JPH01317449A - ローラーポンプの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、医療用のローラポンプ（血液ポンプ）の駆
動回路、さらに詳しくは開心術に伴って使用される体外
循環回路や、人工透析等に用いられる部分体外循環回路
に使用されているローラポンプのモータ駆動に用いて好
適な駆動回路に関するものである。

「従来の技術」 周知のように、患者の体外において血液を部分的に、ま
たは全体的に循環させるのにローラポンプ（血液ポンプ
）を用いた血液回路が使用される。

部分的な体外循環の例としては、人工腎臓装置とローラ
ポンプとを有してなる血液回路により行なわれる人工透
析がある。また、全体的な体外循環は、例えば、開心術
が実施される時に使用される所謂心肺機能を有する体外
循環回路によって行われるものである。

このような血液回路に使用されているローラポンプは、
第６図に示す構造の装置である。すなわち、図に示すよ
うに、その一部が馬蹄形のレースウェイｌの内面に沿っ
て湾曲され内部に血液が流通されるチューブ２と、この
チューブ２の湾曲部を両端部の回転ローラ３ａ、　３ａ
’によりしごいてチューブ２内の血液を送り出す回転ア
ーム３とを具備してなるものである。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、前記従来の血液回路において、例えば、作業
者や機２ｇなどが回路を構成する管路上に位置して、管
路を狭窄もしくは閉塞してしまい、それに気がつかない
場合がある。開心術に伴う体外循環回路での場合（ｔ、
常に医師、看護婦などの作業者が回路の監視を行ってい
るので、前記のような管路の閉塞が生じた場合、即座に
解決を図ることができる。

しかし、透析などの部分体外循環回路では、監視機構は
備えられているものの、管路に閉塞が生じても患者に危
険が及ぶことがないことから常に監視者がいるとは限ら
ない。そのため、なんらかの原因で管路に閉塞が生じて
回路の破損につながるような所定内圧に達したら、それ
を検知して回路中のローラポンプの駆動を停止するよう
に設定されている。この機構は、前記開心術に伴って使
用される体外循環回路にも採用されているが、この体外
循環回路にはその前に作動する幾つかの安全装置が組み
込まれている点が異なる。

前記のローラポンプの駆動回路では、管路閉塞によって
所定の管路内圧が生じた場合、前述したようにローラポ
ンプは停止されてしまうので、管路の閉塞に気が付き、
原因を取り除いた後、再びその状況に併せてローラポン
プを駆動し直さなければならない。

この場合、閉塞に気付かずに運転を継続すると、内圧が
上昇して管路がはずれたり、また、血流が停止した状態
を長時間放置しておくと血栓が生じたりする。

このような問題に対処する方法としては、管路内圧が上
４してポンプモータの負荷が増加した場合、この負荷に
対抗させてモータトルクを上昇させるのではなく、モー
タトルクを一定に保つような制御を行うことが考えられ
る。すなわち、負荷が上昇したときに、モータ電流を一
定に抑制するような駆動回路でモータを駆動する方法が
考えられる。

この種の駆動回路として、）の字型下特性を有する駆動
回路の応用が考えられる。これは、第３図に一点鎖線で
示す曲線１２３のように、モータ電流が所定の値を越え
ないように制御するものであり、過負荷によってモータ
が停止してその電圧が低下した場合には、急速にモータ
電流を下げてモータの過熱を防止するようになっている
。

しかしながら、このような駆動回路でローラーポンプの
モータを駆動した場合、モータ電圧が高いほど最大許容
電流も高くなってしまう。よって、モータ電圧が高いと
きに良好な動作をするように調整すると、モータ電圧が
低いときのモータ電流が不足し、モータ電圧が低いとき
に良好な動作が得られるように調整すると、モータ電圧
が高いときに過電流が流れ、過大なモータトルクが生じ
てしまうという問題があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、管路の狭
窄または閉塞により回路の内圧が上昇した場合、ローラ
ポンプを停止することなく、その回転数を回路内圧が危
険な所定値にまで高まらないように制御し、原因が取り
除かれれば、即座に通常循環を可能とするローラポンプ
の駆動回路を提供することを課題とするものである。

「課題を解決するための手段」 上記課題を解決するためにこの発明は、ローラーポンプ
のモータを駆動する駆動回路において、 前記モータに直列接続された制−御素子と、前記モータ
に流れるモータ電流を検出する電流検出部と、 前記モータ電流を設定範囲内に制限する電流制限回路と
を有し、 前記電流制限回路は、前記モータへの供給電圧が設定電
圧以上のときには最大許容電流をほぼ一定に保ったまま
直線的に電圧が低下する定電流垂下特性をもち、前記設
定電圧より小さいときには最大許容電流および電圧とも
に低下するフ字垂下特性を有することを特徴とする。

