JPH06510586A - 磁気浮揚式インペラーを持つ流体ポンプ及びインペラーの位置を安定化させるための方法 - 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】 磁気浮揚式インペラーを持つ流体ポンプ鼠遷直履 本願は、１９９０年１０月５日に出願された磁気浮揚式インペラーを持つ流体ポ ンプという標題の現在継続中の米国特許出願第０７１５９３　、６９５号、現在 は米国特許第５．０５５，００５号である、の一部継続出願である。

＾皿象實員 本発明は、回転インペラーを持つ流体ポンプに関し、更に詳細には、軸線方向及 び半径方向の局部的な対向する磁気斥力及び流体力の組み合わせによって、又は 軸線方向及び半径方向の磁気斥力のみで浮揚した、ベアリングもシールも持たな い電磁駆動式回転インペラーを持つ流体ポンチに関する。

インペラーをこのような力で浮揚させることによって、動力を有用な仕事に高効 率で変換できる。かくして、比較的小さなエネルギ源を使用でき、これに対応し てエネルギ源の寿命を延ばすことができる。更に、電磁力によって駆動される浮 揚させたインペラーを使用することによって、駆動機構のベアリング及びシール を不要にし、これによって、熱の発生及び種類の異なる回転ポンプに伴う漏れを なくす、このような配慮は、血液のような生理学的流体を圧送する上で非常に重 要である。

当該技術分野では、例えば、駆動ポンプ、移動ダイヤフラムポンプ、ピストン型 ポンプ、及び遠心ポンプ即ち回転ポンプを含む多くの流体圧送機構が説明されて いる。一般的には、回転ポンプは、人口ポート及び出口ポートを備えた圧送室及 び軸線を中心として回転するように圧送室内に取り付けられたインペラーを有す る。多くの場合、インペラーは、一つ又はそれ以上のシール及びベアリング装置 を通って圧送室の外側の回転駆動機構まで延びるシャフト上に取り付けられてい る。シャフトに取り付けられたインペラーを使用する、シャフトシールを備えた 回転ポンプは、以下の米国特許、即ちドーマン等の米国特許第３，６０８，０８ ８号、ラファーティ等の米国特許第３，６４７．３２４号、ライヒ等の米国特許 第４．１３５，２５３号、クローゼン等の米国特許第４　、５８９　、８２２号 、モイスの米国特許第４．７０４．１２１号、及びクレチュカの米国特許第４． ８４４，７０７号に例示されている。シャフトシールは磨耗及び熱を生じ易く、 これにより漏れを生じることがあり、血液ポンプとして使用する場合には、凝塊 形成の問題、蛋白質の変性、及び塞栓症現象、等を生じることがある。

他のポンプ装置は、発熱を減らすため及び／又は放熱させるため及びシャフト及 び／又はインペラーの回転中の摩擦力を減少させるため、液体ベアリング即ち静 圧べ了リングを使用する。これらの装置では、液体又はガスがシャフトと種々の ベアリング組立体との間の隙間、又はインペラーとインペラーハウジングとの間 の隙間に押し込まれる。これらの装置で発生させた流体又はガスの薄膜は、比較 的薄いにも関わらず、大きな剪断力が加わり、熱の幾らかの増分が発生する。

以下の米国特許、即ちプリンドルの米国特許第８４５．８１６号及び第８８８． ６５４号、アンダーソンの米国特許第２，８６４，５５２号、ベーカー等の米国 特許第３．１２２．１０１号、及びカンベ等の米国特許第４，４７５，８６６号 は、このような液体ベアリング即ち静圧ベアリングの使用を例示する。　・ オルゼン等の米国特許第４，６８８，９９８号は、電磁的に駆動され、浮揚され たインペラーを持つ流体ポンプを開示する。オルゼン等の特許では、インペラー に加えられる電磁浮揚力の量を検出し制御するため、センサ及び制御装置が設け られている。電磁浮揚力だけがインペラーに加えられる本発明とは異なり、オル ゼン等の特許では、浮揚に流体力を利用できず、更に、インペラーに加えられる 電磁浮揚力は軸線方向及び半径方向で明確に分けられていない。従って、インペ ラーの浮揚を調節するのにセンサ及び制御装置が必要である。このようなセンサ 及び制御装置は、本発明では不要である。オルゼン等の特許では、インペラー駆 動シャフト、ベアリング、及びシャフトがなくしてあり、インペラーの駆動ばか りでなくインペラーを浮遊状態に維持するのにも電力が必要とされる。更に、オ ルゼン等の発明では、協働する電磁石の組、センサ、浮遊回路、及びポンプハウ ジング内でのインペラーの位置を連続的に調節するための検出回路を必要とする 。

