JP7303503B2 - magnetic levitation pump - Google Patents

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本発明は、回転体を磁力により浮上させて非接触状態で支持するポンプに関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pump that levitates a rotating body by magnetic force and supports it in a non-contact state.

心臓手術時の血流を確保するための体外循環回路に設けられる血液ポンプとして、ハウジング内に収容された回転体としてのインペラをその回転軸線上の単一の軸受にて支持するモノピボット軸受式の血液ポンプが普及している。しかしながら、インペラがハウジングと接触しつつ回転する構成では、その接触部分に摩擦が生じて血球の破壊、あるいは血栓の発生といった問題が生じるリスクを完全には排除できず、その使用に際しては抗血栓療法の併用といった対策を講じることが必要不可欠である。このような課題を解決する試みの一つとして、インペラを磁力で浮上させて非接触で支持する磁気浮上式の血液ポンプが提案されている。例えば、ハウジング側に設けられた複数の電磁コイルのそれぞれと交流電源とをコンデンサを介して接続して共振回路を形成し、その共振回路に交流電圧を印加して電磁コイルを励磁させることにより、電磁コイルとインペラ側の磁性体との間に軸線方向の磁気吸引力を生じさせてインペラを浮上させるポンプが提案されている(特許文献1参照)。この種のポンプではインペラがハウジングに対して非接触状態で回転するため、機械的摩擦に起因する血球破壊、あるいは血栓発生といった問題が生じるおそれを解消することが可能である。 As a blood pump installed in an extracorporeal circulation circuit to ensure blood flow during cardiac surgery, a mono-pivot bearing type in which an impeller as a rotating body accommodated in a housing is supported by a single bearing on the axis of rotation. of blood pumps are widespread. However, in the structure in which the impeller rotates while contacting the housing, it is not possible to completely eliminate the risk of causing problems such as the destruction of blood cells or the generation of thrombus due to friction at the contact portion. It is essential to take measures such as the combined use of As one attempt to solve such problems, a magnetic levitation type blood pump has been proposed in which an impeller is magnetically levitated and supported in a non-contact manner. For example, by connecting each of the plurality of electromagnetic coils provided on the housing side to an AC power supply via a capacitor to form a resonance circuit, and applying an AC voltage to the resonance circuit to excite the electromagnetic coil, A pump has been proposed in which an impeller is levitated by generating a magnetic attraction force in the axial direction between an electromagnetic coil and a magnetic body on the impeller side (see Patent Document 1). In this type of pump, the impeller rotates in a non-contact state with respect to the housing, so it is possible to eliminate the possibility of causing problems such as blood cell destruction or thrombus formation due to mechanical friction.

特表2007-518464号公報Japanese Patent Publication No. 2007-518464

上述した特許文献1のポンプのように、電磁コイルに交流電圧を印加した場合には、電磁コイルと磁性体との間の磁気ギャップの変化に対して、これを元の状態に戻そうとする自己平衡作用が生じる。それにより、インペラ等の回転体の支持剛性を高め、回転体の位置変化を打ち消すように電圧を制御する処理を省略することも期待できる。しかしながら、特許文献1のポンプでは、回転体の周方向に並べられた複数の電磁コイルのうち、隣接する二つの電磁コイルを一組として電磁石を構成しているため、周方向一方の側の電磁コイルがS極であれば、他方の側の電磁コイルはN極となり、回転体を通過する磁束はその周方向に流れ、周方向に隣接する電磁石間では磁束が回転体の軸線方向に沿って流れることになる。したがって、電磁石間で磁束が互いに逆向きに流れて干渉作用が生じ、それによりに磁力が安定せず、回転体を円滑に回転させることが困難となるおそれがある。 When an alternating voltage is applied to the electromagnetic coil as in the pump of Patent Document 1 described above, the change in the magnetic gap between the electromagnetic coil and the magnetic body causes the magnetic gap to return to its original state. A self-equilibrium effect occurs. As a result, it is expected that the support rigidity of the rotating body such as the impeller is increased, and the process of controlling the voltage so as to cancel out the position change of the rotating body can be omitted. However, in the pump of Patent Document 1, among the plurality of electromagnetic coils arranged in the circumferential direction of the rotating body, two adjacent electromagnetic coils constitute a set of electromagnets. If the coil has the S pole, the electromagnetic coil on the other side has the N pole, and the magnetic flux passing through the rotor flows in its circumferential direction. will flow. Therefore, the magnetic fluxes flow in the opposite directions between the electromagnets, causing an interference effect, which may destabilize the magnetic force and make it difficult to rotate the rotating body smoothly.

そこで、本発明は交流電源を用いて回転体を安定的に浮上させつつ円滑に回転させることが可能な磁気浮上式ポンプを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a magnetically levitated pump that can stably levitate and smoothly rotate a rotating body using an AC power source.

本発明の一態様に係る磁気浮上式ポンプは、吸込口(11a)及び吐出口(12a)を有するハウジング(10)と、前記ハウジング内に軸線(AX)を中心として回転可能な状態で収容され、前記軸線の周りの回転により前記吸込口から前記吐出口に向かう流れを前記ハウジング内に生じさせる回転体(20)と、前記回転体側に設けられた磁性体(32)、及び前記軸線の周りに並ぶようにして前記ハウジング側に設けられた複数の電磁コイル(34)を含み、各電磁コイルがコンデンサ(55)を介して交流電源(AC)と接続されて共振回路(54)が形成され、前記交流電源から前記共振回路に交流電圧が印加されて前記電磁コイルが励磁されることにより、前記回転体を前記ハウジングに対して非接触で支持する磁気支持手段(3)と、前記回転体を前記軸線の周りに回転駆動する駆動手段(4)と、を備え、前記複数の電磁コイルのそれぞれは、各電磁コイルが発生する磁束が前記回転体の内周側と外周側との間を当該回転体の半径方向に沿って流れるように設けられたものである。 A magnetically levitated pump according to one aspect of the present invention comprises a housing (10) having a suction port (11a) and a discharge port (12a), and housed in the housing in a rotatable state about an axis (AX). a rotating body (20) that rotates about the axis to generate a flow in the housing from the suction port to the discharge port; a magnetic body (32) provided on the rotating body; a plurality of electromagnetic coils (34) provided on the housing side so as to be aligned with each other, and each electromagnetic coil is connected to an alternating current power supply (AC) via a capacitor (55) to form a resonance circuit (54). a magnetic support means (3) for supporting the rotor in a non-contact manner with respect to the housing by applying an AC voltage from the AC power source to the resonance circuit to excite the electromagnetic coil; around the axis, and each of the plurality of electromagnetic coils is arranged such that the magnetic flux generated by each electromagnetic coil passes between the inner peripheral side and the outer peripheral side of the rotating body. It is provided so as to flow along the radial direction of the rotating body.

