离心式泵装置的制作方法

文档序号:1179846阅读:138来源:国知局
专利名称:离心式泵装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种离心式泵装置,尤其涉及包括利用旋转时的离心力输送液体的叶轮的离心式泵装置。
背景技术
近年来,以利用磁耦合将外部电动机的驱动转矩传递至血液室内的叶轮的离心式血液泵装置作为人工心肺装置的血液循环装置的案例正在增加。利用这种离心式血液泵装置,能排除外部与血液室的物理连通,从而能防止细菌等进入血液。专利文献1 (特開2004-209240号公報(日本专利特开2004-209240号公报))的离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 第三室的外壳;在第二室(血液室)内被设置成能旋转的叶轮;设于叶轮的一个面的磁性体;与叶轮的一个面相对向地设于第一室内的电磁铁;设于叶轮的另一个面的永磁铁;设于第三室内的转子及电动机;以及与叶轮的另一个面相对向地设于转子的永磁铁。在第二隔板的与叶轮的另一个面相对向的表面形成有动压槽。在由电磁铁作用于叶轮的一个面的吸引力、由转子的永磁铁作用于叶轮的另一个面的吸引力以及动压槽的动压轴承效应的作用下,叶轮离开第二室的内壁,并以非接触的状态旋转。此外,专利文献2 (特開2006-167173号公報(日本专利特开2006-167173号公报))的离心式血液泵包括外壳,该外壳具有由第一隔板和第二隔板分隔而成的第一室 第三室;叶轮,该叶轮在第二室(血液室)内被设置成能旋转;磁性体,该磁性体设于叶轮的一个面;第一永磁铁,该第一永磁铁与叶轮的一个面相对向地设于第一室内;第二永磁铁,该第二永磁铁设于叶轮的另一个面;转子及电动机,该转子及电动机设于第三室内;以及第三永磁铁,该第三永磁铁与叶轮的另一个面相对向地设于转子。在第一隔板的与叶轮的一个面相对向的表面形成有第一动压轴,在第二隔板的与叶轮的另一个面相对向的表面形成有第二动压槽。在由第一永磁铁作用于叶轮的一个面的吸引力、由转子的第三永磁铁作用于叶轮的另一个面的吸引力以及第一动压槽和第二动压槽的动压轴承效应的作用下, 叶轮离开第二室的内壁,并以非接触的状态旋转。此外,专利文献3 (特開平4-91396号公報(日本专利特开平4-91396号公报))的图8和图9的涡轮型泵包括外壳;叶轮,该叶轮在外壳内被设置成能旋转;第一永磁铁,该第一永磁铁设于叶轮的一个面;转子,该转子设于外壳的外部;第二永磁铁,该第二永磁铁与叶轮的一个面相对向地设于转子;第三永磁铁,该第三永磁铁设于叶轮的另一个面;以及磁性体,该磁性体与叶轮的另一个面相对向地设于外壳。此外,在叶轮的一个面形成有第一动压槽,在叶轮的另一个面形成有第二动压槽。在由转子的第二永磁铁作用于叶轮的一个面的吸引力、由外壳的磁性体作用于叶轮的另一个面的吸引力以及第一动压槽和第二动压槽的动压轴承效应的作用下,叶轮离开外壳的内壁,并以非接触状态旋转。此外,专利文献4 (実開平6-53790号公報(日本专利实开平6-53790号公报))的清洁泵(clean pump)包括外壳;叶轮,该叶轮在外壳内被设置成能旋转;第一永磁铁,该第一永磁铁设于叶轮的一个面;转子,该转子设于外壳的外部;第二永磁铁,该第二永磁铁与叶轮的一个面相对向地设于转子;磁性体,该磁性体设于叶轮的另一个面;以及电磁铁, 该电磁铁与叶轮的另一个面相对向地设于外壳外。此外,在叶轮的一个面形成有动压槽。在叶轮的转速比规定转速低时,使电磁铁工作,在叶轮的转速超过规定转速时,停止对电磁铁的通电。在由转子的第二永磁铁作用于叶轮的一个面的吸引力和动压槽的动压轴承效应的作用下,叶轮离开外壳的内壁,并以非接触状态旋转。专利文献1 日本专利特开2004-209240号公报专利文献2 日本专利特开2006-167173号公报专利文献3 日本专利特开平4-91396号公报专利文献4 日本专利实开平6-53790号公报

