專利名稱:離心式泵裝置的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種離心式泵裝置,尤其涉及包括利用旋轉時的離心力輸送液體的葉輪的離心式泵裝置。
背景技術:
近年來,以利用磁耦合將外部電動機的驅動轉矩傳遞至血液室內的葉輪的離心式血液泵裝置作為人工心肺裝置的血液循環裝置的案例正在增加。利用這種離心式血液泵裝置,能排除外部與血液室的物理連通,從而能防止細菌等進入血液。專利文獻1 (特開2004-209240號公報(日本專利特開2004-209240號公報))的離心式血液泵包括具有由第一隔板和第二隔板分隔而成的第一室 第三室的外殼;在第二室(血液室)內被設置成能旋轉的葉輪;設于葉輪的一個面的磁性體;與葉輪的一個面相對向地設于第一室內的電磁鐵;設于葉輪的另一個面的永磁鐵;設于第三室內的轉子及電動機;以及與葉輪的另一個面相對向地設于轉子的永磁鐵。在第二隔板的與葉輪的另一個面相對向的表面形成有動壓槽。在由電磁鐵作用于葉輪的一個面的吸引力、由轉子的永磁鐵作用于葉輪的另一個面的吸引力以及動壓槽的動壓軸承效應的作用下,葉輪離開第二室的內壁,并以非接觸的狀態旋轉。此外,專利文獻2 (特開2006-167173號公報(日本專利特開2006-167173號公報))的離心式血液泵包括外殼,該外殼具有由第一隔板和第二隔板分隔而成的第一室 第三室;葉輪,該葉輪在第二室(血液室)內被設置成能旋轉;磁性體,該磁性體設于葉輪的一個面;第一永磁鐵,該第一永磁鐵與葉輪的一個面相對向地設于第一室內;第二永磁鐵,該第二永磁鐵設于葉輪的另一個面;轉子及電動機,該轉子及電動機設于第三室內;以及第三永磁鐵,該第三永磁鐵與葉輪的另一個面相對向地設于轉子。在第一隔板的與葉輪的一個面相對向的表面形成有第一動壓軸,在第二隔板的與葉輪的另一個面相對向的表面形成有第二動壓槽。在由第一永磁鐵作用于葉輪的一個面的吸引力、由轉子的第三永磁鐵作用于葉輪的另一個面的吸引力以及第一動壓槽和第二動壓槽的動壓軸承效應的作用下, 葉輪離開第二室的內壁,并以非接觸的狀態旋轉。此外,專利文獻3 (特開平4-91396號公報(日本專利特開平4-91396號公報))的圖8和圖9的渦輪型泵包括外殼;葉輪,該葉輪在外殼內被設置成能旋轉;第一永磁鐵,該第一永磁鐵設于葉輪的一個面;轉子,該轉子設于外殼的外部;第二永磁鐵,該第二永磁鐵與葉輪的一個面相對向地設于轉子;第三永磁鐵,該第三永磁鐵設于葉輪的另一個面;以及磁性體,該磁性體與葉輪的另一個面相對向地設于外殼。此外,在葉輪的一個面形成有第一動壓槽,在葉輪的另一個面形成有第二動壓槽。在由轉子的第二永磁鐵作用于葉輪的一個面的吸引力、由外殼的磁性體作用于葉輪的另一個面的吸引力以及第一動壓槽和第二動壓槽的動壓軸承效應的作用下,葉輪離開外殼的內壁,并以非接觸狀態旋轉。此外,專利文獻4 (実開平6-53790號公報(日本專利實開平6-53790號公報))的清潔泵(clean pump)包括外殼;葉輪,該葉輪在外殼內被設置成能旋轉;第一永磁鐵,該第一永磁鐵設于葉輪的一個面;轉子,該轉子設于外殼的外部;第二永磁鐵,該第二永磁鐵與葉輪的一個面相對向地設于轉子;磁性體,該磁性體設于葉輪的另一個面;以及電磁鐵, 該電磁鐵與葉輪的另一個面相對向地設于外殼外。此外,在葉輪的一個面形成有動壓槽。在葉輪的轉速比規定轉速低時,使電磁鐵工作,在葉輪的轉速超過規定轉速時,停止對電磁鐵的通電。在由轉子的第二永磁鐵作用于葉輪的一個面的吸引力和動壓槽的動壓軸承效應的作用下,葉輪離開外殼的內壁,并以非接觸狀態旋轉。專利文獻1 日本專利特開2004-209240號公報專利文獻2 日本專利特開2006-167173號公報專利文獻3 日本專利特開平4-91396號公報專利文獻4 日本專利實開平6-53790號公報
發明內容
發明所要解決的技術問題在上述專利文獻1 4的泵中,在以下這點上是相同的通過形成于葉輪與外殼的相對部的動壓槽來進行葉輪的軸向方向的支承,并利用設于葉輪的永磁鐵和設于外殼外的永磁鐵的吸引力來進行葉輪的徑向方向的支承。動壓槽的支承剛性與葉輪的轉速成比例。因此,在對泵施加有擾動的狀態下,為了使葉輪不與外殼接觸而穩定地旋轉,需要提高泵的常用轉速范圍,以便提高葉輪的軸向方向的剛性。然而,在上述專利文獻1 4的泵中,由于利用永磁鐵的吸引力來對徑向方向予以支承,因此,存在支承剛性低并無法使葉輪高速旋轉這樣的問題。作為提高該徑向方向的剛性的方法,有加強葉輪內的永磁鐵與配置于外殼外部的永磁鐵或定子之間的吸引力的方法。但是,若加強該吸引力,則朝葉輪的軸向方向的負值的剛性值增大(即,若使葉輪朝軸向方向移動,則其移動便使得該吸引力增大),因而存在動壓對葉輪的支承性能和作用于葉輪與外殼之間的吸引力增大,而使葉輪很難進行順暢的旋轉驅動這樣的問題。尤其是,如專利文獻2的圖39所示,當使葉輪在外部的電動機線圈與配置于葉輪的永磁鐵的磁力相互作用下旋轉時,由于與如專利文獻2的圖3所示的使葉輪通過永磁鐵之間的磁耦合來驅動而旋轉的情形相比,啟動轉矩較小,因此,葉輪很難進行順暢的旋轉驅動。對此,在專利文獻2中,也提出了如下方法設置用于朝規定方向對葉輪施力的電磁鐵和用于使永磁鐵的磁力變化的磁力調整用線圈,并在葉輪的旋轉啟動時使它們工作, 由此使葉輪的啟動順暢。然而,在這種處理方法中,由于需要電磁鐵和線圈等新的專用構件,因此,存在泵尺寸增大、因構成部件增加而使可靠性降低這樣的問題。這些問題對于在人工心臟等中使用的血液泵而言是重要的問題。此外,由于動壓軸承無法主動地進行葉輪的位置控制,因此,也存在因葉輪的轉速和泵流體的粘度而使葉輪的位置變化的可能性。若為了測量泵的位置而增加新的傳感器,則構成部件增加而使可靠性降低。這些問題對于在人工心臟等中使用的血液泵而言是重要的問題。因此,本發明的主要目的在于提供一種能使葉輪高速旋轉,并使葉輪順暢地啟動并旋轉的小型離心式泵裝置。
解決技術問題所采用的技術方案本發明的離心式泵裝置,包括外殼,該外殼具有由隔板分隔而成的第一室及第二室;葉輪,該葉輪在第一室內被設置成能沿著隔板旋轉,并利用旋轉時的離心力輸送液體; 以及驅動部,該驅動部設于第二室內,并隔著隔板來驅動葉輪旋轉,該離心式泵裝置還包括第一磁性體,該第一磁性體設于葉輪的一個面;第二磁性體,該第二磁性體設于第一室的與葉輪的一個面相對向的內壁,并對第一磁性體進行吸引;以及多個第三磁性體,這些第三磁性體設于葉輪的另一個面,并沿著同一個圓配置以使相鄰的磁極彼此不同。驅動部包括多個第四磁性體,這些第四磁性體與多個第三磁性體相對向地配置;以及多個線圈,這些線圈分別與多個第四磁性體對應設置,且各自卷繞于對應的第四磁性體,由此產生旋轉磁場。在葉輪的旋轉期間,第一磁性體與第二磁性體之間的第一吸引力和多個第三磁性體與多個第四磁性體之間的第二吸引力在第一室內的葉輪的可動范圍的大致中央處平衡。在葉輪的一個面或第一室的與該一個面相對向的內壁形成有第一動壓槽,并在葉輪的另一個面或與該另一個面相對向的隔板形成有第二動壓槽。因此,由于在驅動部的各線圈內設置第四磁性體,并使該第四磁性體與葉輪的第三磁性體磁耦合,因此,通過調整線圈電流,便能使葉輪高速旋轉,此外,能在將泵尺寸維持小型的同時,增大葉輪的旋轉啟動力。較為理想的是,由第一吸引力及第二吸引力構成的朝葉輪軸向方向的負值的支承剛性值的絕對值與朝葉輪的徑向方向的正值的剛性值的絕對值之和,在葉輪的旋轉的常用轉速范圍內比由第一動壓槽及第二動壓槽得到的正值的剛性值的絕對值小。此時,能抑制在對葉輪作用有擾動力時的葉輪移動,從而能避免葉輪與外殼的機械接觸。此外,較為理想的是,由第一動壓槽產生的動壓力與由第二動壓槽產生的動壓力不同。此時,在開泵時流體力等始終對葉輪作用有一定方向的擾動時,通過將位于對葉輪的擾動方向的動壓槽的性能提高成比另一個動壓槽的性能高,便能使葉輪在外殼的中央位置懸浮并旋轉。其結果是,能減少葉輪與外殼之間的機械接觸,從而能使葉輪穩定地懸浮。此外,較為理想的是,第一動壓槽及第二動壓槽中的至少一個是向內螺旋槽。此時,能使液體順暢地流動。此外,較為理想的是,第一磁性體 第三磁性體均為永磁鐵。此外,較為理想的是,第四磁性體是由軟質磁性材料形成的。此外,較為理想的是,葉輪在旋轉啟動時與隔板接觸。此時,能使葉輪順暢地啟動并旋轉。此外,較為理想的是,還包括在葉輪旋轉啟動時使葉輪與隔板接觸的控制部。此外,較為理想的是,控制部在葉輪旋轉啟動時使電流流過多個線圈,以使第二吸引力變得比第一吸引力大,從而使葉輪與隔板接觸。