上記の態様によれば、まず電磁コイルを含んだ共振回路に交流電圧を印加して交番磁界を発生させ、それにより得られた磁力で磁性体を含んだ回転体を浮上させるので、電磁コイルに直流電圧を印加して磁界を発生させる場合と比較して電磁コイルと磁性体との間の磁気ギャップを相対的に拡大しつつ、より大きな磁力を発生させて回転体の支持剛性を高めることができる。しかも、回転体の内周側と外周側との間を回転体の半径方向に沿って磁束が流れるように電磁コイルを設けているので、周方向に隣接する電磁コイル間で磁束の方向が反転して干渉作用が生じるおそれがない。そのため、回転体の周方向における磁束分布のばらつきを抑え、回転体を安定的に浮上させつつ円滑に回転させることができる。 According to the above aspect, first, an alternating magnetic field is generated by applying an alternating voltage to the resonant circuit including the electromagnetic coil, and the resulting magnetic force levitates the rotating body including the magnetic material. Compared to the case where a magnetic field is generated by applying a DC voltage, it is possible to relatively widen the magnetic gap between the electromagnetic coil and the magnetic body, generate a larger magnetic force, and increase the support rigidity of the rotating body. can. Moreover, since the electromagnetic coils are provided so that the magnetic flux flows along the radial direction of the rotor between the inner and outer circumferences of the rotor, the direction of the magnetic flux is reversed between the electromagnetic coils adjacent in the circumferential direction. There is no risk of interference due to Therefore, variations in magnetic flux distribution in the circumferential direction of the rotor can be suppressed, and the rotor can be stably levitated and smoothly rotated.

上記態様の磁気浮上式ポンプにおいて、前記磁性体は前記回転体の周方向に並べられた複数のセグメント(36)を含み、前記複数のセグメント同士は互いに接しないように分離されてもよい。これによれば、各セグメントを流れる磁束の方向を概ね回転体の半径方向に制限し、セグメント間における磁力の干渉を抑えることができる。そのため、回転体をさらに安定的に支持することが可能である。 In the magnetic levitation pump of the aspect described above, the magnetic body may include a plurality of segments (36) arranged in the circumferential direction of the rotor, and the segments may be separated so as not to contact each other. According to this, the direction of the magnetic flux flowing through each segment is generally restricted to the radial direction of the rotating body, and the interference of magnetic forces between the segments can be suppressed. Therefore, it is possible to support the rotating body more stably.

上記態様の磁気浮上式ポンプにおいて、前記磁気支持手段には、前記回転体が前記軸線の方向に関して所定の位置にあるときの前記共振回路の共振周波数よりも高い周波数の交流電圧が前記共振回路に印加されるように前記交流電源からの交流電圧を変換する電圧変換手段(52)が設けられてもよい。これによれば、電磁コイルと磁性体との間に自己平衡作用が生じ、回転体が所定の位置から軸線方向に変位した場合、これを元の位置に戻そうとするように磁力が増加又は減少する。そのため、回転体をより安定的に支持することができる。電磁コイルに与える交流電圧を回転体の位置に応じて制御するような処理を省略することが可能である。それに伴って回転体に位置検出用のセンサ類を設け、あるいはセンサ類の出力信号をハウジング外まで取り出す配線を設ける必要もなくなる。それにより、ポンプの信頼性を高め、メンテナンスフリーの状態でポンプを長期間稼働させ得る。 In the magnetically levitated pump of the above aspect, the magnetic support means applies an AC voltage having a frequency higher than the resonance frequency of the resonance circuit when the rotating body is at a predetermined position with respect to the direction of the axis to the resonance circuit. Voltage conversion means (52) may be provided for converting the AC voltage from the AC power source to be applied. According to this, a self-balancing action occurs between the electromagnetic coil and the magnetic body, and when the rotating body is displaced from a predetermined position in the axial direction, the magnetic force increases or increases so as to return the rotating body to its original position. Decrease. Therefore, the rotating body can be supported more stably. It is possible to omit the process of controlling the AC voltage applied to the electromagnetic coil according to the position of the rotating body. Accordingly, there is no need to provide sensors for position detection on the rotating body or to provide wiring for outputting the output signals of the sensors to the outside of the housing. As a result, the reliability of the pump can be improved, and the pump can be operated for a long period of time in a maintenance-free state.

さらに、前記複数の電磁コイルが複数のグループ(51A、51B、51C)に分けて配置され、各グループに前記電圧変換手段が設けられてもよい。これによれば、電磁コイルのそれぞれに印加する電圧の周波数を少なくともグループ単位で個別に調整することができる。それにより、電磁コイルの個体差等に起因する磁束分布のばらつきを抑え、又は解消し、回転体をさらに安定的に支持することが可能である。 Further, the plurality of electromagnetic coils may be divided into a plurality of groups (51A, 51B, 51C) and arranged, and each group may be provided with the voltage conversion means. According to this, the frequency of the voltage applied to each of the electromagnetic coils can be individually adjusted at least in group units. As a result, it is possible to suppress or eliminate variations in magnetic flux distribution due to individual differences of electromagnetic coils, etc., and to more stably support the rotating body.

上記態様の磁気浮上式ポンプは、体外循環回路の血液ポンプとして構成されてもよい。本発明を血液ポンプに適用することにより、回転体を非接触状態で安定的に支持しつつ円滑に回転させるという作用効果を活かして、血球破壊、血栓の発生のリスクがなく信頼性の高い血液ポンプを提供することができる。 The magnetic levitation pump of the above aspect may be configured as a blood pump for an extracorporeal circulation circuit. By applying the present invention to a blood pump, the function and effect of stably supporting the rotating body in a non-contact state and smoothly rotating it can be utilized to provide highly reliable blood without the risk of blood cell destruction or thrombus formation. A pump can be provided.

なお、以上の説明では本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記したが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。 In the above description, the reference numerals of the attached drawings are added in parentheses for easy understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the illustrated embodiments.