发明内容
发明所要解决的技术问题在上述专利文献1 4的泵中,在以下这点上是相同的通过形成于叶轮与外壳的相对部的动压槽来进行叶轮的轴向方向的支承,并利用设于叶轮的永磁铁和设于外壳外的永磁铁的吸引力来进行叶轮的径向方向的支承。动压槽的支承刚性与叶轮的转速成比例。因此,在对泵施加有扰动的状态下,为了使叶轮不与外壳接触而稳定地旋转,需要提高泵的常用转速范围,以便提高叶轮的轴向方向的刚性。然而,在上述专利文献1 4的泵中,由于利用永磁铁的吸引力来对径向方向予以支承,因此,存在支承刚性低并无法使叶轮高速旋转这样的问题。作为提高该径向方向的刚性的方法,有加强叶轮内的永磁铁与配置于外壳外部的永磁铁或定子之间的吸引力的方法。但是,若加强该吸引力,则朝叶轮的轴向方向的负值的刚性值增大(即,若使叶轮朝轴向方向移动,则其移动便使得该吸引力增大),因而存在动压对叶轮的支承性能和作用于叶轮与外壳之间的吸引力增大,而使叶轮很难进行顺畅的旋转驱动这样的问题。尤其是,如专利文献2的图39所示,当使叶轮在外部的电动机线圈与配置于叶轮的永磁铁的磁力相互作用下旋转时,由于与如专利文献2的图3所示的使叶轮通过永磁铁之间的磁耦合来驱动而旋转的情形相比,启动转矩较小,因此,叶轮很难进行顺畅的旋转驱动。对此,在专利文献2中,也提出了如下方法设置用于朝规定方向对叶轮施力的电磁铁和用于使永磁铁的磁力变化的磁力调整用线圈,并在叶轮的旋转启动时使它们工作, 由此使叶轮的启动顺畅。然而,在这种处理方法中,由于需要电磁铁和线圈等新的专用构件,因此,存在泵尺寸增大、因构成部件增加而使可靠性降低这样的问题。这些问题对于在人工心脏等中使用的血液泵而言是重要的问题。此外,由于动压轴承无法主动地进行叶轮的位置控制,因此,也存在因叶轮的转速和泵流体的粘度而使叶轮的位置变化的可能性。若为了测量泵的位置而增加新的传感器,则构成部件增加而使可靠性降低。这些问题对于在人工心脏等中使用的血液泵而言是重要的问题。因此,本发明的主要目的在于提供一种能使叶轮高速旋转,并使叶轮顺畅地启动并旋转的小型离心式泵装置。
解决技术问题所采用的技术方案本发明的离心式泵装置,包括外壳,该外壳具有由隔板分隔而成的第一室及第二室;叶轮,该叶轮在第一室内被设置成能沿着隔板旋转,并利用旋转时的离心力输送液体; 以及驱动部,该驱动部设于第二室内,并隔着隔板来驱动叶轮旋转,该离心式泵装置还包括第一磁性体,该第一磁性体设于叶轮的一个面;第二磁性体,该第二磁性体设于第一室的与叶轮的一个面相对向的内壁,并对第一磁性体进行吸引;以及多个第三磁性体,这些第三磁性体设于叶轮的另一个面,并沿着同一个圆配置以使相邻的磁极彼此不同。驱动部包括多个第四磁性体,这些第四磁性体与多个第三磁性体相对向地配置;以及多个线圈,这些线圈分别与多个第四磁性体对应设置,且各自卷绕于对应的第四磁性体,由此产生旋转磁场。在叶轮的旋转期间,第一磁性体与第二磁性体之间的第一吸引力和多个第三磁性体与多个第四磁性体之间的第二吸引力在第一室内的叶轮的可动范围的大致中央处平衡。在叶轮的一个面或第一室的与该一个面相对向的内壁形成有第一动压槽,并在叶轮的另一个面或与该另一个面相对向的隔板形成有第二动压槽。因此,由于在驱动部的各线圈内设置第四磁性体,并使该第四磁性体与叶轮的第三磁性体磁耦合,因此,通过调整线圈电流,便能使叶轮高速旋转,此外,能在将泵尺寸维持小型的同时,增大叶轮的旋转启动力。较为理想的是,由第一吸引力及第二吸引力构成的朝叶轮轴向方向的负值的支承刚性值的绝对值与朝叶轮的径向方向的正值的刚性值的绝对值之和,在叶轮的旋转的常用转速范围内比由第一动压槽及第二动压槽得到的正值的刚性值的绝对值小。此时,能抑制在对叶轮作用有扰动力时的叶轮移动,从而能避免叶轮与外壳的机械接触。