JPS60136616A - 磁気回転子軸受 - 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】 ［発明の分野］ 本発明は、非接触方式にて回転子を懸垂する磁気回転子
軸受（＋ｗａｇｎｅｔｉｃ　ｒｏｔｏｒ　ｂｅａｒｉｎ
ｇ）に関する。更に詳しくは、本発明は、固定子内、特
にハウジング内に回転子を懸垂し、その位置を安定化す
る永久磁石と電磁石装置、および回転子の少なくとも一
個の位置センサーに接続した電磁石装置の磁界を調節す
る回路装置を含む、軸方向または半径方向遠心血液ポン
プの固定子を非接触方式にて懸垂する磁気回転子軸受に
関する。

本発明の磁気回転子軸受は人工心臓の軸方向または半径
方向遠心血液ポンプ用に開発されてきたけれども、その
用途はそのような遠心血液ポンプに限定されるものでな
い。本発明の軸受は、非接触磁気懸垂方式にて取付は得
る種々な回転子に対して使用するのにも適している。従
って、電磁石装置の磁力を調節するために一個または二
個以上の１センサーに接続された適切な回路装置を有す
る磁気回転子軸受法は、ジャイロスコープを取付けそし
て駆動するのにも適している、例えば宇宙工学、飛行操
作、ｍ水艦等において使用するのにも適しており、さら
にロケット噴射ミサイルの回転方向安定器、直読計器等
に用いるのにも適している。

ポンプへの使用に関しても、本発明の磁気回転子軸受は
軸方向または半径方向遠心血液ポンプに限定されるもの
でなく、磁気的に懸垂し得る回転子を有する他の血液ポ
ンプにも使用し得る。更に、磁気回転子軸受は他の回転
ポンプにも用い得る。例えば、放射性液体用回転ポンプ
に用いた時には特に利点がある。即ち、本発明の磁気回
転子軸受をそのような回転ポンプに用いた時には、摩耗
される機械的軸受、弁またはシール等が不要なので摩擦
がなく保守の必要がない。

［従来技術の説明］ 非接触方式にて回転子を懸垂する磁気回転子軸受につい
ては既に知られている。例えば、米国特許第３，９３８
，９１３号には、危険性のある、放射性の、あるいは特
に純粋な流通媒体をポンプ輸送および（または）計量す
る流通装置が記載されており、その装置内にて回転子が
非接触磁気方式にてハウジング内に懸垂されている。電
磁石が回転子を懸垂するためにハウジング内に設けられ
ており、その磁石は、電磁石に相対する回転子中に位置
している磁性材料と共に磁気回路を形成する。これらの
磁気回路においては、回転子が吸引力に上ってのみハウ
ジングの内側に保持され、懸垂される。

然しながら、電磁石によって生ずる吸引力のみを用いる
ことは次のような問題がある。

（ａ）磁気軸受の安定性、即ち回転子を正確に懸垂され
た位置に保持する安定性（回転子はハウジング内壁から
半径方向にほぼ等距離で位置してる）は自己および独立
の励起振動に関しては非常に不満足である。この型の磁
気回転子軸受では磁界の遅延が発生するために比較的容
易に振動し易い、この遅延磁界発生は、電流によって完
全な磁界を生成させるのに比較的大きなインダクタンス
が必要なことと、鉄の高い透磁率（１００００以内のＩ
Ｌ）に起因し、高い絶対インダクタンスは〃れ電流を増
大させる。

（ｂ）電磁石を有するそのような磁気回転子軸受のエネ
ルギー消費は非常に大きく、同時に効率が悪いので、望
ましくない熱的エネルギーがかなりの程度まで生成する
。これはエネルギーの浪費であり、この消散は困難であ
るばかりでなく、血液アルブミンは４２℃で凝固するの
で、血液ポンプの場合は極めて危険である。

（Ｃ）鉄は高い密度を有し、１０キロガウス以上の磁界
は飽和し、用が１に近づくので、相対ピーク吸引力とし
ての比吸引力は比較的に低い。

更に、欧州特許願８２１０２１８８．８の公開欧州出願
番号００６０５６９は本発明者によって先に開発された
非接触方式にて遠心血液ポンプの回転子を懸垂する磁気
回転子軸受を記載している。この軸受においては、電磁
石と永久磁石装置が合体されており、遠心血液ポンプの
ハウジングを形成する固定子中に設けられた電磁石装置
と電磁石と相対する回転子内の位置に設けられた永久磁
石装置より構成されているので、永久磁石は電磁石と協
働する。

この合体された電磁石と永久磁石装置は基本的には前述
の米国特許第３　、９３８　、９１３号に関連したのと
同じ欠点を有する。固定子内のみにての電磁石の使用は
、比較的高いエネルギー消費に導く、即ち熱をかなり発
生する。更に、電磁石に固有の遅延磁界生成のためにか
なり不満足な安定度となる。

［発明の構成］ これに対して、本発明は特に次の二個の要求に合致する
磁気回転子軸受を提供する。

（１）磁気回転子軸受は、できるだけ高い電気機械的効
率を有すべきであるので、回転子の位置安定化および磁
気懸垂に消費されるエネルギーの割合および熱に変換さ
れるエネルギーの割合は可能な限り小さく（パーセント
レベルにて）、そして操作温度は可能な限り低い温度、
特に血液アルブミンが凝固し始める温度よりも低い。

（２）磁気回転子軸受の絶対エネルギー要求値は可能な
限り低くあるべきであるので、回転子の安定化および磁
気懸垂のために熱的エネルギーに変換されるエネルギー
の絶対量は、可能な限り低く、更に全磁気回転子軸受の
各素子は可能な限り小さくすべきである。これは、磁気
回転子軸受が遠心血液ポンプに組込まれて使用される場
合には特に重要であり、遠心血液ポンプ自体のエネルギ
ー要求における僅かの減少は、遠心血液ポンプに加えて
制御回路および、例えばエネルギー変換器または蓄積器
そして組込まれた遠心血液ポンプ装着中にエネルギーを
結合させるための誘導エネルギー結合装置よりなる全装
置の重量、容積およびエネルギー必要量をかなり減少さ
せる。

これらの目的は、 （ａ）回転子は、回転子内に位置する少なくとも一つの
永久磁石、および固定子内に位置する少なくとも一つの
永久磁石よりなる永久磁石配置によって単一方向自由調
節度を除いては固定子内に安定な非接触方式にて懸垂さ
れており；（ｂ）回転子の位置は、永久磁石配置によっ
て安定化されない方向自由調節度内においてのみ、少な
くとも一つの電磁石よりなり、固定子内に設けられた電
磁石装置と、回転子内に位置し少なくとも一つの永久磁
石よりなり、且つ該電磁石と協働する永久磁石装置とに
よって安定化され；（Ｃ）電磁石装置と協働する永久磁
石装置は、回転子を懸垂するために設けられた永久磁石
装置の中の少なくとも一つの永久磁石よりなり、特に回
転子内に位置するこの永久磁石装置の永久磁石よりなり
；および （ｄ）回路装置は、外力の不存在下において、電磁石装
置の最小エネルギー要求位置で回転子の位置を安定化す
る制御回路である、 ことを特徴とする本発明の磁気回転子軸受によって達成
された。

上記（ｄ）による機能は一定の希望値を有する制御ルー
プによって達成される。

本発明の磁界軸受においては１回転子を懸垂し安定化さ
せるのに必要な最小の磁力は電磁石により供給され、最
大の磁力は永久磁石によって供給されるので、本発明の
磁界軸受の電気機械的効率は非常に高い。永久磁石によ
って回転子の安定な懸垂はアーンショーの定理のみによ
り不可能である。永久磁石のみによって空間（三次元）
に平衡を保たれている機械装置は不安定である。更に、
制御回路は安定し、回転子は電磁石装置の絶対エネルギ
ー必要量が外力なしで最少にされる位置にあって、外力
の作用間エネルギー必要量を最小にするために調整器が
設けられているので、本発明の磁気回転子軸受の絶対エ
ネルギー必要量（要求量）は極めて少ない。

