KR20020095450A - 조합형 자기 레이디얼 및 스러스트 베어링 - Google Patents

Abstract

회전자를 띄우도록 분극화되고, 고정자 자석의 외부로 축방향으로 오프셋된 회전자 자석(또는 상기 고정자 자석의 내부로 축방향으로 오프셋된 회전자 자석)이 배치되어 힘의 균형이 축방향 스러스트를 지지할 수 있도록 한다. 전압인가 가능한 코일은 조합체의 각각에 대하여 고정자 및 회전자 자석사이의 자속을 조정한다. 제 1 전기회로는 상기 회전자의 기준위치를 유지하기 위하여 코일에 대한 전기 에너지를 레귤레이팅하도록 제공된다. 적어도 하나이상의 코일에 전기 에너지의 피드백에 응답하는 제 2 전기회로는 약 0볼트 또는 암페어의 기준 전기 에너지와 비교하고 그 차이가 약 0이될때 까지 그 비교차를 적분하여 기준 위치를 조정함으로써 상기 코일에 공급되어야 할 전류가 거의 0로 감소되는 영역균형위치를 달성할 수 있다.

Description

조합형 자기 레이디얼 및 스러스트 베어링{Combination Magnetic Radial And Thrust Bearing}

본 발명은 일반적으로 자기 베어링에 관한 것으로, 예를 들면, 인간의 몸에 이식되어 심장을 도와주는 혈액 펌프(blood pump)의 회전자(roter)를 지지하는데 사용되는 것이다. 자기 베어링은 상기 회전자가 고정자(stator)에 상대 지지되기 때문에 혈액 펌프에 이상적으로 적합하고, 따라서 장애 없이 혈액의 흐름이 자유롭도록 하여 흐르지 않아 응고됨이 없이 충분히 넓은 통로를 통해서 혈액이 흐르도록 하여 각각의 혈액 세포가 쉬어(shear)로 인한 손상이 되지 않는다.

혈액펌프용 베어링뿐만 아니라 다른 펌프 및 모터는 반경방향으로(저널 베어링) 회전자를 지지할 뿐 아니라 축방향으로 회전자(스러스트 베어링)를 지지한다..신뢰할만한 상기 회전자의 축방향 제어는 혈액펌프에 있어서 특히 중요하며, 이는 너무 많은 축방향의 회전자의 운동은 혈관(blood pathway)을 좁여서 혈액의 흐름을 너무 방해하여 개개의 혈액 세포는 쉬어로 인해 손상이 될 수 있고, 상기 혈액은 응고될 수 있다. 게다가, 혈액펌프에서 높은 전력의 소모로 인하여 개개의 혈액세포가 손상되거나 파괴되기 때문에 전력소모가 낮은 것은 중요하고, 낮은 전력소모는 실시비용(operating cost)을 줄이는데 역시 바람직하다.

자기 베어링의 개발에 관련된 특허(여기서 인용되는 것을 포함하여)는 미국특허 5, 084, 643; 5, 133, 527; 5, 202, 824; 5, 666, 014; 5, 175, 457; 및 5, 521, 448을 포함하며 상기 특허들은 인용문헌으로써 통합된다.

혈액펌프용 레이디얼 및 축방향 자기 베어링의 예가 미국 특허 제 6, 201, 329호에 개시되었고 이는 본 발명의 수탁자와 계약되고 인용문헌으로써 통합된다. 이러한 출원은 혈액펌프를 개시하고, 영구적인 자기링은 회전자를 뜨도록 2개의 축방향으로 공간이 형성된 반경방향 간극의 각각의 대향측 인력내에서 제공되고, 능동적으로 제어된 자기 수단은 스러스트를 지지하도록 레이디얼의 간극을 교차하여 제공된다.

상기 혈액펌프 베어링은 잘 작동된다고 간주되는 반면에, 그럼에도 불구하고 보다 소형의 혈액펌프를 제공할 뿐만 아니라 제조비용을 낮추기 위하여 자기 베어링 배열을 단순화하는 것이 바람직하다고 간주된다. 상기 베어링의 실시비용을 낮추는것도 바람직하다고 간주된다.

