JPH08319956A

JPH08319956A - ロータ浸漬型ポンプ／モータ組立体

Info

Publication number: JPH08319956A
Application number: JP8066709A
Authority: JP
Inventors: Keith E Chipperfield; イーチパーフィールドキース; Kevin O'hara; オハラケビン; Greg Kangiser; カンジザーグレッグ; Steve Soar; ソアースティーヴ
Original assignee: Micropump Inc
Current assignee: Micropump Inc
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1996-12-03
Also published as: CA2172453A1; EP0733803A3; EP0733803A2; US5670852A

Abstract

(57)【要約】【課題】ポンプに作用する圧力にかかわらず、モータ
の速度を直接制御することができるポンプ／モータ組立
体を提供する。【解決手段】本発明によるモータ一体型のポンプはＮ
個の歯を有するステータ（２０２）と、このステータの
内側に同軸状に配置され、磁極が放射状に形成されてい
る円筒状の磁石（２０４）と、ポンプヘッド（２０６）
と、前記円筒状の磁石からポンプヘッドまで延在する駆
動軸（２１６）と、前記ステータと円筒状磁石との間で
円筒状の面を規定する一体成形されたプラスチック部材
（２０８）とを具え、前記円筒状の面が前記磁石が回転
する円筒状のウェル（２２４）を規定し、このウェルが
前記ポンプヘッド（２０６）と連通し、前記一体成形し
たプラスチック部材（２０８）が、ポンプヘッドから離
れた側の軸方向端部で円筒壁部を密封する端部部材をさ
らに画成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にいえばポ
ンプ用モータに関するものであり、更に特定していえ
ば、ポンプに対し外部圧力が存在するときに、流速を制
御するためのモータ制御を含む改良されたポンプ用モー
タの設計に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願は、Keith E. Chipperfield によ
る "PUMP MOTOR CONTROLLER"（ポンプ用モータ制御器）
という1994年１月18日出願の米国特許出願第08/183,649
号の部分的継続であり、該米国出願の明細書を本出願の
参照文献として引用する。

【０００３】電動ポンプは、ポンプ用モータの速度を制
御することにより、ポンプを通る水流の速度を制御する
ポンプ駆動システムを含むのが普通である。多くの適用
例においてポンプの厳密な制御を維持することが重要で
あるが、外部圧力によりポンプの性能が劣化することが
起こり得る。詳しく云えば、ポンプの取り入れ口での流
体の圧力により、ポンプ用モータが所定のスピードより
実際には更に速く回転するよう強いられることがあり、
この現象は「タービニング("turbining") 」と呼ばれて
よく知られている。ポンプの排出口での負の圧力も同じ
くタービニングの原因となり、ポンプを通る水流の制御
を失わせる。それ故に、ポンプの性能をポンプの取り入
れ口及び排出口での流体の圧力とは無関係にするポンプ
用モータ制御器を開発することが望ましい。

【０００４】タービニングを制御する１つの方法とし
て、流体の圧力のモータ速度への影響を減少させるため
の制動回路が用いられる。ポンプを駆動するのにブラシ
レス・モータを用いるシステムに対しては、モータの転
流を一時停止するか又はモータ巻線に低インピーダンス
を与えるかのいずれかで、制動が行われよう。

【０００５】ブラシレス直流モータでの転流は、モータ
の固定子中に回転する磁界を造り出し、回転子に磁力を
働かせてそれを回転させることから成る。この回転磁界
は固定子中に配置された巻線に次々と電流を与えること
により樹立される。モータの転流が一時停止されると、
電流は固定子中の巻線の唯１つの対にのみ与えられる。
巻線の該１つの対により生成される磁界は回転子を制動
する、その理由は回転子がそれ自身を固定子の磁界と同
じにしようとするからである。

【０００６】制動技術としては、モータでの転流の一時
停止は、高いトルクのリプルを生成し、かなり大きい量
の電流を必要とするという不利益がある。トルクのリプ
ルとは、回転子が密度と方位の変動する磁界を通過する
ときに該回転子に与えられるトルクの動揺である。転流
の一時停止中には、トルクのリプルは極めてはっきりと
現れる、その理由は、回転子が唯１つの巻線の対により
樹立された磁界を通過し、そのことは回転子の慣性とは
反対に回転子を唯１つのポジションに強いて置こうとす
る傾向があるからである。その結果、モータは滑らかに
回転しないで脈動し、ポンプを通る水流に不均一を起こ
して、モータのコンポネントに余分なストレスを与え
る。転流の一時停止もポンプの駆動効率を低下させて余
分な電流を必要とする。これらの不都合の故に、転流の
一時停止はタービニングの問題に対する適切な方策とは
なり得ない。

【０００７】ポンプ用モータを制動してタービニングを
制御するもう１つのやり方は、固定子の巻線に低インピ
ーダンスを与えること、換言すれば固定子の巻線を「短
絡する("short") 」ことである。固定子の巻線を短絡す
ることは、回転子の動きに抵抗する反対磁界を固定子中
に樹立する効果を持つ。スピンする回転子は電流を誘導
して短絡された巻線中を流れ、この電流から生成される
磁界はスピンする回転子の磁界とは反対である。固定子
中に誘導される電流は、固定子のコイルの抵抗でエネル
ギーが浪費されるので、モータを発熱させる。

【０００８】固定子の巻線を短絡してモータのスピード
を制御することは幾つかの欠点を持つ。先ず第１に、固
定子中の熱を消散させる余分な熱減衰を必要とする。２
番目には、固定子の巻線の両端に低インピーダンスの経
路を設ける高価なパワースイッチを必要とする。最後
に、或る圧力条件の下では、固定子の巻線のインピーダ
ンスには限度があるので、モータのスピードの制御を維
持するのに必要な程度の制動は掛けられないことがあ
る。従って、巻線に低インピーダンスを設けることも、
やはりタービニングの問題に対する適切な方策とはなり
得ないことは同様である。更に、タービニングの問題を
最小にするためのポンプ用モータの単なる制動は、モー
タのスピードを、従ってポンプの性能を、ポンプへの外
部圧力から独立させるという究極目標を達成するもので
はない。

【０００９】透析の用途でのポンプ用モータの使用は、
ポンプへの外部圧力がポンプ用モータのスピードの制御
を困難にする１つの適用例である。この関連では、取り
入れ口の正の圧力は、しばしばポンプ用モータに累積す
る。この適用例で用いられるポンプ用モータ及びそれに
付随するモータ制御器は、この問題に対する適切な方策
になってはいない。例えば、ブラシレス直流モータが透
析装置で流体の流れを制御するのに使われて来たが、そ
れは外部の流体圧力に関する問題に対処する有効な制御
を行って使用されたのではなかった。

【００１０】ステップモータは、透析用に使われるもう
１つのタイプのモータであるが、これはブラシレス直流
モータとは違う目的で使用される。ステップモータは、
例えば水のような他の流体に高度に濃縮された少量の溶
液の流れを制御するのに使用される場合がある。この適
用例では、ステップモータの能力を巧く利用してモータ
のポジション制御の改善を行っている。典型的なステッ
プモータは最少でも20枚の歯を持っており、回転子のポ
ジションの精密制御を行うためには、最も普通には約 2
00枚の歯を持っている。固定子中の歯の数は１ステップ
当たりの角度を規定する：例えば、20枚の歯は１ステッ
プ当たり18度に対応し、 200枚の歯は１ステップ当たり
1.8度に対応する。１ステップ当たりの度数を小さくす
ることは、ステップモータが少量の流体の流れを精密に
制御するのに効果的であるけれども、一方で高速の運用
を必要とする他の透析用には不適切となる。典型的なス
テップモータは、高速運用のために十分なトルクを生成
することはできず、また、取り入れ口に高い圧力が存在
するとき流体の流れを制御することもできない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたことを念頭
に置くならば、タービニングを更に効果的に抑圧し、ま
たモータ速度の制御を更に厳密に行うポンプ用モータ制
御器が必要とされる。