此外,较为理想的是,由第一动压槽产生的动压力与由第二动压槽产生的动压力不同。此时,在开泵时流体力等始终对叶轮作用有一定方向的扰动时,通过将位于对叶轮的扰动方向的动压槽的性能提高成比另一个动压槽的性能高,便能使叶轮在外壳的中央位置悬浮并旋转。其结果是,能减少叶轮与外壳之间的机械接触,从而能使叶轮稳定地悬浮。此外,较为理想的是,第一动压槽及第二动压槽中的至少一个是向内螺旋槽。此时,能使液体顺畅地流动。此外,较为理想的是,第一磁性体 第三磁性体均为永磁铁。此外,较为理想的是,第四磁性体是由软质磁性材料形成的。此外,较为理想的是,叶轮在旋转启动时与隔板接触。此时,能使叶轮顺畅地启动并旋转。此外,较为理想的是,还包括在叶轮旋转启动时使叶轮与隔板接触的控制部。此外,较为理想的是,控制部在叶轮旋转启动时使电流流过多个线圈,以使第二吸引力变得比第一吸引力大,从而使叶轮与隔板接触。此外,较为理想的是,控制部在叶轮旋转启动时使第一电流流过多个线圈,以使叶轮与隔板接触,此后,使比第一电流小的第二电流流过多个线圈,从而使叶轮旋转。此外,较为理想的是,在叶轮的表面和/或第一室的内壁形成有用于降低摩擦力的类金刚石碳膜。此时,能减少叶轮与外壳之间的摩擦,从而使叶轮顺畅地启动并旋转。此外,较为理想的是,彼此相邻的两个第四磁性体的彼此相对向的面被设置成大致平行。此时,能确保线圈用的较大的空间,从而能增大线圈的匝数。因此,能产生用于驱动叶轮而旋转的较大的转矩。此外,能减少电动机线圈中产生的铜损,从而能提高叶轮旋转驱动时的能源效率。此外,较为理想的是,还包括第五磁性体,该第五磁性体与各第四磁性体对应地设置,以设置于对应的第四磁性体的与第三磁性体相对向的前端面,第五磁性体的与第三磁性体相对向的表面的面积比第四磁性体的前端面的面积大。此时,能增大第三磁性体与驱动部的吸引力,从而能提高叶轮旋转驱动时的能源效率。较为理想的是,各第四磁性体均包括在叶轮的转轴的长度方向上层叠的多个钢板。此时,能减少在第四磁性体内产生的涡流损耗,从而能提高叶轮旋转驱动时的能源效率。此外,较为理想的是,各第四磁性体均包括在叶轮的旋转方向上层叠的多个钢板。 此时,能减少在第四磁性体内产生的涡流损耗,从而能提高叶轮旋转驱动时的能源效率。此外,较为理想的是,各第四磁性体均包括在叶轮的径向上层叠的多个钢板。此时,能减少在第四磁性体内产生的涡流损耗,从而能提高叶轮旋转驱动时的能源效率。此外,较为理想的是,各第四磁性体是由纯铁、软铁或硅铁的粉末形成的。此时,能减少在第四磁性体内的铁损,从而能提高叶轮旋转驱动时的能源效率。此外,较为理想的是,还包括磁传感器,该磁传感器与多个第三磁性体的经过路径相对向地设于第二室内,并对由叶轮的旋转及位置变化而引起的磁场变化进行检测;以及控制部,该控制部根据磁传感器的检测结果而使电流流过多个线圈,由此产生旋转磁场来驱动叶轮而旋转。此外,较为理想的是,还包括第一运算部,该第一运算部根据磁传感器的检测结果,来求出第一室内的叶轮的轴向方向的位置。此时,由于使用用于对使电流流过多个线圈的时刻进行检测的磁传感器来求出叶轮的径向方向的位置,因此,不需要增加零件数,便能提高装置的可靠性。此外,较为理想的是,第一运算部将表示叶轮的轴向方向的位置的信息输出至外部。此外,较为理想的是,还包括判断部,该判断部判断由第一运算部求得的叶轮的轴向方向的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号输出。此外,较为理想的是,还包括第二运算部,该第二运算部根据磁传感器的检测结果来求出叶轮的转速;以及判断部,该判断部根据由第一运算部求得的叶轮的轴向方向的位置和由第二运算部求得的叶轮的转速,来判断叶轮的轴向方向的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号输出。