、位置センサ４２による検知結果を制御装置本体部６１に入力し、制御装置本体部６１より、３つの電磁石４１個々に与える電圧値を出力させてもよい。
【００２１】
制御装置本体部６１は、記憶部（ＲＯＭ）６４と、ＣＰＵ（図示せず）と、表示部６６と、入力部６７、警報手段である警報ランプ８３およびブザー８２を備えている。表示部６６には、モータ駆動電流設定値表示部７１、モータ回転数設定値表示部７２、インペラ回転数表示部７６が設けられている。また、入力モード選択部６８、モータ回転関連設定値入力部６９が設けられており、モータ回転関連設定値入力部６９には、モータ駆動電流設定値入力部６９ａ、モータ回転数設定値入力部６９ｂが設けられている。
この実施例の制御部６５の記憶部６４には、モータ駆動電流上限値とモータ回転数上限値の両者が記憶されている。なお、上限値はＲＯＭに記憶させてもよいが、アナログ電圧値として記憶させてもよい。そして、制御部６５は、モータ駆動電流設定値入力部６９ａよりモータ駆動電流設定値が入力される場合に、記憶されたモータ駆動電流上限値以上のモータ駆動電流設定値の入力を行おうとすると、警報ランプ８３の点滅もしくはブザー８２を鳴動させ、入力拒否を操作者に伝達する。操作者は、別の電流値を入力する。同様に、制御部６５は、記憶されたモータ回転数上限値以上のモータ回転数設定値の入力を行おうとすると、警報ランプ８３の点滅もしくはブザー８２を鳴動させ、入力拒否を操作者に伝達する。操作者は、別の回転数を入力する。このような機能を有することにより、脱調の恐れがある条件にて、モータが回転することを防止できる。また、入力部もデジタル的な入力でなく、ボリューム等のアナログ的な場合でもよい。
なお、上述した実施例では、入力を制限する、いわゆる入力制限方式により、脱調の発生を防止するものであるが、これに限られるものではなく、図７に示すように、出力を制限することにより、脱調を防止するものであってもよい。
【００２１】
出力制限方式では、例えば、図７に示す遠心式血液ポンプ装置の制御装置７３は、モータ駆動電流値入力部６９ａもしくはモータ回転数設定値入力部６９ｂと、モータ回転制御部６５とを備え、モータ回転制御部６５は、モータ駆動電流上限値記憶機能と、記憶されたモータ駆動電流上限値以上の電流がモータに供給されることを制限するモータ駆動電流上限値制御機能を備える。このような機能を備えることにより、脱調の発生の危険性のあるモータ駆動電流値以上でのモータの駆動が防止され、脱調の発生は極めて少ないものとなる。
モータ駆動電流上限値制御機能としては、記憶されたモータ駆動電流上限値（上述のように、血液もしくは物性がそれに近いもの）を用いて、遠心ポンプに脱調が発生するモータ駆動電流値を調べ、その値もしくは、安全性を考慮してその値より２０〜５０％程度低い値）とモータ駆動電流設定値入力部６９ａより入力されたモータ駆動電流値もしくはモータ回転数設定値入力部６９ｂより入力されたモータ回転数より算出されるモータ駆動電流値との比較機能と、モータ駆動電流値がモータ駆動電流上限値より小さい場合には、モータ駆動電流値によりモータが回転されるように制御し、また、モータ駆動電流値がモータ駆動電流上限値より大きいものであれば、モータ駆動電流上限値により、モータが回転されるようにモータを制御するモータ回転制御機能を備えているものであってもよい。
【００２２】
このような出力制限方式の場合の制御部６５としては、例えば、制御部６５は、モータ駆動電流上限値とモータ回転数上限値の両者が記憶されている記憶部６４を備え、モータ駆動電流設定値入力部６９ａより入力されたモータ駆動電流設定値が記憶されたモータ駆動電流上限値以上の場合には、モータ駆動電流上限値の出力を行うとともに、警報ランプ８３の点滅もしくはブザー８２を鳴動させ、設定条件が上限値に変更されたことを操作者に伝達する。この場合操作者は、別の電流値の入力は不要である。同様に、制御部６５は、モータ回転数入力部６９ａより入力されたモータ回転数設定値が記憶されたモータ回転数上限値以上の場合には、モータ回転数上限値に対応した出力を行うとともに、警報ランプ８３の点滅もしくはブザー８２を鳴動させ、設定条件が上限値に変更されたことを操作者に伝達する。この場合にも操作者は、別の電流値の入力は不要である。
【００２３】
また、制御部が備える比較機能としては、図７に示すように、制御部６５が備えるＣＰＵ（図示せず）により行うもの、また、電気回路的に行うものとが考えられる。電気回路的に行う場合には、図８に示すブロック図のように、制御部（モータ駆動電流最大値制御部）７４は、制御器７４ａ、電流リミッタ回路７４ｂおよび比較器７４ｃを備えるものとなる。電流リミッタ回路７４ｂは、モータ駆動電流上限値以上の電流がモータへ出力されることを制限するためのものである。制御器７４ａより出力されるモータ駆動電流入力値もしくはモータ回転数入力値より算出されるモータ駆動電流値と、電流リミッタ回路７４ｂが出力するモータ駆動電流上限値は、比較器７４ｃにより比較され、値の小さい電流値が比較器７４ｃよりモータドライバに出力される。
【００２４】
また、出力制限方式の他の例としては、制御装置が、モータ回転数設定値入力部とモータ回転制御部を備え、さらに、モータ回転制御部は、モータ回転数上限値記憶機能と、記憶されたモータ回転数上限値とモータ回転数設定値入力部より入力されたモータ回転数設定値との比較機能と、モータ回転数設定値がモータ回転数上限値より小さいものであれば、モータ回転数設定値によりモータが回転されるように制御し、また、モータ回転数設定値がモータ回転数上限値より大きいものであれば、モータ回転数上限値によりモータが回転されるようにモータを制御するモータ回転制御機能を備えているものであってもよい。
【００２５】
また、制御部によるモータの制御は、上述した入力制限方式、出力制限方式に限定されるものではない。例えば、図９に示すブロック図のように、ロータ回転数検知方式であってもよい。
この実施例の制御装置は、モータ回転数検出部３５と電気的に接続されたモータ回転制御部７５を備え、さらに、モータ回転制御部７５は、モータ回転数上限値記憶機能を備えるとともに、検出されるモータ回転数がモータ回転数上限値以上とならないようにモータを制御するモータ回転制御機能を備えている。
上述したように、インペラ回転トルク発生部３には、モータ３４もしくはロータ３１の回転数を検知するためのセンサ３５が設けられている。そして、センサからの信号は、制御部７５に入力され、制御部７５は、回転数を演算する。センサとしては、光学式、磁気式センサが使用できる。また、モータの回転数は、モータコイル間の逆起電力より検知してもよい。
そして、モータ回転制御部７５は、モータ回転数上限値記憶機能と、記憶されたモータ回転数上限値と実際のモータ回転数との比較機能と、実際のモータ回転数がモータ回転数上限値以下であれば格別制御を行わず、実際のモータ回転数がモータ回転数上限値に近づいた場合には、モータ回転数上限値を越えないようにモータドライバへの出力信号を調整する。このような制御方式であっても、脱調を防止できる。
【００２６】
次に、図１０に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置について説明する。
図１０は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例のブロック図である。図１１は、図１０に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置制御システムを説明するためのフローチャートである。
インペラの回転負荷の増加に伴ってマグネットカップリング間（インペラとロータ間）に回転方向のズレが生じ、このズレが過度に大きくなると脱調を起こす。本件発明において用いている遠心式血液ポンプでは、負荷側に機械的に支持された回転中心が存在しないため、負荷側の偏心あるいは振れ回りによって、マグネットカップリング間に径方向のズレも生じうる。この偏心あるいは振れ回りの大きさも脱調を引き起こす要因となりうる。この偏心あるいは振れ回りの大きさはインペラの成形精度、ポンプ室内に形成された血栓などの異物の影響を受けることも考えられる。
【００２７】
そこで、本発明者が鋭意検討したところ、マグネットカップリングに径方向のズレ（偏心あるいは振れ回り）あるいは回転方向にズレが生じたときには、カップリングの吸引力に変化が生じること（具体的には、吸引力に波が生じることもしくは吸引力が低下すること）、吸引力の変化はインペラ位置制御部の電磁石電流の変化により現れることを見出した。特に、インペラ位置制御部の電磁石電流変化は、電磁石電流振幅（最高電流値と最低電流値の差）、所定時間の電磁石電流平均値を演算することにより、確認できることを知見した。
この実施例の遠心式血液ポンプ装置１００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、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血液を送液するインペラ２１を有する遠心式血液ポンプ部２と、遠心式血液ポンプ部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、インペラ２１を吸引するための電磁石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遠心式血液ポンプ装置本体部５と、遠心式血液ポンプ装置本体部５のための制御装置１０６とを備える。制御装置１０６は、電磁石４１の電流モニタリング機能と、電流モニタリング機能により検知された電磁石電流振幅（最高電流値と最低電流値の差）が所定値以上となったときに、モータ回転速度を低下させるように制御するモータ制御機能を備えている。
【００２８】
遠心式血液ポンプ装置の基本構成は、図１に示し、上述したものと同じである。相違点は、制御装置のモータ制御機能のみである。
制御装置１０６が備えるインペラ位置制御用コントロール部６３は、制御装置本体部１０１より出力（指示）されたインペラ浮上位置を維持するために電磁石４１に流れる電流または電圧もしくは電流および電圧を制御するためのものである。この制御装置では、電磁石４１の電流モニタリング機能を備えており、モニタリングされた電流値に対応する信号は、電磁石電流値出力部より制御部１０５に出力される。制御部１０５は、入力される電磁石電流値に対応する信号より、電磁石電流振幅（最高電流値と最低電流値の差）を演算する。この実施例では、電磁石４１は３つ設けられているので、個々に算出された電磁石電流振幅の平均値とされる。そして、制御部１０５の記憶部１０４には、許容最大電磁石電流振幅（振幅の所定値）が記憶されている。制御部１０５は、両者の値の比較機能を備え、算出された電磁石電流振幅が上記所定値を越えた場合、モータ回転速度を低下させるように、モータドライバへの出力信号を制御する機能を備えている。許容最大電磁石電流振幅（振幅の所定値）としては、ポンプの大きさなどにより相違するが、１．０〜１．４Ａ程度である。