本発明の一形態に係る血液ポンプの外観を示す斜視図。1 is a perspective view showing the appearance of a blood pump according to one embodiment of the present invention; FIG. 図1に示す血液ポンプの平面図。FIG. 2 is a plan view of the blood pump shown in FIG. 1; 図1に示す血液ポンプの側面図。FIG. 2 is a side view of the blood pump shown in FIG. 1; 図3のIV-IV線に沿った断面図。Sectional drawing along the IV-IV line of FIG. コイルモジュールの斜視図。The perspective view of a coil module. コイルモジュールの下面図。The bottom view of a coil module. コイルモジュールの軸方向断面図。FIG. 4 is an axial cross-sectional view of the coil module; インペラの斜視図。A perspective view of an impeller. インペラの平面図。A plan view of the impeller. インペラの軸方向断面図。An axial sectional view of an impeller. 磁気軸受ユニットの駆動回路の構成の一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of a drive circuit for the magnetic bearing unit; 電磁コイルとターゲットとの間の磁気ギャップとそれらの間に作用する磁力との対応関係の一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a correspondence relationship between a magnetic gap between an electromagnetic coil and a target and a magnetic force acting therebetween;

以下、添付図面を参照して本発明の一形態に係る磁気浮上式ポンプを説明する。図1~図4は、磁気浮上式ポンプの一例としての血液ポンプ1の構成を示している。血液ポンプ1は、心臓手術等を受ける患者に接続されるべき体外循環回路に組み込まれるポンプであって、ポンプユニット2と、磁気軸受ユニット3と、駆動ユニット4(図4)とを含んでいる。磁気軸受ユニット3は磁気支持手段の一例に、駆動ユニット4は駆動手段の一例にそれぞれ相当する。 A magnetic levitation pump according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1 to 4 show the configuration of a blood pump 1 as an example of a magnetically levitated pump. A blood pump 1 is a pump incorporated in an extracorporeal circulation circuit to be connected to a patient undergoing heart surgery or the like, and includes a pump unit 2, a magnetic bearing unit 3, and a drive unit 4 (FIG. 4). . The magnetic bearing unit 3 corresponds to an example of magnetic support means, and the drive unit 4 corresponds to an example of drive means.

図1~図4に示すように、ポンプユニット2はハウジング10を有している。ハウジング10は、厚さに比して直径が大きい扁平な概略円盤状の外観を有する中空の容器として構成されている。ハウジング10の上面中央には吸込管11が上方に向かって延びるようにして設けられ、ハウジング10の外周には吐出管12がハウジング10の接線方向に延びるようにして設けられている。吸込管11の上端の開口部がハウジング10内に血液を取り込むための吸込口11aとして機能し、吐出管12の先端の開口部がハウジング10外に血液を送り出す吐出口12aとして機能する。吸込管10の周囲にはコイルモジュール31が設けられている。コイルモジュール31は磁気軸受ユニット3の構成要素であって、その詳細は後述する。 As shown in FIGS. 1-4, the pump unit 2 has a housing 10. As shown in FIG. The housing 10 is configured as a hollow container having a flat, generally disk-like appearance with a large diameter relative to its thickness. A suction pipe 11 is provided in the center of the upper surface of the housing 10 so as to extend upward, and a discharge pipe 12 is provided in the outer periphery of the housing 10 so as to extend in the tangential direction of the housing 10 . The opening at the upper end of suction tube 11 functions as suction port 11 a for taking blood into housing 10 , and the opening at the tip of discharge pipe 12 functions as discharge port 12 a for sending blood out of housing 10 . A coil module 31 is provided around the suction pipe 10 . The coil module 31 is a component of the magnetic bearing unit 3, and details thereof will be described later.

図4に示すように、ハウジング10の内部には、回転体の一例としてのインペラ20が設けられている。インペラ20は、その軸線AXを中心として回転可能な状態でハウジング10内に収容されている。軸線AXは吸込管11と同軸的である。インペラ20には、複数(図はその一部のみを示す。)の羽根21が周方向に一定の間隔を空けて設けられている。各羽根21は半径方向中心側から外周側に向かって延ばされている。インペラ20が軸線AXの周りに回転することにより、ハウジング10内の血液に遠心力が作用し、それにより吸込口11aから吐出口12aへ向かう血液の流れがハウジング10内に形成される。つまり、血液ポンプ1は非容積型ポンプの一種である遠心ポンプとして構成されている。 As shown in FIG. 4, an impeller 20 as an example of a rotating body is provided inside the housing 10 . The impeller 20 is housed in the housing 10 so as to be rotatable about its axis AX. Axis AX is coaxial with suction pipe 11 . The impeller 20 is provided with a plurality of blades 21 (only some of which are shown in the drawing) which are circumferentially spaced at regular intervals. Each blade 21 extends from the radial center side toward the outer peripheral side. Centrifugal force acts on the blood in housing 10 by rotating impeller 20 around axis AX, thereby forming a flow of blood in housing 10 from suction port 11a to discharge port 12a. In other words, the blood pump 1 is configured as a centrifugal pump, which is a type of non-displacement pump.

インペラ20の上面側にはターゲット32が設けられている。ターゲット32は磁気軸受ユニット3に含まれる磁性体の一例であって、その詳細は後述する。一方、インペラ20の下面側でかつ外周側には環状部22が形成されている。環状部22には、永久磁石40が設けられている。永久磁石40は駆動ユニット4の構成要素である。 A target 32 is provided on the upper surface side of the impeller 20 . The target 32 is an example of a magnetic material included in the magnetic bearing unit 3, and details thereof will be described later. On the other hand, an annular portion 22 is formed on the lower surface side of the impeller 20 and on the outer peripheral side. A permanent magnet 40 is provided in the annular portion 22 . Permanent magnet 40 is a component of drive unit 4 .

駆動ユニット4は、インペラ20内の永久磁石40と、ハウジング10の下方に配置された駆動体41に埋め込まれた永久磁石42と、駆動体41を軸線AXの周りに回転駆動する不図示の電動モータとを含む。永久磁石40、42は互いに引き寄せ合うように設けられて磁気カップリング43を形成する。電動モータにより駆動体41が回転駆動されると、その回転トルクが磁気カップリング43を介してインペラ20に伝達され、それによりインペラ20が軸線AXの周りに回転駆動される。なお、磁気カップリングを利用してインペラを回転駆動する駆動ユニットは種々の血液ポンプで採用されている。図示の駆動ユニット4は一例であり、その構成は適宜に変更されてよい。例えば、図示例では永久磁石40、42が軸線AXの方向(以下、軸線方向と呼ぶことがある。)に引き合うように配置されているが、これに代えて、又は加えて、インペラ20の半径方向に引き合うように永久磁石が配置されてもよい。 The drive unit 4 includes a permanent magnet 40 in the impeller 20, a permanent magnet 42 embedded in a driving body 41 arranged below the housing 10, and an electric motor (not shown) that rotates the driving body 41 around the axis AX. including the motor. Permanent magnets 40 , 42 are arranged to attract each other to form a magnetic coupling 43 . When the driving body 41 is rotationally driven by the electric motor, the rotational torque is transmitted to the impeller 20 via the magnetic coupling 43, thereby rotationally driving the impeller 20 around the axis AX. A drive unit that rotates an impeller using a magnetic coupling is employed in various blood pumps. The illustrated drive unit 4 is an example, and its configuration may be changed as appropriate. For example, in the illustrated example, the permanent magnets 40 and 42 are arranged so as to attract each other in the direction of the axis AX (hereinafter sometimes referred to as the axial direction). Permanent magnets may be arranged so as to attract each other in a direction.

