JPH10179730A - 磁気浮上型遠心式ポンプ装置 - Google Patents

磁気浮上型遠心式ポンプ装置

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JPH10179730A
JPH10179730A JP8347369A JP34736996A JPH10179730A JP H10179730 A JPH10179730 A JP H10179730A JP 8347369 A JP8347369 A JP 8347369A JP 34736996 A JP34736996 A JP 34736996A JP H10179730 A JPH10179730 A JP H10179730A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インペラおよびケーシング交換時の設定作業
を省き、交換作業の迅速化，簡便化を図ることのできる
ような磁気浮上型遠心式ポンプ装置を提供する。 【解決手段】 制御式磁気軸受としての電磁石１１の起
動時に、インペラ３の非浮上時のセンサ１２の出力を自
動中立位置設定回路２０で測定し、予め定める設定値か
らの差をセンサ出力と比較演算してセンサ出力を調整す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は磁気浮上型遠心式
ポンプ装置に関し、特に、血液ポンプのような医療機器
や人工心肺および人工心臓に用いられるような磁気浮上
型遠心式ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は磁気浮上型遠心式血液ポンプの断
面構造を示す図である。図３に示す血液ポンプは、大き
く分けて磁気軸受１とケーシング２とインペラ３とモー
タ４との４つの部分で構成されており、血液はインペラ
３の回転に伴って磁気軸受１の中央の吸込口５から流入
し、ケーシング２内でポンピングされ、吐出口６から排
出される。
【０００３】インペラ３は図４に示すように羽根車７を
挟んで円周状で等間隔に配置された永久磁石８とその反
対側に設けられた強磁性体の円盤９とから構成されてい
る。インペラ３は内部の永久磁石８とこれに対向して配
置された永久磁石１０からの吸引力、またはそれと反対
のインペラ３の強磁性体からなる円盤９と複数個からな
る磁気軸受１との吸引力の釣合いによってケーシング２
内で浮上する。このとき、インペラ３は磁気軸受１によ
って能動制御される。また、半径方向制御および回転駆
動は永久磁石８と１０で構成される磁気カップリングに
よって行なわれる。磁気軸受１は電磁石１１とセンサ１
２とによって構成されており、センサ１２の出力を演算
し、各電磁石１１の電流が制御される。
【０００４】図５は磁気軸受１の動作を説明するため
に、θx ・θy の２軸の動きを考慮しない、ｚ軸のみの
動作およびその制御を表現した１軸分の磁気軸受制御装
置を示す図である。図５において、制御回路１６の動作
時にインペラ３はセンサ１２によって位置が測定され、
センサアンプ１８と制御回路１６とアンプ１７を介して
信号が電磁石１１に流れ、電流が制御される。このよう
に、インペラ３は電磁石１１の吸引力と磁気カップリン
グでの吸引力との釣合いによってケーシング２内の所定
の位置で浮上制御される。その所定の位置はケーシング
２中央（インペラ３両端面隙間Ａ＝Ｂ）になるように事
前にセンサアンプ１８の調整による中立位置設定作業で
決定されている。
【０００５】図６〜図８は中立位置設定作業を説明する
ための図である。中立位置設定作業では、前準備とし
て、図６に示すようにインペラ３に外力が加わらないよ
うに図５で示したモータ４を取外しておき、また電磁石
１１には通電しないようにされる。センサアンプ１８で
はインペラ３の移動における方向と量が、中立位置から
のセンサアンプ１８出力の極性と電圧で示される。その
ため、まずインペラ３が中立位置になるように中立位置
のときの端面隙間Ａと同じ厚さＡのスペーサ２３を磁気
軸受１とインペラ３の間に配置し、このときのセンサア
ンプ１８の出力が０［ｖ］に設定され、オフセットが調
整される。
【０００６】次に、図７に示すように、移動量に対する
出力ゲインを設定するため、スペーサ２３を除き、磁気
軸受１とインペラ３を密着させ、そのときの出力を予め
決めた電圧Ｘ［ｖ］に設定し、センサゲインの調整が行
なわれる。その結果、図８に示すように、調整のために
取外したモータ４を再度ケーシング２に取付けると、電
磁石１１が非制御状態の場合には、インペラ３は磁気カ
ップリングの吸引力で磁気カップリング側ケーシング端
面に密着することとなり、センサアンプ１８の出力はイ
ンペラ３が中立位置から反対側で同じ距離Ａであるたた
め、−Ｘ［ｖ］が出力されることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述のごとく、図４に
示したようにインペラ３内で使用している強磁性体の円
盤９の個体差によってインペラ交換時にセンサオフセッ
ト調整が必要となる。その結果、インペラ３が消耗品と
なる開心術用の血液ポンプでは、インペラ３の交換時に
は前述の中立位置設定作業を毎回行なう必要が発生し、
交換作業の手間と設定作業の熟練さが必要とされる。