【００２９】
図１１のフローチャートを用いて、制御作用を説明する。
モータ３４は、モータ駆動電流値入力部６９ａより入力されたモータ駆動電流設定値で回転している。モータ３４の回転中は、常時電磁石電流振幅が演算されており、電磁石電流振幅が、所定の範囲内（上限は、許容最大電磁石電流振幅）であるかどうか所定時間毎に判断し、範囲内であれば、電磁石電流振幅演算に戻り、これを繰り返す。電磁石電流振幅が、所定の範囲外（例えば、許容最大電磁石電流振幅を越えた）となった場合には、制御部は、モータ回転低下モードに移行し、モータ駆動電流を標準値［モータ駆動電流値入力部６９ａより入力された電流設定値よりある程度低い電流値、好ましくは、電流設定値の７０〜８０％、あるいは、あらかじめ設定した標準値（０．３〜１．０Ａ程度）］に、または、モータ回転数を１６００〜２０００ｒｐｍ程度に低下させる。その後、電磁石電流振幅を演算し、電磁石電流振幅が、所定の範囲内（上限は、許容最大電磁石電流振幅）であるかどうか所定時間毎に判断し、範囲内であれば、制御部はモータ駆動電流を所定値（初回の低下量に比べて少ない値、好ましくは、電流設定値の５〜１０％、あるいは、０．０５〜０．１Ａずつ）、または、モータ回転数を５０〜１００ｒｐｍ増加させる。そして、増加後のモータ駆動電流が、モータ駆動電流設定値（初期設定値）に到達したかどうかを判断し、到達していない場合には、再び、電磁石電流振幅演算、電磁石電流振幅所定の範囲内かどうかの判断、範囲内であれば、モータ駆動電流を所定値（初回の低下量に比べて少ない値、好ましくは、電流設定値の５〜１０％、あるいは、０．０５〜０．１Ａずつ）、または、モータ回転数を５０〜１００ｒｐｍ増加を繰り返して行う。つまり、この制御方式では、一旦ある程度電流値もしくはモータ回転数を低下させた後、電流値もしくはモータ回転数をステップワイズに上げるように制御する。そして、この電流値もしくはモータ回転数増加過程において、電磁石電流振幅所定が範囲内でないものとなった場合には、モータ駆動電流を所定値（初回の低下量に比べて少ない値）減少され、再び電磁石電流振幅演算、電磁石電流振幅所定の範囲内かどうかの判断、範囲外であれば、モータ駆動電流のさらなる所定値の低下を行う。そして、この電流値低下は、電磁石電流振幅が所定の範囲内となるまで繰り返され、再び、電磁石電流振幅が所定の範囲外となるまで、その電流値が維持される。もし、再び、電磁石電流振幅が所定の範囲外となった場合には、電磁石電流振幅が所定の範囲内となるまで、モータ駆動電流の低下が行われる。
【００３０】
このような制御を行うことにより、脱調の発生を回避でき、かつ回避可能レベルでの最大電流値でモータを回転させることができ、ある程度の流量を確保すること、あるいは、ポンプの逆流を防止することができる。さらに、この制御では、モータ駆動電流の所定値増加を繰り返して行った結果、モータ駆動電流設定値に到達した場合には、通常モードに復帰することもできるようになっている。
また、制御部１０５は、モータ回転低下モードに移行すると、警報ランプ８３が点滅もしくはブザー８２が鳴動し、モード移行を知らせる。また、通常モードに復帰した場合には、それらの作動が停止するようになっている。
【００３１】
次に、図１２に示す実施例の遠心式血液ポンプ装置について説明する。
図１２は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例のブロック図である。図１３は、図１２に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置制御システムを説明するためのフローチャートである。
この実施例の遠心式血液ポンプ装置１１０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、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血液を送液するインペラ２１を有する遠心式血液ポンプ部２と、遠心式血液ポンプ部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遠心式血液ポンプ装置本体部５と、遠心式血液ポンプ装置本体部５のための制御装置１１６とを備える。制御装置１１６は、電磁石４１の電流モニタリング機能と、電流モニタリング機能により検知された所定時間の電磁石電流平均値が所定値以下となったときに、モータ回転速度を低下させるように制御するモータ制御機能を備えている。
【００３２】
遠心式血液ポンプ装置の基本構成は、図１に示し、上述したものと同じである。相違点は、制御装置１１６のモータ制御機能のみである。また、上述した図１０および図１１に示した実施例との相違は、モータ制御への移行を上述の実施例では、電磁石電流振幅により行っていたものを、この実施例では、電磁石電流平均値により行う点のみである。
制御装置１１６が備えるインペラ位置制御用コントロール部６３は、制御装置本体部１１１より出力（指示）されたインペラ浮上位置を維持するために電磁石４１に流れる電流または電圧もしくは電流および電圧を制御するためのものである。この制御装置１１６では、電磁石４１の電流モニタリング機能を備えており、モニタリングされた電流値に対応する信号は、電磁石電流値出力部１１７より制御部１１５に出力される。制御部１１５は、入力される電磁石電流値に対応する信号より、所定時間（例えば、０．２〜５．０秒）での電磁石電流平均値を演算する。この実施例では、電磁石は３つ設けられているので、個々に算出された電磁石電流平均値のさらなる平均値となる。そして、制御部１１５の記憶部１１４には、許容最低電磁石電流平均値（平均値の所定値）、あるいは、最低電磁石電流積算値である許容最低電磁石電流関連値が記憶されている。制御部１１５は、両者の値の比較機能を備え、算出された電磁石電流平均値（もしくは積算値）が上記所定値を越えた場合、モータ回転速度を低下させるように、モータドライバへの出力信号を制御する機能を備えている。許容最低電磁石電流平均値（平均値の所定値）としては、ポンプの大きさなどにより相違するが、０．７〜１．０Ａ程度である。
【００３３】
図１３のフローチャートを用いて、制御作用を説明する。
モータ３４は、モータ駆動電流値入力部６９ａより入力されたモータ駆動電流設定値で回転している。モータ３４の回転中は、常時電磁石電流平均値が演算されており、電磁石電流平均値が、所定の範囲内［上限は、２〜３Ａ、下限は、許容最低電磁石電流平均値（積算値）］であるかどうか所定時間毎に判断し、範囲内であれば、電磁石電流平均値（積算値）演算に戻り、これを繰り返す。電磁石電流平均値（積算値）が、所定の範囲外［例えば、許容最低電磁石電流平均値（積算値）より小さくなった］となった場合には、制御部１１５は、モータ回転低下モードに移行し、モータ駆動電流を設定値（モータ駆動電流値入力部６９ａより入力された電流標準値よりある程度低い電流値、好ましくは、電流設定値の７０〜８０％）に低下させる。その後、電磁石電流平均値（積算値）を演算し、電磁石電流平均値（積算値）が、所定の範囲内［上限は、２〜３Ａ、下限は、許容最低電磁石電流平均値（積算値）］であるかどうか所定時間毎に判断し、範囲内であれば、制御部はモータ駆動電流を所定値（前回の低下量に比べて少ない値、好ましくは、電流設定値の７０〜８０％もしくは前回の電流低下値の５〜１０％増加させる。そして、増加後のモータ駆動電流が、モータ駆動電流設定値（初期設定値）に到達したかどうかを判断し、到達していない場合には、再び、電磁石電流平均値演算、電磁石電流平均値所定の範囲内かどうかの判断、範囲内であれば、モータ駆動電流を所定値（前回の低下量に比べて少ない値）増加を繰り返して行う。つまり、この制御方式では、一旦ある程度電流値を低下させた後、電流値をステップワイズに上げるように制御する。そして、この電流増加過程において、電磁石電流平均値が所定の範囲内でないものとなった場合には、モータ駆動電流を所定値（前回の低下量に比べて少ない値、好ましくは、電流設定値の７０〜８０％もしくは前回の電流低下値の５〜１０％）減少させ、再び電磁石電流平均値演算、電磁石電流平均値所定の範囲内かどうかの判断、範囲外であれば、モータ駆動電流のさらなる所定量の低下を行う。そして、この電流値低下は、電磁石電流平均値が所定の範囲内となるまで、繰り返され、再び、電磁石電流平均値が所定の範囲外となるまで、その電流値が維持される。もし、再び、電磁石電流平均値が所定の範囲外となった場合には、電磁石電流平均値が所定の範囲内となるまで、モータ駆動電流の低下が行われる。
【００３４】
このような制御を行うことにより、脱調の発生を回避でき、かつ回避可能レベルでの最大電流値でモータを回転させることができ、ある程度の流量を確保することができる。さらに、この制御では、モータ駆動電流の所定値増加を繰り返して行った結果、モータ駆動電流設定値に到達した場合には、通常モードに復帰することもできるようになっている。
また、制御部１１５は、モータ回転低下モードに移行すると、警報ランプ８３が点滅もしくはブザー８２が鳴動し、モード移行を知らせる。また、通常モードに復帰した場合には、それらの作動が停止するようになっている。
また、上述した実施例のように、電磁石電流の平均値を直接に用いて制御してもよいが、これに限らず、遠心ポンプの作動初期の電磁石電流平均値に対する電磁石電流平均値低下度を用いて制御してもよい。この場合には、制御部は、遠心ポンプの作動初期の電磁石電流平均値演算ならびにその記憶機能と、継続して行われる電磁石電流平均値演算機能と、初期電磁石電流平均値と現在の電磁石電流平均値を用いた電磁石電流平均値低下度（１−現在の電磁石電流平均値／遠心ポンプの作動初期の電磁石電流平均値）の演算機能を備え、平均値低下度が、所定範囲（言い換えれば、許容最大電磁石電流平均値低下度）を越えた場合、モータ回転速度を低下させるように、モータドライバへの出力信号を制御するものであってもよい。許容最大電磁石電流平均値低下度（現在の電磁石電流平均値／遠心ポンプの浮上、非回転時の電流値）は、６０〜８０％が好適である。この場合のフローを図１４に示す。
【００３５】
図１４のフローチャートを用いて、この実施例を説明する。
