JP5408707B2 - ポンプ装置 - Google Patents
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Description
本発明は人工心臓の血液ポンプ等に最適なポンプ装置に関する。
人工心臓装置に用いられる血液ポンプは、小型で且つ簡単な構造のものが要求され、例えば遠心ポンプ等が使われている。
又、ポンプは長時間に渡り、故障なく廻り続けられるものでなければならない。
このようなポンプ装置には、磁気軸受装置を用いた非接触型のロータが適している。
磁気軸受装置を有する遠心ポンプの回転機器として、ロータの上面に円形状上側永久磁石を設けると共に該ロータの上方にある上部ステータには該円形状上側永久磁石と共働して該ロータに対して軸線方向の吸入力を発生させる吸引用電磁石手段を設け、前記ロータの下面には該ロータの回転用の複数個の下側永久磁石を設けると共に該ロータの下方にある下部ステータには該回転用永久磁石と共働して該ロータの回転運動を行なう回転用電磁石手段を設けた例がある（例えば、特許文献１参照。）。
人の心臓には左心室と右心室とがあり、左心室の血液は身体の全身へと送り出され、右心室の血液は浄化のため肺臓へ送り出される。
そして、左心血液ポンプからの吐出量が右心血液ポンプからの吐出量よりも多くなるようにコントロールする必要があるが、前記特許文献１の回転機器を用いたポンプでは、該特許文献１の図４に示す如くポンプ室が１個所であるので、前述の血液ポンプに適用するときには、血液を身体の全身に送り出すポンプと、血液を肺臓に送り出すポンプの２台の別個のポンプが必要となり、ポンプ装置が大型となると共に設備的に複雑になる問題点がある。
本発明はこれらの問題点を解消し例えば血液ポンプに適用した場合に１台のポンプでポンプ機能を達成できるポンプを提供することを目的とする。
本発明は上記の目的を達成すべく、ステータと、該ステータの上方に離間配置された円板状の上部ロータと、該ステータの下方に離間配置された円板状の下部ロータと、該ステータの中心透孔に回転自在に且つ上下動可能に嵌挿した前記上部ロータと前記下部ロータとを連結する回転軸と、前記上部ロータの下面及び前記下部ロータの上面に永久磁石を設けると共にこれら永久磁石のうち一方の永久磁石に対向する前記ステータの一方の面に設けられ該永久磁石と共働して前記ロータに対して軸線方向の作用力を発生させて前記ロータを浮上させる第１電磁石手段と、他方の永久磁石に対向する前記ステータの他方の面に設けられ該永久磁石と共働して前記ロータを回転駆動する第２電磁石手段と、前記上部ロータの上面に設けた第１インペラが第１ポンプ室内で回転する第１ポンプ手段と、前記下部ロータの下面に設けた第２インペラが第２ポンプ室内で回転する第２ポンプ手段と、前記回転軸を軸方向に進退させて、前記第１インペラと前記第１ポンプ室の対向面との間隙及び前記第２インペラと前記第２ポンプ室との間隙を連動して調節可能とした制御部とからなる。
本発明の効果として、左心用の血液ポンプ機能と右心用の血液ポンプ機能とを１台のポンプ装置に具備することができて、小型軽量であると共に設備の簡略化が図れ、磁気浮上手段によって長時間に渡り故障なく運転を続けることができ、更に左右の血液ポンプの吐出量を同時に簡単に制御できる。
本発明を実施するための形態の実施例を説明する。
本発明のポンプ装置の実施例１を図面により説明する。
図１は本実施例のポンプ装置１の断面図で、図２は該ポンプ装置１の上下のロータの斜視図である。
ポンプ装置１の上方部に第１ポンプ手段２が配置され、該ポンプ装置１の下方部に第２ポンプ手段３が配置され、これら第１ポンプ手段２と第２ポンプ手段３との間にはステータ４が介在している。
５はロータを示し、該ロータ５は前記ステータ４との上方に配置されている上部ロータ５ａと該ステータ４の下方に配置されている下部ロータ５ｂとからなり、これら上部ロータ５ａと下部ロータ５ｂは、前記ステータ４に形成の中心透孔４ａに回動自在に且つ少許上下動可能に嵌挿されている回転軸６に連結固定されている。
前記上部ロータ５ａは円板状に形成され、その上面には複数枚の板翼からなる第１インペラ２ａが設けられており、又、上部ロータ５ａの下面には永久磁石７ａが係着されている。
前記下部ロータ５ｂも円板状に形成され、その下面には複数枚の板翼からなる第２インペラ３ａが設けられており、又、下部ロータ５ｂの上面には複数個の永久磁石７ｂが放射状に配置して係着されている。