本願の親出願に開示された流体ポンプでは、全ての入力エネルギがインペラーの 回転に用いられ、インペラーの浮揚に使用するため、入力されたエネルギの一部 がインペラーの周囲領域（インペラーの周囲から下流の位置を含む）から偏向さ れる。か（して、全ての人力エネルギが圧送流体に差し向けられるわけではない 、従って、永久磁石による自動１１１節斥力によってインペラーをポンプ流体内 で浮揚し、位置決めすることによって、更に多くの人力エネルギをインペラーの 回転及び流体の圧送に向けることのできる新規のポンプ装置を提供することが、 当該技術分野において大きな利点となる。

ｘ皿！蚤！ 本発明によれば、一つ又はそれ以上の圧送室入口ポート及び圧送室出口ポートを 備えた圧送室を構成するハウジングと、軸線を中心として回転するように圧送室 内に配置された回転自在のインペラーと、軸線を中心としてインペラーを回転さ せるための、極性を持つ電磁手段と、インペラーを軸線方向、半径方向、又は軸 線方向及び半径方向の両方向で浮揚させるため、インペラーの近くに配置された 対向する永久磁石手段とを有する回転ポンプが開示されている。＋１１気による インペラーの浮揚が軸線方向のみで、又は半径方向のみで作用する場合には、他 の方向での浮揚力はインペラーの下流の周囲領域から導かれた流体力によって与 えられる。流体をインペラーの周囲領域の高圧領域から導いてこの流体をインペ ラーの軸線近くの低圧領域内へ軸線方向対向方向又は半径方向対向方向のいずれ かの方向に送出することによって、軸線方向又は半径方向の流体力を、流体力が 加えられていない方向（軸線方向又は半径方向）の磁気斥力と組み合わせてイン ペラーに加えることによってインペラーを圧送室内で浮揚させ安定化させるため の手段が設けられている。

インペラーは、種々の材料でつくることができ、好ましくは、メチルメタクリレ ートのような非磁性材でつくるのがよい、好ましくは、インペラーの全体として の嵩密度は、圧送されるべき流体とほぼ同じ又は全く同じであり、これによって 、インペラーは圧送されるべき流体中に浮遊し、圧送されるべき流体中でのイン ペラーの浮揚及び安定化が容易になる。

インペラーは、種々の形状をとることができ、ポンプの特定の用途に従って、ベ ーンを持っていてもよいし持たなくてもよい。インペラーは中実であるのがよく 、圧送室又は圧送室の入口ボート及び／又は出口ポートと連通した流体で満たさ れた空間を持つのがよい。インペラーは、圧送室入口ボートと連通した単一の入 口又は両側の入口をインペラーの軸線の近くに有するのがよく、インペラーの周 囲にある対向した出口は、圧送室出口ボートと連通している。インペラーは、好 ましくは、軸線方向に延びるネック部分を有する。インペラーを浮揚させるため の手段は、中央に配置された磁石、及び軸線方向及び半径方向の両方向で磁気に よって安定化を図るため中央に配置された磁石から軸線方向及び半径方向の両方 向で間隔を隔てられた中央に配置された磁石を包囲する磁石、及び軸線方向のみ で又は半径方向のみで磁気によって安定化を図るため軸線方向のみに又は半径方 向のみに間隔を隔てられた磁石を含む永久磁石を有する。磁気による安定化が一 方向（軸線方向又は半径方向）だけで行われる場合、他の方向での安定力（半径 方向又は軸線方向）は、圧送室出口ボートの近くから分枝し軸線方向に延びるイ ンペラーのネック部分の近くの種々の形体で終端する、流体力がインペラーに衝 突するようにインペラーに導く導管によって与えられる。かくして、磁力、又は 流体力及び磁力によりインペラーを浮揚させる。

磁気による安定化又は浮揚は、ハウジングに関して固定された中央に配置された 磁石及びインペラーに関して固定された包囲磁石即ちブラケット磁石による軸線 方向対向方向及び／又は半径方向対向方向で均衡のとれた磁気斥力によって行わ れる。中央に配置された磁石の極性及び包囲磁石即ちブラケット磁石の極性は、 斥力を生じるように配向されている。均衡のとれた引力でなく、均衡のとれた斥 力が重要であるということに注目されたい、これは、均衡のとれた引力は、イン ペラーが磁気均衡状態から外れると、距離が減少するにつれて磁力が増大するた め、磁気均衡状態が永久的に壊れ、磁石を係合させてインペラーをハウジングに 固定してしまうため、インペラーを磁力で動かなくしてしまうことがあるためで ある。