モータ３４は、モータ駆動電流値入力部６９ａより入力されたモータ駆動電流設定値で回転を開始する。モータ回転開始直後もしくは所定時間経過後より、電磁石電流平均値が演算され、初期値が制御部に記憶される。そして、モータ３４の回転中は、常時電磁石電流平均値が演算され、この平均値と平均値初期値は、比較され、電磁石電流平均値低下度（１−現在の電磁石電流平均値／遠心ポンプの作動初期の電磁石電流平均値）が演算される。そして、電磁石電流平均値低下度が、所定の範囲内（許容最大電磁石電流平均値低下度以下）であるかどうか所定時間毎に判断し、範囲内であれば、電磁石電流平均値低下度演算に戻り、これを繰り返す。電磁石電流平均値低下度が、所定の範囲外（許容最大電磁石電流平均値低下度以上）となった場合には、制御部１１５は、モータ回転低下モードに移行し、モータ駆動電流を設定値（モータ駆動電流値入力部６９ａより入力された電流設定値よりある程度低い電流値、好ましくは、電流設定値の７０〜８０％）に低下させる。その後、電磁石電流平均値低下度を演算し、電磁石電流平均値低下度が、所定の範囲内であるかどうか（許容最大電磁石電流平均値低下度を越えていないかどうか）所定時間毎に判断し、範囲内であれば、制御部はモータ駆動電流を所定値（前回の低下量に比べて少ない値、好ましくは、電流設定値の７０〜８０％もしくは前回の電流低下値の５〜１０％）増加させる。そして、増加後のモータ駆動電流が、モータ駆動電流設定値（初期設定値）に到達したかどうかを判断し、到達していない場合には、再び、電磁石電流平均値低下度演算、電磁石電流平均値低下度所定の範囲内かどうかの判断、範囲内であれば、モータ駆動電流を所定値（前回の低下量に比べて少ない値、好ましくは、電流設定値の７０〜８０％もしくは前回の電流低下値の５〜１０％）増加を繰り返して行う。つまり、この制御方式では、一旦ある程度電流値を低下させた後、電流値をステップワイズに上げるように制御する。そして、この電流増加過程において、電磁石電流低下度が所定の範囲内でないもの（許容最大電磁石電流平均値低下度以上）となった場合には、モータ駆動電流を所定値（前回の低下量に比べて少ない値、好ましくは、電流設定値の７０〜８０％もしくは前回の電流低下値の５〜１０％）減少させ、再び電磁石電流平均値低下度演算、電磁石電流平均値低下度の所定の範囲内かどうかの判断、範囲外であれば、モータ駆動電流のさらなる所定量の低下を行う。そして、この電流値低下は、電磁石電流平均値低下度が所定の範囲内となるまで、繰り返され、再び、電磁石電流平均値低下度が所定の範囲外となるまで、その電流値が維持される。もし、再び、電磁石電流平均値低下度が所定の範囲外となった場合には、電磁石電流平均値低下度が所定の範囲内となるまで、モータ駆動電流の低下がさらに行われる。
【００３６】
このような制御を行うことにより、脱調の発生を回避でき、かつ回避可能レベルでの最大電流値でモータを回転させることができ、ある程度の流量を確保することができる。さらに、この制御では、モータ駆動電流の所定値増加を繰り返して行った結果、モータ駆動電流設定値に到達した場合には、通常モードに復帰することもできるようになっている。
また、制御部１１５は、モータ回転低下モードに移行すると、警報ランプ８３が点滅もしくはブザー８２が鳴動し、モード移行を知らせる。また、通常モードに復帰した場合には、それらの作動が停止するようになっている。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の遠心式血液ポンプ装置は、血液流入ポートと血液流出ポートと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血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプ部と、前記遠心式血液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、前記インペラを吸引するための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遠心式血液ポンプ装置本体部と、該遠心式血液ポンプ装置本体部のための制御装置とを備える遠心式血液ポンプ装置である。
そして、前記制御装置が、前記電磁石の電流モニタリング機能と、前記電流モニタリング機能により検知された所定時間の電磁石電流平均値が所定値以下となったときに、モータ回転速度を低下させるように制御するモータ制御機能を備えているものであれば、インペラとロータ間の脱調を防止することができる。
また、前記制御装置が、前記電磁石の電流モニタリング機能と、前記電流モニタリング機能により検知された所定時間の電磁石電流平均値の遠心ポンプの作動初期の電磁石電流平均値に対する電磁石電流平均値低下度が所定範囲を越えたときに、モータ回転速度を低下させるように制御するモータ制御機能を備えているものであれば、インペラとロータ間の脱調を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の実施例のブロック図である。
【図２】図２は、本発明の遠心式血液ポンプ装置に使用される遠心式血液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の遠心式血液ポンプ装置本体部をインペラ部分にて切断した断面図である。
【図４】図４は、図２に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置の縦断面図である。
【図５】図５は、図２に示した遠心式血液ポンプ装置本体部の平面図である。
【図６】図６は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例のブロック図である。
【図７】図７は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例のブロック図である。
【図８】図８は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例のブロック図である。
【図９】図９は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の一実施例のブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例のブロック図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置制御システムを説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の遠心式血液ポンプ装置の他の実施例のブロック図である。
【図１３】図１３は、図１２に示した実施例の遠心式血液ポンプ装置制御システムを説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１４は、他の実施例の遠心式血液ポンプ装置制御システムを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１遠心式血液ポンプ装置
２遠心式血液ポンプ部
３インペラ回転トルク発生部
４インペラ位置制御部
５遠心式血液ポンプ装置本体部
６制御装置
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
６１制御装置本体部
６２モータドライバ
６３インペラ位置制御用コントロール部
６４記憶部
６５制御部
６６表示部
６７入力部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a centrifugal type blood The present invention relates to a pump device.
[0002]
[Prior art]
Recently, an example of using a centrifugal blood pump for extracorporeal blood circulation in an oxygenator is increasing. Centrifugal pumps use a system that transmits driving torque from an external motor using magnetic coupling by completely eliminating physical communication between the outside and the blood chamber in the pump and preventing invasion of bacteria. Is used. Such a centrifugal blood pump has a housing having a blood inflow port and a blood outflow port, and an impeller that rotates in the housing and feeds blood by centrifugal force during rotation. The impeller is provided with a magnetic body (permanent magnet) therein, and is rotated by a rotational torque generating mechanism including a rotor including a magnet for attracting the magnetic body of the impeller and a motor that rotates the rotor. The impeller is also attracted by the magnetic force on the side opposite to the rotor, and rotates in a non-contact state with respect to the housing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Centrifugal type using such a magnetic coupling blood In a pump, there is a risk that the magnetic coupling will step out due to an excessive increase in rotational load. Then, when the step-out occurs, the impeller stops rotating. In a blood pump used for an artificial heart, the step-out of the magnetic coupling, that is, the rotation stop of the impeller on the load side, may cause damage to the living body.