次に、図5~12を参照して磁気軸受ユニット3の詳細を説明する。磁気軸受ユニット3は、ハウジング10側のコイルモジュール31により交番磁界を発生させ、その磁力によりインペラ20側のターゲット32を軸線方向に引き寄せてインペラ20を重力に抗して浮上させ、それによりインペラ20をハウジング10に対して非接触状態で支持する。図5~図7はコイルモジュール31の詳細を示している。コイルモジュール31は、磁心33(図5ではその一部のみが現れる。)と、磁心33に巻き付けられた複数の電磁コイル34と、磁心33の上面側に取り付けられた保持板35とを含んでいる。磁心33は軟磁性材料にて形成される。例えばケイ素鋼等を素材とする金属磁心として磁心33が形成されてもよいし、圧粉磁心、あるいはフェライト磁心として磁心33が形成されてもよい。ただし、交番磁界を加えた場合の渦電流損失及びそれに伴う発熱を抑える観点からは、磁心33を圧粉磁心、又はフェライト磁心として形成することが好適である。 Next, details of the magnetic bearing unit 3 will be described with reference to FIGS. The magnetic bearing unit 3 generates an alternating magnetic field with the coil module 31 on the housing 10 side, and the magnetic force attracts the target 32 on the impeller 20 side in the axial direction to levitate the impeller 20 against gravity. are supported on the housing 10 in a non-contact state. 5 to 7 show details of the coil module 31. FIG. The coil module 31 includes a magnetic core 33 (only a portion of which appears in FIG. 5), a plurality of electromagnetic coils 34 wound around the magnetic core 33, and a holding plate 35 attached to the upper surface side of the magnetic core 33. there is The magnetic core 33 is made of a soft magnetic material. For example, the magnetic core 33 may be formed as a metal magnetic core made of silicon steel or the like, or may be formed as a powder magnetic core or a ferrite magnetic core. However, from the viewpoint of suppressing eddy-current loss and accompanying heat generation when an alternating magnetic field is applied, it is preferable to form the magnetic core 33 as a powder magnetic core or a ferrite magnetic core.

磁心33には複数の巻芯33aが周方向に等間隔で設けられている。巻芯33aは磁心33の上端部から下端まで直線的に延びる角柱状である。各巻芯33aに対して電磁コイル34が巻き付けられている。巻芯33aの個数は一例として6である。したがって、コイルモジュール31は合計で6個の電磁コイル34を有し、電磁コイル34同士の周方向のピッチは60°である。電磁コイル34の構成は互いに等しい。すなわち、電磁コイル34の材質、線径は互いに等しく、巻き数も互いに等しい。さらに、電磁コイル34の巻き付け方向も互いに等しい。例えば、全ての電磁コイル34は、図5及び図6に矢印WDで示した方向に沿って巻かれている。それにより、各電磁コイル34は単独で電磁石を構成する。したがって、コイルモジュール31には、同一特性の6個の電磁石が軸線AXの周りに対称的に配置されている。各電磁コイル34が発生する磁束は、例えば図7に矢印MFで示したように、巻芯33aの周囲を磁心33の半径方向内周側と外周側との間で周回するように流れる。つまり、コイルモジュール31の下面側と対向するインペラ20上のターゲット32においては、電磁コイル34によって生成される磁束がインペラ20の内周側と外周側との間を半径方向に沿って流れることになる。なお、電磁コイル34には交流の励磁電流が流れるため、電磁コイル34が発生する磁界は交番磁界である。したがって、磁束の方向は図7の矢印MF方向とその逆方向とで交番的に変化する。 A plurality of winding cores 33a are provided in the magnetic core 33 at regular intervals in the circumferential direction. The winding core 33a has a prism shape extending linearly from the upper end of the magnetic core 33 to the lower end. An electromagnetic coil 34 is wound around each winding core 33a. As an example, the number of winding cores 33a is six. Therefore, the coil module 31 has a total of six electromagnetic coils 34, and the circumferential pitch between the electromagnetic coils 34 is 60°. The configurations of the electromagnetic coils 34 are identical to each other. That is, the electromagnetic coils 34 have the same material and wire diameter, and the same number of turns. Furthermore, the winding directions of the electromagnetic coils 34 are also the same. For example, all electromagnetic coils 34 are wound along the direction indicated by arrow WD in FIGS. Thereby, each electromagnetic coil 34 constitutes an electromagnet by itself. Therefore, in the coil module 31, six electromagnets with the same characteristics are symmetrically arranged around the axis AX. The magnetic flux generated by each electromagnetic coil 34 flows around the winding core 33a between the radially inner and outer peripheral sides of the magnetic core 33, as indicated by arrows MF in FIG. 7, for example. That is, at the target 32 on the impeller 20 facing the lower surface of the coil module 31, the magnetic flux generated by the electromagnetic coil 34 flows radially between the inner and outer peripheral sides of the impeller 20. Become. Since an alternating excitation current flows through the electromagnetic coil 34, the magnetic field generated by the electromagnetic coil 34 is an alternating magnetic field. Therefore, the direction of the magnetic flux alternates between the direction of the arrow MF in FIG. 7 and its opposite direction.

以上のように、電磁コイル34のそれぞれは、磁束がインペラ20の内周側と外周側との間を半径方向に沿って流れるように設けられている。したがって、周方向に隣接する電磁コイル34間で磁束に干渉作用が生じて周方向の磁束分布に乱れが生じるおそれがない。したがって、インペラ20を安定的に浮上させつつ回転させることが可能である。周方向に並ぶ一対の電磁コイルを組み合わせて一つの電磁石を構成する場合と比較して、一つの電磁石を設けるために必要な周方向のスペースを削減することが可能である。多数の電磁コイル34を周方向に比較的密に並べて磁束分布の調整分解能を高めることもでき、比較的直径が小さいインペラ20でも複数の電磁コイル34を設けることができるなど、電磁コイル34の配置に関する設計自由度も高い。 As described above, each of the electromagnetic coils 34 is provided so that the magnetic flux flows between the inner peripheral side and the outer peripheral side of the impeller 20 along the radial direction. Therefore, there is no possibility that magnetic flux interference will occur between the electromagnetic coils 34 adjacent in the circumferential direction and that the magnetic flux distribution in the circumferential direction will be disturbed. Therefore, the impeller 20 can be stably floated and rotated. It is possible to reduce the space in the circumferential direction required for providing one electromagnet, compared to the case where one electromagnet is configured by combining a pair of electromagnetic coils arranged in the circumferential direction. The arrangement of the electromagnetic coils 34 is such that the adjustment resolution of the magnetic flux distribution can be increased by arranging a large number of the electromagnetic coils 34 relatively densely in the circumferential direction, and a plurality of the electromagnetic coils 34 can be provided even in the impeller 20 with a relatively small diameter. There is also a high degree of freedom in design.