インペラーを回転させるための極性を持つ電磁手段は、インペラーの周囲に設け られた永久磁石と電磁的に連結された、ポンプハウジングの周囲に設けられた検 線を有する。変形例では、インペラーを回転させるための極性を持つ電磁手段は 、インペラーの内部に配置されたステータ内に収容された検線を有し、ステータ は、ポンプハウジングと構造的に繋がっており、インペラーの内部構造内に収容 された一つ又はそれ以上の磁石に電磁的に連結されている。

本願で使用されているように、「流体」という用語は、分子が制限なしで且つ破 壊平面を形成することなく外を通って流れることのできる集合体を意味する。

この用語には、ガス、液体、溶液、つ濁液スラリー、及びゲルが含まれ、血液、 血漿、血清のような特定の物質が含まれる。

区亘旦固見矢腹皿 第１図は、本発明の好ましい実施例の軸線方向断面図である。第１図では、イン ペラーは、永久磁石による斥力の作用で軸線方向浮揚し、流体力の作用で半径方 向に浮揚する。

第２図は、軸線方向浮揚に使用される第１図の永久磁石の斜視図である。

第３図は、本発明の別の実施例の軸線方向断面図である。第３図では、永久磁石 による斥力の作用で半径方向に浮揚し、流体力の作用で軸線方向に浮揚する。

第４図は、半径方向浮揚に使用される第３図の永久磁石の斜視図である。

第５図は、本発明の別の実施例の軸線方向断面図である。第５図では、インペラ ーは、永久磁石による斥力の作用で軸線方向及び半径方向の両方向に浮揚する。

第６図は、軸線方向及び半径方向の両方向での浮揚に使用される第５図の永久磁 石の斜視図である。

第７図は、本発明の最後の実施例の軸線方向断面図である。第７図では、軸線方 向及び半径方向の両方向での浮揚に永久磁石による斥力の作用及び流体力の作用 の両件用が用いられる。かくして第７図の実施例は、インペラーを軸線方向及び 半径方向の両方向で浮揚させるのに磁力及び流体力の両方を使用するという点で 重複している。

穴五塁耗買久脱皿 第１図は、インペラーを磁気斥力の作用で軸線方向で安定化させ、流体力の作用 で半径方向で安定化させる本発明のポンプ１０の好ましい実施例を示す。このポ ンプは、圧送室１４を構成するポンプハウジング１２を有する。流体は、このハ ウジングを通して圧送される。本発明のポンプ１０は、更に、インペラー１６、 及び圧送室出口ボート２８を含むインペラーの周囲近くの高圧領域２ｏから流体 を導き、全体にインペラー１６の軸線２２の近くにある低圧領域２１内に流体を 送出するための手段１８を有する。ポンプハウジングは、互いに止め具で固定さ れた二つ又はそれ以上の構成部品から形成されている。更に、ポンプハウジング １２は、圧送室入口ボート２６及び圧送室出口ボート２８を構成する。第１図に 示す実施例は、圧送室入口ポート２６を二つ有し、圧送室出口ボート２８を一つ 有する。しかしながら、ハウジング１２は、二つ以上の入口ポートでなく単一の 入口ボート２６を有し、及び／又は多数の出口ボートを構成するように形成され ていてもよい。本発明の種々の用途について、圧送室の入口ボート及び出口ボー トの他の形体が当業者には明らかである。

ポンプハウジング１２の周囲には、インペラー軸線２２を中心としてインペラー １６を回転させるための電磁検線３０が組み込まれている。電磁検線の一実施例 は、米国特許出願第０７１５９３．６９５号、即ち米国特許第５，０５５，００ ５号に示されている。１１１３０は、インペラー１６の周囲構造内に収容され且 つこの周囲に亘って間隔を隔てられた永久磁石３２に電磁的に連結されている。

検線は、変形例では、インペラー１６の内部に配置されたステータに組み込まれ ているのがよく、インペラー１６は、米国特許第５，０５５，００５　号の第２ ０図に示されているように、このステータを中心として回転する。ステータは、 インペラーの回転軸線に沿って配置された一つ又はそれ以上の支持シャフトによ ってインペラー内に支持されているのがよい、これらのシャフトは、ポンプハウ ジング１２と構造的に連通している。ステータ内の検線は、ステータから支持シ ャフトを通って流体ポンプ１０の内部又は外部に配置された一つ又はそれ以上の 電源まで延びる導線によって、こうした電源に接続されている。インペラーを軸 線を中心として回転させるための電磁手段の他の形体は、当業者には明らかであ ろう。