本発明の磁気回転軸受は、この型の磁気回転軸受のエネ
ルギー必要量が低くあるべき場合、および磁気回転子軸
受が遭遇する温度増加が低くあるべき場合に最も有用で
ある。従って、本発明の磁気回転子軸受は血液ポンプ、
特に軸方向および半径方向連心血液ポンプおよびこの型
の血液ポンプが組込まれる場合に用いて特に有利である
。熱発生が比較的低いので、血液アルブミンが凝固し始
める温度、即ち人間の血液循環に対して極めて危険であ
る４２℃の温度よりも低いので安全であるということが
できる。

好ましい一実施例においては、本発明の磁気回転子軸受
は、 （１）回転子を懸垂する永久磁石装置は、回転子の軸に
対して同心的に位置し、そして回転子の軸方向に磁化さ
れる固定環状永久磁石および環状永久磁石に対して偏心
しているが回転子の回りの磁石と同心的に位置し、そし
て回転子の軸方向に磁化される棒状または環状の永久磁
石より構成され、同種類の固定子の環状永久磁石および
回転子の棒状または環状永久磁石の同種の磁極は互いに
対面していること、 （２）電磁石装置は、回転子の棒状または環状永久磁石
が位置している内側に軸方向電磁石を有すること、およ
び （３）回路装置は、回転子の軸方向位置を決定する位置
センサーに入力側で接続された制御回路であること、 によって特徴づけられる。

本発明によるこの永久磁石配置の結果として、最大中心
力は一定サイズの磁性材料または磁石装置、特に一定量
、一定容積および一定重量の磁性材料または磁石装置を
用いると軸方向に存在するようになる。

好ましくは、本発明の永久磁石装置は次の如く構成され
る。

（１）一定面面の永久磁石を使用し、その長さを、最大
外部漏れ磁束が展開し得るように選定する。この目的の
ために、永久磁石の長さは磁気電圧が漏れ領域または容
積における磁気抵抗によって漏れ磁束を追いやるのに十
分であるように選定する。

（２）希土類磁石、特にコバル）−サマリウム磁石が永
久磁石材料として使用するのに好ましい。この材料は漂
遊磁界の影響で最小程度に弱められか、あるいは減磁さ
れる。更に、高い磁気電圧が最短磁石長さで得られる。

重量ベースの材料の比磁気エネルギーは、全ての磁石材
料の中で最大である。材料の磁化の均質性は比較的良好
である。

（３）回転子の棒状または環状永久磁石の外径は、固定
子の環状永久磁石の内径の大きさの単位内であって、こ
の外径より僅か小さいことを要する。従って、変位の長
さの単位を基にして、永久磁石装置の全磁界エネルギー
の最大変化は、例えば固定子永久磁石に対して回転子永
久磁石が半径有向変位の場合において生ずる。

（４）極めて均質な磁性材料のみが用いられる。さもな
いと、回転子が偏心的に回転したり、磁界の対称軸が磁
石の方向軸と一致しない。

本発明の永久磁石装置においては、単に軸方向自由度が
全磁気回転子軸受を安定化するために安定化を必要とし
、この安定化は軸方向電磁石を有する前記の電磁石装置
によってなされる０本発明の永久磁石−を磁石混合構成
の特徴は永久磁石磁界と電磁石磁界間で生ずる相互作用
である。これによって軸方向自由度は電磁石によって安
定化され、電磁石の磁界強さは軸方向における回転子の
軸の位置を決定する位置センサー装置よりなる制御ルー
プによって制御される。また、相互作用によって軸方向
における回転子軸の実際の位置を指示し、制御ループに
て軸方向における回転子軸の希望位置を指示する希望値
と比較する信号が生ずる。これによって、制御ループの
制御回路は、回転子軸の軸方向位置が希望位置にもたら
され、そして保持されるように電磁石への電気的供給を
調整する。

何らかの力によって回転軸が希望位置から外れたときに
、回転軸を希望位置に特に迅速に復帰させるには、本発
明の一実施法においては電流に比例的に制御する出力増
巾器を制御回路に設けることによって行われる。従って
、電磁石の励磁コイルの電流を、回転子軸を希望する軸
方向に復帰させるのに必要な特定の電流値に非常に短時
間内に調整する。この結果として、電磁石のインダクタ
ンスによって生成する磁界の遅れは除去される。

短時間の調整力は、１秒の１／１０００．１／Ｚｏｏ、
１／ｌｏのレベルの時間ような比較的短時間で消失する
ので、回転子を希望する一定位置にもたらす上記の制御
は、エネルギー消費に関して短時間の外部調整力のため
には最適である。然しながら、外部的軸方向調整力が長
時間、即ち１秒の数分の１乃至数時間にわたって回転子
軸に対して作用すると、上記の希望位置に回転子軸を安
定化させるためにかなりエネルギー消費が増大する。こ
のエネルギー消費の増大を減少させるための好ましい一
実施例としては、センサーの実際値を変化させることに
よって直接的にまたは間接的に外力の長期影響量制御回
路の実際値を動かし、そして磁気回転軸受のエネルギー
消費を減少、好ましくは最小にする重畳（Ｓｕｐｅｒ　
ｉｍｐｏｓｅｄ　）調整器を制御回路に設ける。

本発明による磁気回転子軸受の実用実験は、この磁気回
転子軸受のエネルギー必要量は外力の不在下で回転子軸
の位置調整に対しては約０．１ワツトであり、前記重畳
調整器を配置しない時には実質的外力の作用間ｌＯ乃至
１５ワツトに増大する、即ち、１００乃至１５０倍に増
大することを示した。実質的外力とは、スタートまたは
制動間に自動車、列車、飛行機等において生ずる塁の特
に片側だけに作用する加速力、同様に例えば本発明の磁
気回転子軸受を取り付けた回転子を有する人工心臓を組
み込まれた患者が居眠りした時に生ずる、回転子の軸方
向に関して非常に非対称になっている間の重力による加
速力を意味する。そのように組み込まれた人工心臓の場
合−においイーは、患者の身体に誘導的に結合するのに
要求される動力は、１０乃至１５ワツトでなく、僅か０
．１ワツトが回転子の位置を安定化させるのに要する。

重畳調整器は好ましくは （ａ）外力の存在を検知する検知装置、（ｂ）安定化中
心位置から外れた回転子を偏心安定化位置に動かす調整
装置、および （ｃ）安定化中心位置における回転軸受のエネルギー必
要量と偏心安定化位置におけるエネルギー必要量とを比
較する比較装置とよりなる。

上記の如く構成されている重畳調整器は、検知装置が実
質的外力を検知すると、この装置は調整装置が安定化中
心位置から外れた回転子を偏心安定化位置に動かすよう
に作動するので、回転子の非対称位置で生じた軸受磁石
の永久磁石の磁力は外力に反対に作用する。

比較装置は磁気回転磁界の前のエネルギー必要量と新し
いエネルギー必要量とを比較し、新しいエネルギー必要
量が前のよりも高いかまたは低いかによって、調整装置
が磁気回転子軸受のエネルギー必要量を減少させる場合
には次の工程にて回転子を再び動かす、この漸次のまた
は連続的な調整はそれぞれの実質的外力下で磁気回転子
軸受が最少エネルギー必要量を有する回転子軸の新しい
安定化位置が達せられるまで行なわれる。

相当する応答遅れによって、重畳調整器が短時間外力、
例えば数分の１秒間継続する力に応答しないことはあり
得る。

種々な検知装置はこの型の重畳調整装置に適しているけ
れども、電磁石装置を通って流れる電流を測定する電流
計が検知装置として使用するのに好ましい、または位置
センサー、制御回路および電磁石装置よりなる制御ルー
プを通って流れる電流を測定する電流計が好ましい。

調整装置の好ましい一例は１位置センサー希望値変イヒ
装置である。この場合には、回転子軸の希望軸位置に相
当する希望値が制御ループに供給された希望値の変化に
応じて直接変化するか、または制御回路に供給された希
望値が一定に保持されるが、追加量がそれぞれの位置セ
ンサーによって放出された実際値に加わるかまたは追加
量が実際値から差引かれる方式にて間接的に変化する。