브램(Bramm)등에 수여된 미국특허 4, 944, 748; 5, 078, 741; 및 5, 385,581는 상기 회전자의 각단에서 축방향으로 분극화된 실린터형의 영구 자석을 구비하는 자기적으로 지지되고 회전되는 회전자를 개시하였다. 축방향으로 분극화된 영구자석링은 고정자의 각단에 제공되고, 회전자가 뜨도록 각각 자기적으로 상호작용한다. 상기 고정자 자석링은 회전자 자석의 각각 축방향 외부로 상쇄된다. 전자석는 회전자자석에 제어력을 발휘하여 임펠러에 대하여 추가적인 정회전력이 없는한, 영점에서 임펠러를 유지하도록 한다. 전자석은 회전자의 피드-백을 수신하여 상기 영점을 유지한다('581특허의 컬럼 14의 마지막 문장을 참조). '581 특허의 도 4에 도시된 바와 같이, 회전자 자석의 하나의 극은 상기 회전자를 띄우는데 이용되고 상기 전자속은 다른 극과 상호작용하여 스러스트 베어링으로서 동작한다. 이것은 자석의 배열이 바람직한 반경방향및 앵귤러 강성(radial and angular stiffness)을 획득하여 적합하게 상기 회전자를 지지하고, 그 결과 상기 유동체의 특정 중력은 상기 회전자의 모양을 결정하여( '581 특허의 컬럼 26 및 27 걸친 문단 참조)상기 회전자는 유동체없이 부양되고 회전할 수 없다.

추가적인 정적인 축방향 힘은 상기 펌프의 임펠러에 적용될 때, 전기 회로에 의하여 추적되기 때문에 영점 또는 전술한 균형의 위치 대신에('581 특허의 컬럼 11 및 12에 걸친 문단 참조) 다른 균형의 위치가 이에 따라 유지된다. '581 특허의 컬럼 22 및 23에 걸친 문단에서 논의된 바와 같이, 추가적인 축방향 힘이 상기 임펠러에 가해지면, 이것은 신호에 의하여 탐지되고, 위치 센서에 의하여 다른 증폭기에 제공되고, 영점위치 부근에서 임펠러의 위치가 임의로 변동하는 것에 대조적으로 임펠러 위치에 있어서 안정된 작은 변동을 가져오는 직류소자를 구비한다. 그래서, 새로운 균형위치는 이러한 직류소자 신호에 대응하여 형성된다. 이러한 시스템은 회로가 외부의 축방향 힘 또는 단지 임펠러위치의 변화를 발생하는 불안정성을 구별하는 것이 힘든 경우이기 때문에 새로운 균형위치 컴플렉스(new equilibrium position complex)를 기초하는 피드백으로서 변위를 이용할 뿐만 아니라 신뢰성이 없다(에러가 잘 발생한다).

이에 따라, 본 발명의 목적은 회전자용 레이디얼 및 스러스트 베어링 단순화되고, 소형의 신뢰성이 있는 자석 어셈블리를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 자석 어셈블리를 위하여 낮은 전력소모를 제공하는 데 있다.

회전자용 레이디얼 및 스러스트 베어링에 단순화되고, 소형의 신뢰성 있는 자석 어셈블리를 제공하기 위하여, 본 발명에 따르면, 회전자 및 고정자 각각에 배치되고, 상기 회전자를 띄우기 위해 분극된, 하나이상의 영구자석을 포함하는 제 1 및 제 2 축방향 이격 조합체가 제공되고, 상기 조합체에는 전압인가 가능한 고정자 및 회전자 자석 사이에서의 자속 조절용 코일을 더 제공하며, 상기 회전자 자석은 각각 고정자 자석의 양쪽 내부 또는 양쪽 외부로 축방향으로 오프셋된다.

이러한 자석 어셈블리를 위해 낮은 전력소모를 제공하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 코일에 대한 전기 에너지의 피드-백에 응답하는 전기회로는, 기준 전기 에너지와 비교하여 상기 회전자의 기준 위치를 조정하도록 신호를 제공하기 위하여 그 비교차이를 적분함으로써, 영력평형위치(zeroforce balance position)를 달성하되, 코일에 대한 전류는 거의 0으로 감쇠된다.