インペラー１６は、圧送室入口ボート２６と連通した軸線方向両側に配置された 入口３６、及びインペラー１６の周囲に設けられ、圧送室１４及び従って圧送室 出口ボート２８と連通した向き合った出口３８を有する０作動では、流体は、イ ンペラー１６の両側の入口３６に圧送室入口ボート２６から進入する。流体には 、回転しているインペラー１６の内壁と流体との間、及び流体の分子と粒子との 間に作用する剪断力によって加速が加えられる。加速された流体内で作用する遠 心力によってインペラーの出口３８を出る流体は、圧送室１４内の流体に周方向 及び半径方向に差し向けられた流体力を加える。同様に差し向けられた流体力が インペラー１６の外面４０と流体との間、及び流体の分子と粒子との間に作用す る摩擦剪断力によって発生する。かくして、流体は入口ボート２６でポンプ１０ に進入し、出口ボート２８で出る。

好ましい実施例では、インペラーは、軸線方向に延びるネック部分４２を両側に 有する。これらのネック部分は、両人口３６を包囲している。このようなネック 部分は、流体浮揚力が差し向けられる適切に方向付けされた表面を構成すること によって、インペラーの半径方向流体力浮揚を容易にする。しかしながら、機能 的に等価の米国特許第５．０５５，００５号の第９図、第１４図、第１９図、及 び第２０図に示す半径方向流体力浮揚のための内向きの表面を設けることによっ て、このようなネック部分をなくすことができ、半径方向浮揚に磁力を使用する 場合には、機能的等漬物を実質的に用いなくてもこのようなネック部分をなくす ことができる。更に、ネック部分４２は、内部に軸線方向流体力が差し向けられ る円形の凹状の表面４３（第３図参照）を設けることによって、インペラーの軸 線方向流体力浮揚を容易にする。しかしながら、インペラー１６の多くの他の形 体を、本発明で具体化された概念、即ち局部的な力によるインペラーの浮揚の概 念、に適用できる０例えば、インペラー１６の内部に回転軸線を横切る追加の隔 壁又は壁を設けることによって、インペラー１６が流体に及ぼす全摩擦力を増大 させることができる。

一般的には、血液のような生理学的流体の圧送に本発明を使用する実施例では、 乱流及び／又は過度の剪断力を生じる危険のあるベーン及び他の構造を避けなけ ればならない、しかしながら、本発明は、局部的な力によるインペラー浮揚の利 点が所望の、どのような流体（液体又は気体）の圧送にも適しており、インペラ ーが生じる剪断力を増大するように設計されたベーン及び他の構造は、このよう な実施例では有用である。幾つかの実施例では、流体とインペラーの回転する外 面との相互作用のみによって生じた流体力が、所期の目的について適切である。

このような実施例では、インペラー１６は、「中実」である、即ちインペラーの 入口及び出口を介して圧送室と連通した内部キャビティを持たない。

生物学的用途及び医学的用途については、インペラー１６の密度を、圧送される べき流体の密度とほぼ同じであるか或いは全く同じであるようにするのが有用で あるが、必ずしもそうでなくてもよい、しかしながら、用途によっては、及びイ ンペラー１６の密度と関わりなく、浮揚力が、インペラー１６に作用する重力及 び慣性力に対して反作用をなすのに十分であるということだけが必要である。

本発明の生物学的使用及び医学的使用には、人体の用途及び獣医学的用途の両方 が含まれる。同様に、本発明は、生体外（体外）又は生体内（体内）並びに生物 学的使用又は非生物学的使用でも、医学的使用又は非医学的使用でも機能できる ように使用される。

第１図に示す好ましい実施例を再び参照すると、インペラー１６の半径方向安定 化は、流体をインペラー１６の周囲近くの高圧流体領域２０から導入し、インペ ラー１６を流体浮揚力によって半径方向で安定化させるように低圧流体領域２１ に送出するための手段１８によって行われる０手段１８は、圧送室出口ボート２ ８から分枝した導管４６を有する。導管と出口ポートとの接合部分の形体は、導 管内の流体がベルヌーイの法則に従って出口ポート２８内の高圧流体流れ領域か ら遠ざかるのでなくこの領域に向かって移動する傾向に打ち勝つような形体でな ければならない。導管４６は、所望の結果を得るため、出口ボート内の流体流れ 方向に対して接線方向の配向て出口ボート２８を離れるのがよい、変形例では、 そらせ板を接合部内に配置し、導管４６に流入する流体を末広がりにするのを容 易にするのがよい、ベルヌーイの法則による流体の逆流効果に打ち勝つための導 管と出口ボートとの間の接合部の他の形体は、当業者には明らかであろう。

第１図に示す好ましい実施例を再び参照すると、各導管４６は、インペラー１６ の軸線方向に延びるネック部分４２の近くにある圧送室入口ポート２６の低圧流 体領域に三つの流体噴出ボート５２を構成する構造で終端する。インペラー１６ の両側に設けられた三つの流体噴出ボート５２から出る噴流は、インペラー１６ がポンプハウジング１２の壁又は流体噴出ボート５２の外端と接触しないように 、インペラー１６が、第１図に示すように半径方向に移動しないようにするのに 適当な配向の流体平面即ち円を構成する。各導管４６は、例えば米国特許第５． ０５５，００５号の第１５図、第１６図、及び第１７図に示されているように、 インペラーの形状及び本発明の特定の変形例における流体流れの動力学に応じて 、一つ又は三つ以上の流体噴出ボートで終端するのがよい。