此外,較為理想的是,控制部在葉輪旋轉啟動時使第一電流流過多個線圈,以使葉輪與隔板接觸,此后,使比第一電流小的第二電流流過多個線圈,從而使葉輪旋轉。此外,較為理想的是,在葉輪的表面和/或第一室的內壁形成有用于降低摩擦力的類金剛石碳膜。此時,能減少葉輪與外殼之間的摩擦,從而使葉輪順暢地啟動并旋轉。此外,較為理想的是,彼此相鄰的兩個第四磁性體的彼此相對向的面被設置成大致平行。此時,能確保線圈用的較大的空間,從而能增大線圈的匝數。因此,能產生用于驅動葉輪而旋轉的較大的轉矩。此外,能減少電動機線圈中產生的銅損,從而能提高葉輪旋轉驅動時的能源效率。此外,較為理想的是,還包括第五磁性體,該第五磁性體與各第四磁性體對應地設置,以設置于對應的第四磁性體的與第三磁性體相對向的前端面,第五磁性體的與第三磁性體相對向的表面的面積比第四磁性體的前端面的面積大。此時,能增大第三磁性體與驅動部的吸引力,從而能提高葉輪旋轉驅動時的能源效率。較為理想的是,各第四磁性體均包括在葉輪的轉軸的長度方向上層疊的多個鋼板。此時,能減少在第四磁性體內產生的渦流損耗,從而能提高葉輪旋轉驅動時的能源效率。此外,較為理想的是,各第四磁性體均包括在葉輪的旋轉方向上層疊的多個鋼板。 此時,能減少在第四磁性體內產生的渦流損耗,從而能提高葉輪旋轉驅動時的能源效率。此外,較為理想的是,各第四磁性體均包括在葉輪的徑向上層疊的多個鋼板。此時,能減少在第四磁性體內產生的渦流損耗,從而能提高葉輪旋轉驅動時的能源效率。此外,較為理想的是,各第四磁性體是由純鐵、軟鐵或硅鐵的粉末形成的。此時,能減少在第四磁性體內的鐵損,從而能提高葉輪旋轉驅動時的能源效率。此外,較為理想的是,還包括磁傳感器,該磁傳感器與多個第三磁性體的經過路徑相對向地設于第二室內,并對由葉輪的旋轉及位置變化而引起的磁場變化進行檢測;以及控制部,該控制部根據磁傳感器的檢測結果而使電流流過多個線圈,由此產生旋轉磁場來驅動葉輪而旋轉。此外,較為理想的是,還包括第一運算部,該第一運算部根據磁傳感器的檢測結果,來求出第一室內的葉輪的軸向方向的位置。此時,由于使用用于對使電流流過多個線圈的時刻進行檢測的磁傳感器來求出葉輪的徑向方向的位置,因此,不需要增加零件數,便能提高裝置的可靠性。此外,較為理想的是,第一運算部將表示葉輪的軸向方向的位置的信息輸出至外部。此外,較為理想的是,還包括判斷部,該判斷部判斷由第一運算部求得的葉輪的軸向方向的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號輸出。此外,較為理想的是,還包括第二運算部,該第二運算部根據磁傳感器的檢測結果來求出葉輪的轉速;以及判斷部,該判斷部根據由第一運算部求得的葉輪的軸向方向的位置和由第二運算部求得的葉輪的轉速,來判斷葉輪的軸向方向的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號輸出。此外,較為理想的是,還包括判斷部,該判斷部根據由第一運算部求得的葉輪的軸向方向的位置和流體的粘度信息,來判斷葉輪的軸向方向的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號輸出。此外,還包括第一檢測部,該第一檢測部對施加在各線圈上的電壓進行檢測;第二檢測部,該第二檢測部對各線圈中流過的電流進行檢測;以及運算部,該運算部根據第一檢測部及第二檢測部的檢測結果和表示葉輪的轉速的信息,來求出第一室內的葉輪的軸向方向的位置。此時,由于根據線圈電壓、線圈電流以及表示葉輪轉速的信息來求出葉輪的徑向方向的位置,因此,不需要增加外殼內的零件數,能夠在維持外殼尺寸的狀態下對葉輪的懸浮狀態進行監視,從而能實現裝置可靠性的提高。
此外,較為理想的是,運算部求出由第一檢測部檢測出的電壓與由第二檢測部檢測出的電流之比,并根據該比和表示葉輪轉速的信息來求出第一室內的葉輪的軸向方向的位置。此外,較為理想的是,還包括判斷部,該判斷部判斷由運算部求得的葉輪的軸向方向的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號輸出。此外,較為理想的是,還包括判斷部,該判斷部根據由運算部求得的葉輪的軸向方向的位置和表示葉輪轉速的信息,來判斷葉輪的軸向方向的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號輸出。此外,較為理想的是,還包括判斷部,該判斷部根據由運算部求得的葉輪的軸向方向的位置、表示葉輪轉速的信息以及液體的粘度信息,來判斷葉輪的軸向方向的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號輸出。此外,較為理想的是,液體是血液,離心式泵裝置能用于使血液循環。此時,由于葉輪順暢地啟動并旋轉,而確保了葉輪與外殼之間的距離,因此,能防止溶血的發生。發明效果綜上所述,根據本發明,能夠使葉輪高速旋轉,并能在將泵尺寸維持小型的同時, 增大葉輪的旋轉啟動力。此外,能減少葉輪與外殼的機械接觸,從而能使葉輪穩定地懸浮。 此外,能使液體順暢地流動。此外,能使葉輪順暢地啟動并旋轉。此外,能產生用于驅動葉輪而旋轉的較大的轉矩。此外,能提高葉輪的旋轉驅動時的能源效率。此外,不需要增加零件數,便能提高裝置的可靠性。此外,在使血液循環的情況下,能避免溶血。
圖1是表示本發明實施方式1的離心式血液泵裝置的泵部的外觀的主視圖。 圖2是圖1所示的泵部的側視圖。 圖3是沿圖2的III-III線的剖視圖。 圖4是沿圖3的IV-IV線的剖視圖。
圖5是表示從沿圖3的IV-IV線的剖視圖中去除葉輪后的狀態的剖視圖。
圖6是表示從沿圖3的VI-VI線的剖視圖中去除葉輪后的狀態的剖視圖。
圖7是沿圖3的VII-VII線的剖視圖。
圖8是例示對圖7所示的多個線圈施加電壓的時序圖。
圖9是用于說明本申請發明的效果的圖。
圖10是用于說明本申請發明的效果的另一張圖。
圖11是表示對圖1 圖7所示的泵部進行控制的控制器的結構的框圖。
圖12是表示圖11所示的控制器的動作的時序圖。
圖13是表示實施方式1的變形例的框圖。
圖14是表示實施方式1的另一變形例的時序圖。
圖15是表示實施方式1的又一變形例的剖視圖。
圖16是表示實施方式1的又一變形例的剖視圖。
圖17是表示實施方式1的又一變形例的剖視圖。
圖18是表示實施方式1的又一變形例的剖視圖。
圖19是表示實施方式1的又一變形例的剖視圖。圖20是表示本發明實施方式2的離心式血液泵裝置的泵部的結構的剖視圖。圖21是沿圖20的XXI-XXI線的剖視圖。圖22是表示圖21所示的磁傳感器的輸出信號的時序圖。圖23是表示對圖20 圖22所示的泵部進行控制的控制器的結構的框圖。圖M是表示實施方式2的變形例的框圖。圖25是表示實施方式2的另一變形例的框圖。圖沈是表示實施方式2的又一變形例的框圖。圖27是表示實施方式2的又一變形例的剖視圖。圖觀是表示實施方式2的又一變形例的剖視圖。圖四是表示本發明實施方式3的離心式血液泵裝置的結構的框圖。圖30是表示圖四所示的I/V與軸向間隙之間的關系的圖。圖31是表示實施方式3的變形例的框圖。圖32是表示本發明實施方式4的離心式血液泵裝置的結構的框圖。圖33是表示實施方式4的變形例的框圖。圖34是表示實施方式4的另一變形例的框圖。圖35是表示實施方式4的又一變形例的框圖。圖36是表示實施方式4的又一變形例的框圖。圖37是表示本發明實施方式5的離心式血液泵裝置的結構的框圖。