此外,较为理想的是,还包括判断部,该判断部根据由第一运算部求得的叶轮的轴向方向的位置和流体的粘度信息,来判断叶轮的轴向方向的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号输出。此外,还包括第一检测部,该第一检测部对施加在各线圈上的电压进行检测;第二检测部,该第二检测部对各线圈中流过的电流进行检测;以及运算部,该运算部根据第一检测部及第二检测部的检测结果和表示叶轮的转速的信息,来求出第一室内的叶轮的轴向方向的位置。此时,由于根据线圈电压、线圈电流以及表示叶轮转速的信息来求出叶轮的径向方向的位置,因此,不需要增加外壳内的零件数,能够在维持外壳尺寸的状态下对叶轮的悬浮状态进行监视,从而能实现装置可靠性的提高。
此外,较为理想的是,运算部求出由第一检测部检测出的电压与由第二检测部检测出的电流之比,并根据该比和表示叶轮转速的信息来求出第一室内的叶轮的轴向方向的位置。此外,较为理想的是,还包括判断部,该判断部判断由运算部求得的叶轮的轴向方向的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号输出。此外,较为理想的是,还包括判断部,该判断部根据由运算部求得的叶轮的轴向方向的位置和表示叶轮转速的信息,来判断叶轮的轴向方向的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号输出。此外,较为理想的是,还包括判断部,该判断部根据由运算部求得的叶轮的轴向方向的位置、表示叶轮转速的信息以及液体的粘度信息,来判断叶轮的轴向方向的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号输出。此外,较为理想的是,液体是血液,离心式泵装置能用于使血液循环。此时,由于叶轮顺畅地启动并旋转,而确保了叶轮与外壳之间的距离,因此,能防止溶血的发生。发明效果综上所述,根据本发明,能够使叶轮高速旋转,并能在将泵尺寸维持小型的同时, 增大叶轮的旋转启动力。此外,能减少叶轮与外壳的机械接触,从而能使叶轮稳定地悬浮。 此外,能使液体顺畅地流动。此外,能使叶轮顺畅地启动并旋转。此外,能产生用于驱动叶轮而旋转的较大的转矩。此外,能提高叶轮的旋转驱动时的能源效率。此外,不需要增加零件数,便能提高装置的可靠性。此外,在使血液循环的情况下,能避免溶血。


图1是表示本发明实施方式1的离心式血液泵装置的泵部的外观的主视图。 图2是图1所示的泵部的侧视图。 图3是沿图2的III-III线的剖视图。 图4是沿图3的IV-IV线的剖视图。
图5是表示从沿图3的IV-IV线的剖视图中去除叶轮后的状态的剖视图。
图6是表示从沿图3的VI-VI线的剖视图中去除叶轮后的状态的剖视图。
图7是沿图3的VII-VII线的剖视图。
图8是例示对图7所示的多个线圈施加电压的时序图。
图9是用于说明本申请发明的效果的图。
图10是用于说明本申请发明的效果的另一张图。
图11是表示对图1 图7所示的泵部进行控制的控制器的结构的框图。
图12是表示图11所示的控制器的动作的时序图。
图13是表示实施方式1的变形例的框图。
图14是表示实施方式1的另一变形例的时序图。
图15是表示实施方式1的又一变形例的剖视图。
图16是表示实施方式1的又一变形例的剖视图。
图17是表示实施方式1的又一变形例的剖视图。
图18是表示实施方式1的又一变形例的剖视图。