동일한 참조번호가 몇몇의 도면의 동일 또는 유사한 부분을 표시하는 첨부하는 도면과 함께 결합된 것을 읽을 때, 본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 및 장점은 후술하는 바람직한 실시예의 상세한 설명에서 분명하다.

도 1은 본 발명을 구현하는 펌프를 나타내는 개략 단면도;

도 2는 도 1의 2-2선을 따라 취한 단면도;

도 3은 펌프의 부분 상세도;

도 4는 펌프 제어회로의 개략도.

도 1내지 도 3을 참조하면, 10은 통상적으로 펌프를 나타내며 이는 순환 시스템을 통하여 혈액을 공급하는데 있어서 심장을 도와주기 위하여 인체에 이식될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 펌프는 다른 용도로도 쓰일수 있음을 이해되어야 한다. 유사하게, 여기서 논의되는 베어링은 회전가능한 샤프트를 구비하는 다른 기계류에 적용될 수 있다. 펌프(10)은 하우징(12) 및 상기 하우징(12)내에 회전가능하게 수신되는 회전자(14)를 구비한다. 상기 하우징 및 회전자가 용이하게 표시하기 위하여 하나의 단면으로 간략하게 표시되어 있지만, 그들 각각은 실제로 어셈블리를 허용하고 여기에 장착되는 논의된 다양한 구성소자를 허용하도록 함께 적합하게 결합된 부분으로 구성되며, 펌프의 구성소자 및 어셈블리의 장착은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술로 일반적으로 알려진 원칙을 이용하여 이루어진다. 혈액 또는 다른 유동체에 접촉하는 재료는 혈액/유동체에 생물학적 적합성을 가진 재료이거나 생물학적 적합성을 가진 재료, 예를 들면, 티타늄 같은 물질로 적합하게 도금된다.

하우징(12)은 16으로 표시된 바와 같이 중앙부가 개방된 형태로 처리되고, 18로 표시된 바와 같이, 펌프로 혈액 또는 다른 유동체를 수용하도록 한정하는 입구를 가진다. 상기 혈액은 20에서 표시된, 임펠러실(impeller chamber)로 흐르고, 이것은 임펠러(22)가 속하게 된다. 상기 혈액은, 24에 표시된, 상기 임펠러실(22)로부터 출구, 26으로 표시된, 를 거쳐 방출되고, 종래기술에서 알려진 바와 같이, 26에 표시된 바와 같이, 하우징(12)로부터 접선방향으로 연장된다..

임펠러(22)는 회전자(14)상의 34로 표시된 적합한 회전자상의 자기 어셈블리, 및 상기 하우징(12)내에 적합한 고정장 코일 어셈블리(36)을 포함하는 적합한 모터(32)에 의하여 펌프를 통해 상기 혈액을 밀어내기 위하여 회전가능하게 구동된다. 상기 모터 어셈블리(32)는 어떠한 종래의 구조를 가질 수 있고, 예를 들면, 상기 회전자의 회전에 효과적으로 적합한 브러쉬리스 다이렉트 커런트(brushless direct current)이다. 상기 회전자가 고정자 또는 하우징내에 수용되는 것처럼 보이는 반면에, 상기 회전자는 바람직하게는 도우넛 형상을 할 수 있고, 미국 특허 6, 201, 329에서 전술한 바와 같이 수용된 고정자 근방에서 회전한다. 상기 회전자(14)는, 논의된 바와 같이, 38에 표시된 회전축 주위로 회전하도록 자기적으로 지지된다.