前記ステータ４はドーナツ状の本体４ｂからなり、該本体４ｂの上面部に例えば４つの電磁石からなる第１電磁石手段８ａが設けられている。
又、前記本体４ｂの下面部には回転磁界を発生させるための例えば１２突極３相８極の電磁石からなる第２電磁石手段８ｂが設けられており、該電磁石と前記永久磁石７ｂとが共働して下部ロータ５ｂを回転駆動するようにした。
前記第１ポンプ手段２は、第１ポンプ室２ｂと、該第１ポンプ室２ｂ内において上部ロータ５ａと共に回転しながら上下動可能な前記第１インペラ２ａとからなり、該第１ポンプ室２ｂの上面壁の中心部に第１吸込口２ｃが設けられていると共に、該第１ポンプ室２ｂの側壁に吐出口２ｄが設けられている。
前記第２ポンプ手段３は、第２ポンプ室３ｂと、該第２ポンプ室３ｂ内において下部ロータ５ｂと共に回動しながら上下動可能な前記第２インペラ３ａとからなり、該第２ポンプ室３ｂの下面壁の中心部に第２吸込口３ｃが設けられていると共に、該第２ポンプ室３ｂの側壁に吐出口３ｄが設けられている。
図３は本実施例のポンプ装置１の制御系のブロック線図を示す。
図３において、９ａはステータ４の上面部の第１電磁石手段の各電磁石に対応して設けられ渦電流センサーからなる第１センサーを示し、該第１センサー９ａは上部ロータ５ａの軸方向位置を検出してその検出信号をＡ／Ｄ変換装置１０を介して制御部１１に入力するようにし、又ロータの傾きについては、後述するように該第１センサー９ａから検出信号を入力した制御部１１において算出するようにした。
ここで前記第１センサー９ａは４ヶの前記電磁石に対応して４個あり、前記制御部１１において４つの第１センサー９ａの検出信号の平均値を算出することにより上部ロータ５ａと共に下部ロータ５ｂの軸方向位置の第１検出信号を得るようにし、又隣り合う第１センサー９ａの平均の差分と第１センサー９ａ間の距離から上下のロータ５ａ、５ｂの傾きの第２検出信号を得るようにした。
尚、前述では第１センサー９ａが４個の例を示したが、該第１センサー９ａが３個以上であれば前記傾きが算出可能である。
９ｂは下部ロータ５ｂの近傍に設けられ上下のロータ５ａ、５ｂの回転速度を検出する第２センサーを示し、該第２センサー９ｂはその回転速度の第３検出信号をＡ／Ｄ変換器１０を介して前記制御部１１に入力するようにした。
そして該制御部１１は、前記第１第２検出信号に基いてＰＩＤ制御演算を実行し駆動回路１２ａを介して第１電磁石手段８ａに制御信号を出力し上部ロータ５ａに軸方向位置の制御と傾きの制御をすると共に、前記第３検出信号に基いてＰＩＤ制御演算を実行し駆動回路１２ｂを介して第２電磁石手段８ｂに制御信号を出力し下部ロータ５ｂに回転速度の制御をするようにした。
次に本実施例のポンプ装置１の使用方法及びその作動について説明する。
ポンプ装置１は人工心臓の血液ポンプに使用される。
即ち、上部の第１ポンプ手段２が左心血液ポンプとして血液を全身に送り出すように機能し、又、下部の第２ポンプ手段３は右心血液ポンプとして肺臓に血液を送り出すように機能する。
これらポンプ手段の回転駆動は、前記下部ロータ５ｂの上面の永久磁石７ｂと前記ステータ４の下面部の第２電磁石手段８ｂとが共働して行い、制御部１１からの回転制御により下部ロータ５ｂと共に上部ロータ５ａも同速の回転速度の制御をする。
そしてこのロータ５の回転中において、制御部１１からの傾き制御信号により第１電磁石手段８ａと永久磁石７ａとが共働して上部ロータ５ａと共に下部ロータ５ｂも水平にし又、第１ポンプ手段２と第２ポンプ手段３との吐出割合を調節するために、前記制御部１１からの軸方向位置の制御信号により第１電磁石手段８ａと永久磁石７ａとの間の吸引力を調節して上部ロータ５ａと共に下部ロータ５ｂの上下動の位置を調節する。
即ち、このように調節される第１電磁石手段８ａと永久磁石７ａ間の吸引力とロータ等の重力との和の下方力が第２電磁石８ｂと永久磁石７ｂとの間の吸引力による上方力とのバランスによりロータの軸方向位置を調節しながら該ロータを浮上制御する。
このようにロータが浮上制御され、上部ロータ５ａが上方に移動すると、図４の如く第１インペラ２ａと第１ポンプ室２ｂの上面壁との間の間隙ｄ１が小となり、同時に第２インペラ３ａと第２ポンプ室３ｂの下面壁との間の間隙ｄ２は大となる。このときは、第１ポンプ手段２においては、第１インペラ２ａと第１ポンプ室２ｂの上面壁との間隙ｄ１が小なので、逆流が殆んどなく、該第１インペラ２ａにより吐出口２ｄからの大きな吐出流となると共に、第２ポンプ手段３においては第２インペラ３ａと第２ポンプ室３ｂの下面壁との間隙ｄ２が大なので、第２インペラ３ａにより吐出させても該間隙ｄ２において逆流が生じて吐出口３ｄからの吐出流が小となる。