图19是表示实施方式1的又一变形例的剖视图。图20是表示本发明实施方式2的离心式血液泵装置的泵部的结构的剖视图。图21是沿图20的XXI-XXI线的剖视图。图22是表示图21所示的磁传感器的输出信号的时序图。图23是表示对图20 图22所示的泵部进行控制的控制器的结构的框图。图M是表示实施方式2的变形例的框图。图25是表示实施方式2的另一变形例的框图。图沈是表示实施方式2的又一变形例的框图。图27是表示实施方式2的又一变形例的剖视图。图观是表示实施方式2的又一变形例的剖视图。图四是表示本发明实施方式3的离心式血液泵装置的结构的框图。图30是表示图四所示的I/V与轴向间隙之间的关系的图。图31是表示实施方式3的变形例的框图。图32是表示本发明实施方式4的离心式血液泵装置的结构的框图。图33是表示实施方式4的变形例的框图。图34是表示实施方式4的另一变形例的框图。图35是表示实施方式4的又一变形例的框图。图36是表示实施方式4的又一变形例的框图。图37是表示本发明实施方式5的离心式血液泵装置的结构的框图。
具体实施例方式(实施方式1)图1是表示本发明实施方式1的离心式血液泵装置的泵部1的外观的主视图,图 2是其侧视图。图3是沿图2的III-III线的剖视图,图4是沿图3的IV-IV线的剖视图, 图5是表示从沿图3的IV-IV线的剖视图中去除叶轮后的状态的剖视图。图6是表示从沿图3的VI-VI线的剖视图中去除叶轮后的状态的剖视图,图7是沿图3的VII-VII线的剖视图。在图1 图7中,该离心式血液泵装置的泵部1包括由非磁性材料形成的外壳2。 外壳2包括圆柱状的主体部3 ;竖立设置在主体部3的一个端面的中央的圆筒状的血液流入口 4 ;以及设于主体部3外周面的圆筒状的血液流出口 5。血液流出口 5朝主体部3外周面的切线方向延伸。如图3所示,外壳2内设有由隔板6分隔而成的血液室7和电动机室8。如图3和图4所示,在血液室7内,中央具有通孔IOa的圆板状叶轮10被设置成能旋转。叶轮10包括两个圈形板状的护罩11、12 ;以及形成在两个护罩11、12之间的多个(例如6个)叶片 13。护罩11配置于血液流入口 4侧,护罩12配置于隔板6侧。护罩11、12和叶片13由非磁性材料形成。在两个护罩11、12之间形成有由多个叶片13分隔而成的多个(此时为6个)血液通路14。如图4所示,血液通路14与叶轮10中央的通孔IOa连通,并以叶轮10的通孔 IOa为开始端,宽度慢慢变宽地延伸至外周缘。换言之,相邻的两个血液通路14之间形成有叶片13。另外,在本实施方式1中,多个叶片13以等角度间隔设置,且形成为相同形状。 因此,多个血液通路14以等角度间隔设置,且形成为相同形状。一旦叶轮10被驱动而旋转,则从血液流入口 4流入的血液在离心力的作用下从通孔IOa经由血液通路14被送至叶轮10的外周部,并从血液流出口 5流出。此外,在护罩11中埋设有永磁铁15,在血液室7的与护罩11相对向的内壁中埋设有对永磁铁15进行吸引的永磁铁16。永磁铁15、16是为了将叶轮10朝与电动机室8相反一侧、即血液流入口 4侧吸引(即施力)而设的。另外,也可以在护罩11和血液室7的内壁中的一方设置永磁铁,在另一方设置磁性体,来代替在护罩11和血液室7的内壁上分别设置永磁铁15、16。此外,也可以将护罩11 本身用永磁铁15或磁性体形成。此外,作为磁性体,可以使用软质磁性体或硬质磁性体。此外,磁性铁16既可以是一个,也可以是多个。当永磁铁16为一个时,永磁铁16 形成为环状。此外,当永磁铁16为多个时,多个永磁铁16沿着同一个圆以等角度间隔配置。 永磁铁15也与永磁铁16 —样,既可以是一个,也可以是多个。此外,如图4所示,在护罩12中埋设有多个(例如8个)永磁铁17。多个永磁铁 17沿着同一个圆以等角度间隔配置,以使相邻的磁极彼此不同。换言之,N极朝向电动机室 8侧的永磁铁17和S极朝向电动机室8侧的永磁铁17沿着同一个圆以等角度间隔交替配置。此外,如图7所示,在电动机室8内设有多个(例如9个)磁性体18。多个磁性体 18与叶轮10的多个永磁铁17相对向地沿着同一个圆以等角度间隔配置。多个磁性体18 的基端与一个圆板状的磁轭19接合。各磁性体18卷绕有线圈20。