【００１２】本発明の目的は、タービニングの問題に更
に効果的に対処すると共に、それによって上述の制動方
法の不都合を克服するポンプ用モータ制御器を提供する
ことである。

【００１３】本発明のもう１つの目的は、ポンプの性能
をポンプに加わる外部圧力とは無関係にするような、ポ
ンプ用モータ制御器を提供することである。

【００１４】本発明の更にもう１つの目的は、ポンプ用
モータ制御器が、ポンプへの外部圧力に拘わることな
く、制御の周波数に基礎を置いてモータの速度を直接制
御できるようにすることである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】これらの目的を達成する
ために、本発明の１つの実施例では、ポンプに加わる外
部圧力とは独立にポンプ用モータの速度を維持するフィ
ードバック・ループを含むポンプ用モータ制御器が提供
される。本発明によるポンプ用モータ制御器は、転流セ
ンサーと、比較器と、駆動回路とを有する。転流センサ
ーは回転子のポジションを感知して、モータの速度を判
定し、またモータの整流を円滑に行う。比較器は転流セ
ンサー及び規準入力に結合して、ポンプ用モータの速度
と規準入力との間の差異に基づいて出力信号を生成す
る。駆動回路は比較器の出力信号を受け取って、該出力
信号の与える情報に依存して順方向又は逆方向にポンプ
用モータを駆動する。駆動回路は、例えば出力信号の電
圧のような情報から、モータの転流の方向、順方向か逆
方向かを判定し、また転流のためにモータに供給される
電流の量を定める。要約すれば、ポンプ用モータ制御器
は、規準入力をモータ速度と対比し、それに従ってモー
タ速度を調整することにより、モータの速度が規準入力
に追随することを強制する。

【００１６】ポンプ用モータ制御器は、モータを減速し
てタービニング効果を減衰させる反転転流を利用する。
モータ速度が規準入力を超えるときは、所定の速度に達
するまで駆動回路がポンプ用モータを逆向きに転流す
る。逆向きの転流はトルクのリプルを最小限にし、転流
の一時停止よりも僅かの電力しか消費しない。更にま
た、逆向きの転流は、制動を行うために固定子巻線を短
絡する技術が必要とするような、高価なパワースイッチ
や広汎な熱減衰を必要としない。その結果、本発明のポ
ンプ用モータ制御器は、先行の制動技術が持つ不都合を
伴うこと無く、優れたモータ制御を行うことができる。

【００１７】ポンプ用モータ制御器は、規準入力がしき
い値を下回ったときに、ポンプ用モータを停止させるた
めの周波数弁別器を含むことができる。或る種のブラシ
レス・モータの適用例では、トルクのリプル及び回転子
の低い慣性による誤動作があるから、低い周波数の場合
モータを停止させることが望ましい。本発明の実施例に
よる周波数弁別器は、規準入力がしきい値を下回ったと
きを検出し、駆動回路を起動させてポンプ用モータに逆
向きの転流を与える。次いで逆動作検出器が転流センサ
ーと駆動回路とに接続されて、モータが逆方向に動くと
き逆向きの転流を抑制する。それ故に周波数弁別器は、
ポンプ用モータの動作性能が許容できないような低速で
モータが動作するのを防ぐことにより、ポンプの性能を
改善する。

【００１８】本発明の第２例によれば、モータ速度が低
い場合でもモータ制御を改善する。この第２例では、ポ
ンプモータ制御器により、ポンプに外部圧力が加わって
いる場合にステップモータの速度を制御する。ポンプモ
ータ制御器は基準周波数入力信号を受け、それを、ステ
ップモータの固定子巻線に対するドライバに順次に作用
する制御信号に変換する。ステップモータの巻線を入力
周波数に比例して順次に附勢することにより、ポンプモ
ータ制御器は帰還制御ループを必要とすることなくポン
プモータ速度を有効に制御し得る。

【００１９】ステップモータの構成によれば、このステ
ップモータを広い速度範囲に亘って有効に動作せしめ得
る。この第２の例では、ポンプモータ制御器が流速を低
く保つためにステップモータを低速で動作できるととも
にポンプモータの効率を高めるためにステップモータを
高速で動作せしめ得るようにもする。この第２の例によ
れば、１ステップ当り６０度に対応する６個のみの固定
子歯を用いてこのステップモータを動作させる。固定子
歯のこの個数は正確な低速制御を達成するも、高速で有
効に動作するのに十分なポンプモータトルクをも生ぜし
める。

【００２０】本発明の他の利点及び特徴は以下の図面に
関する説明から当業者にとって明らかになるであろう。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例によるポンプモ
ータ制御器２０のブロック線図を示す。本例のポンプモ
ータ制御器は以下の主な素子を有する。１）位相ロックループ回路２２２）駆動回路２４；切換モードモータ駆動器２６３）周波数弁別器２８４）転流センサ３０５）逆回転方向動作検出器３２

【００２２】位相ロックループ回路２２は電圧制御発振
器（ＶＣＯ）３４と、位相比較器３６と、ループフィル
タ３８とを有する。この位相ロックループ回路２２は基
準入力４０とモータ回転速度出力４２とを比較し、ポン
プモータ速度と基準入力４０との間の差に関する出力信
号４４を生ぜしめる。この出力信号４４は、駆動回路が
ポンプモータに順方向転流を与えるか又は逆方向転流を
与えるかを表わすとともに、この転流のために供給すべ
き電流量をも表わす。本例では、出力信号４４は切換出
力電圧であり、この電圧がループフィルタ３８により直
流電圧に変換される。或いはまた、この出力信号によ
り、電流、周波数等の形態でモータ速度に関する情報を
伝達することもできる。この情報の形態にかかわらず、
駆動回路２４はこの情報を判断し、ポンプモータを必要
に応じ順方向又は逆方向に駆動する。

【００２３】基準入力は、電圧入力４６としてその大き
さに基づいてポンプモータ速度を制御するようにする
か、或いは周波数入力４８として方形波入力の周波数に
基づいてモータ速度を制御するようにする。前者の場
合、ＶＣＯ３４は電圧入力４６を、この電圧の大きさに
比例する周波数を有する発振デジタル信号に変換する。
後者の場合、周波数入力４８は、モータの回転数が制御
周波数により直接制御されるようにする。本例では、周
波数入力４８が１／２０分周回路５０により調整され
て、モータ速度を制御するのに用いられる入力周波数の
範囲を広げる。１／２０分周回路によれば、モータの回
転数は、以下に詳細に説明するブラシレス直流モータの
特定の構成の場合、に周波数を４で割った値に等しくす
る。

【００２４】位相ロックループ回路は電圧又は周波数入
力の選択手段５２を有する。本例では、電圧又は周波数
入力は、一方の入力を他方の入力が存在しない場合に供
給することにより簡単に選択する。しかし、ポンプモー
タ制御器は、電圧入力４６又は周波数入力４８の制御信
号のような少なくとも１つの入力制御信号から基準入力
４０を選択するのに、位相ロックループ回路の一部とし
て或いは個別の素子としてスイッチング回路を含むよう
にし得る。