逆に上部ロータ５ａが下方に移動すると、図５の如く第１インペラ２ａと第１ポンプ室２ｂの上面壁との間の間隙ｄ１が大となると共に第２インペラ３ａと第２ポンプ室２ｂの下面壁との間隙ｄ２が小となる。このときは第１ポンプ手段２においては第１インペラ２ａと第１ポンプ室２ｂの上面壁との間隙ｄ１が大なので、第１インペラ２ａにより吐出させても該間隙ｄ１において逆流が生じて吐出口２ｄからの吐出流が小となると共に、第２ポンプ手段３においては第２インペラ３ａと第２ポンプ室３ｂと下面壁との間隙ｄ２が小なので逆流が殆んどなく該第２インペラ３ａにより吐出口３ｄからの大きな吐出流となる。
そこで、左心吐出量を大きくしたい場合はロータを上方に移動させると前述の如く左心側の吐出量が大きくなると共に右心側の吐出量が小さくなる。
従って左心吐出量と右心吐出量の比率を所望の比率になるように制御部１１からの制御信号によりロータ５の上下動の位置を制御すればよい。
尚、本実施例では、上部ロータ５ａの下面に永久磁石７ａが係着されている例を示したが、該永久磁石７ａを係着せずに上部ロータ５ａを磁性材料で形成してもよい。
又、本実施例では、上部ロータ５ａと下部ロータ５ｂを、ステータ４の中心透孔を挿通する回転軸６に連結固定した例を示したが、該ステータ４の側面の近傍外方に位置して上下動可能な複数の棒体により上部ロータ５ａと下部ロータ５ｂを連結固定してもよい。
このように本発明のポンプ装置１は小型で且つ簡単な構造を有して、その制御も容易であり、人工心臓用の血液ポンプに最適の構造のものである。
本発明のポンプ装置は人工心臓の血液ポンプその他同時に２つの対象物への吐出量の比率を調整して吐出するポンプに使用される。
１ ポンプ装置
２ 第１ポンプ手段
２ａ 第１インペラ
２ｂ 第１ポンプ室
３ 第２ポンプ手段
３ａ 第２インペラ
３ｂ 第２ポンプ室
４ ステータ
４ａ 中心透孔
５ａ 上部ロータ
５ｂ 下部ロータ
６ 回転軸
７ａ 永久磁石
７ｂ 永久磁石
８ａ 第１電磁石手段
８ｂ 第２電磁石手段
１１ 制御部
２ 第１ポンプ手段
２ａ 第１インペラ
２ｂ 第１ポンプ室
３ 第２ポンプ手段
３ａ 第２インペラ
３ｂ 第２ポンプ室
４ ステータ
４ａ 中心透孔
５ａ 上部ロータ
５ｂ 下部ロータ
６ 回転軸
７ａ 永久磁石
７ｂ 永久磁石
８ａ 第１電磁石手段
８ｂ 第２電磁石手段
１１ 制御部
Claims (1)
- ステータと、該ステータの上方に離間配置された円板状の上部ロータと、該ステータの下方に離間配置された円板状の下部ロータと、該ステータの中心透孔に回転自在に且つ上下動可能に嵌挿した前記上部ロータと前記下部ロータとを連結する回転軸と、前記上部ロータの下面及び前記下部ロータの上面に永久磁石を設けると共にこれら永久磁石のうち一方の永久磁石に対向する前記ステータの一方の面に設けられ該永久磁石と共働して前記ロータに対して軸線方向の作用力を発生させて前記ロータを浮上させる第１電磁石手段と、他方の永久磁石に対向する前記ステータの他方の面に設けられ該永久磁石と共働して前記ロータを回転駆動する第２電磁石手段と、前記上部ロータの上面に設けた第１インペラが第１ポンプ室内で回転する第１ポンプ手段と、前記下部ロータの下面に設けた第２インペラが第２ポンプ室内で回転する第２ポンプ手段と、前記回転軸を軸方向に進退させて、前記第１インペラと前記第１ポンプ室の対向面との間隙及び前記第２インペラと前記第２ポンプ室との間隙を連動して調節可能とした制御部とからなるポンプ装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2009113579A JP5408707B2 (ja) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | ポンプ装置 |
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Families Citing this family (3)
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2009
- 2009-05-08 JP JP2009113579A patent/JP5408707B2/ja active Active
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