好ましくは、比較装置は完全制御ループまたは電磁石装
置を通って流れる電流を測定する電流計および電流の測
定値を記憶し比較する試料−保持回路よりなる。遅延部
材は、上記の値が十分な時間保持される間はこの目的の
ために用いてもよい。

当業者に周知の種々な位置センサーを、位置情報が固定
子のみに存在しそして回転子中にあるセンサー部品がエ
ネルギーまたは電気的接触を要求しない場合には位置セ
ンサーとして用いてもよい。然しながら、磁界センサー
は磁気回転子軸受の磁界によって影響され、好ましくな
い結果が生ずるのでそのようなセンサーは一般に用いる
ことができない（回転子中の磁石）、位置を決定するた
めの容量センサーは実用に不向きであり、種々の理由で
いろいろと問題を有する。その理由は、この型のセンサ
ーのコンデンサー板が固定子と回転子間に置かれると電
界が血液中に形成されることであり、第二に、センサー
の二つのコンデンサー板がハウジング内に置かれると誘
導体の変化が回転子のこれらのコンデンサー板間に生ず
ることである。未発明においては、放射センサー、特に
光線または音放射で操作する放射センサー、特に赤外線
センサーまたは超音波センサーが位置センサーとして好
ましい。

本発明の磁気回転子軸受の位置センサー配置は、パルス
で制御された放射伝達要素および放射受理要素を有し回
転子軸によって作動される少なくとも一つのパルス放射
バリヤーよりなる位置センサーより構成されることが好
ましい。

二つの位置センサーとこれに接続された回路を作動する
一つの位置センサーを有する位置センサー装置は、 （１）回転子軸の軸端と協働する二つのパルス放射バリ
ヤー、 （２）二つのパルス放射バリヤーの放射受理要素の出力
信号を減する減算装置。

（３）減算装置の出力信号を積算する積算装置、（４）
積算装置の出力側に接続された標本化・保持回路、およ
び （５）第一、第二、および第三スイッチの開閉ストロー
クを制御する送出し制御装置、 より構成される。

第一スイッチは減算装置の出力側と積算装置の間に設け
られており、第二スイッチは積算装置を復帰せしめるス
イッチであり、第三スイッチは積算装置の出力側と標本
化争保持装置の出力側に位置している。送出し制御装置
では、第一スイッチは放射伝達要素が伝達している時は
常に閉じており、第三スイッチは減算装置からの予め定
められた出力信号数を積算後に閉じ、第二スイッチは第
三スイッチが開いた時に閉じるように３つのスイッチの
開閉時間を制御する。

前述の如く、パルス放射バリヤーは赤外線バリヤーまた
は超音波バリヤーであることが好ましい、赤外線センサ
ーまたは赤外線バリヤーおよび超音波センサーまたは超
音波バリヤーの利点はこの型のセンサーまたはバリヤー
は周囲の電気または磁気的性質から減結合される。即ち
、赤外線または超音波は、電気的または磁気的性質から
実質的に影響されない、これとは別に、赤外線の使用の
間使用されるＬＥＤダイオードのエネルギー必要量は非
常に低く、安価で小さい。

上記の磁気回転子軸受と関連して、または関係なしに、
非同期電動機を回転子の駆動に用いてもよく、電動機は
操作電圧源としての発振器に接続されており、その周波
数および出力電圧振幅は負荷および速度により変化し、
非同期電動機によるトルクは非同期電動機のそれぞれの
速度で負荷のモーメントと相関し、特に非同期電動機の
電動機特性曲線上の回転子の負荷のそれぞれのモーメン
トは僅かに停動トルクより下で、失速速度より上にある
。

電子的に整流される直流装置も有利である。この目的の
ために１回転子中に磁気板または他の磁化された帯域の
形にて永久磁石が磁極の代わりに回転子の外周の回りま
たは外周の内側に設けてよく、これは固定子中のワイヤ
コイルと相対しており、これを流れる電流が回転子を回
転させるように整流される。

回転子が血液ポンプ、特に遠心血液ポンプ中の搬送部材
として用いられる場合には、下記の部材より構成される
動力制御装置を配置する。

（＆）血液ポンプの吸引側に圧力センサー、（ｂ）圧力
センサーに入力側で接続され、そして予め定めた入力量
を特定の出力量に割り当て、放出する特性記憶装置、お
よび （ｃ）特性記憶装置、好ましくは発振器の出力量に相対
する実際の血液ポンプ輸送動力を制御する動力制御装置
、これの周波数および出力電圧は負荷および速度により
変化し、非同期電動機の操作電圧源として血液ポンプを
駆動する非同期電動機に接続されている。

本発明によって提供される型の磁気回転子は上記の方法
にて駆動されるが、駆動機構は他の適当な方法、例えば
永久磁石によって励起される電子的に整流される電子モ
ーター、同期電動機として設計されていてもよい。更に
、上記の非同期電動機駆動は本発明の磁気回転子軸受を
有する回転子の場合に用いているけれども、この非同期
電動機駆動は他の回転子、例えば電磁石のみによって磁
気的に取付けられた回転子、または米国特許第３．９３
８，９１３号および公開欧州出願番号００６０５６９に
記載の電磁石・永久磁石混合回転子軸受を有する回転子
の場合、または他の磁気ｉｌｌｌｌ型たは水圧回転子軸
受等の場合にも有益に用い得る。

次に添付の図面により本発明を更に詳細に説明する。

第１図に示す磁気回転子軸受および回転子駆動装置は遠
心血圧ポンプ２のハウジングとして役立つ固定子５内に
形成された血液出口４と二個の血液流入路３ａ、３ｂを
有する両向き流れ半径方向遠心血液ポンプ３の回転子１
を取付け、そして駆動する場合を示す。回転子１は磁気
的非接触方式にて回転子内に取付けられている。

磁気回転子軸受は１回転子１の二つの軸端領域にて６ａ
、６ｂにて示される第一および第二の永久磁石・電磁石
装置、および永久磁石・電磁石装置６ａ、６ｂの電磁石
を作動する制御回路を含む。更に、磁気回転軸受は回転
子１の軸方向位置の決定のためのパルス放射バリヤー８
ａ、８ｂとして設計された二個の位置センサーおよびパ
ルス放射バリヤー８ａ、８ｂからの入力信号を受け、そ
して制御回路７に相当する出力信号を出す位置センサー
作動回路９を含む。

回転子駆動装置は、回転子１の金属体と一緒になって非
同期電動機を形成する二つの駆動電磁石１０ａ、１０ｂ
および遠心血液ポンプ２の吸引側（ここでは血液流入路
３ｂ中）に位置している圧力センサー１２を有する動力
制御装置１１を含む６回転子の回転は矢印１３で、血液
流れは矢印１４で示されている。

例えば、研摩アルミニウムよりなる軸と共に、回転子ｌ
は内側が中空になっているので、全体の密度は、それを
取り囲んでいる血液の密度と正確に合致する。血液の流
れは両側から二つの血液流入路３ａ、３ｂを通って円盤
形状回転子ｌに導かれ、環状血液路１５を経由して遠心
的に回転子によって駆動され、／＼ウジングを兼ねる固
定子５から遠心的に出るので、その作動に基き回転子Ｉ
ｔこ対して非対称的な力が生じない。

一実施例においては、駆動される回転子のエネルギー必
要量は、０．１３３バールの一定血圧下では約８乃至１
０ワツトであり、脈動方式にて作動する血液ポンプの圧
力よりも低い、この実施例における磁気回転子軸受のエ
ネルギー必要量は僅かに約０．５ワツトである。この低
エネルギー必要量のために、エネルギー供給用のバッテ
リーまたはアキュムレータは比較的小さく、軽く、■乃
至２日後に、夜に再充電するような方法で、取り換えれ
ばよい。