상기 회전자상의 레디얼 및 스러스트 로드(load)는 한 쌍의 축방향으로 간격을 둔 조합체(40)(예를 들면, 40a, 40b)에 의하여 지지된다. 하나의 조합체(40a)는 회전자의 일단축에 위치하고, 다른 조합체(40b)는 회전자의 대향축단에 위치한다. 각각의 조합체(40)는 상기 회전자(14)의 레이디얼의 외면에 원주의 홈(46)에 수용되는 한쌍의 축방향으로 나란히 분극된 영구 자석링(42, 44)을 포함한다. 상기 회전자 자석링(42, 44)는 화살표(54)에 의해 표시되는 바와 같이 ( 각각은 각각의 자석이 북극으로부터 남극으로 분극화를 나타낸다) 대향방향으로 분극화되고, 예를 들면, 여기서 남극은 도면에서 서로 마주보는 것으로 도시된다. 유사하게 축방향으로 나란히 분극화된 자석링 (48, 50)은 상기 하우징(12)의 레이디얼의 내면에서 원주의 홈(52)에서 수용된다. 상기 고정자 자석링(48, 50)도 역시 대향방향으로 분극화되고, 예를 들면, 여기서 남극은 도면에서 서로 마주보는 것으로 도시된다. 각각의 조합체(40)는 각쌍의 자석링(48, 50)의 반경방향 외측으로 수납된 전압인가 가능한 코일(54)[예를 들면, 조합체(40a, 40b) 각각을 위한 코일(54a, 54b)]을 포함하며, 각 코일(54)은, 이하에 상세히 설명되는 바와 같이, 각쌍의 자석링(48, 50)에 대한 토로이드(toroid)로 감겨져[즉, 각 코일(54)에 의해 규정된 토로이드 내에 자석링(48, 50)이 배치됨] 회전자 및 고정자 자석링(42, 44, 48, 50)의 자속과 상호작용하는 자속을 제공한다.

혈액은 모터와 축방향 자기 베어링 코일(36, 54) 각각을 워시플로우(wash flow)하여 냉각시키기 위해 회전자(14)와 하우징(12)사이의 공간 또는 간극으로 흐르고, 중앙 회전자 통로를 경유해 되돌아 온다. 보다 분명하게는, 이러한 간극(30)은 바람직하지 않게 혈액을 응고시키는 장애가 없고, 상기 간극의 두께는 약 0.020 인치 이상으로 충분히 넓어서 개개의 혈액세포는 쉬어로 인하여 손상되지 않는다.

상기 회전자 자석(42, 44)은, 예를 들면, 극이 척력작용내에서 간극(30)을 서로 교차하여 대하는 것처럼, 상기 고정자 자석(48, 50) 각각과 척력이 작용하도록 정렬된다. 반대 또는 척력내에서 이러한 분극화는 상기 회전자(14)를 띄우는 반경방향의 힘을 생성한다. 반경방향으로 안정성을 획득하기 위하여 축방향으로 간격을 둔 이러한 자석의 조합체(40a, 40b)의 양쪽을 구비하는 것이 필요하다.

허용가능한 각 및 축방향 안정성을 획득하기 위하여, 상기 회전자 자석(42, 44)는 각각 55a 및 55b로 표시된 반대 방향( 각각 축방향으로 외부로)으로 축방향 힘을 생성하는 회전자 자석(48, 50)으로부터 축방향 외부로 상쇄된다. 축방향힘(55a, 55b)에서 반대는 영력평형이 획득가능하다. 코일에서의 전류방향 및 크기는 그들의 자속을 변경하고, 상기 코일 자속 및 상기고정자와 회전자 자석사이의 자속의 상호작용으로 인하여, 차례로 상기 회전자(14)의 영력 평형위치에서 안정성을 획득하도록 축방향힘(55a, 55b)을 변경할 것이다. 전류의 동일한 크기를 분배하는 상기 코일(54a, 54b)는 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다; 그러나, 하나의 코일(54a)의 선속은 도 4에 따라 설명한 바와 같이, 마치 하나의 코일에서 전류의 방향에 의하여 다른 코일에서 전류의 방향이 반대되는 것처럼, 다른 코일 (54a)의 선속보다 180도 위상이 달라야한다.