In order to prevent step-out of the magnet coupling, a method using a magnet having a large magnetic force can be considered. Non-contact rotation of the impeller with respect to the housing is achieved by a balance between the suction force generated by the magnet coupling of the impeller and rotor and the suction force that opposes the suction force of the magnet coupling by an electromagnet. Has been achieved. For this reason, when the magnetic force of the magnet coupling is increased, the step-out can be prevented, but it is necessary to supply a large current to the electromagnet. Reduction of power consumption is also an important issue for in-vivo blood pumps and the like.
[0004]
An object of the present invention is to provide a centrifugal type that can prevent step-out between an impeller and a rotor, which are magnet couplings, without increasing the magnetic force of the magnet coupling. blood A pump device is provided.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
Those who achieve the above objectives are those that achieve the above objectives. blood With inflow port blood A housing having an outflow port, and a magnetic body inside, rotating within the housing, and by centrifugal force during rotation blood Centrifugal with impeller for feeding blood Pump section and the centrifugal type blood A rotor including a magnet for attracting the magnetic body of the impeller of the pump unit, an impeller rotational torque generating unit including a motor for rotating the rotor, and an impeller position control unit including an electromagnet for attracting the impeller. A centrifugal type in which the impeller rotates in a non-contact state with respect to the housing blood Pump device main body and the centrifugal type blood Centrifugal with a control device for the pump device body blood A pump device, the control device comprising: In order to prevent step-out between the impeller and the rotor, The current monitoring function of the electromagnet and the electromagnet current amplitude detected by the current monitoring function are Allowable maximum electromagnet current amplitude to memorize When it becomes more than After decreasing the motor current value or motor speed once, increase the motor current value or motor speed stepwise. Centrifugal type with motor control function to control blood It is a pump device.
[0006]
In addition, those that achieve the above objectives blood With inflow port blood A housing having an outflow port, and a magnetic body inside, rotating within the housing, and by centrifugal force during rotation blood Centrifugal with impeller for feeding blood Pump section and the centrifugal type blood A rotor including a magnet for attracting the magnetic body of the impeller of the pump unit, an impeller rotational torque generating unit including a motor for rotating the rotor, and an impeller position control unit including an electromagnet for attracting the impeller. A centrifugal type in which the impeller rotates in a non-contact state with respect to the housing blood Pump device main body and the centrifugal type blood Centrifugal with a control device for the pump device body blood A pump device, the control device comprising: In order to prevent step-out between the impeller and the rotor, A current monitoring function of the electromagnet; Electromagnet current average value calculation and storage function at the initial stage of operation of the centrifugal blood pump device, electromagnet current average value calculation function performed continuously, electromagnet using initial electromagnet current average value and current electromagnet current average value When the average current value decrease degree calculation function and the average value drop degree exceed the allowable maximum electromagnet current average drop degree to be memorized, the motor current value is once reduced and then the motor current value is increased stepwise. Centrifugal type with motor control function to control blood It is a pump device.
[0007]
And it is preferable that the said control apparatus is provided with the alarm means to notify the time of motor rotation fall by the said motor control function. Further, the impeller position control unit preferably includes a plurality of fixed electromagnets for attracting the magnetic member of the impeller, and a position sensor for detecting the position of the magnetic member of the impeller. The impeller position control unit preferably includes an arithmetic circuit for detecting the position of the magnetic member of the impeller from a current wave type flowing through the electromagnet.
[0008]
Then, for example, when the electromagnet current amplitude exceeds a predetermined value, the motor control function reduces the motor drive current by a predetermined amount, and then increases the motor drive current again by a specified amount smaller than the predetermined amount. To control.
Further, the motor control function, for example, reduces the motor drive current by a predetermined amount when the electromagnet current amplitude exceeds a predetermined value, and then stepwise rewinds the motor drive current with a specified amount smaller than the predetermined amount. When the electromagnet current amplitude becomes equal to or greater than a predetermined value again, the motor drive current is controlled to decrease by a specified amount less than the predetermined amount.
Further, the motor control function may, for example, decrease the motor drive current by a predetermined amount when the average value of the electromagnet current becomes a predetermined value or less, and then increase the motor drive current by a specified amount less than the predetermined amount again. Is to control.
Further, the motor control function, for example, reduces the motor drive current by a predetermined amount when the average value of the electromagnet current exceeds a predetermined value, and then steps the motor drive current again by a specified amount less than the predetermined amount. When the average value of the electromagnet current becomes a predetermined value or less again, the motor drive current is controlled to decrease by a specified amount less than the predetermined amount.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Centrifugal type of the present invention blood It demonstrates using a pump apparatus.
FIG. 1 shows the centrifugal type of the present invention. blood It is a block diagram of the Example of a pump apparatus. FIG. 2 shows the centrifugal type of the present invention. blood Centrifugal used for pump equipment blood It is a front view of an example of a pump apparatus main-body part. FIG. 3 shows the centrifugal type of FIG. blood It is sectional drawing which cut | disconnected the pump apparatus main-body part in the impeller part. FIG. 4 shows the centrifugal type of the embodiment shown in FIG. blood It is a longitudinal cross-sectional view of a pump apparatus, and the state which cut | disconnected only the impeller by the bent one point broken line of FIG. 3 is shown typically. FIG. 5 shows the centrifugal type shown in FIG. blood It is a top view of a pump apparatus main-body part. FIG. 6 shows the centrifugal type of the present invention. blood It is a block diagram of one Example of a pump apparatus. FIG. 7 shows the centrifugal type of the present invention. blood It is a block diagram of the other Example of a pump apparatus. FIG. 8 shows the centrifugal type of the present invention. blood It is a block diagram of one Example of a pump apparatus. FIG. 9 shows the centrifugal type of the present invention. blood It is a block diagram of one Example of a pump apparatus.
[0010]
Centrifugal type of the present invention blood The pump device 1 is blood With inflow port 22 blood A housing 20 having an outflow port 23, and a magnetic body 25 provided therein, rotate within the housing 20, and by centrifugal force during rotation blood Having an impeller 21 for feeding liquid blood Pump unit 2 and centrifugal type blood A rotor 31 including a magnet 33 for attracting the magnetic body 25 of the impeller 21 of the pump unit 2, an impeller rotational torque generating unit 3 including a motor 34 for rotating the rotor 31, and an electromagnet 41 for attracting the impeller 21 are provided. Centrifugal type provided with impeller position control unit 4 provided, and impeller 21 rotating in a non-contact state with respect to the housing blood A pump device main body 5 and a control device 6 are provided.
[0011]
As shown in FIGS. 1 and 6, the control device 6 includes a motor drive current set value input unit 69 a or a motor rotation speed set value input unit 69 b, and a motor drive speed greater than a predetermined value or motor drive greater than a predetermined value. An input limiting function is provided to limit the input of current value. In addition, the control device 6 includes an input mode selection unit 68 for selecting either an input of a motor drive current setting value or an input of a motor rotation speed setting value.
Centrifugal type of this embodiment blood In the pump device 1, the control device 6 includes a motor drive current set value input unit 69 a and a motor rotation control unit 65, and the motor rotation control unit 65 has a motor drive current upper limit value storage function and a stored motor drive current. A motor drive current set value input limiting function for limiting input of a motor drive current set value that is equal to or greater than the upper limit value is provided. In advance, use a blood or a material whose properties are close to it, and check the motor drive current value at which the centrifugal pump will step out, and consider that value or a value about 20-50% lower than that value in consideration of safety. The drive current upper limit value is set and stored in the storage unit 64 of the control unit 65. When the motor rotation control unit 65 attempts to input a motor drive current set value that is equal to or greater than the stored motor drive current upper limit value, the alarm lamp 83 blinks or the buzzer 82 sounds to transmit the input rejection to the operator. The operator inputs another current value. By providing such a function, it is possible to prevent the motor from being driven at a motor drive current value or more at which there is a risk of occurrence of step-out, and the occurrence of step-out is extremely small.
[0012]
Moreover, not only the above-mentioned Example but centrifugal type blood The control device 6 of the pump device 1 includes a motor rotation speed set value input unit 69b and a motor rotation control unit 65. The motor rotation control unit 65 has a motor rotation speed upper limit value storage function and a stored motor rotation speed upper limit value. A motor rotation speed setting value input limiting function for limiting the input of a motor rotation speed setting value equal to or greater than the value may be provided. In advance, use a blood or a material with similar physical properties to check the motor speed at which the centrifugal pump will step out, and consider that value or about 20 to 50% lower than that value in consideration of safety. The number upper limit value is set and stored in the storage unit 64 of the control unit 65. When the motor rotation control unit 65 attempts to input a motor rotation speed setting value that is equal to or greater than the stored motor rotation speed upper limit value, the alarm lamp 83 blinks or the buzzer 82 sounds to transmit the input rejection to the operator. The operator inputs another current value. By providing such a function, driving of the motor at a motor rotational speed or more at which there is a risk of occurrence of step-out is prevented, and occurrence of step-out is extremely small.