保持板35は磁心33及び電磁コイル34を保持する構造物として設けられている。保持板35が不図示の支持構造体に固定されることにより、コイルモジュール31がハウジング10の上面側の定位置に支持される。なお、磁心33及び保持板35にはハウジング10の吸込管11を通すための貫通孔33b、35aが形成されている。 A holding plate 35 is provided as a structure for holding the magnetic core 33 and the electromagnetic coil 34 . By fixing the holding plate 35 to a support structure (not shown), the coil module 31 is supported at a fixed position on the upper surface side of the housing 10 . The magnetic core 33 and the holding plate 35 are formed with through holes 33b and 35a through which the suction pipe 11 of the housing 10 is passed.

図8~図10はインペラ20の詳細を示している。上述したように、インペラ20には磁気軸受ユニット3のターゲット32が設けられている。ターゲット32はインペラ20の一部として駆動ユニット4により軸線AXの周りに回転駆動される。ターゲット32には、同形同大のセグメント36(図では一部にのみ参照符号を付してある。)が周方向に一定のピッチで並べられている。言い換えれば、ターゲット32は、軸線AXの周りにセグメント36を対称的に配置した構成を有している。ターゲット32は、その全体としては円盤状の外観を呈している。セグメント36同士は互いに接しないように分離されている。これにより、ターゲット32を流れる磁束の方向を概ね半径方向に揃えて磁力の干渉作用を抑えることができる。また、交番磁界をターゲット32に加えたときのセグメント36間における渦電流の往来を阻止して渦電流損失に伴うターゲット32の発熱を抑えることができる。 8-10 show details of the impeller 20. FIG. As described above, the impeller 20 is provided with the target 32 of the magnetic bearing unit 3 . The target 32 is rotated around the axis AX by the drive unit 4 as part of the impeller 20 . On the target 32, segments 36 of the same shape and size (only some of them are denoted by reference numerals in the figure) are arranged in the circumferential direction at a constant pitch. In other words, the target 32 has a configuration in which the segments 36 are arranged symmetrically around the axis AX. The target 32 has a disk-like appearance as a whole. The segments 36 are separated so that they do not touch each other. As a result, the direction of the magnetic flux flowing through the target 32 can be substantially aligned in the radial direction, thereby suppressing the interference effect of the magnetic force. In addition, it is possible to prevent eddy currents from coming and going between the segments 36 when an alternating magnetic field is applied to the target 32, thereby suppressing heat generation of the target 32 due to eddy current loss.

セグメント36のそれぞれは、磁心33と同様に軟磁性材料にて形成される。例えばケイ素鋼等を素材としてセグメント36が形成されてもよいし、圧粉磁心材料、あるいはフェライトを素材としてセグメント36が形成されてもよい。セグメント36に関しても、渦電流損失及びそれに伴う発熱を抑える観点から、圧粉磁心材料、又はフェライトにてセグメント36を形成することが好適である。 Each segment 36 is made of a soft magnetic material like the magnetic core 33 . For example, the segments 36 may be formed using a material such as silicon steel, or the segments 36 may be formed using a dust core material or ferrite. As for the segments 36 as well, from the viewpoint of suppressing eddy current loss and accompanying heat generation, it is preferable to form the segments 36 with a dust core material or ferrite.

ターゲット32の中心には貫通孔32aが形成されている。吸込管11に取り込まれた血液はその貫通孔32aを通過してインペラ20の中心孔20aからインペラ20内に流入し、インペラ20の外周の開口部20bからハウジング10の吐出管12に向かって流出する。 A through hole 32 a is formed in the center of the target 32 . The blood taken into the suction pipe 11 passes through the through hole 32a, flows into the impeller 20 from the central hole 20a of the impeller 20, and flows out from the opening 20b on the outer periphery of the impeller 20 toward the discharge pipe 12 of the housing 10. do.

電磁コイル34を励磁してインペラ20を浮上させるため、磁気軸受ユニット3には図11の駆動回路50がさらに設けられている。駆動回路50は3組の駆動部51A、51B、51C(以下、参照符号51で代表することがある。)を有している。各駆動部51は、交流電源ACから供給される交流電圧を所定の周波数かつ所定波形の交流電圧に変換して出力する一つのファンクションジェネレータ52と、そのファンクションジェネレータ52から出力される交流電圧を増幅する一つのパワーアンプ53とを含んでいる。ファンクションジェネレータ52は電圧変換手段の一例に相当する。一つのパワーアンプ53には二つの共振回路54がさらに接続されている。それにより、電磁コイル34は複数の駆動部51に分けて配置され、各駆動部51が二つの共振回路54を含んだ一つのグループを構成する。各共振回路54は、一つの電磁コイル34とコンデンサ55とを直列に接続して形成される。つまり、共振回路54は、電磁コイル34をコイルとして含んだLCR回路として構成されている。 In order to excite the electromagnetic coil 34 and levitate the impeller 20, the magnetic bearing unit 3 is further provided with a drive circuit 50 shown in FIG. The drive circuit 50 has three sets of drive units 51A, 51B, and 51C (hereinafter sometimes represented by reference numeral 51). Each drive unit 51 includes one function generator 52 that converts an AC voltage supplied from an AC power supply AC into an AC voltage having a predetermined frequency and a predetermined waveform and outputs the AC voltage, and amplifies the AC voltage output from the function generator 52. and one power amplifier 53 that The function generator 52 corresponds to an example of voltage conversion means. Two resonance circuits 54 are further connected to one power amplifier 53 . As a result, the electromagnetic coils 34 are divided into a plurality of drive units 51 , and each drive unit 51 constitutes one group including two resonance circuits 54 . Each resonance circuit 54 is formed by connecting one electromagnetic coil 34 and a capacitor 55 in series. That is, the resonance circuit 54 is configured as an LCR circuit including the electromagnetic coil 34 as a coil.