【００２５】位相比較器３６への入力は基準入力４０
と、転流センサ３０によりポンプモータから戻されるモ
ータ回転速度出力４２とである。位相比較器３６はモー
タ回転速度出力４２の位相を基準入力４０と比較し、基
準入力の位相がモータ回転速度出力４２の位相より進ん
でいる場合に比較器出力４４を高レベルに駆動する。こ
れとは逆に、位相比較器３６は、基準入力４０がモータ
回転速度出力４２の位相よりも遅れている場合には比較
器出力４４を低レベルに駆動する。ループフィルタ３８
は位相比較器のスイッチング出力電圧４４を濾波して定
直流電圧５４を駆動回路２４に与える。

【００２６】位相ロックループ回路２２は、ポンプモー
タの速度が基準入力４０により与えられる所望速度を追
従するようにポンプモータの帰還制御を達成する。本発
明では、ポンプモータ速度を帰還制御するのに必ずしも
位相ロックループ回路を用いる必要があるものではない
ことに注意すべきである。周波数ロックループ回路又は
電圧に基づく帰還制御ループを含む他の種類の帰還制御
を用いることができるが、これらにも限定されるもので
はない。前者の例の周波数ロックループ回路はモータ回
転速度出力周波数を基準入力周波数と比較する。後者の
例の電圧比較器は電圧に変換されたモータ回転速度出力
を基準入力電圧と比較する。これらの各場合、比較器が
モータ速度と基準入力との比較に基づいて出力信号を駆
動回路に供給する。

【００２７】本例では、ループフィルタ３８の出力電圧
５４のレベルが、モータ速度を基準入力４０に合わせる
ためにモータ速度を速くする必要があるか遅くする必要
があるかを決定する。モータ速度が基準入力４０よりも
小さいと、出力電圧５４は３〜６ボルトの範囲となり、
モータ速度が基準入力４０を越えると、出力電圧５４は
０〜３ボルトの範囲となる。出力電圧が３ボルトから６
ボルトに増大することは順方向駆動を高めるということ
を表わし、これとは逆に出力電圧が３ボルトから零ボル
トに減少するということは、逆方向駆動を高めることを
表わす。

【００２８】ループフィルタ３８の出力端子に結合され
た駆動回路２４はループフィルタ３８から出力電圧５４
を受け、制御電圧５６と順方向／逆方向の駆動方向信号
５８との双方を切換モードモータ駆動器２６に供給す
る。駆動回路２４はバッファ増幅器６０と、順方向駆動
増幅器６２と、逆方向駆動増幅器６４と、比較器６６と
を有する。バッファ増幅器６０はループフィルタ３８か
ら出力電圧５４を受け、フィルタ３８のロードを阻止す
るとともに駆動増幅器６２，６４，６６の分離を達成す
る作用をする。出力電圧５４が３ボルトを越えると、順
方向駆動増幅器６２が０〜約５Ｖの範囲の制御電圧５６
を生じる。出力電圧５４が３ボルトよりも低くなると、
逆方向駆動増幅器６４が０〜約５Ｖの範囲の制御電圧を
生じる。すなわち、順方向及び逆方向駆動の場合、制御
電圧５６はループフィルタ３８の出力電圧５４と３ボル
トとの間の差の絶対値に比例する。駆動回路２４の比較
器６６は出力電圧５４を３ボルトの基準電圧と比較し、
順方向又は逆方向駆動を表わす順方向／逆方向信号５８
を生じる。本例では、この方向信号は順方向駆動を表わ
す高論理信号か、逆方向駆動を表わす低論理信号のいず
れかである。

【００２９】切換モードモータ駆動器２６は駆動回路２
４及び転流センサ３０に結合されている。駆動回路２４
は直流制御電圧５６及び順方向／逆方向信号５８を切換
モードモータ駆動器２６に供給する。モータ駆動器２６
はこれに応答して、電流をコイル１，２及び３（７０，
７２，７４）に供給し、直流ブラシレスモータを制御電
圧に比例する速度で順方向又は逆方向に整流する。整流
を制御するために、モータ駆動器２６はポンプモータの
固定子のコイル１，２及び３（７０，７２，７４）を選
択的に附勢する電子スイッチングを採用している。

【００３０】ポンプモータ制御器２０は３相ブラシレス
直流モータに対し設計されているが、ブラシレス直流モ
ータのこの特定の構成が本発明にとって限定的となるも
のではない。ポンプモータの構成の種々の変更は、駆動
を双極にするか単極にするか、回転子磁石を２極、４極
又はそれ以上にするか、固定子コイル（７０，７２，７
４）が巻線される固定子の歯の個数をいかなる個数にす
るかを含むものである。双極駆動は電流を固定子コイル
に双方向で供給しうるようにするものであり、従って特
に、コイル対を同時に附勢してより大きなトルクを生ぜ
しめるのに用いられる。回転子の磁極数及び固定子歯の
個数を多くすると、トルクリプルの減少によりモータの
性能をも改善する。

【００３１】ポンプモータ制御器と一緒に使用すべきモ
ータは特に、２極駆動の３相ブラシレス直流モータとす
る。固定子は３つの固定子コイルを取付けるための６個
の歯を具えている。これらのコイルを半分に分けて、そ
の各々を１８０°離して配置した２個の固定子歯の上に
取付ける。最後に回転子は４極の永久磁石を具えてい
る。ポンプ内にモータ軸の軸受及びシールの必要性をな
くすために、回転子及び駆動軸は固定子とは別の包囲空
胴内に位置させることができる。このようなポンプとモ
ータとの一体アセンブリについては米国特許第５０９６
３９０号及び第５１９７８６５号に詳細に説明されてい
る。

【００３２】前記ポンプモータとポンプのアセンブリは
本発明によるポンプモータ制御器と一緒に使用すべきポ
ンプ駆動システムの要部の一例を成すものである。切替
モード駆動器２６及び転流センサ３０はポンプモータ制
御器２０とポンプモータとの間のインタフェースを成す
が、ポンプモータとポンプのアセンブリはポンプモータ
制御器２０の一部を成すものではない。

【００３３】図１のポンプモータ制御器２０の説明に戻
るに、ポンプモータの固定子に隣接して配置した転流セ
ンサ３０は回転子の位置を検知し、回転子が各センサを
通過する際に高論理信号を発生する。転流センサ３０は
位相比較器に結合されており、これにモータの回転速度
出力４２を供給する。転流センサ３０は切替モードモー
タ駆動器２６にも結合されており、このモータ駆動器２
６にモータの位置を知らせる。最後に、転流センサ３０
はモータを停止させる際に用いる逆方向動作検出器３２
にも結合されている。

【００３４】ポンプモータ制御器２０は周波数弁別器２
８を具えており、これは基準入力の周波数４０が低過ぎ
る場合に制御器２０がポンプモータを停止し得るように
する。或るブラシレスモータによっては、基準入力４０
の周波数がしきい値以下に降下する際にモータを停止さ
せる必要がある。その理由は、モータの物理的な制約が
モータの性能をかなり劣化させることがあるからであ
る。特に、回転子を少なめの固定子歯を用いて低慣性で
結合させると、低いｒｐｍで円滑なモータ速度を維持す
るのが困難となる。こうした問題をなくすために、モー
タは基準入力４０がしきい値以下に降下したら停止させ
るのが良い。