회전자(14) 및 하우징(12)는 바람직하게 비자성체로 구성되며, 예를 들면, 알루미늄, 티타늄, 비자성 스테인레스 스틸, 및 세라믹 등이다. 상기 회전자 또는 상기 하우징중 어느 하나가 자성체로 만들어진다면, 비자성체의 스페이서 조각(spacer piece)는 상기 자석주위에 제공되고, 이로부터 먼거리, 예를 들면, 1/4인치 이상, 상기 상기 회전자 또는 하우징의 자성체는 자속을 간섭하지 않도록 한다. 펌프가 혈액펌프로서 작용한다면, 어떤 물질이 이용되던지간에, 물론, 펌프되는 혈액과 생물학적으로 적합하여야 한다. 기계적 정지(도시되지 않음)는 베어링이 고장난 경우에 회전자가 손상되지 않도록, 예를 들면, 약 0.005인치의 회전자의이동한계를 바람직하게 제공할 수있다.

상기 자석 조합체(40)를 개발함에 있어 발생한 문제중 하나는 영력평형을 유지하기 위하여 축방향힘(55)를 조절하는 동안 필요한 반경방향의 강성을 유지하는 것이 힘들다는 것이다. 상기 코일(54) 주위 및 상기 고정자 자석(48, 50)의 측면 주위자성체의 위치에 의하여 및 상기 코일을 둘러싸는 자성체 및 상기 고정자 자석(48, 50)사이의 공기 간극을 제공에 의하여, 자속은 적합하게 상기 고정자 및 회전자 자석으로부터 분로를 만들어서 반경방향의 강성에 최소한의 효과를 발생하는 동안에 실제적으로 축방향의 힘을 조정할 수 있다. 그래서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 한 쌍의 자성체링(56)은 상기 자석 링(48, 50) 각각의 외측에 연결하여 접촉하도록 배치되고, 일반적으로 자성체의 U 형상의 채널링(58)(channel ring)은 배치되어 코일(54) 각각을 수신하도록 되고, 자성체의 캡링(60)(cap ring)은 타이트하게 각각의 링에 고정되어(예를 들면, 용접될 수도 있다), 상기 각각의 코일(54)를 둘러싸고, 62로 표시된 공극은 각각의 조합체(40)를 위하여 자성체(58) 및 고정자 자석(48, 50)사이에 제공된다. 상기 링(56, 58, 및 60)을 위한 상기 자성체는, 예를 들면, 카펜터-BFM 물질일 수 있고 이는 용이하게 기계가능하다. "공극"이란 공기 또는 비자성체로 채워진 공간을 의미한다. 예를 들면, 도 3에서 도시된 에어 간극은 스페이서 또는 필터 스트립(filter strip) 또는 플라스틱 물질로 만들어진 쉼 스택(shim stack)(64)로 이루어진다.

다음 예는 예시하기 위한 것이며, 제한을 목적으로 한것은 아니다. 예를 들면, 자석링 (42, 44, 48 및 50) 각각은 그레이드(grade)(35) 네오디디움-철-보론자석일 수 있고, 이 자석은 단면이 약 0.1인치 제곱이고(아니면, 바람직한 반경방향의 강성을 위하여 적당한 크기가 된다), 상기 링(56, 58, 및 60)은 약 0.03인치의 두께를 각각 가진다. 상기 회전자 자석(42, 44)는 축방향으로 거리, 66으로 도시된, 예를 들면, 상기 고정자 자석(48, 50) 각각으로부터 약 0.03인치를 상쇄한다. 상기 공극(62)의 폭이 너무 크면, 축방향힘에 있어서 바람직한 변화를 얻기 위해서 너무 많은 암페어턴(ampere-turn)이 요구되고, 상기 간극이 너무 좁으면, 상기 고정자 및 회전자사이로부터 너무 많은 선속이 비껴져서(shunted away) 방사성의 강성이 너무 줄어든다. 그러므로, 예를 들면, 0.01 인치의 간극 두께는 극단사이에서 좋은 타협점이란 결론에 이른다. 상기 조합체에 있어서, 상기 코일전류는 변할 수 있어서 반경방향의 힘의 많은 변경없이 효과적으로 안정적인 조절을 위하여 축방향힘을 변경한다. 예를 들면, 코일(54)에 공급되는 전류 없이, 상기 축방향 및 반경방향의 힘의 측정값은 각각 706 및 601 뉴턴-미터이고, 3 암페어의 전류가 코일(54)로 공급될 때, 축방향힘측정값은 764 뉴턴-미터로 증가하고, 반면 반경방향의 힘은 바람직하게 597뉴턴-미터를 유지한다.