具體實施例方式(實施方式1)圖1是表示本發明實施方式1的離心式血液泵裝置的泵部1的外觀的主視圖,圖 2是其側視圖。圖3是沿圖2的III-III線的剖視圖,圖4是沿圖3的IV-IV線的剖視圖, 圖5是表示從沿圖3的IV-IV線的剖視圖中去除葉輪后的狀態的剖視圖。圖6是表示從沿圖3的VI-VI線的剖視圖中去除葉輪后的狀態的剖視圖,圖7是沿圖3的VII-VII線的剖視圖。在圖1 圖7中,該離心式血液泵裝置的泵部1包括由非磁性材料形成的外殼2。 外殼2包括圓柱狀的主體部3 ;豎立設置在主體部3的一個端面的中央的圓筒狀的血液流入口 4 ;以及設于主體部3外周面的圓筒狀的血液流出口 5。血液流出口 5朝主體部3外周面的切線方向延伸。如圖3所示,外殼2內設有由隔板6分隔而成的血液室7和電動機室8。如圖3和圖4所示,在血液室7內,中央具有通孔IOa的圓板狀葉輪10被設置成能旋轉。葉輪10包括兩個圈形板狀的護罩11、12 ;以及形成在兩個護罩11、12之間的多個(例如6個)葉片 13。護罩11配置于血液流入口 4側,護罩12配置于隔板6側。護罩11、12和葉片13由非磁性材料形成。在兩個護罩11、12之間形成有由多個葉片13分隔而成的多個(此時為6個)血液通路14。如圖4所示,血液通路14與葉輪10中央的通孔IOa連通,并以葉輪10的通孔 IOa為開始端,寬度慢慢變寬地延伸至外周緣。換言之,相鄰的兩個血液通路14之間形成有葉片13。另外,在本實施方式1中,多個葉片13以等角度間隔設置,且形成為相同形狀。 因此,多個血液通路14以等角度間隔設置,且形成為相同形狀。一旦葉輪10被驅動而旋轉,則從血液流入口 4流入的血液在離心力的作用下從通孔IOa經由血液通路14被送至葉輪10的外周部,并從血液流出口 5流出。此外,在護罩11中埋設有永磁鐵15,在血液室7的與護罩11相對向的內壁中埋設有對永磁鐵15進行吸引的永磁鐵16。永磁鐵15、16是為了將葉輪10朝與電動機室8相反一側、即血液流入口 4側吸引(即施力)而設的。另外,也可以在護罩11和血液室7的內壁中的一方設置永磁鐵,在另一方設置磁性體,來代替在護罩11和血液室7的內壁上分別設置永磁鐵15、16。此外,也可以將護罩11 本身用永磁鐵15或磁性體形成。此外,作為磁性體,可以使用軟質磁性體或硬質磁性體。此外,磁性鐵16既可以是一個,也可以是多個。當永磁鐵16為一個時,永磁鐵16 形成為環狀。此外,當永磁鐵16為多個時,多個永磁鐵16沿著同一個圓以等角度間隔配置。 永磁鐵15也與永磁鐵16 —樣,既可以是一個,也可以是多個。此外,如圖4所示,在護罩12中埋設有多個(例如8個)永磁鐵17。多個永磁鐵 17沿著同一個圓以等角度間隔配置,以使相鄰的磁極彼此不同。換言之,N極朝向電動機室 8側的永磁鐵17和S極朝向電動機室8側的永磁鐵17沿著同一個圓以等角度間隔交替配置。此外,如圖7所示,在電動機室8內設有多個(例如9個)磁性體18。多個磁性體 18與葉輪10的多個永磁鐵17相對向地沿著同一個圓以等角度間隔配置。多個磁性體18 的基端與一個圓板狀的磁軛19接合。各磁性體18卷繞有線圈20。在此,多個磁性體18形成為相同尺寸的三棱柱狀。此外,確保在多個磁性體18的周圍有相等的用于卷繞線圈20的空間,彼此相鄰的兩個磁性體18的彼此相對向的面被設置成大致平行。因此,能確保線圈20用的較大的空間,從而能增大線圈20的匝數。因此, 能產生用于驅動葉輪10旋轉的較大的轉矩。此外,能減少線圈20中產生的銅損,從而能提高葉輪10旋轉驅動時的能源效率。另外,圍住多個磁性體18的外形面(在圖7中為圍住多個磁性體18外周的圓) 既可以與圍住多個永磁鐵17的外形面(在圖4中為圍住多個磁性體17外周的圓)一致, 也可以使圍住多個磁性體18的外形面比圍住多個永磁鐵17的外形面大。此外,較為理想的是,將磁性體18設計成在泵1的最大額定功率(葉輪10的旋轉驅動轉矩為最大的條件) 下不會達到磁飽和。例如以120度通電方式對9個線圈20施加電壓。即,9個線圈20被每三個分成一組。對各組的第一線圈 第三線圈20施加如圖8所示的電壓VU、VV、Vff。在0 120度期間對第一線圈20施加正電壓,在120 180度期間對第一線圈20施加0V,在180 300 度期間對第一線圈20施加負電壓,在300 360度期間對第一線圈20施加0V。因此,卷繞有第一線圈20的磁性體18的前端面(葉輪10側的端面)在0 120度期間為N極,在 180 300度期間為S極。電壓VV的相位比電壓VU的相位慢120度,電壓VW的相位比電壓W的相位慢120度。因此,通過分別對第一線圈 第三線圈20施加電壓VU、W、Vff,能形成旋轉磁場,由此能利用多個磁性體18與葉輪10的多個永磁鐵17的吸引力和斥力而使葉輪10旋轉。
在此,在葉輪10以額定轉速旋轉時,永磁鐵15、16之間的吸引力和多個磁性體17 與多個磁性體18之間的吸引力在血液室7內的葉輪10的可動范圍的大致中央附近平衡。 因此,在葉輪10的任何可動范圍內,由對葉輪10的吸引力而引發的作用力都非常小。其結果是,能減小在使葉輪10的旋轉啟動時所產生的葉輪10與外殼2的相對滑動時的摩擦阻力。此外,沒有相對滑動時的葉輪10和外殼2的內壁的表面損傷(表面凹凸),進而在低速旋轉時的動壓力較小的情況下,也能使葉輪10容易從外殼2懸浮,而成為非接觸的狀態。 因此,也不會因葉輪10與外殼2的相對滑動而引起溶血及血栓、或是因相對滑動時所產生的微小的表面損傷(凹凸)而引起血栓。此外,在隔板6的與葉輪10的護罩12相對向的表面形成有多個動壓槽21,在血液室7的與護罩11相對向的內壁形成有多個動壓槽22。一旦葉輪10的轉速超過規定轉速, 便會在各動壓槽21、22與葉輪10之間產生動壓軸承效應。藉此,由各動壓槽21、22對葉輪 10產生阻力,而使葉輪10在血液室7內以非接觸狀態旋轉。詳細來說,如圖5所示,多個動壓槽21形成為與葉輪10的護罩12相對應的大小。 各動壓槽21的一端在稍許離開隔板6中心的圓形部分的周緣(圓周)上,且各動壓槽21 以寬度慢慢變寬的方式呈渦旋狀(即彎曲地)延伸到隔板6的外緣附近。此外,多個動壓槽21為大致相同的形狀,且被配置成大致相同的間隔。較為理想的是,動壓槽21為凹部, 且動壓槽21的深度為0. 005 0. 4mm左右。較為理想的是,動壓槽21的個數為6 36個左右ο圖5中,相對于葉輪10的中心軸等角度地配置有10個動壓槽21。由于動壓槽21 呈所謂的向內螺旋槽形狀,因此,若葉輪10朝順時針方向旋轉,則液體的壓力從動壓槽21 的外徑部朝向內徑部增高。因此,在葉輪10與隔板6之間產生斥力,該斥力便是動壓力。另外,也可將動壓槽21設于葉輪10的護罩12的表面,來代替將動壓槽21設于隔板6。這樣,通過形成于葉輪10與多個動壓槽21之間的動壓軸承效應,葉片10離開隔板6,并以非接觸狀態旋轉。因此,在葉輪10與隔板6之間確保血液流路,從而防止在兩者之間的血液滯留以及因該血液滯留而引發的血栓。另外,在通常狀態下,由于動壓槽21在葉輪10與隔板6之間起到攪拌作用,因此,能防止兩者之間產生局部的血液滯留。此外,較為理想的是,將動壓槽21的角的部分倒圓成具有至少0. 05mm以上的圓角。藉此,能進一步減少溶血的產生。此外,如圖6所示,多個動壓槽22與多個動壓槽21 —樣,形成為與葉輪10的護罩 11相對應的大小。各動壓槽22的一端在稍許離開血液室7內壁的中心的圓形部分的周緣 (圓周)上,且各動壓槽22以寬度慢慢變寬的方式呈渦旋狀(即彎曲地)延伸到血液室7 內壁的外緣附近。此外,多個動壓槽22為大致相同的形狀,且以大致相同的間隔配置。較為理想的是,動壓槽22為凹部,且動壓槽22的深度為0. 005 0. 4mm左右。較為理想的是,動壓槽22的個數為6 36個左右。圖6中,相對于葉輪10的中心軸等角度地配置有 10個動壓槽22。另外,動壓槽22也可以設于葉輪10的護罩11的表面,而不是血液室7的內壁側。 此外,較為理想的是,將動壓槽22的作為角的部分倒圓成具有至少0.05mm以上的圓角。藉此,能進一步減少溶血的產生。
這樣,通過形成于葉輪10與多個動壓槽22之間的動壓軸承效應,葉片10離開血液室7的內壁,并以非接觸狀態旋轉。此外,在泵部1受到外部沖擊或由動壓槽21產生的動壓力過剩時,能防止葉輪10與血液室7的內壁密接。也可以使由動壓槽21產生的動壓力和由動壓槽22產生的動壓力不同。較為理想的是,在葉輪10的護罩12與隔板6的間隙和葉輪10的護罩11與血液室7的內壁的間隙為大致相等的狀態下使葉輪10旋轉。當作用于葉輪10的流體力等擾動較大而使一個間隙變窄時,會使由該變窄一側的動壓槽產生的動壓力比由另一個動壓槽產生的動壓力大,為了使兩個間隙大致相同,較為理想的是,使動壓槽21與動壓槽22的形狀不同。另外,在圖5和圖6中,動壓槽21、22均為向內螺旋槽形狀,但也可以使用其它形狀的動壓槽21、22。但是,在使血液循環的情況下,較為理想的是,采用能使血液順暢流動的向內螺旋槽形狀的動壓槽21、22。圖9是表示在將永磁鐵15、16之間的吸引力Fl和永磁鐵17與磁性體18之間的吸引力F2的合力大小調整成在葉輪10的血液室7內的可動范圍的中央位置以外的位置Pl 處為零時作用于葉輪10的力的圖。其中,葉輪10的轉速被保持為額定值。S卩,永磁鐵15、16之間的吸引力Fl被設定成比永磁鐵17與磁性體18之間的吸引力F2小,并使它們的合力為零的葉輪10的懸浮位置比葉輪可動范圍的中間更靠隔板6側。 