【００３５】従って、周波数弁別器２８は入力周波数が
しきい値以下に降下する時点を検知して、スイッチ８０
を作動させ、ループフィルタの出力電圧５４を大地８２
へ引込むようにする。斯くして駆動回路２４への入力電
圧を下げて、回転子が物理的に方向を反転するまで駆動
回路２４を完全に逆駆動させる。この場合に、逆方向動
作検出器３２は逆方向駆動増幅器を不作動にして、ポン
プモータを停止させる。

【００３６】逆方向動作検出器３２がポンプモータ内の
回転子の逆回転を検出すると、これは信号８４を逆方向
駆動増幅器６４に供給して、これを有効にターンオフさ
せる。上述したモータの停止過程の期間中、ポンプモー
タ制御器２０は、モータが実際に逆方向に動作し始める
まで逆方向の転流をする。逆方向動作検出器３２は逆回
転の第１瞬時を検出してから逆方向駆動増幅器６４をタ
ーンオフする。ポンプの流体圧（タービング）が回転子
を順方向に回転させる場合に、ポンプモータ制御器２０
は、回転子が逆方向に回転するまで再び逆方向の転流を
する。場合によっては、回転子が外部流体圧によって順
方向に回転してから、ポンプモータ制御器２０によって
逆方向に駆動されることにより振動することがある。適
度な外部流体圧の場合には、固定子歯への回転子の引付
け力が、回転子を順方向に回転させるタービング降下以
上となる際に回転子は停止する。外部流体圧が高い場合
には、回転子は振動し続けるが、ポンプに流れる流体
は、高い電圧が回転子を順方向に回転させようとするに
も拘らず十分に制御される。

【００３７】要するに、ポンプモータ制御器２０は帰還
ループでポンプモータの速度制御を維持する。帰還ルー
プはポンプの入口の正の流体圧及び出口の負の流体圧に
無関係にポンプを作動させるようにする。このようにす
るには位相ロックループ回路２２を用いてモータの回転
速度出力４２と基準入力４０とを比較する。位相ロック
ループ回路２２は駆動回路２４に情報を供給して、モー
タの回転速度出力４２が基準入力４０に合致するように
モータ速度を増加又は減少させる。順方向駆動を高める
と、ブラシレス直流モータの順方向転流が速くなり、又
逆方向駆動を高くすると、モータの逆方向転流が速くな
る。逆方向転流は、モータに円滑に制動をかけて、モー
タ速度を低下させ、且つタービング効果を無効とするの
に用いられる。

【００３８】ポンプモータ制御器２０はモータを停止さ
せるのに用いる周波数弁別器２８及び逆方向動作検出器
３２を具えている。基準入力４０が或るしきい値以下に
降下すると、ポンプモータ制御器２０はモータが物理的
に方向を反転するまで確実に逆駆動する。モータが逆方
向に動くと、逆方向動作検出器３２は逆方向駆動増幅器
を不作動にしてモータを停止させる。

【００３９】図２及び図３は図１のポンプモータ制御器
２０の概要線図を示す。これらの図には上述した図１に
示した各構成部品を詳細に示してある。

【００４０】図２を参照するに、モータ速度を制御する
のに用いられる２つの入力は電圧入力４６のＶＯＬＴＡ
ＧＥＩＮと、制御周波数信号入力４８のＦＲＥＱＩ
Ｎである。これら双方の電圧４６及び周波数入力４８は
入力保護回路１００，１０２を通過する。電圧入力用の
入力保護回路９０は抵抗Ｒ２０及びＲ２１と、ダイオー
ドＣＲ２及びＣＲ３とを具えており、又制御周波数信号
用の入力保護回路９２は抵抗Ｒ２２及びＲ２３と、ダイ
オードＣＲ４及びＣＲ５とを具えている。制御周波数信
号４８は、図２に示す単一チップＵ７における２個のカ
ウンタを含む１／２０分周回路５０と、コンデンサＣ１
８とに結合させる。分周回路５０はモトローラ社から市
販されているＭＣ１４５１８ＤＤＷによる２つの１０進
カウンタを具えており、第１クロックは入力周波数を１
／１０にし、第２クロックは第１クロックの出力を受信
して、その入力周波数をさらに１／２にする。

【００４１】ＶＣＯ３４、位相比較器３６及びループフ
ィルタ３８を含む位相ロックループ回路を図２に示して
ある。ＶＣＯ３４及び位相比較器３６の各々はモトロー
ラ社から市販されている位相ロックループ回路チップの
一部とする。電圧入力は、ＶＯＬＴＡＧＥＩＮの大き
さに比例する周波数の発振ディジタル信号に変換すべく
ＶＣＯ３４に結合させる。位相比較器３６への入力はモ
ータの回転速度出力ＴＡＣＨ（４２）及び基準入力４０
である。基準入力４０は、ＶＣＯの出力か、発振信号に
変換したＶＯＬＴＡＧＥＩＮか、又は１／２０に分周
した周波数入力ＦＲＥＱＩＮのいずれかである。

【００４２】スイッチ５２の機能は位相ロックループチ
ップＵ８と、コンデンサＣ１０及びＣ１８とによって制
御する。ＶＣＯ３４及び分周器Ｕ７（５０）の出力は双
方共にコンデンサＣ１０及びＣ１８をそれぞれ介して位
相比較器３６の入力端子に接続する。周波数入力が接続
されない場合には、分周器Ｕ７（５０）の出力は変わら
ず、電圧入力をコンデンサＣ１０を経て位相比較器へ通
すことができる。電圧入力が接続されない場合には、抵
抗Ｒ２１がこの入力を大地に引き込み、ＶＣＯは発振を
停止し、分周器の出力端子の周波数入力信号がコンデン
サＣ１８を経て比較器へと流れる。このようにして、ポ
ンプモータ制御器は電圧入力又は周波数入力のいずれか
を選択することができる。

【００４３】位相比較器３６の出力端子に結合したルー
プフィルタ３８は抵抗Ｒ２８及びＲ２９と、コンデンサ
Ｃ１５とを具えている。ループフィルタ３８は位相比較
器３６の切替出力を０〜６ボルトの範囲の直流電圧に変
換する。

【００４４】バッファ６０、順方向及び逆方向駆動増幅
器６２，６４及び比較器６６を含む駆動回路２４も図２
に詳細に示してある。バッファ６２はトランジスタＱ２
であり、これは標準のバイポーラ接合トランジスタとす
る。順方向及び逆方向駆動増幅器６２，６４の各々はモ
トローラ社から市販されているデュアルオペアンプ
パッケージＬＭ３５８Ｍによる演算増幅器を具えてい
る。逆方向駆動増幅器は抵抗Ｒ３２，Ｒ３３及びＲ３４
と、演算増幅器Ｕ１１Ａと、ダイオードＣＲ８とを具え
ている。バッファの出力９０は演算増幅器Ｕ１１Ａの負
入力端子９２に結合させて、逆方向駆動増幅器６４が位
相ロックループ回路の出力を反転させるようにする。逆
方向駆動増幅器６４は約３ボルトから０ボルトまでの電
圧を受取って、０ボルトから約５ボルトの出力電圧を発
生する。順方向駆動増幅器６２は抵抗Ｒ３５及びＲ３６
と、演算増幅器Ｕ１１Ｂと、ダイオードＣＲ７とを具え
ている。バッファの出力９０は演算増幅器Ｕ１１Ｂの正
の入力端子９４にも結合させる。順方向駆動像増幅器６
２は非反転増幅器であり、これは約３ボルトから６ボル
トまでの電圧を受取って、０ボルトから約５ボルトまで
の出力電圧を発生する。順方向及び逆方向駆動増幅器の
出力はダイオードＣＲ７及びＣＲ８の陽極にそれぞれ結
合されて、制御電圧信号ＣＯＮＴＲＯＬＶ（５６）を
切替モードモータ駆動器２６へ供給する。