駆動部51A、51B、51Cと電磁コイル34との対応関係は、周方向に60°ずれて配置された電磁コイル34が対をなして同一の駆動部51に含まれるように設定されている。図6においては、駆動部51Aに含まれる電磁コイル34を参照符号G1で、駆動部51Bに含まれる電磁コイル34を参照符号G2で、駆動部51Cに含まれる電磁コイル34を参照符号G3でそれぞれ区別して示す。このように電磁コイル34を複数の駆動部51に分けて配置する理由の一つは、各電磁コイル34が発生させる磁界を駆動部51ごとに分けて調整することを可能とし、それにより電磁コイル34の個体差等に起因する磁束分布のばらつきを抑え、又は解消することにある。なお、駆動部51は共振回路54と1対1に対応付けて設けられてもよい。すなわち、電磁コイル34のそれぞれが互いに異なるファンクジェネレータ52及びパワーアンプ53と接続されてもよい。要するに一つの駆動部51には少なくとも一組の電磁コイル34及びコンデンサ55が接続されるように駆動回路50が構成されてもよい。 The correspondence relationship between the drive units 51A, 51B, 51C and the electromagnetic coils 34 is set so that the electromagnetic coils 34 arranged with a 60° shift in the circumferential direction form a pair and are included in the same drive unit 51 . In FIG. 6, the electromagnetic coil 34 included in the driving section 51A is denoted by G1, the electromagnetic coil 34 included in the driving section 51B is denoted by G2, and the electromagnetic coil 34 included in the driving section 51C is denoted by G3. be distinguished. One of the reasons why the electromagnetic coils 34 are separately arranged in the plurality of drive units 51 is that the magnetic field generated by each electromagnetic coil 34 can be adjusted separately for each drive unit 51, thereby To suppress or eliminate variations in magnetic flux distribution caused by individual differences of 34. The drive unit 51 may be provided in one-to-one correspondence with the resonance circuit 54 . That is, each of the electromagnetic coils 34 may be connected to different funk generators 52 and power amplifiers 53 . In short, the drive circuit 50 may be configured such that at least one pair of the electromagnetic coil 34 and the capacitor 55 are connected to one drive section 51 .

ファンクションジェネレータ52が出力する交流電圧の周波数はインペラ20が軸線方向に関して適正な位置にあるときの共振回路54の共振周波数よりも幾らか高い周波数に設定されている。コイルを含む共振回路に交流電圧を印加して交番磁界を発生させる場合、その磁界で得られる磁力は共振回路の共振周波数とコイルに印加される交流電圧の周波数とが一致するときに最大値を取り、交流電圧の周波数が共振周波数の近傍から離れると顕著に減少する。一方、共振回路の共振周波数はコイルと磁性体との間の磁気ギャップに応じて変化し、磁気ギャップが増加すればコイルのインダクタンスが減少して共振周波数が上昇し、磁気ギャップが減少すればコイルのインダクタンスが増加して共振周波数が低下する。図示の血液ポンプ1においては、図7に示した電磁コイル34とターゲット32(詳しくはセグメント36)との間の隙間量Cが磁気ギャップに相当し、その磁気ギャップCが増加すれば共振回路54の共振周波数は上昇し、磁気ギャップCが減少すれば共振回路54の共振周波数は低下する。 The frequency of the AC voltage output by the function generator 52 is set to a frequency somewhat higher than the resonance frequency of the resonance circuit 54 when the impeller 20 is at an appropriate position in the axial direction. When an alternating magnetic field is generated by applying an AC voltage to a resonant circuit containing a coil, the magnetic force obtained by the magnetic field reaches its maximum value when the resonant frequency of the resonant circuit and the frequency of the AC voltage applied to the coil match. , and decreases remarkably when the frequency of the AC voltage moves away from the vicinity of the resonance frequency. On the other hand, the resonance frequency of the resonance circuit changes according to the magnetic gap between the coil and the magnetic body. As the magnetic gap increases, the coil inductance decreases and the resonance frequency increases. inductance increases and the resonance frequency decreases. In the illustrated blood pump 1, the gap C between the electromagnetic coil 34 and the target 32 (specifically, the segment 36) shown in FIG. 7 corresponds to the magnetic gap. increases, and if the magnetic gap C decreases, the resonant frequency of the resonant circuit 54 decreases.

図12は、磁気ギャップCと電磁コイル34がターゲット32を引き寄せる磁力との関係を示している。図12の実線は、共振回路54の共振周波数が電磁コイル34に印加される交流電圧の周波数と一致するときの磁気ギャップを基準ギャップCrとして、磁気ギャップCの変化と磁力との関係を示している。磁力は基準ギャップCrで最大値Fmaxを取り、基準ギャップCrの近傍から磁気ギャップが増加又は減少すると顕著に低下する。電磁コイル34に印加される交流電圧の周波数は一定であり、磁気ギャップが基準ギャップCrから離れると共振回路54の共振周波数が増加又は減少することがその理由である。 FIG. 12 shows the relationship between the magnetic gap C and the magnetic force with which the electromagnetic coil 34 attracts the target 32 . The solid line in FIG. 12 shows the relationship between the change in the magnetic gap C and the magnetic force, with the magnetic gap when the resonance frequency of the resonance circuit 54 coincides with the frequency of the AC voltage applied to the electromagnetic coil 34 as the reference gap Cr. there is The magnetic force has a maximum value Fmax at the reference gap Cr, and significantly decreases as the magnetic gap increases or decreases from the vicinity of the reference gap Cr. The reason is that the frequency of the alternating voltage applied to the electromagnetic coil 34 is constant and the resonance frequency of the resonance circuit 54 increases or decreases as the magnetic gap moves away from the reference gap Cr.

一方、インペラ20が軸線方向に関して適正な位置にあるときの磁気ギャップを適正ギャップCsとすれば、電磁コイル34にはその適正ギャップCsに対応した共振回路54の共振周波数よりも幾らか高い周波数の交流電圧が印加されているため、図12において、適正ギャップCsは最大の磁力Fmaxを与える基準ギャップCrよりも小さい。したがって、実際の磁気ギャップが適正ギャップCsよりも増加すれば磁力Fも増加し、実際の磁気ギャップが適正ギャップCsよりも減少すれば磁力Fも減少する。磁力はターゲット32を軸線方向上方に引き寄せる力として働くため、インペラ20が適正ギャップCsを与える適正位置よりも下方に変位すれば、それを打ち消すように上向きの磁力が増加し、インペラ20が適正ギャップCsを与える適正位置よりも上方に変位すれば、それを打ち消すように上向きの磁力が減少する。つまり、インペラ20の適正位置からの軸線方向の変位を抑える自己平衡作用が電磁コイル34とターゲット32との間に働く。 On the other hand, if the magnetic gap when the impeller 20 is at the proper position in the axial direction is defined as a proper gap Cs, the electromagnetic coil 34 has a frequency somewhat higher than the resonance frequency of the resonance circuit 54 corresponding to the proper gap Cs. Since the AC voltage is applied, in FIG. 12, the proper gap Cs is smaller than the reference gap Cr that gives the maximum magnetic force Fmax. Therefore, if the actual magnetic gap increases from the appropriate gap Cs, the magnetic force F also increases, and if the actual magnetic gap decreases from the appropriate gap Cs, the magnetic force F also decreases. Since the magnetic force acts as a force that pulls the target 32 upward in the axial direction, if the impeller 20 is displaced below the proper position that provides the proper gap Cs, the upward magnetic force increases so as to cancel it, and the impeller 20 moves toward the proper gap. If it is displaced above the appropriate position that gives Cs, the upward magnetic force will decrease so as to cancel it. In other words, a self-balancing effect acts between the electromagnetic coil 34 and the target 32 to suppress axial displacement of the impeller 20 from its proper position.