在此,多个磁性体18形成为相同尺寸的三棱柱状。此外,确保在多个磁性体18的周围有相等的用于卷绕线圈20的空间,彼此相邻的两个磁性体18的彼此相对向的面被设置成大致平行。因此,能确保线圈20用的较大的空间,从而能增大线圈20的匝数。因此, 能产生用于驱动叶轮10旋转的较大的转矩。此外,能减少线圈20中产生的铜损,从而能提高叶轮10旋转驱动时的能源效率。另外,围住多个磁性体18的外形面(在图7中为围住多个磁性体18外周的圆) 既可以与围住多个永磁铁17的外形面(在图4中为围住多个磁性体17外周的圆)一致, 也可以使围住多个磁性体18的外形面比围住多个永磁铁17的外形面大。此外,较为理想的是,将磁性体18设计成在泵1的最大额定功率(叶轮10的旋转驱动转矩为最大的条件) 下不会达到磁饱和。例如以120度通电方式对9个线圈20施加电压。即,9个线圈20被每三个分成一组。对各组的第一线圈 第三线圈20施加如图8所示的电压VU、VV、Vff。在0 120度期间对第一线圈20施加正电压,在120 180度期间对第一线圈20施加0V,在180 300 度期间对第一线圈20施加负电压,在300 360度期间对第一线圈20施加0V。因此,卷绕有第一线圈20的磁性体18的前端面(叶轮10侧的端面)在0 120度期间为N极,在 180 300度期间为S极。电压VV的相位比电压VU的相位慢120度,电压VW的相位比电压W的相位慢120度。因此,通过分别对第一线圈 第三线圈20施加电压VU、W、Vff,能形成旋转磁场,由此能利用多个磁性体18与叶轮10的多个永磁铁17的吸引力和斥力而使叶轮10旋转。
在此,在叶轮10以额定转速旋转时,永磁铁15、16之间的吸引力和多个磁性体17 与多个磁性体18之间的吸引力在血液室7内的叶轮10的可动范围的大致中央附近平衡。 因此,在叶轮10的任何可动范围内,由对叶轮10的吸引力而引发的作用力都非常小。其结果是,能减小在使叶轮10的旋转启动时所产生的叶轮10与外壳2的相对滑动时的摩擦阻力。此外,没有相对滑动时的叶轮10和外壳2的内壁的表面损伤(表面凹凸),进而在低速旋转时的动压力较小的情况下,也能使叶轮10容易从外壳2悬浮,而成为非接触的状态。 因此,也不会因叶轮10与外壳2的相对滑动而引起溶血及血栓、或是因相对滑动时所产生的微小的表面损伤(凹凸)而引起血栓。此外,在隔板6的与叶轮10的护罩12相对向的表面形成有多个动压槽21,在血液室7的与护罩11相对向的内壁形成有多个动压槽22。一旦叶轮10的转速超过规定转速, 便会在各动压槽21、22与叶轮10之间产生动压轴承效应。藉此,由各动压槽21、22对叶轮 10产生阻力,而使叶轮10在血液室7内以非接触状态旋转。详细来说,如图5所示,多个动压槽21形成为与叶轮10的护罩12相对应的大小。 各动压槽21的一端在稍许离开隔板6中心的圆形部分的周缘(圆周)上,且各动压槽21 以宽度慢慢变宽的方式呈涡旋状(即弯曲地)延伸到隔板6的外缘附近。此外,多个动压槽21为大致相同的形状,且被配置成大致相同的间隔。较为理想的是,动压槽21为凹部, 且动压槽21的深度为0. 005 0. 4mm左右。较为理想的是,动压槽21的个数为6 36个左右ο图5中,相对于叶轮10的中心轴等角度地配置有10个动压槽21。由于动压槽21 呈所谓的向内螺旋槽形状,因此,若叶轮10朝顺时针方向旋转,则液体的压力从动压槽21 的外径部朝向内径部增高。因此,在叶轮10与隔板6之间产生斥力,该斥力便是动压力。另外,也可将动压槽21设于叶轮10的护罩12的表面,来代替将动压槽21设于隔板6。这样,通过形成于叶轮10与多个动压槽21之间的动压轴承效应,叶片10离开隔板6,并以非接触状态旋转。因此,在叶轮10与隔板6之间确保血液流路,从而防止在两者之间的血液滞留以及因该血液滞留而引发的血栓。