【００４５】駆動回路の比較器６６はデュアル比較器パ
ッケージＬＭ３９３Ｍによるアナログ比較器Ｕ１０Ｂ
と、抵抗Ｒ３７及びＲ３８と、コンデンサＣ１９とを具
えている。比較器Ｕ１０Ｂは位相ロックループ回路２２
の出力が３ボルト以上になると、順方向駆動を表わす高
論理信号を発生する。これに反し、位相ロックループ回
路の出力が３ボルト以下の場合に、Ｕ１０Ｂは逆方向駆
動を表わす低論理信号を発生する。従って、駆動回路の
出力は切替モードモータ駆動器へ方向性の信号ＦＷＤ／
ＲＥＶ（５８）を供給する。

【００４６】切替モードのモータドライバＵ１（２６）
を図３の回路図につき詳細に示す。ユニトロードイン
テグレーテッドサーキッツ社（ニューハンプシャー，
メリマック）から市販されているかかるスイッチモード
のモータドライバＵ１（２６）は３相ブラシレスモータ
のＵＣ３６２０型の切替モードドライバである。このモ
ータドライバ２６は駆動回路からの制御信号CONTROL V
および方向性信号FWD/REV を受けてポートWH1,WH2 およ
びWH3 を経てコイル１，２および３に電流を供給してブ
ラシレス直流モータを順方向転流および逆方向転流させ
るようにする。

【００４７】このモータの位置検出に用いるとともにモ
ータの速度出力を測定する転流センサ３０を図３に詳細
に示す。３つのホールセンサＵ１，Ｕ２およびＵ３によ
って回転子の位置を検出するとともにこの回転子の磁極
がセンサに対し近接通過する度毎に高論理信号を発生す
る。このホールセンサの全部で３つの出力端子もモトロ
ーラ社から市販されているＭＣ３３０３９型の閉ループ
ブラシレスモータアダプタ１００に結合する。このモー
タアダプタＵ６（１００）は前記センサからのデジタル
信号を受けてモータ速度出力を発生する。さらに２つの
ホールセンサの出力１０２，１０４を図２に示す逆回転
検出器３２（モトローラ社から市販されているＤフリッ
プフロップＭＣ１４０１３ＢＤ）に供給する。

【００４８】このＤフリップフロップは逆回転検出器と
して用いてコイル２に対応するホールセンサからの信号
ＣＯＭＢがコイル１に対応するホールセンサからの信
号ＣＯＭＡよりも進相となる際に電圧出力を発生す
る。信号ＣＯＭＡはフリップフロップのクロック信号
であり、信号ＣＯＭＢはＤ入力である。回転子が逆回
転するとコイル２のセンサにはＤ入力に対して低論理信
号が存在し、コイル１のセンサにはクロック信号が存在
するため、Ｄフリップフロップの出力側には低論理信号
が発生する。Ｄフリップフロップの出力端子を逆回転駆
動増幅器６４の演算増幅器Ｕ１１Ａに結合する。Ｄフリ
ップフロップ３２からの低論理信号によって逆回転駆動
増幅器６４をターンオフする。モータが逆方向に回転す
るとポンプモータ制御器２０は逆動回転作駆動増幅器６
４をターンオフすることによって応答する。これがた
め、モータの停止作動は、逆方向転流によってモータを
逆回転させる際に完了する。

【００４９】図１の周波数弁別器２８およびスイッチ８
０を図２につき詳細に示す。周波数弁別器２８の構成素
子は、前記駆動回路の比較器にも用いられるデュアル比
較器チップからの比較器Ｕ１０Ａと、トランジスタＱ１
と、コンデンサＣ１２およびＣ１３と、阻止ダイオード
ＣＲ６と、抵抗Ｒ２５，Ｒ２６およびＲ４１とで構成す
る。基準入力端子４０は周波数弁別器２８のコンデンサ
Ｃ１２における入力端子とする。この基準入力端子４０
はＶＣＯ３４即ち、２０分の１分周された制御周波数Ｆ
ＲＥＱＩＮの出力端子とする。基準入力端子４０の周
波数が充分高い場合には、トランジスタＱ１はコンデン
サＣ１３を接地点に繰返し放電し、従って比較器を“オ
フ状態”にし、逆回転駆動増幅器６４に何ら衝撃を与え
ない。しかし、基準入力端子４０の周波数が閾値、ほぼ
３０Ｈｚ以下になると、コンデンサＣ１３が充分に充電
されて比較器Ｕ１０Ａの出力をほぼ零ボルトに切換え
る。この零ボルトがバッファＱ２に存在すると、逆回転
駆動増幅器６４が最大出力を発生し完全な逆駆動に転換
する。

【００５０】最後に、図３はポンプモータ制御器２０の
コネクタ１１０および電圧調整器１１２を示す。このコ
ネクタＪ１（１１０）によってポンプモータ制御器２０
への外部接続を行う。このコネクタの第２ポートをフュ
ーズ１１４に結合してスイッチモードモータドライバＵ
１（２６）およびポンプモータを保護する。また、フュ
ーズ１１４を電圧調整器Ｕ２、コンデンサＣ５，Ｃ６お
よび抵抗Ｒ７，Ｒ８を含む電圧調整回路１１２にも結合
する。電圧調整回路１１２によって６．２Ｖの基準電圧
Ｖｒｅｆをポンプモータ制御器２０の回路に供給する。

【００５１】ポンプモータ制御器の第１例を上記に詳述
したが、本発明はこの例に限定されるものではない。例
えば、フィードバック制御はフェーズロックループ回路
により実施する必要はない。例えばフェーズロックルー
プ回路の代わりに、周波数ロックループ回路のような他
の形態のフィードバックを用いることができる。同様
に、このフィードバック制御の出力信号は駆動回路に駆
動情報を搬送する直流電圧とする必要はない。かかる情
報を例えば制御周波数または電流により実行することが
できる。一般に、集積回路チップを用いる箇所には個別
の回路素子も用いられる。

【００５２】あるポンプモータの用途では、ポンプモー
タによって流速を零に保持するかかまたは零に近づける
ようにすることは臨界的である。これはポンプに流体を
流す外部圧力がポンプに存在する場合には困難である。
これらの用途では、ポンプモータは外部圧力の影響を低
減するために低いポンプモータ速度で有効にモータ制御
を行う必要がある。

【００５３】この制御オーバーフロー比が特に臨界的と
なるある用途は透析の用途である。図４は２つの透析ポ
ンプモータ１１５，１１６を用いて血液の老廃物の抽出
に用いられる透析器１１８を流れる血流を制御する透析
の用途を示す。片側１１７では血液を患者から透析器を
への患者に戻すようにし、他側ではポンプ１１５，１１
６によって透析器１１８に流れる流体の流れを制御し、
２つの流量センサ１１９ａ，１１９ｂによって透析器１
１８の各端部の流速を測定する。