上述の形体及び以下に説明する変形例の形体では、流体噴出ボートは、流体浮揚 力が自動調節であるように配向されている。即ち、インペラーの位置を移動しよ うと試みることによって、補正力の変化が自動的に即ちそれ自体の性質として作 用する。

本発明は、インペラーの浮揚が流体力の他に磁力を用いることによって、又は磁 力だけで行われるという点で親出願（現在は米国特許第５，０５５，００５号） と異なっており、本願に開示されている実施例の他に上記米国特許に示されてい る各実施例に適用できる。第１図に示すように、流体力を半径方向安定化に使用 した状態で磁力を軸線方向安定化に使用してもよいし、第３図に示すように流体 力を軸線方向安定化に使用した状態で磁力を半径方向安定化に使用してもよいし 、第５図に示すように磁力を半径方向及び軸線方向の両方向での安定化に使用し てもよい。更に、第７図に示すように、磁力及び流体力の両方を半径方向及び軸 線方向の両方向での安定化に使用してもよく、これは、種々の悪環境での作動を 確実にし、通常の作動状態での安定力を更に大きなものとする重複を提供する。

インペラー１６の軸線方向での磁気安定化を第１図及び第２図に示す、この実施 例では、中央に配置されたドーナッツ形状の永久磁石６ｏが非磁性材製のコア６ ２に取り付けられ、このコアは、各端がポンプ１ｏのハウジング１２に固定され たシャフト６５に取り付けられている。かくして、中央に配置された磁石６゜は 、ハウジング１２に関して固定され、インペラー１６によって包囲され、インペ ラー１６と同様に、その軸線が軸線２２と一致した状態で配置される。磁石６０ は、第１図に符号で示す極性を有し、即ち、そのＳ極が第１図で見て左側にあり 、そのＮ極が右側にある。

ドーナツツ形状であり且つ磁石６ｏと対応する直径の一対の包囲永久磁石６４が インペラー１６とともに回転するように磁石６ｏの各側に取り付けられている。

かくして、磁石６４は、磁石６ｏを包囲し、磁石６ｏと磁石６４とが互いに反発 し合うように磁石６０と逆の極性で配置されている。

インペラー１６には、磁石６４が埋め込まれたロータ区分６８用の取り付はハブ として役立つ内部スリーブ区分６６が形成されているということに着目されたい 、インペラー１６の外面まで延びるスリーブ区分６６には孔７０が設けられてい るため、流体はインペラー１６の再入口３６からインペラーの内部キャビティ内 に通過でき、インペラーの出口３８から出ることができる。更に、入口３６から インペラー１６の内部キャビティまでの通路が構成される限り、インペラー１６ をスリーブ部材６６なしでつくってもよい。

第１図及び第２図の実施例では、インペラー１６は、磁石６０と６４との間の斥 力により軸線方向で安定化され、流体力により半径方向で安定化される。

第３図の実施例では、インペラー１６は、シャフト８１上に軸線方向に取り付け られた中央に配置された永久磁石８０によって半径方向で安定化される。シャフ トは、ハウジング１２に連結され、かくして、ハウジング１２に関して固定され ている。第３図及び第４図に示すように、中央に配置された磁石８０には、その 円筒形の表面がＮ極でその中央表面がＳ極であるような極性が形成されている。

円筒形の内面がＮ極であり且つその円筒形の外面がＳ極をなす円筒形包囲永久磁 石８２が磁石８０の周りに同心に配置されている。包囲磁石８２は、インペラー １６のスリーブ６６に取り付けられた非磁性材製のロータ６８に埋め込まれてい る。第３図及び第４図の実施例では、第１図及び第２図の実施例と関連して上述 した目的のため、孔７０が設けられている。

かくして、インペラー１６は、磁石８０と８２との間の磁気斥力により半径方向 で安定化され、流体力により軸線方向で安定化される。

インペラーの軸線方向及び半径方向の両方向での安定化を磁気斥力で行う実施例 を第５図及び第６図に示す、この実施例では、軸線方向安定化は・第１図及び第 ２図の磁石と同様の磁石６０及び６４で行われ、半径方向安定化は・間隔を隔て られた一対の永久磁石の組がインペラー１６の両ネック部分４２に夫々配置され ていることを除けば第３図及び１８４図の磁石と同様の方法で、磁石９０及び９ ４で行われる。中央に配置された二つの磁石９０は、円筒形の外面がＮ極で内部 中央面をＳ極にした状態でシャフト９２に取り付けられている。Ｓ極を円筒形の 外面にをする対をなした円筒形の永久磁石９４が磁石９０の各々を包囲している 。従って、磁石９０及び９４は、インペラー１６を磁気斥力で半径方向で安定化 させるような極性を持っている。