第１図と比較して拡大されている第２図に−示す磁気回
転子軸受の永久磁石の電磁石装置６ａ、６ｂは、回転子
１の軸方向に延びている単一方向自由調整度まで永久磁
石装置によって、二つの軸端の各々の領域において固定
子５内に安定非接触方式にて回転子１が懸垂されるよう
に設計されている０回転子ｌを懸垂するこの永久磁石装
置は、固定子５内に固定されており、回転子の軸１６４
３同心的に位置している環状永久磁石１７ａまたは１７
ｂ、および回転子１の内側にあって回転子の軸１６の周
りの環状永久磁石１７ａ、１７ｂと同心的に位置してい
る棒状永久磁石１８ａまたは１８ｂ　（第１図、第２図
）または環状永久磁石１８ｃまたは１８ｄ（第６図）よ
りなる。

環状永久磁石１７ａまたは１７ｂは第２図と第６図に示
されるごとく、Ｎ極とＳ極によって回転子１の軸方向に
磁化される。棒状永久磁石１８ａまたは１８ｂ、または
環状永久磁石１８ｃまたは１８ｄは、固定子の環状永久
磁石１７ａまたは１７ｂの丁度外側に位置するように固
定子の環状永久磁石１７ａまたは１７ｂに対して軸方同
番と互い違いにさせる。この方法で、最適の半径方向の
センターリング効果が固定子の中の環状永久磁石ｊ７ａ
または１７ｂおよび回転子中の棒状永久磁石１８ａまた
は１８ｂまたは環状永久磁石１８ｃまたは１８ｄよりな
る永久磁石装置によって得られる。棒状永久磁石１８ａ
、１８ｂまたは環状永久磁石１８ｃ、１８ｄも回転子の
軸方向に磁化され５回転子ｌと一緒に軸１６の周りを、
または回転子１内で自由に回転するようにまたは回転子
と共に回転しないように取り付けてもよい。

永久磁石・電磁石装置６ａ、６ｂの各々は環状電磁石１
９ａまたは１９ｂを有し、その内側に回転子の棒状永久
磁石または環状永久磁石が位置している。電磁石１９ａ
、１９ｂは固定子５の内に静止状態にて回転子軸１６に
対して同心的に設けられている。

従って、電磁石１９ａまたは１９ｂは、円筒状永久棒磁
石１８ａまたは１８ｂまたは環状永久磁石１８ｃまたは
１８ｄと磁気的に相互に作用し、永久磁石１８ａ、１８
ｂ、１８ｅまたは１８ｄは固定子の環状永久磁石１７ａ
または１７ｂと磁気的に相互作用する０回転子１の軸方
向位置は、永久磁石１８ａと１８ｂまたは１８ｃと１８
ｄと相互に作用している電磁石１９ａと１９ｂによって
センターリングされ安定化される。対称および中心位置
で、軸方向の永久磁石の磁力が正確に補償されるので、
不安定な平衡が得られる。

センターリングおよび安定化を実施するために、線２０
ａまたは２０ｂを経由して制御回路７の出力側２１に接
続されている電磁石１９ａ、１９ｂの磁界を一定に調整
する。

第６図は軸方向遠心血液ポンプの一例を示す。

第１図および第２図の部材と同じ部材に対して−は同じ
番号を用いた。第１図および第２図と異なる特徴のみを
次に記載する。

前記の半径方向遠心ポンプとは異なって、第６図の回転
子１は筒状に設計されており、羽根またはねじ形材１０
Ｏが管の内側を通って血液を搬送するために管の内周上
に設けられており、これらの形材は血液入口１００ａ及
び血液出口１００ｂにまで延びている。この場合におい
て、第１図の永久棒磁石１８ａ、１８ｂの代りに環状永
久磁石１８ｃ、１８ｄが両軸端で回転子ｌの管状外部ケ
ーシングに設けられている。第１図と第２図におけるの
と同じ極性（反対側の極に面するように）が用いられて
いる。

矢印工４の方向への血液の逆流は１回転子１の外周と回
転子５の内周間の間隙１０１にて防止または減少させる
のが好ましい。これは環状永久磁石１８Ｃおよび（また
は）１８ｄと回転子ｌの短路リング１０ｃ間に形成され
、そして回転子の管状外表面を通る開口中にまたは回転
子の外周上に設けられたコンベヤー羽根によって達成さ
れる。

または半径方向および軸方向にねじ形状に延びており、
間隙１０１中にて矢印１４の方向を血液を搬送する搬送
路として設計されたこれらの開口によって達成される。

さらに、固定たわみかい（パドル）１０２．１０３を回
転子の上流の血液流入路３Ｃ中および（または）回転子
の下流の血液出口中に設けて効率的に行なう。

第６図の軸方向遠心血液ポンプを駆動するために、単一
電磁石１０が第１図の電磁石１０ａ。

Ｊｏｂの代りに固定子に設けられており、電磁石１Ｏは
第１図と第５図に説明されてしするのと同じように非同
期電動機として回転子の短路リング１０ｃと協働する２
番号１０５は電磁石１Ｏの励磁巻線である。

パルス放射バリヤー８ａ、８ｂは、環状永久磁石１７ａ
または１７ｂ中の穴１０４ａ、１０５ｂを通じて回転子
のとがった軸端２３ａ、２３ｂと協働する。

次に、第１図と第６図の遠心血液ポンプの軸方向回転子
位置の安定化およびセンターリング制御について詳細に
説明する。

この制御のために、制御回路７の実際値入力側２２は位
置センサー作動回路９の出力側に接続されている。その
回路で、回転子の軸端２３ａ、２３ｂと協働するパルス
放射バリヤー８ａ、８ｂによって得られる回転子の実際
位置を表わす信号を受ける。

放射伝送素子２４ａ、２４ｂ、例えば赤外線または超音
波送波範囲内で作動するＬＥＥ）ダイオードを、増幅器
２６の出力側に線２５を経由して結合する。増幅器の入
力側は発振器２７の出力側に接続している。増幅器２６
と発振器２７は位置センサー作動回路９に属しており、
その信号入力２８ａ、２８ｂはパルス放射バリヤー８ａ
、または８ｂの放射受理要素２９ａ、２９ｂの一つに接
続している。これらの放射受理要素は赤外線センサーま
たは超音波センサーであることが好ましい。

位置センサー作動回路９または回転子の軸方向位置を決
定する位置センサーから実際値を受理する制御回路７は
、電磁石１９ａ、１９ｂの電流強さを制御するので、実
際値入力２２で受けた実際値は回転子の軸方向の予め定
めた希望値と最終的に一致する。

この目的のために１例えば前置増幅器３０を実際値入力
部２２に接続し、増幅器の出力側を電流に比例して調節
する出力増幅器３２を制御するサーボ増幅器３１に接続
する。更に、制御回路７は以下に詳細に説明する階層的
な重複的調整器３３を有する。

サーボ増幅器はＰＤＴ増幅器、即ち時間関数要素をもつ
比例差サーボ増幅器であることが好ましい。このサーボ
増幅器の利点は、装置の雑音が抑制され、調整安定性が
改良されることにある。

出力増幅器３ｚは電気的負荷状態とは関係なしに一定入
力電圧を比例出力電流に変換する。この方式によって、
殆ど瞬間的な電流増加が電磁石１９ａ、１９ｂの比較的
大きなインダクタンスにもかかわらず成就される。第４
図に示すごとく、電圧は初期に希望する電流増加に相当
するよりも高く増大し１次いで希望電流に相当する電圧
値に迅速に減少する。

電流に比例して制御する出力増幅器３２の一例を第３図
に示す。この出力増幅器３２は負荷として設けられてい
る電磁石１９ａまたは１９ｂの開示コイル３５および低
値抵抗器Ｒを経て設置されている演算増幅器３４を含む
。抵抗器Ｒでの電圧降下は界磁コイルを通る電流に比例
し、抵抗器Ｒ１とＲ２によって形成された電圧分割器を
経由して演算増幅器３４の負入力部３４（負帰還入力と
も称せられる）へ戻る。増幅器３４の出力部はサーボ増
幅器３１の出力端に結合されている。