【００５４】血液から流体を引き出すために第１ポンプ
モータ（１１５）の速度を第２ポンプモータ（１１６）
の速度に対して低くするか、または停止さえすることが
できる。ポンプモータを種々の異なる速度で動作させる
ことによって透析器により血液から過剰な流体を引き出
すことができる。また、これによって不幸にも第１ポン
プモータ１１５に入口圧力を生ぜしめるようになる。こ
の入口圧力はポンプモータ１１５に流れる流体を強制的
に充分大きくし得るようになる。ポンプモータを低い速
度で有効に作動させるためには、高い入口圧力が存在す
る際にポンプの流速を制御し得るようにする必要があ
る。

【００５５】ブラシレス直流モータは追加の制御回路を
設けないかぎりポンプの外部圧力によって生ずる問題を
好適に解決することはできない。透析器の用途で上述し
たように高い入口圧力の存在する際にポンプに流れる流
体を全体的に阻止する必要のある場合がしばしばある。
この流れを正の入口圧力で阻止するためにはポンプモー
タを低速で逆方向に作動させるか、または全体的に停止
させる必要がある。

【００５６】ブラシレス直流モータは低速で有効に作動
させることができない。その理由は制御器がポンプモー
タを極めて低い速度で駆動しようとする際ポンプモータ
が最終的に停止するからである。ブラシレス直流モータ
は逆起電力を発生して回転子にトルクを生ぜしめる必要
がある。低速度で逆起電力が制限され、従ってトルクが
制動されるようになる。これがため、ブラシレス直流モ
ータの速度を有効に制御してポンプの流速を低く保持す
ることはできない。

【００５７】第２例はブラシレス直流モータの低速度に
おける性能を改善する他の例を示す。この第２例による
ステッピングモードによれば高い入口圧力が存在する際
に流速を低く有効に保持することができる。

【００５８】図５は本発明の第２例によるポンプモータ
制御器を示す。本例ポンプモータ制御器は制御器１２
０、ドライバ１２２，１２４および限流回路１２８を具
える。ポンプモータ制御器は基準入力周波数を受けてこ
の基準入力信号を変換し、ステッピングモータの信号を
制御する。これらの制御信号によりポンプモータ制御器
はステッピングモータの固定子に流れる電流を制御す
る。制御器によって電流を固定子巻線に供給して回転子
の動きが固定子巻線の磁界の動きに密に追従し得るよう
にする。制御信号のタイミングと回転子の位置との間の
関係が密であるため、制御器は低速度でもフィードバッ
ク制御ループがなくてもモータ速度を制御することがで
きる。

【００５９】ポンプモータ制御器には全部がコネクタＪ
１（１３０）を経て結合された６つの端子を設ける。コ
ネクタＪ１は標準のコネクタとし、これによってポンプ
モータ制御器の外部接続を行う。これら６つの端子はＴ
ＴＬコンパチブル型とし、以下に示すように規定する。
ピン１を接地ピン、ピン５を５０ｍＡ以下の電流を引き
出す５Ｖ給電用とし、ピン６を２４Ｖ給電用とするとと
もにフューズＦ１により３Ａで熔融可能とする。ピン６
から引き出した期待電流は負荷および速度に依存して
０. ７Ａ乃至１. ３Ａとする。ピン６を流れる電流は供
給負荷に正比例しない。

【００６０】ピン２をポンプモータ速度を制御する基準
周波数信号とする。ピン２に信号が供給されない場合に
は雑音裕度に対し１０Ｋオームの抵抗Ｒ２１で５Ｖまで
電圧を引き上げる。ポンプモータを始動するために、ま
たはポンプモータを逆方向に回転させる際に、基準周波
数入力を立ち上がらせる必要がある。この場合には制御
器１２０を基準入力の周波数が次式に従って回転出力に
変換されるようにする。ＲＰＭランプ＝５・周波数Ｉ
ｎ

【００６１】ピン３はポンプに流れる流体の方向を外部
制御し得る方向ピンとする。ピン３に供給される高およ
び低論理信号はポンプモータの互いに逆の方向に対応す
る。ピン３に信号が供給されない場合には雑音裕度に対
し１０Ｋオームの抵抗Ｒ２５で５Ｖまで電圧を引き上げ
る。

【００６２】ピン４をポンプモータの回転を確認するた
めの回路とする。回転を表示するためにはピン４をホー
ルセンサＱ１４（１３２）に結合する。ポンプモータが
回転しない場合にはピン４の信号を１０Ｋオームの抵抗
Ｒ２３を経て５Ｖまで引き上げる。ポンプモータが回転
すると、ピン４の出力はポンプモータの回転速度に比例
する周波数で方形波となる。特に、モータの起電力は３
０・（ピン４の周波数）となる。

【００６３】コントローラ120 は、３相のステップモー
ターの６つの巻線固定子に対するステップ制御を行うよ
うにプログラムされたプログラマブルアレイロジック
（ＰＡＬ）デバイスである。この特別なＰＡＬはIntegr
ated Circuit Technologies 社製の20CG10 PALである
が、他の多数の市販のプログラマブルデバイスを用いる
こともできる。基準周波数入力信号に応答して、このコ
ントローラは、３相固定子の巻線を６つの状態を通して
歩進させる６つの制御信号を生成する。

【００６４】付録Ａに示すプログラムは、コントローラ
のためにリストされたもので、コントローラ120 が制御
信号を実現するためのプログラムがどのようなものかを
示す例である。付録Ａに示すように、コントローラ120
は、６つの状態を歩進する３ビットカウンタを構成す
る。リストされた第１のプログラムは、カウンタが６つ
の状態を通して歩進するのに伴ってどの巻線が附勢され
るかを示す状態テーブルを含む。リストされた第２のプ
ログラムは、順方向及び逆方向の制御信号を実現するた
めの命令を含む。

【００６５】付録Ａの第２頁を参照すると、状態テーブ
ルが、６つの状態の間に巻線Ａ、Ｂ及びＣがどのように
附勢されるかを示している。第１のフェーズにおいて
は、電流は、巻線Ａに流れ込み、巻線Ｃから流れ出す。
第２のフェーズにおいては、電流は、巻線Ｂに流れ込
み、巻線Ｃから流れ出す。第３のフェーズにおいては、
電流は、巻線Ｂに流れ込み、巻線Ａから流れ出す。第４
のフェーズにおいては、電流は、巻線Ｃに流れ込み、巻
線Ａから流れ出す。第５のフェーズにおいては、電流
は、巻線Ｃに流れ込み、巻線Ｂから流れ出す。最後に、
第６のフェーズにおいては、電流は、巻線Ａに流れ込
み、巻線Ｂから流れ出す。第２のリストにおいては、電
流が巻線Ａ及びＣに流れ込む状態とＡ及びＣから流れ出
す状態とを交換することによって、制御信号が逆にな
る。

【００６６】コントローラは、ドライバを切り換えるた
めの制御信号を送ることによって、これらの６つの状態
に基づく巻線への電流を指示する。この制御信号は、ド
ライバのスイッチを附勢して巻線を通る電流の方向を指
示する。

【００６７】この制御信号は、ドライバ122 、124 及び
126 を通して３相固定子巻線134 に供給される。図５に
示すように、各ドライバは３つの抵抗器（R2,R3,R4：R
5,R6,R8：R9,R10,R12）、バイポーラトランジスタ（Q10
：Q11 ：Q12 ）及び一対のＭＯＳＦＥＴ（Q1,Q2 ：Q3,
Q4 ：Q5,Q6 ）を含む。制御信号がバイポーラトランジ
スタ（例えばQ10 ）に供給された場合、Q1がオンにな
り、電流が巻線Ａに流れる。逆に、制御信号がQ2のゲー
トに供給された場合は、電流はＡから流れ出す。各ドラ
イバに対応する制御信号は同様に動作し、巻線を通る電
流を制御する。