[0013]
As shown in FIG. 2 to FIG. blood The pump device main body 5 includes a housing 20 having a blood inflow port 22 and a blood outflow port 23, and a centrifugal type having an impeller 21 that rotates in the housing 20 and feeds blood by centrifugal force during rotation. blood A pump unit 2, an impeller rotational torque generating unit (non-control type magnetic bearing component) 3 for the impeller 21, and an impeller position control unit (control type magnetic bearing component) 4 for the impeller 21 are provided.
The impeller 21 rotates while being held at a predetermined position in the housing 20 by the action of the non-control type magnetic bearing component and the control type magnetic bearing component.
[0014]
The housing 20 includes a blood inflow port 22 and a blood outflow port 23, and is made of a nonmagnetic material. A blood chamber 24 communicating with the blood inflow port 22 and the blood outflow port 23 is formed in the housing 20. An impeller 21 is accommodated in the housing 20. The blood inflow port 22 is provided so as to protrude substantially vertically from the vicinity of the center of the upper surface of the housing 20. The blood outflow port 23 is provided so as to protrude in the tangential direction from the side surface of the housing 20 formed in a substantially cylindrical shape.
In the blood chamber 24 formed in the housing 20, a disk-shaped impeller 21 having a through hole at the center is accommodated. The impeller 21 includes a donut plate-like member (lower shroud) 27 that forms a lower surface, a donut plate-like member (upper shroud) 28 that is open at the center that forms an upper surface, and a plurality (six) of them formed between them. It has a vane 18. A plurality of (six) blood passages 26 partitioned by adjacent vanes 18 are formed between the lower shroud and the upper shroud. The blood passage 26 communicates with the central opening of the impeller 21, starts from the central opening of the impeller 21, and is curved and extends to the outer peripheral edge. In other words, the vane 18 is formed between the adjacent blood passages 26. In this embodiment, the blood passage 26 and the vane 18 are provided at equiangular intervals and in substantially the same shape.
[0015]
A plurality (specifically, six) of magnetic bodies 25 (permanent magnets, driven magnets) are embedded in the impeller 21. The embedded magnetic body 25 (permanent magnet) attracts the impeller 21 to the side opposite to the blood inlet port 22 by a permanent magnet 33 provided on the rotor 31 of the impeller rotational torque generating unit 3 described later, and the rotational torque is impeller. It is provided to enable transmission from the rotational torque generator. Further, by embedding a certain number of magnetic bodies 25 in this way, it is possible to sufficiently secure magnetic coupling with the rotor 31 described later. The shape of the magnetic body 25 (permanent magnet) is preferably circular. Alternatively, a ring-shaped magnet may be polarized into multiple poles (for example, 24 poles), in other words, a plurality of small magnets may be arranged in a ring shape with alternating magnetic poles.
The impeller 21 includes a magnetic member 28 provided in the upper shroud itself or in the upper shroud. In this embodiment, the entire upper shroud is formed by the magnetic member 28. The magnetic member 28 is provided for attracting the impeller 21 to the blood inflow port 22 side by an electromagnet 41 of an impeller position control unit described later. As the magnetic member 28, magnetic stainless steel, nickel, a soft iron member, or the like is used.
[0016]
The impeller position control unit 4 and the impeller rotational torque generating unit 3 constitute a non-contact magnetic bearing, and the impeller 21 is pulled in an opposite direction so that the appropriate position in the housing 20 that does not contact the inner surface of the housing 20 is obtained. The housing 20 rotates in a non-contact state.
The impeller rotational torque generating unit 3 includes a rotor 31 housed in the housing 20 and a motor 34 (the internal structure is omitted) for rotating the rotor 31. The rotor 31 has a rotating plate 32 and one surface of the rotating plate 32 ( blood It consists of a plurality of permanent magnets 33 provided on the pump side surface. The center of the rotor 31 is fixed to the rotating shaft of the motor 34. The permanent magnets 33 are provided in plural and at equal angles so as to correspond to the arrangement form (number and arrangement position) of the permanent magnets 25 of the impeller 21.
The impeller rotational torque generating unit 3 is not limited to the one provided with the above-described rotor and motor, and may be composed of, for example, a plurality of stator coils for attracting and rotating the permanent magnet 25 of the impeller 21. The impeller rotational torque generator 3 is provided with a sensor 35 for detecting the rotational speed of the motor 34 or the rotor 31. An optical or magnetic sensor can be used as the sensor. Moreover, you may detect the rotation speed of a motor from the counter electromotive force between motor coils.
[0017]
The impeller position control unit 4 includes a plurality of fixed electromagnets 41 for attracting the magnetic member 28 of the impeller and a position sensor 42 for detecting the position of the magnetic member 28 of the impeller. Specifically, the impeller position control unit 4 includes a plurality of electromagnets 41 housed in the housing 20 and a plurality of position sensors 42. The plural (three) electromagnets 41 and the plural (three) position sensors 42 of the impeller position control unit are provided at equiangular intervals, and the electromagnet 41 and the position sensor 42 are also provided at equiangular intervals. ing. The electromagnet 41 includes an iron core and a coil. In this embodiment, three electromagnets 41 are provided. The number of electromagnets 41 may be three or more, for example, four. Three or more are provided, and these electromagnetic forces are adjusted using the detection result of the position sensor 42 to balance the forces in the central axis (z-axis) direction of the impeller 21 and are orthogonal to the central axis (z-axis). The moments about the x axis and the y axis can be made the same.
[0018]
The position sensor 42 detects the gap interval between the electromagnet 41 and the magnetic member 28, and this detection output is fed back to the control unit 63 that controls the current or voltage applied to the coil of the electromagnet 41. Even if a radial force due to gravity or the like acts on the impeller 21, the magnetic flux shearing force between the permanent magnet 25 of the impeller 21 and the permanent magnet 33 of the rotor 31 and the force between the electromagnet 41 and the magnetic member 28. Since the shearing force of the magnetic flux acts, the impeller 21 is held at the center of the housing 20. Further, without using the position sensor 42, an arithmetic circuit for detecting the position of the magnetic member of the impeller from the current wave type flowing through the electromagnet may be provided.
[0019]
Next, the control device 6 will be described with reference to FIG.
The control device 6 has an impeller floating position control function for changing the floating position of the impeller 21 in the housing using an impeller position control function, an impeller rotational torque control function, and an impeller position control unit.
Specifically, the control device 6 includes a control device main body 61, a motor driver 62, and an impeller position control controller 63.
The motor driver 62 is a driver for rotating the motor 34 by outputting a signal corresponding to the motor driving current value or the motor rotational speed output (instructed) from the control unit 65.
[0020]
The impeller position control control unit 63 is for controlling the current or voltage flowing in the electromagnet 41 or the current and voltage to maintain the impeller floating position output (instructed) from the control device main body 61. . The detection results by the three position sensors 42 are input to the impeller position control control unit 63, and balance the forces in the central axis (z-axis) direction of the impeller 21 and are orthogonal to the central axis (z-axis). The currents flowing through the three electromagnets 41 are controlled so that the moments about the axis and the y axis are the same. Note that the detection result by the position sensor 42 may be input to the control device main body 61, and the control device main body 61 may output the voltage value given to each of the three electromagnets 41.
[0021]
The control device main body 61 includes a storage unit (ROM) 64, a CPU (not shown), a display unit 66, an input unit 67, an alarm lamp 83 serving as alarm means, and a buzzer 82. The display unit 66 includes a motor drive current set value display unit 71, a motor rotation number set value display unit 72, and an impeller rotation number display unit 76. Further, an input mode selection unit 68 and a motor rotation related set value input unit 69 are provided. The motor rotation related set value input unit 69 includes a motor drive current set value input unit 69a and a motor rotation speed set value input unit 69b. Is provided.
The storage unit 64 of the control unit 65 of this embodiment stores both the motor drive current upper limit value and the motor rotation speed upper limit value. The upper limit value may be stored in the ROM, but may be stored as an analog voltage value. When the motor driving current setting value is input from the motor driving current setting value input unit 69a, the control unit 65 attempts to input a motor driving current setting value that is greater than or equal to the stored motor driving current upper limit value. The warning lamp 83 blinks or the buzzer 82 is sounded to notify the operator of the input rejection. The operator inputs another current value. Similarly, when an attempt is made to input a motor rotation speed setting value that is equal to or greater than the stored motor rotation speed upper limit value, the control unit 65 causes the warning lamp 83 to blink or the buzzer 82 to be sounded to transmit the input rejection to the operator. . The operator inputs another rotational speed. By having such a function, it is possible to prevent the motor from rotating under conditions that may cause step-out. Further, the input unit may be an analog type such as a volume instead of a digital input.
In the above-described embodiment, the occurrence of step-out is prevented by a so-called input restriction method that restricts input. However, the present invention is not limited to this, and the output is restricted as shown in FIG. By doing so, the step-out may be prevented.