かくして、第５図及び第６図の実施例では、インペラー１６は、磁石６ｏと６４ との間の斥力及び磁石９０と９４との間の斥力によって軸線方向及び半径方向の 両方向で安定化される。

第７図の実施例は、軸線方向及び半径方向の両方向での磁力による安定化と軸線 方向及び半径方向の両方向での流体力による安定化の組み合わせである。流体力 は、ネック部分４２があるインペラー１６の各端のところで導管４６の出口５２ から軸線方向対向方向に差し向けられ、同様に、半径方向力は、ネック部分４２ があるインペラー１６の各端のところで対向方向に差し向けられる。更に、磁石 ９０と９４との間の軸線斥力によって半径方向安定化が行われ、磁石６ｏと６４ との間の磁気斥力によって軸線方向安定化が行われる。かくして、第７図の実施 例は、磁力と流体力の両方が軸線方向及び半径方向の両方で組み合わせられてい るという意味で重複している。この重複は、大きな浮揚カ即ち安定化力を得る上 で価値があり、フェイルセーフ設計を提供する上で価値がある。

本発明の圧送機構の始動には、種々の方法を使用できる。インペラーを回転させ るための電磁手段を作動させる前に、ポンプハウジング及びその入口ボート及び 出口ボート、インペラー及びその入口及び出口、導管及び流体噴出ボート、及び ポンプハウジングに通じたベッセル又は他の通路に呼び水をするのがよい、ｉ＊ 体は、外部流体源から種々の位置で本発明のポンプに導入できる。必要であれば 、適当な呼び水流体を導入して本発明のポンプ内の空間内に潜在的に捉えられて いる空気を追い出すのに外部加圧機構を使用してもよい０本発明のポンプを呼び 水した後、電磁手段を作動させると、その方はインペラーの慣性力に打ち勝つの に十分であり、インペラーの回転を開始する。これによって、流体噴出ボートか ら出る噴流による流体浮揚力がほとんど直ちに発生する。インペラーの回転速度 が作動レベルに近づくにつれて、インペラーは、発生した流体浮揚力によりポン プハウジング内でその作動位置に置かれる。インペラーを軸線方向及び半径方向 の両方向で磁気斥力によって浮揚させる場合には、インペラーの回転により発生 する流体浮揚力は必要でないということを理解すべきである。

第１図乃至第４図の実施例では、インペラーの密度が流体の密度と同じ又はほぼ 同じ場合、インペラーは、付勢された電磁手段がインペラーの最初の数回の回転 を誘導した後、流体浮揚力により非常に短時間でその作動位置に置かれる。いず れの場合でも、当業者は、ハウジング内でのインペラーのその作動位置からの移 動に対する構造的拘束を組み込むことができる０例えば、導管の噴出ボート構造 とインペラーとの間の間隔はインペラーとハウジングの電磁接線を収容した部分 との間の間隔よりも小さくなくてはならない、インペラーの安定化を流体力に依 存する実施例では、工大中に説明したようなこのような構造上の制限並びに当業 者に周知の他の＃Ａ限により、圧送機構の始動が容易になる。これは、インペラ ー駆動磁石が始動時に電磁接線と「ぴったりと動かないようにｊ接触しておらず 、及び始動位置から作動位置までのインペラーの移動が僅かな位置の再配向だけ を伴うためである。

人間や動物の血液のような特定の用途では、インペラーの表面、流体噴出ポート を構成する構造、及び存在する場合には拘束表面を含む構造は、摩擦係数が低く 凝塊形成特性が低い又は凝塊形成がない、平滑な非磁性材料で製造されなければ ならない。

本発明のポンプの好ましい用途は、血液を圧送するための医療分野での用途であ るが、本発明は、多くの他の医療の分野及び医療以外の分野でも使用できる。

人間の医学では、人工血液ポンプの、最適の、短期間又は長期間に亘る臨床的効 験に拍動性Ｉ！１ｍが必要とされるか否かはわかっていない０本発明の回転イン ペラー１６は、最も便利には連続的に非拍動モードで作動する。しかしながら、 インペラー１６を駆動するための電磁手段の形体及び作動モードによっては、作 動モードを拍動性にしたり間欠的にしたりすることができる。同様に、浮揚流体 噴流は、連続モード、拍動モード、又は間欠モードで作動するのがよい。変形例 では、本発明の特定の実施例の構造及び所期の使用に応じて、インペラーの作動 及び浮揚流体の噴流が連続モード、拍動モード、及び間欠モードの間又はこれら のモードの任意の組み合わせ間で変化するのがよい。適当な作動モードは、当業 者には明らかである。