【００６８】前記のように、ステップモーターは３相６
巻線固定子を含み、これに加えて、４極磁石を具えた回
転子を有する。固定子の６つの巻線は、６つの対応する
固定子の歯の周りに巻かれる。これらの６つの巻線を形
成するために、図５の巻線Ａ、Ｂ及びＣはそれぞれ２つ
の巻線に分割され、１８０度離れて固定子歯の周りに巻
かれる。この構成においては、巻線の対向する対が同時
に附勢され、トルクを最大にする。

【００６９】固定子における６つの歯のみの使用がステ
ップモーターの間ではユニークであり、性能が改善され
る。典型的なステップモーターは２０を超える固定子の
歯（及びステップ当たり１８度以下）を持ち、位置精度
をよりよくするために速度の高さを犠牲にする。しかし
ながら、この例においては、６つの歯が、モーターにほ
ぼ4000〜5000RPM にも達する高い速度をもたらすと共
に、なお充分に許容できる低速制御性能をもたらす。

【００７０】このステップモーターは、ポンプモーター
上に外部の高圧が存在しても、ゼロか又は非常に低い流
量を維持することができる。特に、このステップモータ
ーコントローラでは、入口が正圧の時は、モーターをゆ
っくり逆方向に回転させることによって流れをゼロに保
持することができる。所定の周波数については、速度が
厳密に固定される。従って、低速においても、ポンプモ
ーターコントローラは、ローカルなモーター速度フィー
ドバック制御ループを使用しないで所望の流量を維持す
ることができる。このステップモーターは、入口の圧力
が２０psi を上回っても回転子を一定に保持することが
できる。この場合、ポンプモーターコントローラは、周
波数ゼロHzの基準入力信号を受信する。低いRPM が必要
な場合は、ポンプモーターコントローラは、回転子がゼ
ロHzに近い範囲の基準入力の周波数に比例する速度で回
転するようにする。このようにすれば、ポンプモーター
が低いRPM （例えば０乃至５０RPM ）で動作することが
できる。

【００７１】このポンプモーターコントローラは、電流
リミッタ回路128 を具える。この電流リミッタは、２つ
のLM393 コンパレータUIA 及びU1B を有する単安定回路
を具える。この電流リミッタは、巻線から接地への電流
を 2.2アンペア（この値はR15 及びR20 からなる分配器
の抵抗値によって変化する）に制限するように設計され
る。これを達成するため、単安定回路は信号Ｉlim を生
成し、この信号が予め定められた時間周期で巻線への電
流を事実上停止する。この周期は、抵抗器コンデンサ対
R16 及びC2の値によって設定される。

【００７２】この電流リミッタは、それに流れる電流を
制限することによって巻線を保護する。これに加えて、
この電流リミッタは、コイルの過度の損失なしに、高い
入力電圧の印加による附勢されたコイル中の電流の急激
な増加を許容できるようにする。高い入力電圧が可能で
あることにより、この電流リミッタは、ステップモータ
ーがより高い速度を達成することを可能にする。この場
合、ステップモーターは、4000〜5000RPM の範囲の速度
に達することができる。

【００７３】次に細部の例として第２の実施例を説明す
るが、本発明は、本発明の範囲を逸脱せずに変形され得
ることが理解されるべきである。例えば、固定子巻線の
構造は変更され得る。これが厳密に６つの歯を用いるこ
と、或いは３相Ｙ構造を用いることは必ずしも必要では
ない。２極又は４極回転子磁石を用いることができる。
これに加えて、他の回路部品を用いて、ＰＡＬと同一の
カウンタ機能、同一の単安定の電流制限機能、又は巻線
に対するドライバの同一のスイッチング機能を実現する
ことができる。

【００７４】既に述べたように、ここに記載された型の
モーター制御システムの応用の例は、米国特許第5,096,
390 号及び第5,197,865 号に記載されたような、統合さ
れたポンプ／モーターアセンブリである。これらの特許
に示されたアセンブリは、以下の検討に示すように、改
良の余地がある。

【００７５】上記の特許の各々には、ポンプされる液体
から固定子巻線を隔離するために液密キャップ封止（こ
の特許の参照番号54）を用いたアセンブリが開示されて
いる。多くの観点（例えばダイナミックなベアリングシ
ールを省略できること）において利点を持っているが、
このキャップ封止は問題を生じ易い。その１は、高価な
ディープドロン法（即ち、中間アニール段階で連続的に
大きくなるダイスに打ち込みモールドを行う）を用いて
製造されることであり、最終的なユニットのコストを著
しく高くする。更に、キャップは、本発明の概念を応用
するこによって達成することができる以上に、回転子と
固定子とを遠く引き離してしまう。この従来技術の設計
による空隙は、モーターのトルク及び効率を低下させ
る。

【００７６】図６は、従来技術の設計を改良した第１の
モーター／ポンプアセンブリ200 を示す。図示のアセン
ブリは、固定子202 、回転子204 、ギアポンプヘッド20
6 、及びモールドされたハウジング208 を含む。

【００７７】固定子202 は従来のものであり、積層鉄板
210 とその周りに６つの電磁石212が巻かれている。回
転子204 はやはり従来のものであり、スタブベアリング
214にマウントされた急速に磁化するネオジウム磁石
（４極）を具える。例えばパリレンのようなハーメチッ
クシール材の薄い層（例えば0.001"〜0.002"）が磁石に
蒸着され、ポンプされる流体を磁石材料から隔離する。
シャフト216 は回転子204 の軸から伸びて通常のギアポ
ンプヘッド206 に結合している。（ギアポンプ以外の種
々のポンプ機構を用いることができることは勿論であ
る。）

【００７８】図示のアセンブリ200 は金属キャップ封止
を含んでいない。これに代えて、固定子巻線及び積層鉄
板を包む環状キャビティ218 を形成する、モールドハウ
ジング208 が用いられる。カバー部分220 がキャビティ
を封止する。固定子202 と回転子204 との間に、ハウジ
ング208 が円筒形の壁222 を形成する。この壁は、従来
技術におけるスチールキャップ封止の目的を果たす。即
ち、ポンプされる流体から固定子202 を隔離し、一方、
その中て回転子204 が回転できる液密性の井戸224 を形
成する。

【００７９】関連する実施例230 が図７に示されてい
る。図７のアセンブリにおいては、２つの部分のハウジ
ング（即ちハウジング208 及びカバー部分220 ）は用い
られない。これに代えて、固定子部分が、固定子を封止
すると同時に回転子井戸224 を形成する一体化プラスチ
ックアセンブリ232 中に射出モールドされている。

【００８０】前記の両実施例におけるハウジングは高温
プラスチックから形成されることが望ましく、これによ
り、広い範囲の温度において形状の安定性が得られる。
図示の実施例においてはライトンが用いられた。しかし
ながら、この材料を用いると、その高い融点（即ち 600
°Ｆ）のために製造が複雑になる。従来の半田はこの温
度以下で融け、従って固定子巻線への接続は高温半田
（例えば銀半田）で行うか、又はクリンプ法によらなけ
ればならない。

【００８１】図示の装置は、従来の技術に比較して多く
の利点を有する。１つはコストの低減である。射出モー
ルドプラスチック部品は低価格で製造でき、従来技術の
高価なディープドロン法スチールキャップ封止と対照的
である。図６に示された実施例は、スチールキャップの
代わりにモールドされたハウジング208 を持つのでずっ
と低価格である。モールドされたハウジングを利用する
ことにより、固定子−回転子のギャップは0.085"のオー
ダーである。図７においては、固定子は一体化プラスチ
ックアセンブリ232 中に射出モールドされ、高価なスチ
ールキャップの必要性を除去する。