そのため、電磁コイル34に印加する交流電圧は一定で足り、インペラ20の位置変動に応じて電磁コイル34の励磁電圧を変化させるような制御は不要である。しかも、インペラ20の位置の変化を検出する必要もないため、回転体であるインペラ20にセンサ類を配置してハウジング10外へと信号を取り出す必要もない。それにより、ハウジング10内の構成を簡素化することが可能であり、かつセンサ類の故障や断線といったリスクも発生し得ないため、血液ポンプ1の信頼性を高め得る。なお、適正ギャップCsはインペラ20を軸線方向に関してどのような位置で回転させるべきか、に応じて定めればよい。一方、基準ギャップCrは電磁コイル34とターゲット32との間に働く自己平衡作用の程度に応じて設定すればよく、その基準ギャップCrに応じてファンクションジェネレータ52の出力周波数を設定すればよい。なお、図12に直流電圧を印加した場合の磁気ギャップと磁力との関係を示すが、その場合は磁気ギャップの増加とともに磁力が低下し、自己平衡作用が得られないばかりか、磁気ギャップも可能な限り小さく設定する必要が生じる等、本形態の磁気軸受ユニット3に比して不都合が多いことが理解できる。 Therefore, a constant AC voltage is sufficient to be applied to the electromagnetic coil 34, and control to change the excitation voltage of the electromagnetic coil 34 according to the positional variation of the impeller 20 is unnecessary. Moreover, since there is no need to detect changes in the position of the impeller 20, there is no need to arrange sensors on the impeller 20, which is a rotating body, and extract signals out of the housing 10. FIG. As a result, the configuration inside the housing 10 can be simplified, and the risk of failure or disconnection of sensors does not occur, so the reliability of the blood pump 1 can be enhanced. The proper gap Cs may be determined according to the position at which the impeller 20 should be rotated in the axial direction. On the other hand, the reference gap Cr may be set according to the degree of self-balancing effect acting between the electromagnetic coil 34 and the target 32, and the output frequency of the function generator 52 may be set according to the reference gap Cr. FIG. 12 shows the relationship between the magnetic gap and the magnetic force when a DC voltage is applied. It can be understood that there are many inconveniences compared to the magnetic bearing unit 3 of this embodiment, such as the need to set it as small as possible.

ファンクションジェネレータ52から出力する交流電圧は正弦波状であってもよいし、矩形波状であってもよい。矩形波状の交流電圧を励磁電圧として用いる場合には駆動回路50の構成を大幅に小型化できる利点がある。なお、ファンクションジェネレータ52から出力する交流電圧の位相は全ての電磁コイル34間で一致するように設定される。それにより、インペラ20の全周で交番磁界を合一的に変化させて周方向における磁束分布のばらつきをさらに抑えることが可能である。ただし、上述した駆動部51ごとに交流電圧の位相を120°ずつずらすことにより、インペラ20の支持力に加えて回転力をインペラ20に与えるようにしてもよい。このような構成により十分な回転力が得られる場合には駆動ユニット4が省略されてもよい。あるいは、駆動ユニット4が与える回転力を補助するように電磁コイル34にて回転磁界を生じさせてもよい。 The AC voltage output from the function generator 52 may be sinusoidal or rectangular. Using the square-wave AC voltage as the excitation voltage has the advantage that the configuration of the drive circuit 50 can be significantly reduced in size. Note that the phases of the AC voltages output from the function generator 52 are set to match between all the electromagnetic coils 34 . As a result, it is possible to uniformly change the alternating magnetic field over the entire circumference of the impeller 20 and further suppress variations in the magnetic flux distribution in the circumferential direction. However, by shifting the phase of the AC voltage by 120° for each of the drive units 51 described above, a rotational force may be applied to the impeller 20 in addition to the supporting force of the impeller 20 . The drive unit 4 may be omitted if sufficient rotational force can be obtained by such a configuration. Alternatively, a rotating magnetic field may be generated by the electromagnetic coil 34 so as to assist the rotating force applied by the drive unit 4 .

以上に説明したように、本形態の血液ポンプ1によれば、磁気軸受ユニット3の電磁コイル34にコンデンサ55を接続して共振回路54を形成しているので、共振周波数付近の交流電圧を印加したとき見られる磁力の顕著な増加作用を利用してインペラ20を十分な剛性で支持することができる。しかも、電磁コイル34に印加する交流電圧の周波数を上記のように設定することにより自己平衡性を生じさせるとともに、電磁コイル34間で干渉作用が生じないように磁束の方向を設定しているので、インペラ20を安定的に支持することが可能であって、その安定性を確保するためにインペラ20の位置を検出して励磁電圧を制御するような処理を省略することも可能である。それにより、交番磁界を用いた磁気浮上式の利点を十分に活かして、円滑な動作を長期に亘って維持できる信頼性の高い血液ポンプを提供することができる。 As described above, according to the blood pump 1 of this embodiment, the resonance circuit 54 is formed by connecting the capacitor 55 to the electromagnetic coil 34 of the magnetic bearing unit 3, so that an AC voltage near the resonance frequency is applied. The impeller 20 can be supported with sufficient rigidity by utilizing the effect of the remarkable increase in magnetic force seen when this occurs. Moreover, by setting the frequency of the AC voltage applied to the electromagnetic coils 34 as described above, the self-balancing property is generated and the direction of the magnetic flux is set so as not to cause interference between the electromagnetic coils 34. , the impeller 20 can be stably supported, and it is also possible to omit the process of detecting the position of the impeller 20 and controlling the excitation voltage in order to ensure its stability. As a result, it is possible to provide a highly reliable blood pump that can maintain smooth operation over a long period of time by taking full advantage of the magnetic levitation type using an alternating magnetic field.