パルス放射（ｐｕｌｓｅ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ）バリヤ
ー８ａ、８ｂおよび位置センサー作動回路９の構造およ
び作動を次に説明する。

パルス放射バリヤー８ａは回転子の軸端２３ａと協働す
るので１回転子の軸方向位置に依って二つの小さな矢印
で指示した如く、放射伝送素子２４ａからの放射は放射
受理要素２９ａに到着、または放射受理要素２９ａ上の
回転子の軸端２３ａにより妨害される。従って、放射伝
送素子２４ｂと放射受理素子２９ｂは他の軸端２３ｂと
協働する。この場合、赤外線放射伝送要素が放射伝送要
素として設けられており、赤外線受理要素が放射受理要
素として設けられている。

一般に、パルス発生器であってもよい発振器２７は１０
乃至１００ｋＨｚ、好ましくは４０ｋＨｚの周波数を有
する。赤外線放射伝送要素は血液が低吸収性のときは約
ｉｎｍの波長範囲の赤外線を出すように選定する。

発振器２７の周波数範囲に関しては、パルス周波数を１
ｏｋＨ２よりも低く選定した場合には、積算器での信号
処理のための装置の応答は非常に遅くなる。一方、発振
器２７のパルス周波数を１００ｋＨｚよりも高く選定す
ると、赤外線伝送素子として用いる光放射ダイオードの
電子光学効率が好ましくなく、そして高周波数作用によ
って効果が複雑化される。

赤外線受理素子はホトダイオードまたはホトトランジス
ターが好ましく、その最大スペクトル感度は赤外線伝送
素子の最大放射力と同じ範囲である。

放射受理要素２９ａ、２９ｂの出力信号を制御回路７の
入力部２２へ供給する実際値に処理する位置センサー作
動回路９は、二つの放射受理素子２９ａ、２９ｂによっ
て出される信号を相互に差し引く減算装置３８と積算装
置３９を有する。標本化・保持回路は積算装置３９の下
流に接続されている。

更に、第一スイッチが減算装置の出力側と積算装置の入
力側間に設けられている。第二スイッチが積算装置の復
帰接続端４１と設置間に設けられており、積算装置を復
帰させるために用いられる。第三スイッチが積算装置の
出力端と標本化・保持回路４０の入力端間に位置してい
る０回路４０の出力端は制御回路の実際値入力部２２に
接続している。スイッチＳ１．Ｓ２とＳ３の開閉を制御
するために、送出制御装置４２が、信号入力部２８ａ、
２８ｂに到着する信号と同期的に発振器２７からの入力
信号を受ける位置センサー作動回路９に設けられている
。

位置センサー作動回路９は、放射受理要素２９ａおよび
（または）２９ｂによって放出される電気インパルスを
高い時定数にて単純に積算するのではなく、電磁石１９
ａ、１９ｂの全制御における応答遅延をもたらし、外力
の作用によってこれ以上保証できない回転子位置または
自然の振動に導くので１回路９の構成および作動を次に
説明する。

第一に、減算装置３８を放射受理素子２９ａ、２９ｂ（
赤外線を使用するときにはホトトランジスター、ホトダ
イオードまたは他のホトレシーバ−である）と積算装置
３９（前置増幅器として同時に作動する）の間に接続す
る。この減算装置３８は放射受理要素２９ａ、２９ｂの
出力信号を差し引く、そして次の目的および利点を有す
る。

（ａ）外来の放射による妨害が減じる。即ち、外部から
の外来放射は素子２９ａ、２９ｂと同じまたは類似の効
果を有し、これらの放射受理素子の信号の差し引き間に
、外来放射は完全にまたはかなりの程度まで取り消され
る。更に、外来放射周波数が正確に４０ｋＨｚである可
能性は送信信号を妨害する相においては非常に小さい。

（ｂ）センサー装置の作業範囲が回転子の軸方向位置の
決定に関しては拡大される。即ち、パルス放射バリヤー
８ａ、８ｂの配置と関連して、これらのバリヤーは小さ
な作業範囲においてのみ重複する。即ち、二つのパルス
放射バリヤー８ａ、８ｂの完全開閉条件間の推移領域は
完全には一致せず、完全推移領域に関してのみ僅かな領
域で重複する。これは、二つのバリヤー８ａ、８ｂが推
移領域の短い長さにわたってのみ同時に位置すスことを
意味する。

（Ｃ）二つの素子２９ａ、２９ｂの出力信号の差し引き
の結果として、バリヤー８ａ、８ｂの位置センサーと位
置センサー作動回路９の特性線は重複作業領域において
直線化される。

積算装置３９は周期的に素子２９ａ、２９ｂのパルス形
状出力信号を差し引くことによって個々の異なったパル
ス、例えば四つの異なったパルスを経由して装置３８の
出力側で得られる異ったパルスを積算し、次いでスイー
、チＳ３を経てその出力端で回路４０にこの積算値を通
すように作動させる。積算は異なったパルスの幅とは無
関係の振幅積算である。積算時定数は非常に高く、無限
に近づく。

次に積算装置３９における異なったパルスの処理によっ
て得られる利点を示す。

（１）積算装置３９の非常に高い時定数にもかかわらず
、全体の位置センサー装置は個々の異なったパルス、例
えば四つの異なったパルスの後で殆ど直ちに応答して振
幅を変化するので１位置センサー装置は回転子の軸方向
位置に対して非常に迅速に応答する。なぜか々言うと、
パルス中継周波数は１０乃至１００ｋＨｚ、好ましくは
４０ｋＨｚで同時に存在するので、上記の好ましいパル
ス中継周波数の場合には、応答時間は約１０ミリ秒であ
る。この応答時間はパルス中継周波数および（または）
周期的に積算される個々の異なったパルス数を変化させ
ることによって、延長も、短縮もできる。応答時間は最
適な方法で調節してよい。

（２）回転子の軸方向における大きな変化は通常起こら
ないし、全位置センサー装置の上記の短い応答時間内に
回転子の慣性のみによって条件づけられないので、実際
値入力部２２で現われ、積算値と実質的に同じである実
際値の変化および制御回路７によって異なったパルスの
積算振幅の新しい値への電磁石１９ａ、Ｌ９ｂの調整は
突然起こり得す、自然の振動を引き起こす実際値の跳躍
は起こらない。

標本化・保持回路４０においては、回路４Ｏがスイッチ
Ｓ３を経由して積算装置３９により新しい積算値が供給
されるまで、積算装置３９の出力端で得られた積算値は
保持され、実際値として実際値入力部２２に渡される。

送出制御装置はスイッチＳ１．Ｓ２とＳ３を次のように
開閉して線４３を経由してパルス発生器または発振器２
７からクロック周波数を受ける。

（ａ）放射伝送要素２４ａ、２４ｂが接続され、放射受
理要素２９ａおよび（または）２９ｂが出力信号を出す
、即ち、一つの異なったパルスが減算装置３８の出力端
で出されているときは第一スイッチＳ１は常に閉じてい
る。しかしながら、連続して異なったパルスが現出する
間の合間にはスイッチＳ、は開く、これは、減算装置の
異なったパルスがパルス放射バリヤー８ａ、８ｂのパル
ス動作と同期的に積算装置３９に渡されることを意味す
る。このようにして、妨害放射の影響は低減される。

（ｂ）第一スイッチは、予め定めた異なったパルス後、
例えば四つの異なったパルス後に閉じるので、積算装置
３９によって周期的に受理される各積算値は標本化・保
持装置４０に渡され、制御装置で実際値として利用され
る。

（ｅ）スイッチＳ３を閉じて積算値を標本化・保持回路
４０に渡し、スイッチＳ８を再び開いた後で、第二スイ
ッチＳ２を閉じて積算装置中の古い積算値を取り消す。

（ｄ）第二スイッチＳ２と第三スイッチＳ３は第一スイ
ッチＳ１の開いた期間内においてのみ閉じるのが好まし
い。しかしながら、スイッチＳ２と３３をもっと長時開
閉じてもよいが、同時に閉じてはならず、スイッチＳ３
は常にスイッチＳ２の前に閉じねばならず、スイッチＳ
２はスイッチＳ３が開いた後にのみ閉じるので、ゼロ積
算値は標本化・保持回路４０に放出されない、よって。