【００８２】コスト低減に加えて、図７に示された実施
例は機能上の重要な利点、即ちトルク及び効率の改善を
実現している。スチールキャップ型における固定子−回
転子のギャップは0.040"乃至0.045"のオーダーである
が、図７の実施例においては、ギャップはほぼ0.030"
（プラスチックの壁 232／222 の厚さが0.020"、空気／
流体ギャップがほぼ0.010"）に減少する。ギャップのこ
の減少により、付随的にモーターの効率が改善される。

【００８３】好ましい実施例によって本発明の原理を図
示し説明したが、当業者にとって、上記の原理から逸脱
せずに、本発明の装置及び細部についての変形が可能で
あることは明らかである。特許請求の範囲の精神及び範
囲に含まれる変形及び等価な発明は全て本発明の権利に
含まれる。

【００８４】〔付録〕以下の付録（Appendix A）は、モ
ーターコントローラのためのプログラムリストの一例で
ある。

【００８５】

【表１】

【００８６】

【表２】

【００８７】

【表３】

【００８８】

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるポンプモータ制御器
を示すブロック線図である。

【図２】図１のポンプモータ制御器の一部を示す詳細回
路図である。

【図３】図１のポンプモータ制御器の他の一部を示す詳
細回路図である。

【図４】透析ポンプを用いる透析適用システムを示す説
明図である。

【図５】本発明の第２実施例によるポンプモータ制御器
を示す回路図である。

【図６】本発明の実施例による改善したモータ／ポンプ
組立体を示す断面図である。

【図７】本発明の実施例による改善したモータ／ポンプ
組立体を示す断面図である。

【符号の説明】

２０ポンプモータ制御器２２位相ロックループ回路２４駆動回路２６切換モードモータ駆動器２８周波数弁別器３０転流センサ３２逆方向動作検出器３４電圧制御発振器３６位相比較器３８ループフィルタ５０１／２０分周回路５２選択周波数段６０バッファ増幅器６２順方向駆動増幅器６４逆方向駆動増幅器６６比較器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｐ 6/10 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３４１Ｇ (72)発明者ケビンオハラアメリカ合衆国ワシントン州 98684 バンクーバーエヌイーワンハンドレッドサーティナインスアベニュー 509 (72)発明者グレッグカンジザーアメリカ合衆国ワシントン州 98682 バンクーバーエヌイーワンハンドレッドフィフティエイトスアベニュー 3500 (72)発明者スティーヴソアーアメリカ合衆国ワシントン州 98682 バンクーバーエヌイーワンハンドレッドフィフティセブンスコート 3709

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎ個の歯を有するステータと、このステ
ータの内側に同軸状に配置され、磁極が放射状に形成さ
れている円筒状の磁石と、ポンプヘッドと、前記円筒状
の磁石からポンプヘッドまで延在する駆動軸と、前記ス
テータと円筒状磁石との間で円筒状の面を規定する一体
成形されたプラスチック部材とを具え、前記円筒状の面
が前記磁石が回転する円筒状のウェルを規定し、このウ
ェルが前記ポンプヘッドと連通し、前記一体成形したプ
ラスチック部材が、ポンプヘッドから離れた側の軸方向
端部で円筒壁部を密封する端部部材をさらに画成するロ
ータ浸漬型ポンプ／モータ組立体。
【請求項２】前記一体成形したプラスチックをレイト
ンとした請求項１に記載のロータ浸漬型ポンプ／モータ
組立体。
【請求項３】前記ステータと円筒状磁石との間のギャ
ップを０．０８５インチ以下とした請求項１に記載のロ
ータ浸漬型ポンプ／モータ組立体。
【請求項４】前記ステータと円筒状磁石との間のギャ
ップを０．０５０インチ以下とした請求項１に記載のロ
ータ浸漬型ポンプ／モータ組立体。
【請求項５】前記ステータと円筒状磁石との間のギャ
ップを約０．０３５インチとした請求項１に記載のロー
タ浸漬型ポンプ／モータ組立体。
【請求項６】前記ステータが、前記一体成形したプラ
スチック部材の内部に射出成形されている請求項１に記
載のロータ浸漬型ポンプ／モータ組立体。
【請求項７】前記一体成形したプラスチック部材が、
製造工程中に前記ステータが配置される環状空間を規定
する請求項１に記載のロータ浸漬型ポンプ／モータ組立
体。
【請求項８】前記ステータの歯の数Ｎを２０以下とし
た請求項１に記載のロータ浸漬型ポンプ／モータ組立
体。
【請求項９】透析装置と、この透析装置の第１及び第
２の血液ポート並びに血液ポンプを含む血液循環路と、
前記透析装置の第１及び第２の透析ポート並びに透析ポ
ンプを含む透析循環路と、混合された透析溶液を前記透
析循環路に供給する透析生成部とを含み、前記透析循環
路が透析物を前記透析ポンプに正圧で供給する透析シス
テムにおいて、前記透析循環路がステップモータによって駆動されるポ
ンプをさらに含み、このステップモータが、１ステップ
当たり１８°以上の角度を有する透析システム。
【請求項１０】前記ステップモータが、１ステップ当
たり６０°の角度を有する請求項９記載の透析システ
ム。
【請求項１１】前記ポンプが、ポンピングしていない
とき、２０ｐｓｉを超える入口ポートと出口ポートとの
間の差圧に耐えることができると共に、回転成分を静止
状態に維持する請求項９記載の透析システム。
【請求項１２】前記ポンプが、毎分０から４０００回
転の駆動軸回転速度で回転する請求項９に記載の透析シ
ステム。
【請求項１３】前記ポンプをギヤポンプとし、前記透
析循環路が流体センサ及び制御器をさらに含み、この流
体センサが前記ギヤポンプが循環路に流体をポンピング
していないとき、ギヤポンプからの不所望な流体のしみ
出しを検知し、前記制御器が、流体センサに応答し、ギ
ヤポンプを反対方向に駆動させて前記不所望なしみ出し
を阻止する手段を含む請求項９に記載の透析システム。
【請求項１４】インレット及びアウトレットを有する
と共に、モータによって駆動される駆動軸を有するモー
タであって、前記モータが多数の歯のステータ及び放射
状に磁極が形成されている永久磁石のロータを含み、こ
のモータはロータの回転制御を行なう制御信号をステー
タに供給する制御回路をさらに含み、この制御回路は、
ポンプ駆動軸を第１の方向及び第２の反対の方向に回転
させると共に、ポンプ駆動軸を静止状態に維持する制御
信号を発生するポンプにおいて、前記制御回路が、前記ポンプのインレットとアウトレッ
トとの間の差圧にかかわらず、局部的なフィードバック
制御を行なうことなく、零ｐｓｉと２０ｐｓｉとの間の
差圧についてポンプ駆動軸が零ｒｐｍまで低下するよう
に制御するポンプ。
【請求項１５】３０ワット以下の電力消費で、２０ｐ
ｓｉまで加圧された流体をほぼ停止させるように構成し
た請求項１４に記載のポンプ
【請求項１６】前記制御回路が、毎分０から５０００
回転の回転速度に亘って駆動軸を回転させる制御信号を
供給する請求項１４に記載のポンプ。
【請求項１７】請求項１４に記載のギヤポンプ。