本発明は上述した形態に限定されず、種々の変形又は変更が施された形態にて実施されてよい。例えば、上記の形態では、複数の電磁コイル34を複数の駆動部51に分け、駆動部51ごとに励磁電圧の周波数や波形を設定しているが、同一のファンクションジェネレータ52から出力される交流電圧を全ての電磁コイル34に供給してもよい。電磁コイル34の個数はポンプの構成に応じて適宜に変更されてよい。インペラ20の下面側にもターゲット32を配置し、これと対向するようにコンデンサ55の下部にもコイルモジュール31を配置することにより、インペラ20を軸線方向の両側から磁力で引き寄せて非接触状態で支持するようにしてもよい。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and may be implemented in various modified or modified forms. For example, in the above embodiment, the plurality of electromagnetic coils 34 are divided into the plurality of drive units 51, and the frequency and waveform of the excitation voltage are set for each drive unit 51. However, the AC voltage output from the same function generator 52 may be supplied to all the electromagnetic coils 34. The number of electromagnetic coils 34 may be appropriately changed according to the configuration of the pump. By arranging the target 32 also on the lower surface side of the impeller 20 and arranging the coil module 31 also on the lower part of the capacitor 55 so as to face the target 32, the impeller 20 is attracted by magnetic force from both sides in the axial direction and is kept in a non-contact state. You can support it.

本発明の磁気浮上式ポンプは体外循環回路の血液ポンプとして使用されることにより、回転体を非接触状態で安定的に支持しつつ円滑に回転させるという作用効果を活かして、血球破壊、血栓の発生のリスクがなく信頼性の高い血液ポンプを実現することができる。しかしながら、本発明の磁気浮上式ポンプの用途は体外循環回路に限られず、各種の用途のポンプとして構成されてよい。 When the magnetic levitation pump of the present invention is used as a blood pump for an extracorporeal circulation circuit, it can stably support a rotating body in a non-contact state and smoothly rotate it. A highly reliable blood pump with no risk of occurrence can be realized. However, the application of the magnetically levitated pump of the present invention is not limited to the extracorporeal circulation circuit, and may be configured as a pump for various applications.

1 血液ポンプ(磁気浮上式ポンプ)
3 磁気軸受ユニット(磁気支持手段)
4 駆動ユニット(駆動手段)
10 ハウジング
11a 吸込口
12a 吐出口
20 インペラ(回転体)
31 コイルモジュール
32 ターゲット(磁性体)
33 磁心
34 電磁コイル
36 セグメント
50 駆動回路
51A、51B、51C 駆動部(グループ)
52 ファンクションジェネレータ(電圧変換手段)
54 共振回路
55 コンデンサ
1 Blood pump (magnetic levitation pump)
3 Magnetic bearing unit (magnetic support means)
4 drive unit (driving means)
REFERENCE SIGNS LIST 10 housing 11a suction port 12a discharge port 20 impeller (rotating body)
31 coil module 32 target (magnetic material)
33 magnetic core 34 electromagnetic coil 36 segment 50 drive circuit 51A, 51B, 51C drive unit (group)
52 function generator (voltage conversion means)
54 resonance circuit 55 capacitor

Claims (1)

吸込口及び吐出口を有するハウジングと、
前記ハウジング内に軸線を中心として回転可能な状態で収容され、前記軸線の周りの回転により前記吸込口から前記吐出口に向かう流れを前記ハウジング内に生じさせる回転体と、
前記回転体側に設けられた磁性体、及び前記軸線の周りに並ぶようにして前記ハウジング側に設けられた複数の電磁コイルを含み、各電磁コイルがコンデンサを介して交流電源と接続されて共振回路が形成され、前記交流電源から前記共振回路に交流電圧が印加されて前記電磁コイルが励磁されることにより、前記回転体を前記ハウジングに対して非接触で支持する磁気支持手段と、
前記回転体を前記軸線の周りに回転駆動する駆動手段と、を備え、
前記複数の電磁コイルのそれぞれは、各電磁コイルが発生する磁束が前記回転体の内周側と外周側との間を当該回転体の半径方向に沿って流れるように設けられ、
前記磁性体は前記回転体の周方向に並べられた複数のセグメントを含み、前記複数のセグメント同士は互いに接しないように分離されている磁気浮上式ポンプ。
a housing having an inlet and an outlet;
a rotating body that is housed in the housing in a rotatable state about an axis and that rotates about the axis to generate a flow in the housing from the suction port toward the discharge port;
A resonance circuit including a magnetic body provided on the rotating body side and a plurality of electromagnetic coils provided on the housing side so as to be aligned around the axis, each electromagnetic coil being connected to an AC power supply via a capacitor. is formed, and an AC voltage is applied from the AC power supply to the resonance circuit to excite the electromagnetic coil, thereby supporting the rotating body in a non-contact manner with respect to the housing;
driving means for rotating the rotating body around the axis,
each of the plurality of electromagnetic coils is provided so that the magnetic flux generated by each electromagnetic coil flows along the radial direction of the rotating body between the inner peripheral side and the outer peripheral side of the rotating body;
The magnetic levitation pump, wherein the magnetic body includes a plurality of segments arranged in a circumferential direction of the rotor, and the segments are separated so as not to contact each other.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023199602A1 (en) * 2022-04-12 2023-10-19 国立大学法人東京工業大学 Drive control method for magnetically levitated bloodflow pump, drive control device for magnetically levitated bloodflow pump, and magnetically levitated bloodflow pump system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005121157A (en) 2003-10-17 2005-05-12 Rikogaku Shinkokai Magnetic bearing and motor device for artificial heart
JP2007518464A (en) 2003-10-03 2007-07-12 フォスター−ミラー・インコーポレイテッド Rotary pump with electromagnet LCR bearing
US20120169167A1 (en) 2010-12-30 2012-07-05 Chung Yuan Christian University Axial Hybrid Magnetic Bearing, Method for Operation thereof, and Structure for Rotor thereof
US20150362015A1 (en) 2013-01-22 2015-12-17 Technische Universitat Wien Device and Method for Magnetically Axially Supporting a Rotor
US20180252228A1 (en) 2015-08-25 2018-09-06 Reinheart Gmbh Active magnetic bearing

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2377550A1 (en) * 1977-01-12 1978-08-11 Europ Propulsion AXIAL ELECTROMAGNETIC BEARING
JP3776162B2 (en) * 1996-05-10 2006-05-17 Ntn株式会社 Magnetic levitation blood pump

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007518464A (en) 2003-10-03 2007-07-12 フォスター−ミラー・インコーポレイテッド Rotary pump with electromagnet LCR bearing
JP2005121157A (en) 2003-10-17 2005-05-12 Rikogaku Shinkokai Magnetic bearing and motor device for artificial heart
US20120169167A1 (en) 2010-12-30 2012-07-05 Chung Yuan Christian University Axial Hybrid Magnetic Bearing, Method for Operation thereof, and Structure for Rotor thereof
US20150362015A1 (en) 2013-01-22 2015-12-17 Technische Universitat Wien Device and Method for Magnetically Axially Supporting a Rotor
US20180252228A1 (en) 2015-08-25 2018-09-06 Reinheart Gmbh Active magnetic bearing

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