[0021]
In the output limiting method, for example, the centrifugal type shown in FIG. blood The control device 73 of the pump device includes a motor drive current value input unit 69a or a motor rotation speed setting value input unit 69b, and a motor rotation control unit 65. The motor rotation control unit 65 has a motor drive current upper limit value storage function and The motor drive current upper limit control function is provided for restricting the current exceeding the stored motor drive current upper limit from being supplied to the motor. By providing such a function, it is possible to prevent the motor from being driven at a motor drive current value or more at which there is a risk of occurrence of step-out, and the occurrence of step-out is extremely small.
As the motor drive current upper limit control function, the stored motor drive current upper limit value (as described above, blood or a property close to that) is used to check the motor drive current value at which the centrifugal pump will step out. The value or a value about 20 to 50% lower than that value in consideration of safety) and the motor drive current value input from the motor drive current set value input unit 69a or the motor rotation speed set value input unit 69b. When the motor drive current value is smaller than the motor drive current upper limit value, the control function is performed so that the motor is rotated by the motor drive current value. If the motor drive current value is larger than the motor drive current upper limit value, the motor is controlled so that the motor is rotated by the motor drive current upper limit value. Or it may be provided with a chromatography motor rotation control function.
[0022]
As the control unit 65 in the case of such an output limiting method, for example, the control unit 65 includes a storage unit 64 in which both the motor drive current upper limit value and the motor rotation speed upper limit value are stored, and the motor drive current setting is performed. When the motor drive current set value input from the value input unit 69a is equal to or greater than the stored motor drive current upper limit value, the motor drive current upper limit value is output and the alarm lamp 83 blinks or the buzzer 82 is sounded. The operator is informed that the setting condition has been changed to the upper limit value. In this case, the operator does not need to input another current value. Similarly, when the motor rotation speed setting value input from the motor rotation speed input section 69a is equal to or greater than the stored motor rotation speed upper limit value, the control unit 65 performs output corresponding to the motor rotation speed upper limit value. The alarm lamp 83 blinks or the buzzer 82 is sounded to notify the operator that the setting condition has been changed to the upper limit value. Also in this case, the operator does not need to input another current value.
[0023]
Moreover, as a comparison function with which a control part is provided, as shown in FIG. 7, what is performed by CPU (not shown) with which the control part 65 is provided, and what is performed like an electric circuit are considered. In the case of an electric circuit, as shown in the block diagram of FIG. 8, the control unit (motor drive current maximum value control unit) 74 includes a controller 74a, a current limiter circuit 74b, and a comparator 74c. . The current limiter circuit 74b is for limiting output of a current equal to or higher than the motor drive current upper limit value to the motor. The motor drive current value calculated from the motor drive current input value or the motor rotation speed input value output from the controller 74a and the motor drive current upper limit value output from the current limiter circuit 74b are compared by the comparator 74c to obtain a value. Is output from the comparator 74c to the motor driver.
[0024]
As another example of the output limiting method, the control device includes a motor rotation speed setting value input unit and a motor rotation control unit, and the motor rotation control unit is further stored with a motor rotation speed upper limit value storage function. If the motor rotational speed setting value is smaller than the motor rotational speed upper limit value and the comparison function between the motor rotational speed upper limit value and the motor rotational speed setting value input from the motor rotational speed setting value input unit, the motor rotational speed The motor is controlled to rotate according to the set value, and if the motor rotation speed setting value is larger than the motor rotation speed upper limit value, the motor is controlled to rotate according to the motor rotation speed upper limit value. A motor rotation control function may be provided.
[0025]
Further, the control of the motor by the control unit is not limited to the above-described input restriction method and output restriction method. For example, a rotor rotational speed detection method may be used as shown in the block diagram of FIG.
The control device of this embodiment includes a motor rotation control unit 75 electrically connected to the motor rotation number detection unit 35. The motor rotation control unit 75 further includes a motor rotation number upper limit value storage function and detection. The motor rotation control function which controls a motor is provided so that the motor rotation speed to be performed may not become more than a motor rotation speed upper limit.
As described above, the impeller rotational torque generating unit 3 is provided with the sensor 35 for detecting the rotational speed of the motor 34 or the rotor 31. And the signal from a sensor is input into the control part 75, and the control part 75 calculates rotation speed. An optical or magnetic sensor can be used as the sensor. Moreover, you may detect the rotation speed of a motor from the counter electromotive force between motor coils.
The motor rotation control unit 75 has a motor rotation speed upper limit storage function, a comparison function between the stored motor rotation speed upper limit value and the actual motor rotation speed, and the actual motor rotation speed is less than or equal to the motor rotation speed upper limit value. Then, no special control is performed, and when the actual motor rotation speed approaches the motor rotation speed upper limit value, the output signal to the motor driver is adjusted so as not to exceed the motor rotation speed upper limit value. Even with such a control method, step-out can be prevented.
[0026]
Next, the centrifugal type of the embodiment shown in FIG. blood The pump device will be described.
FIG. 10 shows the centrifugal type of the present invention. blood It is a block diagram of the other Example of a pump apparatus. FIG. 11 shows the centrifugal type of the embodiment shown in FIG. blood It is a flowchart for demonstrating a pump apparatus control system.
As the rotational load of the impeller increases, a deviation in the rotational direction occurs between the magnet couplings (between the impeller and the rotor), and if this deviation becomes excessively large, a step-out occurs. Centrifugal type used in the present invention blood In the pump, there is no center of rotation that is mechanically supported on the load side. Therefore, radial displacement may occur between the magnet couplings due to eccentricity or swinging of the load side. The amount of eccentricity or swinging can also cause a step-out. The magnitude of the eccentricity or run-out may be influenced by the impeller molding accuracy and foreign matter such as thrombus formed in the pump chamber.
[0027]
Therefore, as a result of intensive studies by the inventor, when the radial displacement (eccentricity or swinging) or the rotational direction of the magnet coupling occurs, the coupling attractive force changes (specifically, It was found that a wave is generated in the attractive force or the attractive force is reduced), and that the change in the attractive force appears due to a change in the electromagnet current of the impeller position control unit. In particular, it has been found that the change in the electromagnet current of the impeller position control unit can be confirmed by calculating the electromagnet current amplitude (difference between the maximum current value and the minimum current value) and the electromagnet current average value for a predetermined time.
Centrifugal type of this embodiment blood The pump device 100 is blood With inflow port 22 blood A housing 20 having an outflow port 23, and a magnetic body 25 provided therein, rotate within the housing 20, and by centrifugal force during rotation blood Having an impeller 21 for feeding liquid blood Pump unit 2 and centrifugal type blood A rotor 31 including a magnet 33 for attracting the magnetic body 25 of the impeller 21 of the pump unit 2, an impeller rotational torque generating unit 3 including a motor 34 for rotating the rotor 31, and an electromagnet 41 for attracting the impeller 21. The impeller position control unit 4 is provided, and the impeller 21 rotates in a non-contact state with respect to the housing 20. blood Pump device body 5 and centrifugal type blood And a control device 106 for the pump device main body 5. The control device 106 reduces the motor rotation speed when the current monitoring function of the electromagnet 41 and the electromagnet current amplitude (difference between the highest current value and the lowest current value) detected by the current monitoring function are equal to or greater than a predetermined value. The motor control function to control is provided.
[0028]
Centrifugal blood The basic configuration of the pump device is the same as that shown in FIG. 1 and described above. The only difference is the motor control function of the control device.
The control unit 63 for controlling the impeller position included in the control device 106 is used to control the current or voltage flowing in the electromagnet 41 or the current and voltage to maintain the impeller floating position output (instructed) from the control device main body 101. Is. This control device has a current monitoring function of the electromagnet 41, and a signal corresponding to the monitored current value is output from the electromagnet current value output unit to the control unit 105. The control unit 105 calculates the electromagnet current amplitude (difference between the maximum current value and the minimum current value) from the signal corresponding to the input electromagnet current value. In this embodiment, since three electromagnets 41 are provided, the average value of the electromagnet current amplitudes calculated individually is used. The storage unit 104 of the control unit 105 stores an allowable maximum electromagnet current amplitude (a predetermined value of amplitude). The control unit 105 has a function of comparing both values, and has a function of controlling an output signal to the motor driver so as to reduce the motor rotation speed when the calculated electromagnet current amplitude exceeds the predetermined value. ing. The allowable maximum electromagnet current amplitude (predetermined value of the amplitude) is about 1.0 to 1.4 A, although it varies depending on the size of the pump.
[0029]
The control action will be described using the flowchart of FIG.