使動壓槽21、22的形狀相同。圖9的橫軸表示葉輪10的位置(圖中的左側為隔板6側),縱軸表示對葉輪10的作用力。當對葉輪10的作用力朝隔板6側作用時,該作用力為負值。作為對葉輪10的作用力,示出有永磁鐵15、16之間的吸引力F1、永磁鐵17與磁性體18之間的吸引力F2、動壓槽21的動壓力F3、動壓槽22的動壓力F4以及它們的合力、S卩“作用于葉輪的有效力(日文正味 力)F5”。從圖9可知,在作用于葉輪10的有效力F5為零的位置上,葉輪10的懸浮位置大幅偏離葉輪10的可動范圍的中央位置。其結果是,旋轉期間的葉輪10與隔板6之間的距離變窄,即使對葉輪10作用有較小的擾動力,也會使葉輪10與隔板6接觸。與此相對,圖10是表示在將永磁鐵15、16之間的吸引力Fl和永磁鐵17與磁性體 18之間的吸引力F2的合力大小調整成在葉輪10的血液室7內的可動范圍的中央位置PO 處為零時作用于葉輪10的力的圖。此時,葉輪10的轉速也被保持為額定值。即,永磁鐵15,16之間的吸引力Fl和永磁鐵17與磁性體18之間的吸引力F2被設定為大致相同。此外,使動壓槽21、22的形狀相同。此時,與圖9的情形相比,對葉輪10 的懸浮位置的支承剛性變高。此外,由于作用于葉輪10的有效力F5在可動范圍的中央為零,因此,在對葉輪10沒有作用擾動力的情況下,葉輪10在中央位置處懸浮。這樣,葉輪10的懸浮位置由永磁鐵15、16之間的吸引力F1、永磁鐵17與磁性體 18之間的吸引力F2以及葉輪10旋轉時在動壓槽21、22中產生的動壓力F3、F4的平衡來決定。由于使Fl與F2大致相同且使動壓槽21、22的形狀大致相同,因而在葉輪10旋轉時能使葉輪10在血液室7的大致中央部處懸浮。如圖3和圖4所示,由于葉輪10具有在兩個盤之間形成翼的形狀,因此,能將與外殼2的內壁相對向的兩個面形成為相同形狀和相同尺寸。因此,能將具有大致相同的動壓性能的動壓槽21、22設于葉輪10的兩側。
此時,由于葉輪10在血液室7的中央位置懸浮,因此,葉輪10被保持在距外殼2的內壁最遠的位置。其結果是,即使在葉輪10懸浮時對葉輪10施加擾動力,而使葉輪10的懸浮位置變化,葉輪10與外殼2的內壁接觸的可能性變小,由此使因它們接觸而引發血栓或溶血的可能性變低。另外,在圖9和圖10的例子中,兩個動壓槽21、22的形狀相同,但也可以使動壓槽 2U22的形狀不同,并使動壓槽21、22的動壓性能不同。例如,當開泵時因流體力等而對葉輪10始終作用有一個方向的擾動時,通過預先使位于該擾動方向的動壓槽的性能比另一個動壓槽的性能高,能使葉輪10在外殼2的中央位置處懸浮并旋轉。其結果是,能將葉輪 10與外殼2的接觸概率控制得較低,并能得到葉輪10的穩定的懸浮性能。此外,較為理想的是,在將由永磁鐵15、16之間的吸引力Fl和永磁鐵17與磁性體 18之間的吸引力F2構成的朝葉輪10軸向的負值的支承剛性值的絕對值設為Ka,將徑向的正值的剛性值的絕對值設為Kr,并將在葉輪10的旋轉的常用轉速范圍內由兩個動壓槽21、 22得到的正值的剛性值的絕對值設為Kg時,滿足Kg > Ka+Kr的關系。具體來說,當將軸向的負值的剛性值的絕對值Ka設為20000N/m,并將徑向的正值的剛性值的絕對值Kr設為10000N/m時,將在葉輪10的通常旋轉的轉速范圍內由兩個動壓槽21、22得到的正值的剛性值的絕對值Kg設定為超過30000N/m的值。由于葉輪10的軸向支承剛性是由動壓槽21、22產生的動壓力而引起的剛性減去由磁性體之間的吸引力等而引起的負值的剛性后的值,因此,通過滿足Kg > Ka+Kr的關系, 能將葉輪10的軸向的支承剛性提高到比葉輪10的徑向的支承剛性高。通過如上所述設定, 在對葉輪10作用有擾動力時,相比于葉輪10朝徑向的運動,更能抑制朝軸向的運動,因而能避免葉輪10與外殼2在動壓槽21的形成部處的機械接觸。特別地,由于動壓槽21、22如圖3和圖5所示凹設于平面,因此,若在葉輪10的旋轉期間在該部分出現外殼2與葉輪10的機械接觸,則葉輪10和/或外殼2內壁的表面會出現損傷(表面的凹凸),當血液經過該部位時,可能會引發血栓和溶血。為了防止該在動壓槽21、22處的機械接觸、并抑制血栓和溶血,將軸向的剛性提高到比徑向的剛性高的效果是很好的。此外,若葉輪10存在不平衡,則在旋轉時葉輪10會出現振擺回轉,上述振擺回轉在由葉輪10的質量和葉輪10的支承剛性值確定的固有頻率與葉輪10的轉速一致時最大。在上述泵部1中,由于將葉輪10徑向的支承剛性設定成比葉輪10軸向的支承剛性小,因此,較為理想的是,將葉輪10的最高轉速設定為徑向的固有頻率以下。在此,為了防止葉輪10與外殼2的機械接觸,較為理想的是,在將由永磁鐵15、16之間的吸引力Fl和永磁鐵17與磁性體18之間的吸引力F2構成的葉輪10的徑向剛性值設為Kr (N/m),將葉輪 10的質量設為m(kg),并將葉輪的轉速設為co(rad/S)時,滿足ω < (Kr/m)°_5的關系。具體來說,在葉輪10的質量為0. 03kg,徑向剛性值為2000N/m時,將葉輪10的最高轉速設定為258rad/s (M65rpm)以下。相反,當將葉輪10的最高轉速設定為366rad/ s (3500rpm)時,將徑向剛性設定為4018N/m以上。而且,較為理想的是,將葉輪10的最高轉速設定為上述ω的80%以下。具體來說,在葉輪10的質量為0. 03kg,徑向剛性值為2000N/m時,將葉輪的最高轉速設定為 206. 4rad/s (1971rpm)以下。相反,當想要將葉輪10的最高轉速設定為366rad/s (3500rpm)時,將徑向剛性值設定為6279N/m以上。通過如上所述設定葉輪10的最高轉速,就能抑制葉輪10旋轉期間葉輪10與外殼2的接觸。此外,當由動壓槽21、22的動壓力產生的剛性比由永磁鐵15、16之間的吸引力Fl 和永磁鐵17與磁性體18之間的吸引力F2構成的朝葉輪10軸向方向的負值的剛性值大時, 葉輪10與外殼2處于非接觸的狀態。因此,較為理想的是,盡量減小該負值的剛性值。因此,為了將該負值的剛性值控制得較小,較為理想的是,使永磁鐵15、16的相對面的尺寸不同。例如,通過將永磁鐵16的尺寸設定成比永磁鐵15的尺寸小,能將根據兩者之間的距離而變化的吸引力的變化比例、即負值的剛性控制得較小,從而能防止葉輪支承剛性的降低。此外,在葉輪10的旋轉啟動前,較為理想的是,在確認了葉輪10與隔板6接觸之后,使葉輪10啟動并旋轉。S卩,在葉輪10非旋轉時,沒有由動壓槽21、22進行的非接觸支承,而且,在永磁鐵 15、16之間的吸引力Fl和永磁鐵17與磁性體18之間的吸引力F2的作用下,葉輪10與外殼2以較高的面壓接觸。此外,像該泵部1這樣使葉輪10在電動機室8內的線圈20和磁性體18與葉輪10的永磁鐵17的磁力相互作用下旋轉的情形與如專利文獻2的圖3所示的使葉輪通過永磁鐵之間的磁耦合驅動而旋轉的情形相比,啟動轉矩較小。因此,很難使葉輪10順暢地啟動并旋轉。但是,由于葉輪10的護罩12與隔板6接觸時同葉輪10的護罩11與血液室7的內壁接觸時相比,能使得葉輪10的永磁鐵17與電動機室8內的磁性體18接近,因此,能提高葉輪10在啟動時的旋轉轉矩,從而能使葉輪10順暢地啟動并旋轉。然而,由于如上所述在葉輪10旋轉時,將永磁鐵15、16之間的吸引力Fl和永磁鐵 17與磁性體18之間的吸引力F2設定成葉輪10的位置在葉輪10的可動范圍的中央附近平衡,因此,在葉輪10停止時葉輪10并不一定與隔板6接觸。因此,在該離心式血液泵裝置中,設有在使葉輪10啟動并旋轉之前使葉輪10朝隔板6側移動的部件。具體來說,為使永磁鐵17與磁性體18的吸引力F2增大,使電流流過多個線圈20,由此使葉輪10朝隔板6側移動。圖11是表示對泵部1進行控制的控制器25的結構的框圖。在圖11中,控制器25 包括電動機控制電路26和功率放大器27。電動機控制電路沈輸出例如120度通電方式的三相控制信號。功率放大器27對來自電動機控制電路沈的三相控制信號進行增幅,以生成圖8中表示的三相電壓VU、VV、VW。三相電壓VU、W、VW被分別施加到圖7和圖8中說明的第一線圈 第三線圈20。在通常運轉時,利用該三相電壓使葉輪10在可動范圍的中央位置處以規定的轉速旋轉。圖12(a) 圖12(c)是表示在葉輪10的旋轉啟動時的線圈電流I、葉輪10的位置以及葉輪10轉速的時間變化的時序圖。圖12(a) 圖12(c)中,在初始狀態下,永磁鐵 15、16的吸引力使葉輪10的護罩11與血液室7的內壁接觸,葉輪10處于位置PA。在該狀態下,由于葉輪10難以旋轉,因此,使葉輪10移動至葉輪10的護罩12與隔板6接觸的位置PB。在時刻t0,將圖8中表示的六個模式(0 60度、60 120度、......300 360