以上から、上述の装置に本発明の精神及び範囲から逸脱することなく種々の変更 を加えることができるということは、当業者には明らかである。従って、本発明 は、本発明の精神又はその本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形体 でも実施できる。従って、本実施例は、全ての点に関し、例示であって制限を行 うものではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は、以上の説明でなく添 付の請求の範囲のみによって限定され、従って、請求の範囲の意味及び同一性の 範囲内の全ての変更は請求の範囲に含まれるものと考えられる。

Ｆｉｇ、２ Ｆｉｇ、４

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ．圧送呈、圧送室入口ポート、及び圧送室出口ポートを構成するハウジン グと、ｂ．軸線を中心として回転するように前記圧送室内に配置された回転自在 のインペラーとを有し、前記インペラーは、前記インペラーの前記軸線の近くに 前記圧送室入口ポートと連通した入口を両側に有し、前記インペラーの周囲には 前記入口から半径方向に間隔を隔てられた出口が設けられ、軸線方向両方向に延 びるネック部分を含み、前記ネック部分の各々の内部部分は、前記インペラーの 軸線方向中央表面に取り付けられ且つこの表面の中央に置かれ、前記ネック部分 の各々の外部端は、対応する隣接した前記圧送室入口ポートの近くに収容されて おり、更に、 ｃ．前記インペラーを前記軸線を中心として回転させるための、極性を待つ電磁 手段と、 ｄ．前記ハウジングに関して軸線方向に固定された、中央に配置された永久磁石 と、 ｅ．前記中央に配置された磁石の周りに配置され且つ前記インペラーに関して固 定された包囲永久磁石と、 ｆ．前記インペラーの周囲領域から流体を導入し、前記流体を前記インペラーに 向かって半径方向対向方向に送出するための手段とを有し、これによって、前記 インペラーを前記ハウジング内で磁気浮揚力によって軸線方向に浮揚させ及び流 体浮揚力によって半径方向に浮揚させる、流体ポンプ。
2. ２．ａ．圧送室、圧送室入口ポート、及び圧送室出口ポートを構成するハウジン グと、ｂ．乾線を中心として回転するように前記圧送室内に配置された回転自在 のインペラーとを有し、前記インペラーは、前記インペラーの前記軸線の近くに 前記圧送室入口ポートと連通した入口を両側に有し、前記インペラーの周囲には 前記入口から半径方向に間隔を隔てられた出口が設けられ、軸線方向両方向に延 びるネック部分を含み、前記ネック部分の各々の内部部分は、前記インペラーの 軸線方向中央表面に取り付けられ且つこの表面の中央に置かれ、前記ネック部分 の各々の外部端は、対応する隣接した前記圧送室入口ポートの近くに収容されて おり、更に、 ｃ．前記インペラーを前記軸線を中心として回転させるための、極性を持つ電磁 手段と、 ｄ．前記ハウジングに関して軸線方向に固定された、中央に配置された永久磁石 と、 ｅ．前記中央に配置された磁石の周りに配置され且つ前記インペラーに関して固 定された包囲永久磁石と、 ｆ．前記インペラーの周囲領域から流体を導入し、流体を前記インペラーに向か って軸線方向対向方向に送出するための手段とを有し、これによって、前記イン ペラーを前記ハウジング内で磁気浮揚力によって半径方向に浮揚させ及び流体浮 揚力によって軸線方向に浮揚させる、流体ポンプ。
3. ３．前記インペラーを流体力で浮揚させることによって安定化させるように流体 を前記インペラーの周囲領域から導いて前記インペラーに向かって送出するため の前記手段は、前記インペラーの周囲から出る導管からなり、前記導管の各々は 、軸線方向に延びる前記インペラーのネック部分の近くにあり且つ前記ネック部 分に向かって差し向けられた前記圧送室入口ポートの領域内に一つ又はそれ以上 の流体噴出ボートを構成する構造で終端する、請求項１又は２に記載の流体ポン プ。
4. ４．流体を前記インペラーの周囲領域から導いて前記インペラーに向かって半径 方向対向方向に送出するための前記手段は、流体を前記軸線方向に延びるネック 部分に向かって半径方向に差し向けるように配置されている、請求項１に記載の 流体ポンプ。
5. ５．前記前記インペラーの前記軸線方向に延びるネック部分は、軸線方向に向い た円形の凹状の表面を有し、前記流体を前記インペラーの周囲領域から導いて前 記インペラーに向かって軸線方向対向方向に送出するための前記手段は、流体を 前記凹状の表面内に差し向けるように配置されている、請求項２に記載の流体ポ ンプ。