The motor 34 rotates at the motor drive current setting value input from the motor drive current value input unit 69a. While the motor 34 is rotating, the electromagnet current amplitude is always calculated, and it is determined every predetermined time whether the electromagnet current amplitude is within a predetermined range (the upper limit is the allowable maximum electromagnet current amplitude). If there is, return to the electromagnet current amplitude calculation and repeat this. When the electromagnet current amplitude falls outside a predetermined range (for example, exceeds the allowable maximum electromagnet current amplitude), the control unit shifts to the motor rotation reduction mode and sets the motor drive current to the standard value [motor drive current. A current value somewhat lower than the current set value input from the value input unit 69a, preferably 70 to 80% of the current set value, or a preset standard value (about 0.3 to 1.0 A)], or The motor rotation speed is reduced to about 1600 to 2000 rpm. Then, the electromagnet current amplitude is calculated, and it is determined every predetermined time whether the electromagnet current amplitude is within a predetermined range (the upper limit is the allowable maximum electromagnet current amplitude). Increase the current by a predetermined value (a value smaller than the initial decrease, preferably 5 to 10% of the current set value, or 0.05 to 0.1 A), or increase the motor speed by 50 to 100 rpm. . Then, it is determined whether or not the increased motor drive current has reached the motor drive current setting value (initial setting value). Electric Magnet current amplitude calculation, determination of whether or not the electromagnet current amplitude is within a predetermined range, and if it is within the range, the motor drive current is set to a predetermined value (a value smaller than the initial reduction amount, preferably 5 to 10 of the current set value) %, Or 0.05 to 0.1 A each), or the motor rotation speed is repeatedly increased by 50 to 100 rpm. That is, in this control method, the current value or the motor speed is once reduced to some extent, and then the current value or the motor speed is controlled stepwise. Then, in the process of increasing the current value or the motor rotation speed, if the electromagnet current amplitude is not within the range, the motor drive current is decreased by a predetermined value (a value smaller than the initial decrease amount), and again Electric Magnet current amplitude calculation, determination of whether or not the electromagnet current amplitude is within a predetermined range, and if it is out of the range, the motor driving current is further reduced by a predetermined value. This decrease in current value is repeated until the electromagnet current amplitude falls within a predetermined range, and the current value is maintained until the electromagnet current amplitude falls outside the predetermined range again. If the electromagnet current amplitude falls outside the predetermined range again, the motor drive current is reduced until the electromagnet current amplitude falls within the predetermined range.
[0030]
By performing such control, the occurrence of step-out can be avoided and the motor can be rotated at the maximum current value at the avoidable level to ensure a certain flow rate or prevent backflow of the pump. can do. Further, in this control, when the motor drive current set value is reached as a result of repeatedly increasing the motor drive current by a predetermined value, it is possible to return to the normal mode.
Further, when the control unit 105 shifts to the motor rotation reduction mode, the alarm lamp 83 blinks or the buzzer 82 sounds to notify the mode shift. Further, when returning to the normal mode, their operation is stopped.
[0031]
Next, the centrifugal type of the embodiment shown in FIG. blood The pump device will be described.
FIG. 12 shows the centrifugal type of the present invention. blood It is a block diagram of the other Example of a pump apparatus. FIG. 13 shows the centrifugal type of the embodiment shown in FIG. blood It is a flowchart for demonstrating a pump apparatus control system.
Centrifugal type of this embodiment blood The pump device 110 is blood With inflow port 22 blood A housing 20 having an outflow port 23, and a magnetic body 25 provided therein, rotate within the housing 20, and by centrifugal force during rotation blood Having an impeller 21 for feeding liquid blood Pump unit 2 and centrifugal type blood A rotor 31 including a magnet 33 for attracting the magnetic body 25 of the impeller 21 of the pump unit 2, an impeller rotational torque generating unit 3 including a motor 34 for rotating the rotor 31; an impeller position control unit 4 including an electromagnet 41; A centrifugal type in which the impeller 21 rotates in a non-contact state with respect to the housing 20 blood Pump device body 5 and centrifugal type blood And a control device 116 for the pump device main body 5. The control device 116 has a current monitoring function for the electromagnet 41 and a motor control function for controlling the motor rotation speed to be lowered when the average electromagnet current value for a predetermined time detected by the current monitoring function is equal to or lower than a predetermined value. It has.
[0032]
Centrifugal blood The basic configuration of the pump device is the same as that shown in FIG. 1 and described above. The only difference is the motor control function of the control device 116. Further, the difference from the embodiment shown in FIG. 10 and FIG. 11 is that the shift to the motor control is performed by the electromagnet current amplitude in the above embodiment, but in this embodiment, the electromagnet current average value is changed. It is only a point to perform by.
The control unit for impeller position control 63 provided in the control device 116 is for controlling the current flowing through the electromagnet 41 or the voltage or the current and voltage to maintain the impeller floating position output (instructed) from the control device main body 111. Is. The control device 116 has a current monitoring function of the electromagnet 41, and a signal corresponding to the monitored current value is output from the electromagnet current value output unit 117 to the control unit 115. The control unit 115 calculates an average electromagnet current value for a predetermined time (for example, 0.2 to 5.0 seconds) from a signal corresponding to the input electromagnet current value. In this embodiment, since three electromagnets are provided, it becomes a further average value of the electromagnet current average values calculated individually. The storage unit 114 of the control unit 115 stores an allowable minimum electromagnet current average value (predetermined value of the average value) or an allowable minimum electromagnet current related value that is the minimum electromagnet current integrated value. The control unit 115 has a function of comparing both values, and when the calculated electromagnet current average value (or integrated value) exceeds the predetermined value, an output signal to the motor driver so as to decrease the motor rotation speed. It has a function to control. The allowable minimum electromagnet current average value (predetermined value of the average value) is about 0.7 to 1.0 A, although it varies depending on the size of the pump.
[0033]
The control action will be described using the flowchart of FIG.
The motor 34 rotates at the motor drive current setting value input from the motor drive current value input unit 69a. While the motor 34 is rotating, the electromagnet current average value is constantly calculated, and the electromagnet current average value is within a predetermined range [the upper limit is 2 to 3 A, and the lower limit is the allowable minimum electromagnet current average value (integrated value)]. If it is within the range, it returns to the electromagnet current average value (integrated value) calculation and repeats this. When the electromagnet current average value (integrated value) is outside the predetermined range [for example, becomes smaller than the allowable minimum electromagnet current average value (integrated value)], the control unit 115 shifts to the motor rotation reduction mode. Then, the motor drive current is reduced to a set value (a current value somewhat lower than the current standard value input from the motor drive current value input unit 69a, preferably 70 to 80% of the current set value). Then, the electromagnet current average value (integrated value) is calculated, and the electromagnet current average value (integrated value) is within a predetermined range [the upper limit is 2 to 3 A, and the lower limit is the allowable minimum electromagnet current average value (integrated value)]. Is within a range, the control unit sets the motor drive current to a predetermined value (a value smaller than the previous decrease, preferably 70 to 80% of the current set value or the previous time Then, it is determined whether or not the increased motor drive current has reached the motor drive current set value (initial set value). , Electric Magnet current average value calculation, determination of whether or not the electromagnet current average value is within a predetermined range, and if it is within the range, the motor drive current is repeatedly increased by a predetermined value (a smaller value than the previous decrease). That is, in this control method, the current value is once lowered to some extent, and then the current value is controlled to increase stepwise. In this current increasing process, when the electromagnet current average value is not within the predetermined range, the motor driving current is set to a predetermined value (a value smaller than the previous decrease, preferably the current setting value). 70-80% or 5-10% of the previous current drop) Electric Magnet current average value calculation, determination of whether or not the electromagnet current average value is within a predetermined range, and if it is out of the range, the motor driving current is further reduced by a predetermined amount. The current value decrease is repeated until the electromagnet current average value falls within a predetermined range, and the current value is maintained until the electromagnet current average value falls outside the predetermined range again. If the electromagnet current average value falls outside the predetermined range again, the motor drive current is decreased until the electromagnet current average value falls within the predetermined range.
[0034]
By performing such control, the occurrence of step-out can be avoided, the motor can be rotated at the maximum current value at the avoidable level, and a certain flow rate can be secured. Further, in this control, when the motor drive current set value is reached as a result of repeatedly increasing the motor drive current by a predetermined value, it is possible to return to the normal mode.
In addition, when the control unit 115 shifts to the motor rotation reduction mode, the alarm lamp 83 blinks or the buzzer 82 sounds to notify the mode shift. Further, when returning to the normal mode, their operation is stopped.
Further, as in the above-described embodiment, the average value of the electromagnet current may be directly used for control, but not limited to this, the degree of decrease in the electromagnet current average value with respect to the electromagnet current average value in the initial stage of operation of the centrifugal pump is determined. May be used to control. In this case, the control unit calculates the electromagnet current average value at the initial stage of operation of the centrifugal pump and its storage function, the electromagnet current average value calculation function performed continuously, the initial electromagnet current average value, and the current electromagnet current average. A function for calculating the average decrease in electromagnet current value (1-current electromagnet current average value / electromagnetic current average value at the initial stage of operation of the centrifugal pump) using the value is provided, and the average decrease degree is within a predetermined range (in other words, allowable When the maximum electromagnet current average value reduction degree) is exceeded, the output signal to the motor driver may be controlled so as to reduce the motor rotation speed. The allowable maximum electromagnet current average value reduction degree (current electromagnet current average value / current value during centrifugal pump levitation and non-rotation) is preferably 60 to 80%. A flow in this case is shown in FIG.