「作用」 上記構成によれば、電流制限回路は、モータへの供給電
圧が設定電圧以上のときには、第３図に曲線ｆｆ１．ｉ
２２で示すように、電流値をほぼ一定に保ったまま電圧
を低下させる。つまり、モータ電圧の高低によらず、最
大許容電流はほぼ一定に保たれる。よって、モータトル
クもこれに対応する値を越えない範囲で運転が継続され
る。

また、モータ電圧が上記設定電圧より小さいときには、
モータ電圧が減少するとモータ電流も対応して減少する
。

この結果、管路閉塞時に管路内圧が上昇してモータの回
転数およびモータ電圧が減少すると、モータ電流が安全
な値にまで下げられる。また、モータの運転が継続され
るため、血流が部分的に循環し血栓が発生するのを防止
できる。さらに、管路開通後は、もとの状態に自動的に
復帰する。

「実施例」 以下、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明の一実施例の構成を示すブロック図
である。

図において、１０はローラーポンプ（図示せず）のモー
タである。モータ１０の一端は、制御素子２０を介して
電源３０の正出力端に接続され、モータ１０の他端は、
電流検出部４０を介して電源３０の負出力端に接続され
ている。

モータ１０には、電圧制御部５０が並列に接続され、そ
の出力が制御素子２０の制御端に接続されている。これ
により、モータｌＯへの供給電圧が検出され、この検出
電圧に基づいて、制御素子２０がフィードバック制御さ
れ、モータ電圧が一定に保たれるようになっている。

電流検出部４０で検出されたモータ電流は、電流制限回
路６０に供給され、このモータ電流が設定電流以下にな
るように制御素子２０の制御端に信号が供給される。

次に、第２図を参照して上記各部の詳細を説明する。

制御素子２０は、ダーリントン接続されたトランジスタ
２１．２２から構成され、トランジスタ２２のベースが
制御端となっている。

電源３０は、１００ボルトの電圧を１６ボルトに降圧す
る変圧Ｐ’Ｊ３１と、変圧器３１の２次出力を整流する
整流回路３２と、整流回路３２の出力を平滑するコンデ
ンサ３３とから構成され、十数ボルトの直流電圧を出力
する。

電流検出部４０は、抵抗値の小さい（たとえば４．４Ω
）の抵抗４！からなり、その両端に生じる電圧がモータ
電流に比例することから、モータ電流が検出される。

電圧制御部５０は、３つ直列に接続された上でモータ！
０に並列接続された抵抗５！、可変抵抗５２、抵抗５３
と、可変抵抗５２の可変端にベースが接続されたトラン
ジスタ５４と、このトランジスタ５４のエミッタとモー
タ１０との間に接続された２ボルトの定電圧ダイオード
５５と、この定電圧ダイオード５５に電流を供給するた
めの抵抗５６とから構成され、トランジス°り５４のコ
レクタが制御素子２０の制御端、すなわちトランジスタ
２２のベースに接続されている。

電流制限回路６０は、制御素子２０の制御端（トランジ
スタ２２のベース）にコレクタが接続されたトランジス
タ６１と、一端が電源３０の負出力端に接続された定電
圧ダイオード６２（電圧４゜７ボルト）と、定電圧ダイ
オード６２の他端と制御素子２０の出力端、つまりトラ
ンジスタ２１のエミッタとの間に接続された抵抗６３と
、定電圧ダイオード６２の電圧を分圧するための可変抵
抗６４（抵抗値「１）、抵抗６５（抵抗値「２）と、ト
ランジスタ６１のコレクタに電流を供給するための抵抗
６６とから構成され、トランジスタ６１のエミッタが抵
抗６４．６５の接続点に、トランジスタ６１のベースが
電流検出部４０（すな・わち抵抗４１）とモータ１０と
の接続点に接続されている。

なお、第２図中、７０は、モータ電圧平滑用のコンデン
サである。

このような構成によれば、可変抵抗５２の可変端を移動
することにより、第３図に示すように、モータ電圧Ｅを
変えることができる。すなわち、該可変端の電圧がトラ
ンジスタ５４のベース電圧（一定：約２．７ボルト）に
なることから、モータ電圧Ｅが規定される。

また、モータ１０に過電流が流れると、次の動作により
電流制限が行われる。

（１）　　まず、モータ電圧Ｅが定電圧ダイオード６２
の電圧（設定電圧）より高く、分圧抵抗６４゜６５に定
電圧が印加される場合の動作を説明する。

この場合、トランジスタ６１のエミッタ電圧は、定電圧
ダイオード６２の両端電圧を分圧抵抗６４゜６５で分圧
した電圧に一定される。このため、電流検出部４０の電
圧がこのエミッタ電圧＋０．　７ボルト程度まで、上昇
すると、トランジスタ６１がオンとなり、トランジスタ
２２のベース電流がこのトランジスタ６１の方に分流し
、トランジスタ２２．２１に流れる最大許容モータ電流
！１．８がほぼ一定に制限される。