偽の、および不規則変化した実際値を実際値入力部２２
は受けることがない。スイッチＳ２が閉じる限り、更に
積算は行なわれないので、スイッチＳ２の閉じ時間の延
長によって回転子の軸方向の位置変化に対する位置セン
サー装置の応答時間は延長される。スイッチＳ３が更に
長時開閉じたままであると、周期的振幅積算された異な
ったパルスの数は増加し、位置センサーの応答時間は延
長される。

スイッチｓ、、Ｓ２とＳ３は二つの条件、即ち開と閉の
条件を操作するのに用いるので、送出し制御装置４２と
してはデジタル制御装置が好ましい。

位置センサー作動回路９の一般原理は、位置センサー、
この場合には回転子の軸方向の位置を決定するのに用い
るパルス放射バリヤー８ａ、８ｂがパルスで作動され、
妨害は異なった位置センサー信号を形成することによっ
て除去され、異なったパルスは二乃至三の個々の異なっ
たパルスにわたって間欠的に積算され、積算装置にて積
算されるべき異なったパルスは位置センサーにおける放
射パルスの出現と同期的に送り出され、間欠的に決定さ
れる積算値は位置センサー作動回路９の出力端、即ち二
つの積算インターバル間のインターバル期に制御回路７
の実際値入力部２２で保持される。

位置センサー即ち制御回路の実際値に対する放射を妨害
する可能性は次の手段によって全体として除去される。

（１）狭帯放射伝送要素２４ａ、２４ｂと狭帯放射受理
要素２９ａ、２９ｂを一組にすることによって（例えば
狭帯赤外線伝送要素と赤外線受理要素とを一組にするこ
とによって、主放射伝送および受理は赤外線の場合には
約Ｉｎｍの波長でなされる）、 （２）一方のバンド上の放射受理要素２９ａ、２９ｂと
他のバンド上の減算装置３８間の低時定数をもつ容量結
合によって、即ち迅速に電圧を変化させる作動要素によ
って、 （３）減算装置３８によって、 （４）適当な送り出し制御によって減算装置３８からの
異なったパルスを積算装置に同期して受け渡すことによ
って、および （５）数個の個々の異なったパルスのみを周期的に積算
することによって、非常に短時間の妨害の可能性も除去
される。そのような短時間の妨害によって起こる部分は
単一の異なったパルスに関しては無視できないけれども
、数個の異なったパルスを振幅積算することによって減
少できる。

重複調整器３３の構成および操作法を次に述べる。

重複調整器３３は、外力の存在を検知する検知装置４４
、外力の作用間軸方向に安定化される中心位置から外れ
た回転子を軸方向に偏心的な安定化位置に動かす調整装
置４５、および安定化中心位置にて軸方向に位置してい
る回転子中の回転軸受のエネルギー必要量と回転子が偏
心的安定化位置に位置した時の回転軸受のエネルギー必
要量とを比較する比較装置４６を有する。

検知装置４４は、例えば電磁石１９ａ、１９ｂを流れる
電流を測定する電流計であってよい。第１図を参照して
、検知装置は出力増幅器３２の出力側またはライン４７
ａ、４７ｂを経由して電磁石１９ａ、１９ｂへ接続され
る。又は、検知装置は位置センサー装置、制御装置の残
りの部分及び電磁石装置を含む全制御ループを流れる電
流を測定する電流計であってよい、又は、軸配置または
一般にそれぞれの外力の方向を検知する加速センサーを
検知装置は含んでいてもよい。

検知装置４４は回転軸受のエネルギー必要量を定めるこ
とによって外力を検知し、回転子の軸方向に安定化中心
位置における回転子軸受のエネルギー必要量のみならず
回転子の偏心的軸方向安定化位置のエネルギー必要量を
決定し、その量を比較装置４６に供給するので、検知装
置４４は比較装置４６を経由して調整装置４５に接続さ
れる。

一方において、検知装置４４は回転子軸受のエネルギー
必要量を決定することなしに、例えば加速センサーによ
って直接外力を決定するならば、調整装置４５に直接接
続してよい。この場合に、もう一つの検知装置をそれぞ
れのエネルギー必要量またはこのエネルギー必要量に比
例する量を決めるために設けて、比較されるべき回転子
軸受のエネルギー要求値を比較装置４６に供給する。

後者の場合には、調整装置４５は検知装置４４の出力信
号および比較装置４６の出力信号に応答し、その信号を
出し、その出力端の電圧によって回転子の軸方向の希望
値を前置増幅器３ｏまたはサーボ増幅器３１に導くライ
ンに入れる制御装置である。希望値は直接または間接的
に修正され実際値を修正する量を加えるか、または入力
部２２で得られた実際値から差引かれる。第１図におい
て、検出装置４４は外力の存在を単に決定するのでなく
て回転子軸受のエネルギー必要量を決めるので調整装置
４５は比較装Ｍ４６の出力側にのみ接続されている。よ
って、エネルギー必要量の増加は比較装置により確立さ
れ、相当する出力信号が軸的に回転子を動かす調整装置
４５に対して出される。いづれの場合にても、回転子の
軸方向の移動は希望値修正の結果として電磁石１９ａ、
１９ｂを通って流れる電流の増減を生じる。

比較装置４６は、検知装置４４によって決められる全制
御ループおよび電磁石１９ａ、１９ｂのエネルギーおよ
び動力必要量を回転子の異なった軸位置において比較し
、この比較に基づいて回転子の軸方向位置を移動させる
調整装置に出力信号を放出する標本化・保持回路を有す
る。この目的のために、比較装置４６は以前のエネルギ
ーまたは動力必要量を蓄積する記憶装置を有するので、
新しいエネルギーまたは動力必要量と比較してもよい。

このようにして、回転子の軸方向位置は連続するエネル
ギーと動力必要量および軸方向回転子位置に対する希望
値の連続的修正によって、エネルギーまたは動力必要量
が最小値に達するまで漸次調整されてよい。

重畳調整器の目的は、外力の長期作用間に電磁石によっ
て安定化された自由度に沿って回転子位置の希望値を変
えることにあるので、回転子の磁気的位置安定化または
位置制御のエネルギー消費量は減少、好ましくは最小に
される。

従って、エネルギー消費量は約１００ないし１５０の係
数にて減少される。

第１図の装置を用いる一般法を次に要約する。

（ａ）外力の存在が検知される。

（ｂ）回転子が安定化中心位置から新しい安定化位置に
移動させられる。

（Ｃ）新しい安定化位置が回転子軸受に対してより低い
エネルギー必要量になったかどうか確立される。新しい
安定化位置が、磁気回転子軸受に電磁石に加えて設けら
れている永久磁石が検知された外力に対する反対力を生
ずるとエネルギー必要量が低くなる。

（ｄ）回転子の安定化位置は、減少、好ましくは最小エ
ネルギー必要量になるまで変化する。

上記（ｂ）において、安定化中心位置以外のいづれかの
方向に任意の方法において、限定工程幅を有する第一工
程において移動される回転子の代りに、外力の存在のみ
ならず電磁石によって安定化された自由度の方向におい
て方向（正または負）が検知装置によって確立されてい
る限り、エネルギー必要量の減少との意味において第一
工程において移動さ゛せてもよい。更に、検知装置が上
記自由度の方向に出現する外力の大きさを決めるならば
、回転子の安定化位置の漸次変化は省略されてよいし、
回転子は磁気回転子軸受の最少エネルギー必要量に相当
する新しい安定化位置に一工程にて移動させてよい。