度)的電壓VU、W、VW中的任意一種模式下的電壓施加至第一線圈 第三線圈20,并使預先確定的電流IO流過線圈20。若使電流IO流過線圈20,則會使永磁鐵17與磁性體18之間的吸引力F2變得比永磁鐵15、16之間的吸引力大,葉輪10幾乎不旋轉地移動至隔板6 側的位置PB,由此葉輪10的護罩12與隔板6接觸。在葉輪10移動到位置PB之后,切斷電流10(時刻tl)。另外,不旋轉地移動葉輪10是因為即便欲使葉輪10 —邊旋轉一邊移動至隔板6 側的位置PB,也會因動壓槽21的動壓軸承效應而妨礙葉輪10的移動。此外,較為理想的是,設置對葉輪10在血液室7內的位置進行檢測的傳感器,在確認了葉輪10已與隔板6接觸之后,切斷電流10。接著,對圖8中說明的第一線圈 第三線圈20施加三相電壓VU、VV、VW,并使線圈電流I慢慢地上升到預先確定的額定值。此時,由于葉輪10與隔板6接觸,因此,葉輪順暢地旋轉。隨著線圈電流I的上升,葉輪10從隔板6側的位置PB移動到可動范圍的中央位置。另外,當在啟動時將六種模式(0 60度、60 120度、……、300 360度)的電壓VU、W、VW施加到第一線圈 第三線圈20時,永磁鐵17與磁性體18的吸引力處于最大的模式會因永磁鐵17與磁性體18的位置關系而不同。因此,也可以每隔一定時間依次對第一線圈 第三線圈20施加六種模式下的電壓VU、W、VW,來代替在啟動時只對第一線圈 第三線圈20施加一定模式下的電壓VU、VV、VW。此時,使葉輪10稍微旋轉(嚴格來說旋轉1/4圈以下、即以電角度算為旋轉360度以下),從而移動到隔板6側的位置PB。此外,若施加六種模式下的電壓VU、VV、VW,則第一線圈 第三線圈20中的某一個線圈20沒有電流流過,9個磁性體18中的6個磁性體呈N極或S極,而剩下的3個磁性體 18則不產生磁極。因此,也可以對第一線圈 第三線圈20施加如下電壓,該電壓可使電流流過第一線圈 第三線圈20中的每個線圈以使9個磁性體18各自呈N極或S極,由此來增強永磁鐵17與磁性體18的吸引力。此外,圖13是表示本實施方式1的變形例的框圖。在本變形例中,在葉片10的旋轉啟動時及其以后,切換電源。即,圖13中,在本變形例中,圖11的功率放大器27被替換成功率放大器30、31和切換開關32。在圖12的時刻t0 tl,電動機控制電路沈的輸出信號被送到功率放大器30,功率放大器30的輸出電壓經由切換開關32而被施加到線圈 20,從而使電流IO流過線圈20。在時刻t2之后,電動機控制電路沈的輸出信號被送到功率放大器31,功率放大器31的輸出電壓經由切換開關32而被施加到線圈20,從而使電流流過線圈20。此外,圖14(a) 圖14(c)是表示本實施方式1的另一變形例的時序圖。圖 14(a) 圖14(c)中,在初始狀態下,葉輪10的護罩11與血液室7的內壁接觸,葉輪10處于位置PA。在時刻t0,使預先確定的電流Il流過線圈20。即,由電動機控制電路沈產生例如120度通電方式的三相控制信號。功率放大器27對來自電動機控制電路沈的三相控制信號進行增幅,以生成圖8中表示的三相電壓VU、W、VW。三相電壓VU、W、Vff被分別施加到圖7和圖8中說明的第一線圈 第三線圈20。因此,通過該電流11對葉輪10施加旋轉磁場。該電流Il是比圖12的電流IO大的電流,其是在葉輪10的護罩11與血液室7的內壁接觸時也能使葉輪10啟動并旋轉的電流。在確認了旋轉啟動之后,使線圈電流I降低,并慢慢地上升到預先確定的額定值。如上所述,在葉輪10位于位置PA側的情況下,也可以是只在葉輪10的旋轉啟動時使過大電流流過線圈20。此外,也可以在血液室7的內壁的表面及隔板6的表面和/或葉輪10的表面形成類金剛石碳(DLC)膜。藉此,能減少葉輪10與血液室7的內壁及隔板6的摩擦力,從而能使葉輪順暢地啟動并旋轉。另外,也可以形成氟類樹脂膜、對二甲苯類樹脂膜等,來代替類金剛石碳膜。此外,圖15是表示本實施方式的又一變形例的剖視圖,其是與圖3進行對比的圖。 圖15中,在本變形例中,相對向的永磁鐵15、16的相對面的尺寸是不同的。在圖3中,示出了永磁鐵15、16的相對面的尺寸相同的情形,但通過使永磁鐵15、16的相對面的尺寸不同, 能將根據兩者間的距離而變化的吸引力的變化量、即負值的剛性控制得較小,從而能防止葉輪10的支承剛性降低。此外,圖16是表示本實施方式1的又一變形例的剖視圖,其是與圖15進行對比的圖。圖16中,在本變形例中,在各磁性體18的與永磁鐵17相對向的前端面上設有磁性體 35。該磁性體35的與永磁鐵17相對向的表面的面積比磁性體18的前端面的面積大。在本變形例中,能增大磁性體18、35對永磁鐵17的吸引力,從而能提高在葉輪10旋轉驅動時的能源效率。此外,圖17是表示本實施方式1的又一變形例的剖視圖,其是與圖15進行對比的圖。圖17中,在本變形例中,磁軛19被替換成磁軛36,磁性體18被替換成磁性體37。磁軛36和磁性體37均包括在葉輪10的轉軸的長度方向上層疊的多個鋼板。在本變形例中, 能減少磁軛36和磁性體37中產生的渦流損耗,從而能提高在葉輪10旋轉驅動時的能源效率。此外,也可以如圖18所示,將磁性體37替換成包括在葉輪10的旋轉方向上層疊的多個鋼板的磁性體38。此外,也可以如圖19所示,將磁性體37替換成包括在葉輪10的徑向上層疊的多個鋼板的磁性體39。在這些情況下,也能得到與圖17的變形例相同的效^ ο此外,也可以用純鐵、軟鐵或硅鐵的粉末形成圖3的磁軛19和磁性體18。此時,能減少磁軛19和磁性體18的鐵損,從而能提高在葉輪10旋轉驅動時的能源效率。(實施方式2)圖20是表示本發明實施方式2的離心式血液泵裝置的泵部41的結構的剖視圖, 其是與圖3進行對比的圖。此外,圖21是沿圖20的XXI-XXI線的剖視圖,其是與圖7進行對比的圖。參照圖20和圖21,該泵部41與實施方式1的泵部1的不同之處在于9個磁性體 18中相鄰的四個磁性體18的三個空隙中設有三個磁傳感器S。三個磁傳感器S與葉輪10 的多個永磁鐵17的經過路徑相對向地配置。若使葉輪10旋轉而使多個永磁鐵17的S極和N極交替經過磁傳感器S近旁,則磁傳感器S的輸出信號電平會如圖22所示呈正弦波狀變化。因此,通過對磁傳感器S的輸出信號的時間變化進行檢測,就能檢測出多個永磁鐵17 與多個磁性體18的位置關系,從而能求出電流流過多個線圈20的時刻和葉輪10的轉速。此外,在葉輪10與隔板6之間的間隙較寬時,磁傳感器S近旁的磁場變弱,而使磁傳感器S的輸出信號的振幅Al變小。在葉輪10與隔板6之間的間隙較窄時,磁傳感器S 近旁的磁場變強,而使磁傳感器S的輸出信號的振幅A2變大。因此,通過對磁傳感器S的輸出信號的振幅進行檢測,就能檢測出在葉輪10的可動范圍內的葉輪10的位置。圖23是表示對泵部41進行控制的控制器42的結構的框圖。在圖23中,控制器 42包括電動機控制電路43和功率放大器44。電動機控制電路43根據三個磁傳感器S的輸出信號來輸出例如120度通電方式的三相控制信號。功率放大器44對來自電動機控制電路43的三相控制信號進行增幅,以生成圖8中表示的三相電壓VU、VV、VW。三相電壓VU、 W、VW被分別施加到圖7和圖8中說明的第一線圈 第三線圈20。在通常運轉時,利用該三相電壓使葉輪10在可動范圍的中央位置處以規定的轉速旋轉。在本實施方式2中,也能得到與實施方式1相同的效果。此外,圖M是表示本實施方式2的變形例的框圖。在本變形例中,在葉片10的旋轉啟動時及其以后,切換電源。即,圖M中,在本變形例中,圖23的功率放大器44被替換成功率放大器45、46和切換開關47。在圖12的時刻t0 tl,電動機控制電路43的輸出信號被送到功率放大器45,功率放大器45的輸出電壓經由切換開關47而被施加到線圈 20,從而使電流IO流過線圈20。在時刻t2之后,電動機控制電路43的輸出信號被送到功率放大器46,功率放大器46的輸出電壓經由切換開關47而被施加到線圈20,從而使電流流過線圈20。此外,圖25是表示本實施方式2的另一變形例的框圖,其是與圖23進行對比的圖。在本變形例中,在圖23的控制器42內增加比較器48和位置運算器49。