另外,在通常状态下,由于动压槽21在叶轮10与隔板6之间起到搅拌作用,因此,能防止两者之间产生局部的血液滞留。此外,较为理想的是,将动压槽21的角的部分倒圆成具有至少0. 05mm以上的圆角。藉此,能进一步减少溶血的产生。此外,如图6所示,多个动压槽22与多个动压槽21 —样,形成为与叶轮10的护罩 11相对应的大小。各动压槽22的一端在稍许离开血液室7内壁的中心的圆形部分的周缘 (圆周)上,且各动压槽22以宽度慢慢变宽的方式呈涡旋状(即弯曲地)延伸到血液室7 内壁的外缘附近。此外,多个动压槽22为大致相同的形状,且以大致相同的间隔配置。较为理想的是,动压槽22为凹部,且动压槽22的深度为0. 005 0. 4mm左右。较为理想的是,动压槽22的个数为6 36个左右。图6中,相对于叶轮10的中心轴等角度地配置有 10个动压槽22。另外,动压槽22也可以设于叶轮10的护罩11的表面,而不是血液室7的内壁侧。 此外,较为理想的是,将动压槽22的作为角的部分倒圆成具有至少0.05mm以上的圆角。藉此,能进一步减少溶血的产生。
这样,通过形成于叶轮10与多个动压槽22之间的动压轴承效应,叶片10离开血液室7的内壁,并以非接触状态旋转。此外,在泵部1受到外部冲击或由动压槽21产生的动压力过剩时,能防止叶轮10与血液室7的内壁密接。也可以使由动压槽21产生的动压力和由动压槽22产生的动压力不同。较为理想的是,在叶轮10的护罩12与隔板6的间隙和叶轮10的护罩11与血液室7的内壁的间隙为大致相等的状态下使叶轮10旋转。当作用于叶轮10的流体力等扰动较大而使一个间隙变窄时,会使由该变窄一侧的动压槽产生的动压力比由另一个动压槽产生的动压力大,为了使两个间隙大致相同,较为理想的是,使动压槽21与动压槽22的形状不同。另外,在图5和图6中,动压槽21、22均为向内螺旋槽形状,但也可以使用其它形状的动压槽21、22。但是,在使血液循环的情况下,较为理想的是,采用能使血液顺畅流动的向内螺旋槽形状的动压槽21、22。图9是表示在将永磁铁15、16之间的吸引力Fl和永磁铁17与磁性体18之间的吸引力F2的合力大小调整成在叶轮10的血液室7内的可动范围的中央位置以外的位置Pl 处为零时作用于叶轮10的力的图。其中,叶轮10的转速被保持为额定值。S卩,永磁铁15、16之间的吸引力Fl被设定成比永磁铁17与磁性体18之间的吸引力F2小,并使它们的合力为零的叶轮10的悬浮位置比叶轮可动范围的中间更靠隔板6侧。 使动压槽21、22的形状相同。图9的横轴表示叶轮10的位置(图中的左侧为隔板6侧),纵轴表示对叶轮10的作用力。当对叶轮10的作用力朝隔板6侧作用时,该作用力为负值。作为对叶轮10的作用力,示出有永磁铁15、16之间的吸引力F1、永磁铁17与磁性体18之间的吸引力F2、动压槽21的动压力F3、动压槽22的动压力F4以及它们的合力、S卩“作用于叶轮的有效力(日文正味 力)F5”。从图9可知,在作用于叶轮10的有效力F5为零的位置上,叶轮10的悬浮位置大幅偏离叶轮10的可动范围的中央位置。其结果是,旋转期间的叶轮10与隔板6之间的距离变窄,即使对叶轮10作用有较小的扰动力,也会使叶轮10与隔板6接触。与此相对,图10是表示在将永磁铁15、16之间的吸引力Fl和永磁铁17与磁性体 18之间的吸引力F2的合力大小调整成在叶轮10的血液室7内的可动范围的中央位置PO 处为零时作用于叶轮10的力的图。此时,叶轮10的转速也被保持为额定值。即,永磁铁15,16之间的吸引力Fl和永磁铁17与磁性体18之间的吸引力F2被设定为大致相同。此外,使动压槽21、22的形状相同。此时,与图9的情形相比,对叶轮10 的悬浮位置的支承刚性变高。此外,由于作用于叶轮10的有效力F5在可动范围的中央为零,因此,在对叶轮10没有作用扰动力的情况下,叶轮10在中央位置处悬浮。