回転子ｌの回転駆動装置について第１図の」二部と第５
図および第６図を参照して説明する。

回転駆動装置は、種々な方法、例えば渦流駆動装置とし
て、特に非同期電動機、同期電動機または電子的に整流
される電子モーターによって形成されてよい。非同期電
動機は回転子の駆動装置として好ましく、固定子５中に
環状駆動電磁石１０ａ、１０ｂ（第１図）又は１０（第
６図）。

かご形回転子（第１図）又はかご形回転子リング１０Ｃ
（第６図）および三相駆動電磁石１０ａ。

１０ｂまたは駆動電磁石１０（捲線は励磁コイルとして
作用する）を有する。これらの捲線は第１図では示され
てなく、第６図では１０５で示されており、ρ＝６０度
の相変位で星形結線で接続するのが好ましい。駆動磁石
１０ａ、１０ｂまたは工０の捲線に導く４９ｂと４９ｃ
に対する電位傾きは第１図の供給線（ライン）にて示し
である。

Ａは最大電圧振幅であり、ｆは交流電圧の周波数、ρは
供給線４９ａ、４９ｂ、４９Ｃ（７）三相の相変位を表
わす。

発振器５Ｏが操作電圧源として設けられており、これに
供給線４９ａ、４９ｂ、４９ｃが、ライン５１ａ、５１
ｂ、５１ｃ、および電力増幅器５２ａ、５２ｂ、５２ｃ
を経由して接続されており、この電力増幅器は発振器５
０によって供給される交流電圧を増幅し、その増幅レベ
ルは制御し得る。増幅度、即ち電力増幅器５２ａ、５２
ｂ、５２ｃの出力側で受ける交流電圧の出力振幅Ａは線
５３を経て増幅レベル制御入力側に供給される制御電圧
によって制御される０発振器５０の周波数は変化してよ
く、周波数制御入力部５５に供給される相当する制御電
圧を経由して調節される。

このようにして、駆動電磁石１０ａ、１０ｂまたは１０
の捲線に対する発振器の周波数ｆおよび出力電圧振幅Ａ
は変化される。

周波数および出力電圧振幅の変化は第一および第二特性
記憶装置５６と５７によって予め定められた、またはプ
ログラム化された方式にて発生する。記憶装置５６の出
力側は発振器の周波数制御入力部５５に接続されており
、記憶装置５７の出力側は、電力増幅器の増幅レベル制
御入力部５４ａ、５４ｂ、５４ｃに接続されている。第
二記憶装置５７の入力側は周波数・電圧変換器５８を経
て発振器５Ｏの出力側に接続している。このようにして
、振幅Ａは記憶装置５７に記号で示しである予め定めた
特性に従って発振器５０が発生する操作周波数ｆにより
変化する。

第一特性記憶装置５６に対する発振器５０の周波数ｆを
制御するために、制御信号を入力部５９に与える。血液
ポンプ即ち遠心血清ポンプ２の駆動装置の制御の場合に
おいては、この制御信号は圧力センサー１２によって生
成され、線６０を経て供給される。この圧力センサーは
制御信号として血液ポンプの吸引側または静脈側に圧力
を表わす出力電圧を生ずる。この出力電圧はフランク・
スターリング特性によって第一特性記憶装置５６により
発振器５Ｏのために相当する制御電圧に変換されるので
、人工心臓として作用する遠心ポンプ２はフランクとス
ターリングとによって特定された如き生理学的条件に相
応する。この目的のために、特性記憶装置５６は、その
出力側で制御電圧５５を入力端５９で予め定めた制御信
号に変換し、記憶装置５６は発振器５０の周波数制御入
力側にこの制御電圧５５を渡す。

第二特性記憶装置５７は、供給ライン４９ａ、４９ｂ、
４９ｃで得られた操作電圧を負荷および速度により周波
数および出力電圧振幅Ａを変化する特性を有するので、
非同期電動機により生じたトルク、即ちこの場合には回
転子で生じたトルクを非同期電動機即ち回転子の負荷の
モーメントと相関する。

第５図に示す特に好ましい例においては、非同期電動機
の電動機特性線工またはＢ上の回転子の負荷のそれぞれ
のモーメントは丁度停動トルクより下で失速速度より上
にある。第５図は出力電圧振幅ＡＩまたはＡ２と分配さ
れた周波数ｆ１．またはｆ２に適用する電動機特性線Ｉ
と■を示す。

電動機特性線は非同期電動機の速度Ｎ（例えば１分当り
の回転数）に依るトルクＭの経過を従来法にて表わして
いる。

電動機の作動特性線Ｂ上の点Ｐ、とＰ２は、正当な出力
電圧振幅ＡＩまたはＡ２と正当な周波数ｆ１とｆ２に対
する電動機特性線Ｉまたは■の失速速度Ｎ１またはＮ２
とより上で停動トルクＭ１またはＭ２より下にある。こ
れは非同期電動機の作動特性！ｌＢ上の全ての点に適用
される。

このようにして、遠：う血液ポンプ２の回転子ｌは最小
エネルギー消費で駆動され、同時に実際の血液ポンプ輸
送動力はフランク・スタリング特性に相当する、即ち人
間血液循環の生理学的条件に最適に合致する。この目的
のために設けられた特性記憶装置５６と５７は、それぞ
れの特性は非直線テあるがレジスタ網マトリックスは電
子記憶装置であってよい。

本発明の磁気回転子軸受は特に次の利点を有する。

（ａ）最低のエネルギー必要量で操作できる。

（ｂ）加速または遅れにもかかわらず装置の移動の代り
に移動する部品または装置例えばロケットに用い得るの
で、固定子がそのまま移動する場合にも制限なしに用い
得る。