【０００８】それゆえに、この発明の主たる目的は、イ
ンペラおよびケーシング交換時の設定作業を省き、交換
作業の迅速化，簡便化を図ることのできるように磁気浮
上型遠心式ポンプ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
血液流入ポートおよび血液流出ポートを有するハウジン
グと、ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって
血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、
インペラの位置を制御するための非制御式磁気軸受と、
インペラの位置を検出するための位置センサおよび電磁
石を含む制御式磁気軸受と、制御式磁気軸受を駆動する
ための制御装置を備え、非制御式磁気軸受および制御式
磁気軸受の作用によりインペラがハウジング内の所定位
置に保持された状態で回転する血液ポンプ装置におい
て、制御装置は制御式磁気軸受の起動時にインペラの非
浮上時のセンサ出力を測定し、予め定める測定値からの
差をセンサ出力と比較演算してセンサ出力を調整する自
動中立位置設定回路を備えて構成される。
【００１０】請求項２に係る発明では、請求項１の自動
中立位置設定回路は、センサ出力をディジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換手段と、Ａ／Ｄ変換手段出力とセンサ
の本来の出力との差を演算する演算手段と、演算手段の
出力信号をアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換手
段とを含む。
【００１１】請求項３に係る発明では、請求項２の自動
中立位置設定回路は、演算された差をラッチするための
ラッチ手段を含む。
【００１２】請求項４に係る発明では、さらに自動中立
位置設定手段での測定中において制御式磁気軸受の電磁
石への通電を制御するために、自動中立位置設定手段か
らの信号によってオン，オフが制御されるスイッチを含
む。
【００１３】請求項５に係る発明では、請求項４のスイ
ッチを制御するために演算手段から出力される制御信号
をラッチするためのフリップフロップを含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態を示
す図である。この図１に示した実施形態では、前述の図
５に示した制御回路１６とセンサアンプ１８との間に自
動中立位置設定回路２０が設けられ、制御回路１６とア
ンプ１７との間にスイッチ１９が設けられる。自動中立
位置設定回路２０は制御式磁気軸受の起動時にインペラ
３の非浮上時のセンサ出力を測定し、予め定める測定値
からの差をセンサ出力と比較演算してセンサ出力を調整
するために設けられる。
【００１５】図２は図１に示した自動中立位置設定回路
２０の具体的なブロック図である。自動中立位置設定回
路２０は図２に示すように、ＣＰＵ２０１とＡ／Ｄ変換
器２０２と、Ｄ／Ａ変換器２０３と、フリップフロップ
２０４，２０５とによって構成される。センサアンプ１
８の出力はＡ／Ｄ変換器２０２に与えられてディジタル
信号化されてＣＰＵ２０１に取込まれる。ＣＰＵ２０１
はセンサ出力を演算し、その演算結果をＤ／Ａ変換器２
０３に与えてアナログ信号化され、もとのセンサアンプ
１８の出力から減算される。また、図１に示した制御回
路１６とアンプ１７との間に接続されたスイッチは、Ｃ
ＰＵ２０１からフリップフロップ２０５を介して与えら
れるラッチ信号によってオン，オフされ、制御回路１６
からアンプ１７への信号の接続，非接続が選択される。
【００１６】次に、この発明の一実施形態の具体的な動
作について説明する。この発明は装置立上げ時には、一
度従来の方法によって中立位置設定（オフセット，ゲイ
ン調整）を行ない、２回目以降のインペラとケーシング
交換時から採用されることを前提としている。前述の図
８に示したように、電磁石１１の非導通時にはインペラ
３は永久磁石１０と８とで構成される磁気カップリング
の吸引力によってモータ側ケーシング端面に密着してい
る。この場合、センサアンプ１８の出力は−Ｘ［ｖ］が
指示されている必要がある。しかし、インペラ３の個体
差によっては２回目以降の交換によって使用されたイン
ペラ３を用いた場合では−Ｘ＋Δｘ［ｖ］が出力される
場合があり、この設定状態では中立位置もΔｘ［ｖ］分
ずれることになる。そこで、センサアンプ１８の出力を
図２に示した中立位置設定回路２０に入力する。
【００１７】センサアンプ１８の出力はＡ／Ｄ変換器２
０２によってディジタル信号化され、ＣＰＵ２０１には
本来の値である−Ｘ［ｖ］との差Δｘ［ｖ］が求められ
る。さらに、Ｄ／Ａ変換器２０３によってＣＰＵ２０１
の出力がアナログ信号化され、センサアンプ１８の出力
である−Ｘ＋Δｘ［ｖ］からΔｘ［ｖ］が減算される。
これにより、センサアンプ１８の出力を−Ｘ［ｖ］とす
ることができ、制御回路１６へ与えられるセンサアンプ
１８の出力信号のずれΔｘ［ｖ］を除去できる。その結
果、インペラの個体差があっても本来の中立位置を得る
ことができる。
【００１８】一方、このようにして測定して得られたΔ
ｘ［ｖ］は装置の起動時に設定され、それ以降装置が駆