도 4를 참조하면서, 베어링(40)용 제어시스템은 70으로 통상 도시된다. 72로 도시된, 논의된 바와 같이 신호(78)을 제공하기 위하여 적분기(76)로부터 신호(74)에 의하여 수정됨으로써, 기준 신호위치는 상기 회전자(14)의 런닝 위치(running position)(제어위치)를 기초한다. 적당한 센서(80)은 회전자 축위치를 측정하도록 제공되고, 증폭기(84)에 의하여 적절하게 증폭된 신호를 제공하고, 증폭된 신호(86)은 컴퍼레이터(87)에서 조정된 위치 참조신호(78)과 비교된다. 그 결과 합성된 신호(88)은 종래기술에서 잘 알려진 PID(proportional - integral - differential)제어장치(90)로 송신되고 이는 참조에 의하여 통합된 미국특허 5, 202, 824 및 5, 084, 643에 설명되고 표시되었다. 상기 신호(88)의 진폭에 의하여 지정된 회전자취치의 피드-백에 기초하여, 상기 PID제어장치(90)은 회전자 축방향위치에러를 교정하기 위한 라인(92)를 따라 신호(전압)을 출력한다. 상기 출력전압(92)는 증폭기(96)에 유도되고, 상기 증폭기(96)은 라인(98a, 98b)을 통해 스러스트 코일(54a, 54b)로 유도되도록 전류를 생산하고, 상기 코일(54a, 54b)는 감겨져서 하나의 라인(98a)를 통하는 전류의 방향이 다른 라인(98b)를 통하는 전류의 방향과 반대가 되며(각각 94a, 94b로 점으로 표시된다), 회전자(14)의 안정성을 유지하고 코일 (54a, 54b)를 각각에 푸쉬-풀(push-pull) 제어를 제공하기 위하여 하나의 코일의 선속은 상기 회전자다른 코일의 선속과 180도 위상차가 난다.

회전자(14)의 외부력은 런닝 또는 제어 위치로 부터 축방향으로 멀어지게 이동하기 시작하도록 한다. 우리가 신호(74)로 인하여 상기 변경을 무시하여 상기 신호(78)이 신호(72)와 동일하면, 상기 런닝 또는 제어 위치는 소정의 위치 기준 신호(72)에 의하여 한정되고 축방향힘이 작용하지 않을 때 영구 자석(42, 44, 48 및 50)에 의하여 한정된 자석 영점위치일 수 있다. 회전자 위치의 변화는 센서(80)에 의하여 탐지되며, 상기 수정되지 않은 위치 기준 신호(72)는 컴퍼레이터(87)에 의하여 센서 증폭된 신호(86)와 결합하여 회전자가 런닝 또는 제어 위치로 돌아오도록 상기 코일(54) 및 영구자석사이에 적당한 상호작용을 수행하도록 라인(92)를 따라 신호를 대응하여 출력하는 PID 제어장치(90)에 다른 신호(88)(에러 신호)를 제공한다. 상기 신호(72)가 수정되지 않는다면, 상기 시스템(70)은 회전자의 축방향 위치를 제어하기 위한 종래의 시스템이다.