（ｃ）Ｊ：記の（ａ）と（ｂ）に記載した利点のために
、特に作動間にエネルギー補充することなしで、即ち孤
立的操作で操作することを要する場合に広範囲に用い得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気回転子軸受、回転子駆動装置およ
び両向き流れ半径方向遠心血液ポンプの好ましい一例を
示す全体図である。この遠心血液ポンプの回転子を磁気
的に非接触方式にて取付けまたは駆動する永久磁石およ
び電磁石も同時に透視図で示されており、磁気回転子軸
受の制御回路および回転子の駆動回路も同時に示されて
いる。 第２図は第１図の血液ポンプの回転子の磁気軸受の磁石
装置の断面図であり、電動機は点線で示されてる。 第３図は第１図の磁気回転子軸受の制御回路に設けられ
た比例制御出力段階の好ましい一例である。 第４ａ図と第４ｂ図は第３図の出力回路に接続された電
磁石の捲線上で得られる時間に対する電圧または電流路
を示す曲線である。 第５図は回転子駆動装置として第１図に用いられた非同
期電動機の作動パラメーターに対する最適選択の例を示
す曲線である。 第６図は本発明の軸方向遠心血液ポンプの一例を示す。 ■＝回転子、２：遠心血液ポンプ、３：両向き流れ半径
方向遠心血液ポンプ、３ａ、３ｂ：血液流入路、４：血
液出口、５：固定子、６ａ、６ｂ：永久磁石ｅ電磁石装
置、７：制御回路、８ａ、８ｂ：パルス放射バリヤー、
９：位置センサー作動回路、１０ａ、１０ｂ＝駆動電磁
石、１１：動力制御装置、１２：圧力センサー、１６：
軸、１７ａ、１７ｂ：環状永久磁石、１８ａ、１８ｂ、
１８ｃ、１８ｄ：永久磁石、１９ａ、１９ｂ：電磁石、
２１：出力端、２２：実際値入力部、２３ａ、２３ｂ：
軸端、２４ａ、２４ｂ：放射伝送素子、２６：増幅器、
２７：発振器、２８ａ、２８ｂ：信号入力、２９ａ、２
９ｂ：放射受理要素、３Ｏ：前置＃Ｉ＃ｉ器、３１：サ
ーボ増幅器、３２：出力増幅器、３３：調整器、３４：
演算増幅器、３５：界磁コイル、３６：負入力部、３７
：正入力部、３８二減算装置、３９：積算装置、４ｏ：
標本化・保持゛回路、４１：復帰接続端、４２：送出１
！ｉＩ制御装置、４４：検知装置、４５：調整装置、４
６：比較装置、５ｏ：発振器、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ
：電力増幅器、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ：増幅レヘル制
御入カ部、５５：周波数制御入力部、５６．５７：特性
記憶装置、５８：変換器、５９：入力部、１ｏｏａＨ血
液入口、１００ｂ、血液出口、１０１　：間隙、１０２
．１０３：かい（パドル）、１０４：孔、　−１０５：
励磁捲線 ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ°４０ＦＩＧ、　４ｂ ＦｌＧ、５ Ｎ１　Ｎ２　Ｎ 手続補正書 昭和６０年　１月３０日 昭和５９年特許願第２５３８９２号 ２゜発明の名称 磁気回転子軸受 ３゜補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　ドイツ連邦共和国、ミュンヘン１９、ディー８０
００．　レオンロトシュトラーセ、５４名称　フラウン
ホーファ争ゲゼルシャフト・ツア・フェールデルング・
デアΦアンゲバンテン・フォーシュンク−イー−フイ ４゜代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １゜固定子内、特にハウジング内にて回転子を懸垂し、
   かつその位置を安定化する永久磁石や電磁石装置を有し
   、そして少なくとも一個の回転子用位置センサーまたは
   位置センサー操作回路に接続している回路装置を有する
   、回転子を非接触方式にて懸垂、特に軸方向または半径
   方向遠心血液ポンプの回転子を非接触方式にて懸垂する
   磁気回転子軸受であって、 （ａ）回転子は、単一方向調整自由度を除いては、回転
   子内に位置する少なくとも一個の永久磁石、および固定
   子内に位置する少なくとも一個の永久磁石よりなる永久
   磁石装置によって、固定子内に安定に、かつ非接触方式
   にて懸垂されること、 （ｂ）回転子の位置が、永久磁石装置によって安定化さ
   れていない方向自由調整度の範囲内においてのみ、固定
   子内に設けられている少なくとも一個の電磁石よりなる
   電磁石装置と、固定子内に位置し、かつ該電磁装置と協
   働する少なくとも一個の永久磁石よりなる永久磁石装置
   とによって安定化されること、 （ｅ）電磁石装置と協働する永久磁石装置が、回転子を
   懸垂するために設けられている永久磁石装置の中の少な
   くとも一個の永久磁石であり、そして、特に回転子内に
   位置している永久磁石装置の永久磁石よりなること、お
   よび （ｄ）回路装置が、外力の不存在下において回転子の位
   置を電磁石装置の最少エネルギー要求位置にて安定化す
   る制御回路であること、を特徴とする非接触方式にて回
   転子を懸垂する磁気回転子軸受。 ２、（ａ）回転子を懸垂すδ永久磁石装置が、回転子の
   軸に同心的に位置し且？回転子の軸方向に磁化されてい
   る固定環状永久磁石、そして環状永久磁石に対して軸方
   向に互い違いにされている一方、回転子の軸に同心的に
   位置して回転子の軸方向に磁化されている棒状永久磁石
   よりなり、固定子の環状永久磁石、および回転子の棒状
   永久磁石または環状永久磁石の同一の磁極（Ｓ　、　Ｎ
   ）が互いに対面していること、 （ｂ）電磁石装置が軸方向の電磁石であり、その内側に
   回転子の棒状または環状永久磁石が位置していること、
   および （ｃ）回路装置が、回転子の軸方向位置を決定する位置
   センサーまたはその位置センサー操作回路に、実際値入
   力によって接続されている制御回路であること、 を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の磁気回転子軸
   受。 ３゜制御回路が、電流比例制御を提供する出力増幅器を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の磁気回転子軸受。 ４゜制御回路が、位置センサーの実際値を変化させるこ
   とによって、実質的な外力による長期間の影響下におい
   て、直接的または間接的に当該制御回路の希望値を変化
   し、且つ磁気回転軸受のエネルギー消費を低減し、好ま
   しくは最少にする重畳調整器を有することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の磁気
   回転子軸受。 ５゜重畳調整器が、 （ａ）外力の存在を検知する検知装置、（ｂ）安定化中
   心位置から外れた回転子な偏心安定化位置に移動させる
   調整装置、および（ｃ）安定化中心位置における回転子
   軸受のエネルギー要求と偏心安定化位置におけるエネル
   ギー要求とを比較、または二つの異なった偏心安定化位
   置におけるエネルギー要求を比較する比較装置、 を含むことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の磁
   気回転子軸受。 ６゜検知装置が、電磁石装置を流れる電流を測定する電
   流計、または位置センサー、制御回路および電磁石装置
   よりなる制御ループを流れる全電流を測定する電流計で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の磁気
   回転子軸受。 ７゜調整装置が位置センサー希望値変化装置であること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の磁気回転子軸
   受。 ８゜比較装置が、電磁石装置または完全制御ループを流
   れる電流を測定する電流計、および電流の測定値を記憶
   し、比較する標本化・保持回路を含むことを特徴とする
   特許請求の範囲第５項記載の磁気回転子軸受。 ９゜位置センサーが、パルス制御放射伝送素子および放
   射受理素子を有し、かつ回転子軸によって作動される少
   なくとも一個のパルス制御放射バリヤーを含むことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかの
   項記載の磁気回転子軸受。 １０゜二個の位置センサーおよびそれと結合した位置セ
   ンサー操作回路が設けられており、そして。 （ａ）回転子軸の軸端と協働する二個のパルス放射バリ
   ヤー、 （ｂ）二個のパルス放射バリヤーの放射受理素子の出力
   信号を減算する減算装置、 （ｃ）減算装置の出力信号を積算する積算装置、 （ｄ）積算装置の出力側に接続されている標本化・保持
   回路、および （ｅ）減算装置の出力側と積算装置の入力側間に設けら
   れている第１スイツチ、積算装置をリセットする第２ス
   イツチおよび積算装置の出力側と試料および保持装置間
   に設けられている第３スイツチの開閉サイクルおよび開
   閉時間を制御する送り出し制御装置よりなり、該送り出
   し制御装置が放射伝送素子が伝送している時は第１スイ
   ツチは常に閉じ、減算装置からの予め定められた出力信
   号の積算後に第３スイツチは閉じそして第３スイツチが
   開いた時に第２スイツチが閉じるように三個のスイッチ
   の閉じる時間を制御するようにされていることを特徴と
   する特許請求の範囲第９項記載の磁気回転子軸受。 １１、パルス放射バリヤーが赤外線バリヤーまたは超音
   波バリヤーであることを特徴とする特許請求の範囲第９
   項または第１０項記載の磁気回転子軸受。 １２、非同期電動機が回転子の駆動源として設けられ、
   かつ操作電圧源としての発振器に接続されており、その
   周波数および出力電圧振幅は、非同期電動機によって与
   えられたトルクが該電動機の速度で負荷のモーメントと
   相関し、特に該電動機の電動機特性線上の回転子の負荷
   のそれぞれのモーメントが失速速度よりも僅かに上で、
   停動トルクよりも下にあるように負荷および速度によっ
   て変化することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第１０項のいずれかの項記載の磁気回転子軸受。 １３、回転子が血液ポンプ、特に遠心血液ポンプの搬送
   部材として配置される時に。 （ａ）血液ポンプの吸引側上に圧力センサー、（ｂ）圧
   力センサーに入力側で接続し、予め定めた入力量に対し
   て、特定の出力量を割り当て、かつ放出する特性記憶装
   置、および （ｃ）特性記憶装置の出力量に相当する実効血液ポンプ
   輸送力を制御する動力制御装置、好ましくは血液ポンプ
   を駆動する操作電圧源として非同期電動機に接続してい
   る発振器であり、その周波数および出方電圧は負荷およ
   び速度により変化するように作動する発振器、 よりなる動力制御装置が設けられていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第１２項のいずれかの項記
   載の磁気回転子軸受。 １４゜他の一個の特性記憶装置が、発振器の周波数によ
   り非同期電動機の操作電圧振幅を制御するのに設けられ
   てることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の磁
   気回転子軸受。