動している間中、値を保持する必要がある。そのため
に、Ｄ／Ａ変換器２０３のアナログ信号出力を保持する
ために、ＣＰＵ２０１からＤ／Ａ変換器２０３のラッチ
回路にラッチ信号が送られる。しかし、ポンプ運転中に
ノイズなどの影響によってＣＰＵ２０１が暴走した場
合、ラッチ信号が補償されず、ポンプの正常動作が不可
能となる。そこで、ＣＰＵ２０１によるＤ／Ａ変換器２
０３の直接的なラッチを行なわず、フリップフロップ回
路２０４を介したラッチ回路を構成する。これにより、
中立位置設定後にＣＰＵ２０１が暴走してもフリップフ
ロップ回路２０４がリセットされない限りＤ／Ａ変換器
２０３のラッチ信号は継続され、アナログ信号出力は補
償される。また、制御回路１６からアンプ１７への信号
を接続，非接続するスイッチ１９へのＣＰＵ２０１回路
からの信号をラッチするためのフリップフロップ回路２
０５についてもその作用は同様である。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、制御
式磁気軸受の起動時にインペラの非浮上時のセンサ出力
を測定し、予め定める設定値からの差をセンサ出力と比
較演算してセンサ出力を調整するようにしたので、イン
ペラおよびケーシング交換時の設定作業を省き、交換作
業の迅速化，簡便化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示した自動中立位置設定回路の具体的な
ブロック図である。
【図３】磁気浮上型遠心式血液ポンプの断面構造を示す
図である。
【図４】図３に示したインペラを示す図である。
【図５】図３に示した磁気軸受の動作を説明するため
に、θｘ・θy ２軸の動きを考慮しない、ｚ軸のみの動
作およびその制御を表現した１軸分の磁気軸受制御装置
を示す図である。
【図６】インペラが中立位置になるように調整する方法
を説明するための図である。
【図７】センサゲインの調整を説明するための図であ
る。
【図８】オフセット調整した後、センサアンプからセン
サ出力−Ｘ［ｖ］を出力する状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 磁気軸受 ２ ケーシング ３ インペラ ４ モータ ５ 吸込口 ６ 吐出口 ７ 羽根車 ８，１０ 永久磁石 １１ 電磁石 １２ センサ １６ 制御回路 １７ アンプ １８ センサアンプ １９ スイッチ ２０ 自動中立位置設定回路 ２０１ ＣＰＵ ２０２ Ａ／Ｄ変換器 ２０３ Ｄ／Ａ変換器 ２０４，２０５ フリップフロップ回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 血液流入ポートおよび血液流出ポートを
    有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時
    の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心
    式血液ポンプと、該インペラの位置を制御するための非
    制御式磁気軸受と、該インペラの位置を検出するための
    位置センサおよび電磁石を含む制御式磁気軸受と、前記
    制御式磁気軸受を駆動するための制御装置を備え、 前記非制御式磁気軸受および前記制御式磁気軸受の作用
    により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保
    持された状態で回転する血液ポンプ装置において、 前記制御装置は、前記制御式磁気軸受の起動時に前記イ
    ンペラの非浮上時の前記センサ出力を測定し、予め定め
    る測定値からの差を前記センサ出力と比較演算して該セ
    ンサ出力を調整する自動中立位置設定回路を含むことを
    特徴とする、磁気浮上型遠心式ポンプ装置。
  2. 【請求項２】 前記自動中立位置設定回路は、 前記センサ出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換
    手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段出力と前記センサの本来の出力との
    差を演算する演算手段と、 前記演算手段の出力信号をアナログ信号に変換するため
    のＤ／Ａ変換手段とを含む、請求項１の磁気浮上型遠心
    式ポンプ装置。
  3. 【請求項３】 前記自動中立位置設定回路は、前記演算
    手段によって演算された差をラッチするためのラッチ手
    段を含む、請求項２の磁気浮上型遠心式ポンプ装置。
  4. 【請求項４】 さらに、前記自動中立位置設定手段での
    測定中において、前記制御式磁気軸受の電磁石への通電
    を制御するために、前記自動中立位置設定手段からの信
    号によってオン，オフが制御されるスイッチを含む、請
    求項１の磁気浮上型遠心式ポンプ装置。
  5. 【請求項５】 さらに、前記スイッチを制御するために
    前記演算手段から出力される制御信号をラッチするため
    のフリップフロップを含む、請求項４の磁気浮上型遠心
    式ポンプ装置。
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