외부력이 순간이상일 때, 에너지는 계속하여 반발하는 전기 에너지를 공급하는데 있어 바람직하지 않게 소비되어 소정의 런닝 또는 제어위치를 유지한다(위치 기준 신호(72)에 의하여 설정됨에 따라). 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 새로운 런닝 또는 제어 위치(수정된 위치 기준)는 코일(54)에 대한 전류(98)이 증가함에 대응하여 설정되고, 이러한 수정된 런닝 또는 제어 위치는 축방향힘의 균형 위치이고(순간이라 하더라도), 회전자에 작용하는 축방향힘은 자석에 의하여 공급되는 축방향힘에 의하여 평형이 된다. 이러한 축방향힘평형의 위치는 여기서 "영력균형위치"로서 언급된다. 다시 말해, 코일에 대한 전류는, 예를 들면, 영력평형 또는 균형위치상 축방향 힘이 작용하지 않는 회전자 축방향 위치에서 0으로 줄어들 수 있다. 그 결과, 이러한 수정된 런닝 또는 제어 위치를 유지하는데 필요되는 전류량은 거의 0이다. 그래서 전류 변환기(104)는 상기 코일(54a, 54b)에 흐르는 전류의 대표인 라인(102)에 대한 전압을 출력한다. 0 볼트(또는 다른 적당한 작은 전압)의 힘 기준 신호(force reference signal)(100)는 컴퍼레이터(103)에서 전류 변환기(104)로부터의 라인(102)에서 전압과 결합한다. 그 결과로 발생한 차이(또는 에러)전압(difference voltage)는 적분기(76)에 라인(106)상으로 출력되고, 이는 컴퍼레이터(75)에서 위치기준 전압과 통합 및 비교되어 수정된 위치 기준 전압 또는 신호(78)를 제공한다. 이러한 적분은 라인(106)에서의 전압이 0으로 될 때까지 계속되고, 이는 새로운 힘평형 또는 균형위치가 획득되어 PID 제어장치(90)에 의하여 코일(54)에 공급된 전류는 필수적으로 이러한 세로운 영력 평형 위치에서 0을 의미한다. 이러한 수정된 위치기준 신호(78)은 컴퍼레이터(87)에서 회전자 위치 신호(86) 및 PID 제어장치(90)에 대한 신호(88)로서 공급되는 차이와 비교된다.

라인(100, 102)에서의 신호는 전압으로서 상술한 반면에, 신호(100, 102)뿐만 아니라 신호(74)역시 다른 전기 에너지 측정수단, 예를 들면, 암페어가 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 전압신호의 사용은 전압신호가 보다 용이하게 작용하기 때문에 선호된다. 여기 및 청구항에서 이용되는 바와 같이, "전기 에너지" 란 용어는 암페어 및 볼트 뿐만아니라 다른 적당한 전기 에너지 측정을 포함하는 것으로 정의된다.

본 발명에 따라 축방향 및 반경방향의 로드를 지지하기 위한 동일한 자석의 사용은 펌프를 더욱더 소형화시키도록 하고, 상기 회전자 및 고정자 자석사이의 자속은 축방향 안정성을 유지하면서 회전자를 지지하도록 양호한 레디얼 및 앵귤러 강성을 달성하기 위해 논의된 바와 같이 코일을 이용하여 조정될 수 있다. 그리고, 상기 축방향 위치 기준는 영력 균형을 획득하도록 전기 에너지 피드-백에 기초하여 연속적으로 재설정되고, 전류(에너지)의 최소는 혈액이 열로 인하여 손상되는것을 방지할 뿐 만아니라 보다 경제적인 작동을 제공하도록 상기 베어링은 안정화하는데 이용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예가 설명되는 반면에 본 발명은 이러한 원칙에서 떨어지지 않고 다르게 구체화될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들면, 상기 회전자 및 대응하는 고정자 자석은 인력에서 분극화되거나 상기 회전자 자석은 고정자 자석내에서 상쇄될 수 있는 것이 구현된다. 또 다른 예는 상기 자석 각각은 반경방향으로 분극화된다. 또 다른 실시예는 다수의 회전자 및 고정자 자석이 각각 베어링 조합체에 제공될 수 있고, 예를 들면, 각각 베어링 조합용 1 회전자 및 1 고정자 자석일 수 있다. 이러한 다른 실시예는 첨부되는 청구항에 의하여 한정되는 본 발명의 범위내에 속하는 것을 의미한다.