[0035]
This embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
The motor 34 starts rotating at the motor drive current setting value input from the motor drive current value input unit 69a. An electromagnet current average value is calculated immediately after the start of motor rotation or after a predetermined time has elapsed, and an initial value is stored in the control unit. During the rotation of the motor 34, the average value of the electromagnet current is always calculated, and this average value and the average value initial value are compared, and the degree of decrease in electromagnet current average value (1-current electromagnet current average value / centrifugal pump current value). The average electromagnet current at the beginning of operation is calculated. Then, it is determined every predetermined time whether the degree of decrease in the electromagnet current average value is within a predetermined range (below the allowable maximum electromagnet current average value decrease). If within the range, the electromagnet current average value decrease degree is calculated. Return and repeat. When the degree of decrease in the electromagnet current average value is outside the predetermined range (more than the allowable maximum electromagnet current average value decrease degree), the control unit 115 shifts to the motor rotation reduction mode and sets the motor drive current to the set value ( The current value is lowered to some extent lower than the current set value input from the motor drive current value input unit 69a, preferably 70 to 80% of the current set value. After that, the degree of decrease in the average value of the electromagnet current is calculated, and it is determined every predetermined time whether the degree of decrease in the average value of the electromagnet current is within a predetermined range (whether it exceeds the allowable degree of decrease in the average value of the electromagnet current). If within the range, the control unit sets the motor drive current to a predetermined value (a value smaller than the previous decrease, preferably 70 to 80% of the current set value or 5 to 10% of the previous current decrease). increase. Then, it is determined whether or not the increased motor drive current has reached the motor drive current setting value (initial setting value). Electric Magnet current average value decrease degree calculation, electromagnet current average value decrease degree determination whether or not within a predetermined range, if within the range, the motor drive current is set to a predetermined value (a smaller value than the previous decrease, preferably current The set value is repeatedly increased by 70 to 80% or the previous current decrease value by 5 to 10%. That is, in this control method, the current value is once lowered to some extent, and then the current value is controlled to increase stepwise. In this current increase process, if the degree of decrease in the electromagnet current is not within the predetermined range (more than the allowable maximum electromagnet current average value decrease), the motor drive current is set to a predetermined value (compared to the previous decrease). Less, preferably 70 to 80% of the current set value or 5 to 10% of the previous current drop value) Electric Calculation of the magnet current average value reduction degree, determination of whether or not the electromagnet current average value reduction degree is within a predetermined range, and if it is out of the range, the motor driving current is further reduced by a predetermined amount. The current value decrease is repeated until the electromagnet current average value decrease degree is within a predetermined range, and the current value is maintained until the electromagnet current average value decrease degree is out of the predetermined range again. . If the degree of decrease in the electromagnet current average value falls outside the predetermined range again, the motor drive current is further decreased until the degree of decrease in the electromagnet current average value is within the predetermined range.
[0036]
By performing such control, the occurrence of step-out can be avoided, the motor can be rotated at the maximum current value at the avoidable level, and a certain flow rate can be secured. Further, in this control, when the motor drive current set value is reached as a result of repeatedly increasing the motor drive current by a predetermined value, it is possible to return to the normal mode.
In addition, when the control unit 115 shifts to the motor rotation reduction mode, the alarm lamp 83 blinks or the buzzer 82 sounds to notify the mode shift. Further, when returning to the normal mode, their operation is stopped.
[0037]
【The invention's effect】
A centrifugal blood pump device according to the present invention includes a housing having a blood inflow port and a blood outflow port, and an impeller that is provided with a magnetic body therein and that rotates in the housing and feeds blood by centrifugal force during rotation. A centrifugal blood pump unit, a rotor including a magnet for attracting a magnetic body of the impeller of the centrifugal blood pump unit, an impeller rotational torque generating unit including a motor for rotating the rotor, and the impeller A centrifugal blood pump device main body that rotates in a non-contact state with respect to the housing, and a control for the centrifugal blood pump device main body A centrifugal blood pump device.
And the control device But A current control function for the electromagnet, and a motor control function for controlling the motor rotation speed to decrease when the electromagnet current average value for a predetermined time detected by the current monitoring function is less than or equal to a predetermined value. If it is, the step-out between the impeller and the rotor can be prevented.
Also, the control device But When the degree of decrease in the electromagnet current average value with respect to the electromagnet current average value in the initial operation of the centrifugal pump of the electromagnet current average value for the predetermined time detected by the electromagnet current monitoring function exceeds the predetermined range Any motor control function that controls the motor rotational speed to be lowered can prevent the step-out between the impeller and the rotor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a centrifugal type according to the present invention. blood It is a block diagram of the Example of a pump apparatus.
FIG. 2 shows a centrifugal type according to the present invention. blood Centrifugal used for pump equipment blood It is a front view of an example of a pump apparatus main-body part.
FIG. 3 shows the centrifugal type of FIG. blood It is sectional drawing which cut | disconnected the pump apparatus main-body part in the impeller part.
FIG. 4 shows the centrifugal type of the embodiment shown in FIG. blood It is a longitudinal cross-sectional view of a pump apparatus.
FIG. 5 shows the centrifugal type shown in FIG. blood It is a top view of a pump apparatus main-body part.
FIG. 6 shows a centrifugal type according to the present invention. blood It is a block diagram of one Example of a pump apparatus.
FIG. 7 shows a centrifugal type according to the present invention. blood It is a block diagram of the other Example of a pump apparatus.
FIG. 8 shows a centrifugal type according to the present invention. blood It is a block diagram of one Example of a pump apparatus.
FIG. 9 shows a centrifugal type according to the present invention. blood It is a block diagram of one Example of a pump apparatus.
FIG. 10 shows a centrifugal type according to the present invention. blood It is a block diagram of the other Example of a pump apparatus.
FIG. 11 shows the centrifugal type of the embodiment shown in FIG. blood It is a flowchart for demonstrating a pump apparatus control system.
FIG. 12 shows a centrifugal type according to the present invention. blood It is a block diagram of the other Example of a pump apparatus.
FIG. 13 shows the centrifugal type of the embodiment shown in FIG. blood It is a flowchart for demonstrating a pump apparatus control system.
FIG. 14 is a centrifugal view of another embodiment. blood It is a flowchart for demonstrating a pump apparatus control system.
[Explanation of symbols]
1 Centrifugal type blood Pump device
2 Centrifugal blood Pump part
3 Impeller rotational torque generator
4 Impeller position controller
5 Centrifugal type blood Pump unit body
6 Control device
21 Impeller
25 Magnetic material
31 rotor
34 Motor
41 electromagnet
20 Housing
61 Control unit body
62 Motor driver
63 Control section for impeller position control
64 storage unit
65 Control unit
66 Display section
67 Input section

Claims

A housing having a blood inflow port and a blood outflow port; a centrifugal blood pump unit having an impeller that is provided with a magnetic body therein and rotates in the housing and feeds blood by centrifugal force during rotation; and the centrifugal Rotor having a magnet for attracting the magnetic material of the impeller of the blood pump unit, an impeller rotational torque generating unit having a motor for rotating the rotor, and an impeller position control unit having an electromagnet for attracting the impeller with the door, and a centrifugal blood pump apparatus main body in which the impeller relative to the housing is rotated in a non-contact state, a centrifugal blood pump apparatus comprising a control device for a centrifugal blood pump apparatus main body there, the control device, in order to prevent loss of synchronism between the said impeller rotor, and a current monitoring function of the electromagnet, the electric When the electromagnet current amplitude detected by the monitoring function becomes maximum allowable electromagnet current amplitude or for storing, after once lowering the motor current value or the motor rotation speed, increasing the motor current value or the motor rotation speed stepwise A centrifugal blood pump device characterized by having a motor control function for controlling in such a manner .

A housing having a blood inflow port and a blood outflow port; a centrifugal blood pump unit having an impeller that is provided with a magnetic body therein and rotates in the housing and feeds blood by centrifugal force during rotation; and the centrifugal Rotor having a magnet for attracting the magnetic material of the impeller of the blood pump unit, an impeller rotational torque generating unit having a motor for rotating the rotor, and an impeller position control unit having an electromagnet for attracting the impeller with the door, and a centrifugal blood pump apparatus main body in which the impeller relative to the housing is rotated in a non-contact state, a centrifugal blood pump apparatus comprising a control device for a centrifugal blood pump apparatus main body there, the control device, in order to prevent loss of synchronism between the said impeller rotor, and a current monitoring function of the electromagnet, the far Electromagnet current average value calculation and storage function at the beginning of the operation of the blood pump device, electromagnet current average value calculation function performed continuously, electromagnet current average using the initial electromagnet current average value and the current electromagnet current average value When the value decrease degree calculation function and the electromagnet current average value decrease degree exceed the allowable maximum electromagnet current average value decrease degree to be memorized, the motor current value is once reduced and then the motor current value is increased stepwise. A centrifugal blood pump device comprising a motor control function for controlling.

The centrifugal blood pump device according to claim 1, wherein the control device includes a warning unit that notifies when the motor rotation is reduced by the motor control function.

4. The impeller position controller includes a plurality of fixed electromagnets for attracting the magnetic member of the impeller, and a position sensor for detecting the position of the magnetic member of the impeller. The centrifugal blood pump device according to claim 1.

The centrifugal blood pump device according to any one of claims 1 to 3, wherein the impeller position control unit includes an arithmetic circuit for detecting a position of a magnetic member of the impeller from a current wave type flowing through the electromagnet.