比較器48根據三個磁傳感器S的輸出信號來生成三個脈沖信號列,這三個脈沖信號列表示葉輪10的多個永磁鐵17經過三個磁傳感器S近旁的時刻。電動機控制電路43根據在比較器48中生成的三個脈沖信號列來生成三相控制信號。功率放大器44對在電動機控制電路43中生成的三相控制信號進行增幅,由此生成圖8的電壓VU、VV、VW。如圖22所說明的那樣,位置運算器49根據三個磁傳感器S的輸出信號的振幅來求出在葉輪10的可動范圍內的葉輪10 的軸向位置,并將表示求得位置的信號ΦΡ輸出。根據該信號ΦΡ,就能判斷葉輪10的位置是否處于正常范圍內。此外,圖沈是表示本實施方式2的又一變形例的框圖,其是與圖25進行對比的圖。在本變形例中,在圖25的控制器42內增加轉速運算器50和位置判斷器51。轉速運算器50根據三個磁傳感器S的輸出信號來求出葉輪10的轉速,并將表示該轉速的信號ΦΙ 輸出。位置判斷器51根據在位置運算器49中生成的表示葉輪10的位置的信號ΦΡ和在轉速運算器50中生成的表示葉輪10的轉速的信號Φ R來判斷葉輪10的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號Φ 輸出。判斷時參考葉輪10的轉速是由于因葉輪10 的旋轉而使動壓槽21、22的動壓軸承效應變化,從而使得葉輪10的位置變化。另外,當轉速固定時,也可以除去轉速運算器50。此外,在判斷葉輪10的位置是否處于正常范圍內時,也可以參考液體(此時為血液)的粘度信息,來代替葉輪10的轉速,或是同時參考葉輪10的轉速和液體的粘度信息。 這是由于因液體的粘度會使動壓槽21、22的動壓軸承效應變化,從而使得葉輪10的位置變化。此外,在該離心式血液泵裝置中,由于葉輪10不旋轉便不會產生動壓槽21、22的動壓軸承效應,因此,在永磁鐵15、16之間的吸引力Fl和永磁鐵17與磁性體18之間的吸引力的作用下,葉輪10與外殼2的內壁接觸。因此,在開始旋轉時和低速旋轉時,葉輪10沒有在正常的軸向位置上旋轉。因此,在位置判斷中沒有使用表示轉速的信號ΦΙ 的情況下, 也可以在從開始旋轉至達到額定轉速的一定時間內,將位置判斷器51的輸出信號Φ 強制設為表示葉輪10的位置處于正常的信號。此外,圖27是表示本實施方式2的又一變形例的剖視圖,其是與圖21進行對比的圖。在本變形例中,9個線圈20被每3個一組分成三組,對各組的第一線圈 第三線圈20 分別施加圖8的電壓VU、VV、VW。第一磁傳感器S被配置在第一組的第一線圈20與第二線圈20之間。第二磁傳感器S被配置在第一組的第三線圈20與第二組的第一線圈20之間。 第三磁傳感器S被配置在第二組的第二線圈20與第三線圈20之間。因此,第一線圈 第三磁傳感器S之間的電角度被分別維持為120度。根據第一線圈 第三磁傳感器S的輸出信號,就能進行三相控制信號的生成和葉輪10的軸向位置的檢測。此外,由于第一線圈 第三磁傳感器S之間的機械角分別為90度,因此,也能夠檢測出旋轉期間的葉輪10的懸浮姿勢。此外,圖觀是表示本實施方式2的又一變形例的剖視圖,其是與圖21進行對比的圖。在本變形例中,9個線圈被每3個一組分成三組,三個磁傳感器S分別配置在三個組的三個空隙中。因而,由于三個磁傳感器S之間的機械角分別為120度,因此能容易地運算出旋轉期間的葉輪10的懸浮姿勢。使電流流過9個線圈20的時刻是根據三個磁傳感器S中的任意一個磁傳感器S的輸出信號運算得出的。(實施方式3)圖四是表示本發明實施方式3的離心式血液泵裝置的結構的框圖,其是與圖11 進行對比的圖。在圖四中,該離心式血液泵裝置包括泵部1和對該泵部1進行控制的控制器25。泵部1的結構與實施方式1中所說明的相同。控制器25包括電動機控制電路沈、 功率放大器27、電流檢測部60、電壓檢測部61、存儲部62以及比較運算部63。電動機控制電路26輸出例如120度通電方式的三相控制信號。功率放大器27對來自電動機控制電路 26的三相控制信號進行增幅,以生成圖8中表示的三相電壓VU、W、VW。三相電壓VU、W、 VW通過電流檢測部60和電壓檢測部61而被分別施加到圖7和圖8中說明的第一線圈 第三線圈20。在通常運轉時,利用該三相電壓使葉輪10在可動范圍的中央位置處以規定的轉速旋轉。電流檢測部60對流過線圈20的電流I進行檢測。電壓檢測部61對施加到線圈 20的電壓V進行檢測。電流檢測部60例如包括電阻元件,該電阻元件被插入在功率放大器27的輸出端子與線圈20之間;電壓計,該電壓計對上述電阻元件的電壓降低進行檢測; 以及運算部,該運算部根據電壓計的檢測結果來求出電流I。此外,電流檢測部60也可以使用電流探針來對電流I進行檢測。此外,電壓檢測部61例如包括對線圈20的輸入端子與接地電壓的電線之間的電壓進行檢測的運算放大器。圖30是表示永磁鐵17和磁性體18間的軸向間隙與I/V之間的關系的圖。在圖 30中,軸向間隙隨葉輪10在血液室7內的懸浮位置而變化,一旦軸向間隙變化,則線圈20 的電感也變化,而使施加到線圈20的電壓V變化。在葉輪10位于可動范圍的中央時,I/V 為規定值,若葉輪10的懸浮位置朝磁性體18側移動,則I/V的值減少,若葉輪10的懸浮位置朝永磁鐵16側移動,則I/V的值增大。因此,根據I/V的檢測值和圖30所示的曲線,就能求出軸向間隙。
回到圖29,存儲部62存儲有圖30所示的曲線。曲線既可以存儲成表示I/V與軸向間隙的關系的表格,也可以存儲成表示Ι/ν與軸向間隙的關系的函數。比較運算部63根據在電流檢測部60中檢測出的電流I和在電壓檢測部61中檢測出的電壓V來求出I/V,并且根據該I/V和存儲在存儲部62中的圖30的曲線來輸出表示軸向間隙、即葉輪10位置的信號ΦΡ。因此,在外殼2由透光性較低的塑料或金屬形成而無法目視葉輪10的動作時,也能根據信號ΦΡ而容易地判斷葉輪10的位置是否正常。另外,I/V與軸向間隙的關系隨葉輪10的轉速、液體的粘度、載荷而變化。因此, 也可以將表示I/V與軸向間隙的關系的曲線按照葉輪10的轉速、液體的粘度、載荷或它們的組合來存儲在存儲部30中。此時,表示葉輪10的轉速、液體的粘度、載荷或它們的組合的信息通過其它方式送至比較運算部63。此外,當離心式血液泵裝置的使用條件固定時,只要將該條件下的曲線存儲在存儲部62中即可。此外,圖31是表示本實施方式3的變形例的框圖。在本變形例中,在葉片10的旋轉啟動時及其以后,切換電源。即,圖31中,在本變形例中,圖四的功率放大器27被替換成功率放大器30、31和切換開關32。在圖12的時刻t0 tl,電動機控制電路沈的輸出信號被送到功率放大器30,功率放大器30的輸出電壓經由切換開關32而被施加到線圈 20,從而使電流IO流過線圈20。在時刻t2之后,電動機控制電路沈的輸出信號被送到功率放大器31,功率放大器31的輸出電壓經由切換開關32而被施加到線圈20,從而使電流流過線圈20。(實施方式4)圖32是表示本發明實施方式4的離心式血液泵裝置的結構的框圖,其是與圖四進行對比的圖。在圖32中,該離心式血液泵裝置包括泵部41和對該泵部41進行控制的控制器42。泵部41的結構與實施方式2中所說明的相同。控制器42與圖四的控制器25 的不同之處在于電動機控制電路沈和功率放大器27被分別替換成電動機控制電路43和功率放大器44。電動機控制電路43根據三個磁傳感器S的輸出信號來輸出例如120度通電方式的三相控制信號。功率放大器44對來自電動機控制電路43的三相控制信號進行增幅,以生成圖8中表示的三相電壓VU、W、VW。三相電壓VU、W、Vff被分別施加到圖7和圖 8中說明的第一線圈 第三線圈20。在通常運轉時,利用該三相電壓使葉輪10在可動范圍的中央位置處以規定的轉速旋轉。在本實施方式4中,也能得到與實施方式3相同的效果。此外,圖33是表示本實施方式4的變形例的框圖。圖33中,在本變形例中,圖32 的功率放大器44被替換成功率放大器45、46和切換開關47。在圖13的時刻t0 tl,電動機控制電路43的輸出信號被送到功率放大器45,功率放大器45的輸出電壓經由切換開關47和檢測部60、61而被施加到線圈20,從而使電流IO流過線圈20。在時刻t2之后,電動機控制電路43的輸出信號被送到功率放大器46,功率放大器46的輸出電壓經由切換開關47和檢測部60、61而被施加到線圈20,從而使電流流過線圈20。此外,圖34是表示本實施方式4的又一變形例的框圖,其是與圖32進行對比的圖。在本變形例中,在圖32的控制器42內增加位置判斷器64。位置判斷部64根據在比較運算部63中生成的表示葉輪10的位置的信號ΦΡ,來判斷葉輪10的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號ΦD輸出。