Claims (11)

1. 회전자(14); 상기 회전자를 회전시키기 위한 고정자(36); 상기 회전자 및 상기 고정자의 각각상에 배치되고 상기 회전자를 띄우도록 분극화된 하나이상의 영구자석(42, 44 및 48, 50)을 각각 포함하고, 상기 각각의 회전자 및 고정자 자석들( 42, 44 및 48, 50)사이의 자속을 조정하기 위한, 전압인가 가능한 코일(54a, 54b)을 더 포함하는 제 1 및 제 2의 축방향 이격 조합체(40a, 40b); 및 상기 회전자를 축방향으로 안정화하기 위한 상기 코일에 대한 전기 에너지를 레귤레이팅하기 위한 전기회로(70)를 포함하고: 상기 회전자 자석(42, 44)은 상기 고정자자석(48, 50) 각각의 축방향의 반대방향으로 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 포함하는 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전기 회로는 상기 회전자의 축방향 기준 위치(72)를 유지하기 위해 상기 코일(54a, 54b)에 대한 전기 에너지를 레귤레이팅하기위한 제 1회로(86, 92) 및 상기 축방향 기준 위치를 수정하기 위하여 하나이상의 상기 코일에 대한 전기 에너지의 피드-백에 응답하는 제 2회로(102, 72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 회전자 자석(42, 44)은 각각 상기 고정자(48, 50)의 외부로 축방향으로 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 회전자 자석(42, 44)은 상기 고정자자석(48, 50)을 각각 반발하도록 자화되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 자석(42, 44, 48, 50)이 축방향으로 분극화된 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 조합체는 각각 축방향으로 반대방향으로 분극화된 두 개의 상기 회전자 자석(42, 44) 및 반대방향으로 축방향 분극화된 두 개의 상기 고정자 자석(48, 50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 코일(54a, 54b)는 상기 고정자(36)상에 위치하고, 상기 장치는 상기 코일을 둘러싸는 자성체(58, 60), 상기 자성체 및 상기 각각의 고정자 자석사이의 공극(62), 및 상기 고정자자석을 따라 배치된 자성체(56)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 회전자(14); 상기 회전자를 회전시키기 위한 고정자(36); 상기 회전자 및 상기 고정자 각각에 배치되고 상기 회전자를 띄우도록 분극화된 하나이상의 영구자석(42, 44 및 48, 50)을 각각 포함하고, 상기 각각의 회전자 및 고정자 자석 (42, 44 및 48, 50)사이의 자속을 조정하기 위한, 전압인가 가능한 코일(54a, 54b)을 더 포함하는 제 1 및 제 2의 축방향 이격 조합체(40a, 40b); 상기 회전자의 기준 위치를 유지하기 위해 상기 코일에 대한 전기 에너지를 레귤레이팅하기 위한 제 1 전기회로(86, 92); 및 상기 기준 위치를 수정하기 위해 상기 코일중 적어도 어느 하나에 대한 전기 에너지의 피드백에 응답하는 제 2 전기회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 코일(54a, 54b)은 상기 고정자(36)상에 위치하고, 상기 장치는 상기 코일을 둘러싸는 자성체(58, 60), 상기 자성체 및 상기 각각의 고정자 자석 사이의 공극(62), 및 상기 고정자자석을 따라 배치된 자성체(56)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 회전자(14)를 지지하는 방법으로서, 회전자(14) 및 고정자(36)의 각각에 배치되고 상기 회전자를 띄우도록 분극화된 하나이상의 영구자석(42, 44 및 48, 50)을 각각 포함하고 제 1 및 제 2 축방향 이격 조합체(40a, 40b)를 제공하는 단계, 상기 조합체의 각각에 전압인가 가능한 코일(54a, 54b)을 제공하는 단계, 및 상기 회전자의 기준 위치를 유지하기 위해 코일에 대한 전기 에너지를 레귤레이팅하는 단계, 및 하나이상의 코일에 대하여 전기 에너지의 피드백에 응답하여 상기 기준 위치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 기준 위치를 수정하는 단계는 하나이상의 코일에 대한 전기 에너지와 기준 전기 에너지(72)를 비교하는 단계 및 그 차이값이 약 0이 될 때까지 상기 차이를 적분하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.