第３図において、１０ボルト〜４゛ボルトの間でほぼ垂
直に下りている２本の線（実線と破線）ｔｌ。

ｅ２がこの定電流垂下特性を示している。なお、モータ
電流！は、可変抵抗６４の抵抗値ｒ１を調整することに
よって変えることができる。

（２）　次に、モータ電圧Ｅが定電圧ダイオード６２の
電圧より低く、定電圧ダイオード６２が力・ノドオフと
なる場合の動作を説明する。

この場合、モータ電圧Ｅの低下にともなってトランジス
タ６１のエミッタ電圧も低下する。したてがって、第３
図の４ボルトより小さい範囲に示すように、モータ電流
！が少なくてもトランジスタ６１がオンとなり、トラン
ジスタ２２のベース電流がトランジスタ６１の方へ分流
する。このように、モータ電圧Ｅが低下すると、最大許
容モータ電流！１１．はフ字垂下特性を描きながら低下
することとなる。

上述した本実施例の垂下特性を、第３図に一点鎖線で示
した従来のフ字垂下特性と比較すると、モータ電圧Ｅが
設定電圧（４ボルト）より大きい範囲で、最大許容モー
タ電流！、、８がほぼ一定に保たれている点が異なって
いる。なお、上記設定電圧は、定電圧ダイオード６２に
よって決められるものである。

このように、電流制限回路６０は、モータ１０への供給
電圧Ｅが設定電圧以上のときには、最大許容モータ電流
１．４８がほぼ一定のまま直線的に電圧が低下する定電
流垂下特性をもち、前記設定電圧より小さいときには、
電圧電流ともに低下する７字垂下特性を有している。

第１表および第４図は、この実施例のモータ電流対モー
タ電圧特性を示すものである。モータ電圧が１２．１０
．８ボルトと変化しても、最大許容電流■、、、は、１
．２９Ａ程度の一定値に保たれている。

第２表および第５図は、この実施例の吐出圧対モータｌ
Ｏの回転数の関係を示すものである。モータ電圧が１２
．１０．８ボルトと変化しても、９−ラーポンプの最大
吐出圧は、２．４〜２．８ｋｇ／ｃ■１と狭い範囲内に
限定される。したがって、連続的に運転しても、管路内
圧が上昇しすぎるといった不都合を避けることができる
。また、連続運転が可能になったことから、管路が閉塞
された場合でも、血流を部分的に循環させることができ
、血栓の発生を防止することができる。

第１表 （以下、余白） 第２表 （以下、余白） 「発明の効果Ｊ 以上説明したように、この発明によるローラーポンプの
駆動回路は、ローラーポンプに連結された管路が閉塞さ
れた場合でも、比較的小さな一定の吐出圧でローラーポ
ンプを連続的に運転させる機能を有するから、次の効果
を得ることができる。

■　管路内圧を安全な範囲に保ちつつ、ローラーポンプ
を連続的に運転することができる。

■　管路が閉塞された場合でも、血流を部分的に循環さ
せることができ、血栓の発生を防止することができる。

■　管路開通後は、もとの状態に自動的に復帰するから
、人手による復帰操作が不要となる。

■血液回路内圧をトランスデユーサ等でモニタしてフィ
ードバックする従来の方式と異なり、ローラポンプのみ
で自己統制しているため、特別な血液回路を必要としな
い。この結果、従来から使用している血液回路をそのま
ま使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の構成を示すプロ・ツク図、
第２図は同実施例の構成を示す回路図、第３図は同実施
例のモータ電流ｉ対モータ電圧Ｅの関係を示すグラフ、
第４図はモータ電流１対モータ電圧Ｅの実測例を示すグ
ラフ、第５図はローラーポンプのモータ回転数対吐出圧
の関係を示すグラフ、第６図は従来のローラーポンプの
概略構成図である。 である。 ｌＯ・・・・・・モータ、２０・・・・・・制御素子、
３０・・・・・・電源、４０・・・・・・電流検出部、
５０・・・・・・電圧制御部、６０・・・・・・電流制
限回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ローラーポンプのモータを駆動する駆動回路において、 前記モータに直列接続された制御素子と、 前記モータに流れるモータ電流を検出する電流検出部と
   、 前記モータ電流を設定範囲内に制限する電流制限回路と
   を有し、 前記電流制限回路は、前記モータへの供給電圧が設定電
   圧以上のときには最大許容電流をほぼ一定に保ったまま
   直線的に電圧が低下する定電流垂下特性をもち、前記設
   定電圧より小さいときには最大許容電流および電圧とも
   に低下するフ字垂下特性を有することを特徴とするロー
   ラーポンプの駆動回路。