此外,圖35是表示本實施方式4的又一變形例的框圖,其是與圖34進行對比的圖。在本變形例中,在圖34的控制器42內增加轉速運算部65。轉速運算部65根據三個磁傳感器S的輸出信號來求出葉輪10的轉速,并將表示該轉速的信號ΦΙ 輸出。位置判斷部 64根據在位置運算部63中生成的表示葉輪10的位置的信號ΦΡ和在轉速運算部65中生成的表示葉輪10的轉速的信號Φ R來判斷葉輪10的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號Φ0輸出。判斷時參考葉輪10的轉速是由于因葉輪10的旋轉而使動壓槽 21,22的動壓軸承效應變化,從而使得葉輪10的位置變化。此外,在圖36的變形例中,增加將液體的粘度信息從控制器42外部送至位置判斷部64的粘度信息輸入部66。位置判斷部64在判斷葉輪10的位置是否處于正常范圍內時, 除了參考葉輪10的轉速之外,還參考液體(此時為血液)的粘度信息。這是由于因液體的粘度會使動壓槽21、22的動壓軸承效應變化,從而使得葉輪10的位置變化。(實施方式5)圖37是表示本發明實施方式5的離心式血液泵裝置的結構的框圖。在圖37中, 該離心式血液泵裝置包括泵部1和控制器70。泵部1的結構與實施方式1中所說明的相同。控制器70包括電動機控制電路71、功率放大器72、電壓檢測部73、存儲部74、運算比較部75。若葉輪10旋轉,則通過葉輪10的永磁鐵17產生旋轉磁場,并在各線圈20中產生反電動勢電壓。此外,如圖8所示,在120度通電方式下,在每個60度的期間對第一線圈 第三線圈20中的兩個線圈20施加正或負的電壓,對剩下的一個線圈20不施加電壓。因此, 通過對沒有施加電壓的線圈20的反電動勢電壓VR進行檢測,就能檢測出葉輪10的永磁鐵 17的旋轉狀態。電壓檢測部73對沒有施加電壓的那相線圈20的反電動勢電壓VR進行檢測。電動機控制電路71根據電壓檢測部73的檢測結果來輸出120度通電方式的三相控制信號。功率放大器72對來自電動機控制電路71的三相控制信號進行增幅,以生成圖8 中表示的三相電壓VU、W、VW。三相電壓VU、W、Vff通過電壓檢測部73而被分別施加到圖 7和圖8中說明的第一線圈 第三線圈20。在通常運轉時,利用該三相電壓使葉輪10在可動范圍的中央位置處以規定的轉速旋轉。此外,在線圈20中產生的反電動勢電壓VR與永磁鐵17和磁性體18間的軸向間隙之間存在相關性。即,軸向間隙隨葉輪10在血液室7內的懸浮位置而變化,若軸向間隙變化,則反電動勢電壓VR也變化。在葉輪10位于可動范圍的中央時,反電動勢電壓VR為規定值,若葉輪10的懸浮位置朝磁性體18側移動,則反電動勢電壓VR升高,若葉輪10的懸浮位置朝永磁鐵16側移動,則反電動勢電壓VR減低。反電動勢電壓VR與軸向間隙之間的關系可預先通過實驗求得。在存儲部74中存儲有表示反電動勢電壓VR與軸向間隙的關系的表格。比較運算部75根據在電壓檢測部73中檢測出的反電動勢電壓VR和存儲在存儲部74中的表格來求出軸向間隙、即葉輪10的位置,并將表示該位置的信號ΦΡ輸出。因此,在外殼2由透光性較低的塑料或金屬形成而無法目視葉輪10的動作時,也能根據信號ΦΡ而容易地判斷葉輪 10的位置是否正常。另外,反電動勢電壓VR與軸向間隙的關系隨葉輪10的轉速、液體的粘度、載荷而變化。因此,也可以將表示反電動勢電壓VR與軸向間隙的關系的曲線按照葉輪10的轉速、 液體的粘度、載荷或它們的組合來存儲在存儲部74中。此時,表示葉輪10的轉速、液體的粘度、載荷或它們的組合的信息通過其它方式送至比較運算部55。此外,當離心式血液泵裝置的使用條件固定時,只要將該條件下的曲線存儲在存儲部74中即可。此外,也可以設有如下的位置判斷部,該位置判斷部根據表示葉輪10的位置的信號ΦP,來判斷葉輪10的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號ΦD輸出(參照圖34)。此外,也可以設有如下的轉速運算部和位置判斷部,該轉速運算部根據電壓檢測部73的檢測結果來運算葉輪10的轉速,該位置判斷部根據運算出的葉輪10的轉速和表示葉輪10的位置的信號ΦΡ來判斷葉輪10的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號Φ 輸出(參照圖35)。此外,也可以設有如下的位置判斷部,該位置判斷部根據由轉速運算部運算得到的葉輪10的轉速、表示液體粘度的信息以及表示葉輪10的位置的信號Φ P來判斷葉輪10的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號Φ D輸出(參照圖36)。應當理解,上面公開的實施方式在所有方面均只是例示,不構成限制。本發明的范圍是由權利要求書來表示的而不是由上述說明來表示的,本發明包括與權利要求書等同的意思和范圍內的所有變更。(符號說明)1、41 泵部2 外殼3主體部4血液流入口5血液流出口6 隔板7血液室8電動機室10 葉輪IOa 通?L11、12 護罩13 葉片14血液通路15 17永磁鐵18、35、37 39 磁性體19、36 磁軛20 線圈21、22 動壓槽25、42 控制器26、43電動機控制電路27、30、31、44 46 功率放大器32、47切換開關
48比較器
49位置運算器
50轉速運算器
51位置判斷器
60電流檢測部
61、73電壓檢測部
62、74存儲部
63,75比較運算部
64位置判斷部
65轉速運算部
66粘度信息輸入部
S磁傳感器
權利要求
1.一種離心式泵裝置,包括外殼0),該外殼( 具有由隔板(6)分隔而成的第一室及第二室(7、8);葉輪(10),該葉輪(10)在所述第一室(7)內被設置成能沿著所述隔板(6) 旋轉,并利用旋轉時的離心力輸送液體;以及驅動部(18 20),該驅動部(18 20)設于所述第二室⑶內,并隔著所述隔板(6)來驅動所述葉輪(10)旋轉,其特征在于,所述離心式泵裝置包括第一磁性體(15),該第一磁性體(1 設于所述葉輪(10)的一個面;第二磁性體(16),該第二磁性體(16)設于所述第一室(7)的與所述葉輪(10)的一個面相對向的內壁,并對所述第一磁性體(15)進行吸引;以及多個第三磁性體(17),這些第三磁性體(17)設于所述葉輪(10)的另一個面,并沿著同一個圓配置以使相鄰的磁極彼此不同,所述驅動部(18 20)包括多個第四磁性體(18),這些第四磁性體(18)與所述多個第三磁性體(17)相對向地配置;以及多個線圈(20),這些線圈00)分別與所述多個第四磁性體(18)對應設置,且各自卷繞于對應的第四磁性體(18),由此產生旋轉磁場,在所述葉輪(10)的旋轉期間,所述第一磁性體與第二磁性體(15、16)之間的第一吸引力和所述多個第三磁性體(17)與所述多個第四磁性體(18)之間的第二吸引力在所述第一室(7)內的所述葉輪(10)的可動范圍的大致中央處于平衡,在所述葉輪(10)的一個面或所述第一室(7)的與該一個面相對向的內壁形成有第一動壓槽(22),在所述葉輪(10)的另一個面或與該另一個面相對向的所述隔板(6)形成有第二動壓槽。
2.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于,由所述第一吸引力及第二吸引力構成的朝所述葉輪(10)軸向方向的負值的支承剛性值的絕對值與朝所述葉輪徑向方向的正值的剛性值的絕對值之和,在所述葉輪(10)的旋轉的常用轉速范圍內比由所述第一動壓槽及第二動壓槽02、21)得到的正值的剛性值的絕對值小。
3.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于,由所述第一動壓槽02)產生的動壓力與由所述第二動壓槽產生的動壓力不同。
4.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述第一動壓槽及第二動壓槽 (22,21)中的至少一個是向內螺旋槽。
5.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述第一磁性體 第三磁性體 (15 17)均為永磁鐵。
6.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述第四磁性體(18)是由軟質磁性材料形成的。