6. ６．ａ．圧送室、圧送室入口ポート、及び圧送室出口ポートを構成するハウジン グと、ｂ．軸線を中心として回転するように前記圧送室内に配置された回転自在 のインペラーと、 ｃ．前記インペラーを軸線を中心として回転させるための、極性を持つ電磁手段 と、 ｄ．前記ハウジングに関して軸線方向に固定された、中央に配置された第１の永 久磁石と、 ｅ．前記インペラーに関して軸線方向に固定され、前記中央に配置された第１の 永久磁石の周りに配置された、回転する永久磁石からなる第１の対とを有し、前 記中央に配置された第１の磁石の極性と前記回転する永久磁石からなる第１の対 の極性は、並置したときに磁気斥力を生じ、これによって前記インペラーを軸線 方向で磁気浮揚力によって安定化させるような極性になっており、更に、ｆ．前 記ハウジングに関して半径方向に固定された、中央に配置された第２の永久磁石 と、 ｇ．前記インペラーに関して半径方向に固定され、前記中央に配置された第２の 永久磁石の周りに配置された、回転する永久磁石からなる第２の対とを有し、前 記中央に配置された第２の磁石の極性と前記回転する磁石からなる第２の対の極 性は、並置したときに磁気斥力を生じ、これによって前記インペラーを半径方向 で磁気浮揚力によって安定化させるような極性になっている、流体ポンプ。
7. ７．前記インペラーの密度は、流体の密度とほぼ同じてある、請求項６に記載の 流体ポンプ。
8. ８．前記インペラーは、前記圧送室入口ポートと連通した反対方向に向いた入口 を前記インペラーの軸線の近くに有し、前記反対方向に向いた入口から半径方向 に間隔を隔てられた反対方向に向いた出口を前記インペラーの周囲に有する、請 求項６に記載の流体ポンプ。
9. ９．流体を前記インペラーの周囲領域から導いて前記インペラーに向かって半径 方向対向方向に送出し、これによって前記インペラーを半径方向で磁気浮揚力及 び流体浮揚力の両方によって安定化するための手段を更に有する、請求項８に記 載の流体ポンプ。
10. １０．流体を前記インペラーの周囲領域から導いて前記インペラーに向かって軸 線方向対向方向に送出し、これによって前記インペラーを軸線方向で磁気浮揚力 及び流体浮揚力の両方によって安定化させるための手段を更に有する、請求項８ に記載の流体ポンプ。
11. １１．流体を前記インペラーの周囲領域から導いて前記インペラーに向かって軸 線方向対向方向に送出し、これによって前記インペラーを軸線方向及び半径方向 の両方向で磁気浮揚力及び流体浮揚力の両方によって安定化するための手段を更 に有する、請求項９に記載の流体ポンプ。
12. １２．入口ポート及び出口ポートを持つ圧送室内の流体中に浮遊した回転軸線を 持つ回転自在のインペラーの位置を安定化させるための方法において、前記イン ペラーに向かって軸線方向対向方向に差し向けられた永久磁石の磁気斥力によっ て前記インペラーを前記圧送室内の流体中に浮遊させる工程と、流体を前記イン ペラーの周囲から導いて前記圧送室内に前記インペラーに向かって半径方向対向 方向に送出する工程とを有し、これによって前記インペラーを軸線方向で磁気浮 揚力によって安定化させ、半径方向で流体浮揚力によって安定化させる、方法。
13. １３．入口ポート及び出口ポートを待つ圧送室内の流体中に浮遊した回転軸線を 持つ回転自在のインペラーの位置を安定化させるための方法において、前記イン ペラーに向かって半径方向対向方向に差し向けられた永久磁石の磁気斥力によっ て前記インペラーを前記圧送室内の流体中に浮遊させる工程と、流体を前記イン ペラーの周囲から導いて前記圧送室内に前記インペラーに向かって軸線方向対向 方向に送出する工程とを有し、これによって前記インペラーを半径方向で磁気浮 揚力によって安定化させ、軸線方向で流体浮揚力によって安定化させる、方法。
14. １４．入口ポート及び出口ポートを持つ圧送室内の流体中に浮遊した回転軸線を 持つ回転自在のインペラーの位置を安定化させるための方法において、前記イン ペラーに向かって軸線方向対向方向及び半径方向対向方向に差し向けられた永久 磁石の磁気斥力によって前記インペラーを前記圧送室内の流体中に浮遊させる工 程と、流体を前記インペラーの周囲から導いて前記圧送室内に前記インペラーに 向かって軸線方向対向方向及び半径方向対向方向に送出する工程とを有し、これ によって前記インペラーを軸線方向及び半径方向の両方向で磁気浮揚力及び流体 浮揚力の両方によって安定化させる、方法。