7.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述葉輪(10)在旋轉啟動時與所述隔板(6)接觸。
8.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述離心式泵裝置還包括控制部 (25),該控制部(25)在所述葉輪(10)旋轉啟動時使所述葉輪(10)與所述隔板(6)接觸。
9.如權利要求8所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述控制部05)在所述葉輪(10)旋轉啟動時使電流流過所述多個線圈(20),以使所述第二吸引力變得比所述第一吸引力大,從而使所述葉輪(10)與所述隔板(6)接觸。
10.如權利要求9所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述控制部05)在所述葉輪 (10)旋轉啟動時使第一電流流過所述多個線圈(20),以使所述葉輪(10)與所述隔板(6) 接觸,此后,使比所述第一電流小的第二電流流過所述多個線圈(20),從而使所述葉輪 (10)旋轉。
11.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于,在所述葉輪(10)的表面和/或所述第一室(7)的內壁形成有用于降低摩擦力的類金剛石碳膜。
12.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于,彼此相鄰的兩個第四磁性體(18) 的彼此相對向的面被設置成大致平行。
13.如權利要求12所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述離心式泵裝置還包括第五磁性體(35),該第五磁性體(3 與各所述第四磁性體 (18)對應地設置,設置于對應的第四磁性體(18)的與所述第三磁性體(17)相對向的前端所述第五磁性體(3 的與所述第三磁性體(17)相對向的表面的面積比所述第四磁性體(18)的前端面的面積大。
14.如權利要求12所述的離心式泵裝置,其特征在于,各第四磁性體(37)包括在所述葉輪(10)的轉軸的長度方向上層疊的多個鋼板。
15.如權利要求12所述的離心式泵裝置,其特征在于,各第四磁性體(38)包括在所述葉輪(10)的旋轉方向上層疊的多個鋼板。
16.如權利要求12所述的離心式泵裝置,其特征在于,各第四磁性體(39)包括在所述葉輪(10)的徑向上層疊的多個鋼板。
17.如權利要求12所述的離心式泵裝置,其特征在于,各第四磁性體(18)是由純鐵、軟鐵或硅鐵的粉末形成的。
18.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述離心式泵裝置還包括磁傳感器(S),該磁傳感器( 與所述多個第三磁性體(17)的經過路徑相對向地設于所述第二室(8)內,并對由所述葉輪(10)的旋轉及位置變化而引起的磁場變化進行檢測; 以及控制部(42),該控制部0 根據所述磁傳感器( 的檢測結果而使電流流過所述多個線圈(20),由此產生旋轉磁場來驅動所述葉輪(10)旋轉。
19.如權利要求18所述的離心式泵裝置,其特征在于,還包括第一運算部(49),該第一運算部G9)根據所述磁傳感器⑶的檢測結果,來求出所述第一室(7)內的所述葉輪(10) 的軸向方向的位置。
20.如權利要求19所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述第一運算部09)將表示所述葉輪(10)的軸向方向的位置的信息輸出至外部。
21.如權利要求19所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述離心式泵裝置還包括判斷部(51),該判斷部(51)判斷由所述第一運算部G9)求得的所述葉輪(10)的軸向方向的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號輸出。
22.如權利要求19所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述離心式泵裝置還包括第二運算部(50),該第二運算部(50)根據所述磁傳感器( 的檢測結果來求出所述葉輪(10)的轉速;以及判斷部(51),該判斷部(51)根據由所述第一運算部G9)求得的所述葉輪(10)的軸向方向的位置和由所述第二運算部(50)求得的所述葉輪(10)的轉速,來判斷所述葉輪(10) 的軸向方向的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號輸出。
23.如權利要求19所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述離心式泵裝置還包括判斷部(51),該判斷部(51)根據由所述第一運算部G9)求得的所述葉輪(10)的軸向方向的位置和所述液體的粘度信息,來判斷所述葉輪(10)的軸向方向的位置是否處于正常范圍內, 并將表示判斷結果的信號輸出。
24.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述離心式泵裝置還包括 第一檢測部(61),該第一檢測部(61)對施加在各線圈00)上的電壓進行檢測; 第二檢測部(60),該第二檢測部(60)對各線圈00)中流過的電流進行檢測;以及運算部(63),該運算部(6 根據所述第一檢測部及第二檢測部(61、60)的檢測結果和表示所述葉輪(10)的轉速的信息,來求出所述第一室(7)內的所述葉輪(10)的軸向方向的位置。
25.如權利要求M所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述運算部(63)求出由所述第一檢測部(61)檢測出的電壓與由所述第二檢測部(60)檢測出的電流之比,并根據該比和表示所述葉輪(10)的轉速的信息來求出所述第一室(7)內的所述葉輪(10)的軸向方向的位置。
26.如權利要求M所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述離心式泵裝置還包括判斷部(64),該判斷部(64)判斷由所述運算部(6 求得的所述葉輪(10)的軸向方向的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號輸出。
27.如權利要求M所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述離心式泵裝置還包括判斷部(64),該判斷部(64)根據由所述運算部(6 求得的所述葉輪(10)的軸向方向的位置和表示所述葉輪(10)的轉速的信息,來判斷所述葉輪(10)的軸向方向的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號輸出。
28.如權利要求M所述的離心式泵裝置,其特征在于,所述離心式泵裝置還包括判斷部(64),該判斷部(64)根據由所述運算部(6 求得的所述葉輪(10)的軸向方向的位置和表示所述葉輪(10)的轉速的信息和所述液體的粘度信息,來判斷所述葉輪(10)的軸向方向的位置是否處于正常范圍內,并將表示判斷結果的信號輸出。
29.如權利要求1所述的離心式泵裝置,其特征在于, 所述液體為血液,所述離心式泵裝置能用于使所述血液循環。
全文摘要
一種離心式血液泵裝置,其包括設于血液室(7)內的葉輪(10);設于葉輪(10)的一個面的永磁鐵(15);設于血液室(7)的內壁的永磁鐵(16);設于葉輪(10)的另一個面的永磁鐵(17);以及設于電動機室(8)內,并隔著隔板(6)來驅動葉輪(10)旋轉的磁性體(18)及線圈(20)。與葉輪(10)相對向的隔板(6)和血液室(7)的內壁均形成有動壓槽(21、22)。因此,通過控制線圈電流,就能使葉輪(10)順暢地啟動并旋轉。
文檔編號A61M1/10GK102239334SQ200980150158
公開日2011年11月9日 申請日期2009年11月10日 優先權日2008年12月8日
發明者尾崎孝美, 山田裕之, 杉浦顯, 鈴木健一 申請人:Ntn株式會社, 泰爾茂株式會社