这样,叶轮10的悬浮位置由永磁铁15、16之间的吸引力F1、永磁铁17与磁性体 18之间的吸引力F2以及叶轮10旋转时在动压槽21、22中产生的动压力F3、F4的平衡来决定。由于使Fl与F2大致相同且使动压槽21、22的形状大致相同,因而在叶轮10旋转时能使叶轮10在血液室7的大致中央部处悬浮。如图3和图4所示,由于叶轮10具有在两个盘之间形成翼的形状,因此,能将与外壳2的内壁相对向的两个面形成为相同形状和相同尺寸。因此,能将具有大致相同的动压性能的动压槽21、22设于叶轮10的两侧。
此时,由于叶轮10在血液室7的中央位置悬浮,因此,叶轮10被保持在距外壳2的内壁最远的位置。其结果是,即使在叶轮10悬浮时对叶轮10施加扰动力,而使叶轮10的悬浮位置变化,叶轮10与外壳2的内壁接触的可能性变小,由此使因它们接触而引发血栓或溶血的可能性变低。另外,在图9和图10的例子中,两个动压槽21、22的形状相同,但也可以使动压槽 2U22的形状不同,并使动压槽21、22的动压性能不同。例如,当开泵时因流体力等而对叶轮10始终作用有一个方向的扰动时,通过预先使位于该扰动方向的动压槽的性能比另一个动压槽的性能高,能使叶轮10在外壳2的中央位置处悬浮并旋转。其结果是,能将叶轮 10与外壳2的接触概率控制得较低,并能得到叶轮10的稳定的悬浮性能。此外,较为理想的是,在将由永磁铁15、16之间的吸引力Fl和永磁铁17与磁性体 18之间的吸引力F2构成的朝叶轮10轴向的负值的支承刚性值的绝对值设为Ka,将径向的正值的刚性值的绝对值设为Kr,并将在叶轮10的旋转的常用转速范围内由两个动压槽21、 22得到的正值的刚性值的绝对值设为Kg时,满足Kg > Ka+Kr的关系。具体来说,当将轴向的负值的刚性值的绝对值Ka设为20000N/m,并将径向的正值的刚性值的绝对值Kr设为10000N/m时,将在叶轮10的通常旋转的转速范围内由两个动压槽21、22得到的正值的刚性值的绝对值Kg设定为超过30000N/m的值。由于叶轮10的轴向支承刚性是由动压槽21、22产生的动压力而引起的刚性减去由磁性体之间的吸引力等而引起的负值的刚性后的值,因此,通过满足Kg > Ka+Kr的关系, 能将叶轮10的轴向的支承刚性提高到比叶轮10的径向的支承刚性高。通过如上所述设定, 在对叶轮10作用有扰动力时,相比于叶轮10朝径向的运动,更能抑制朝轴向的运动,因而能避免叶轮10与外壳2在动压槽21的形成部处的机械接触。特别地,由于动压槽21、22如图3和图5所示凹设于平面,因此,若在叶轮10的旋转期间在该部分出现外壳2与叶轮10的机械接触,则叶轮10和/或外壳2内壁的表面会出现损伤(表面的凹凸),当血液经过该部位时,可能会引发血栓和溶血。为了防止该在动压槽21、22处的机械接触、并抑制血栓和溶血,将轴向的刚性提高到比径向的刚性高的效果是很好的。此外,若叶轮10存在不平衡,则在旋转时叶轮10会出现振摆回转,上述振摆回转在由叶轮10的质量和叶轮10的支承刚性值确定的固有频率与叶轮10的转速一致时最大。在上述泵部1中,由于将叶轮10径向的支承刚性设定成比叶轮10轴向的支承刚性小,因此,较为理想的是,将叶轮10的最高转速设定为径向的固有频率以下。在此,为了防止叶轮10与外壳2的机械接触,较为理想的是,在将由永磁铁15、16之间的吸引力Fl和永磁铁17与磁性体18之间的吸引力F2构成的叶轮10的径向刚性值设为Kr (N/m),将叶轮 10的质量设为m(kg),并将叶轮的转速设为co(rad/S)时,满足ω < (Kr/m)°_5的关系。具体来说,在叶轮10的质量为0. 03kg,径向刚性值为2000N/m时,将叶轮10的最高转速设定为258rad/s (M65rpm)以下。相反,当将叶轮10的最高转速设定为366rad/ s (3500rpm)时,将径向刚性设定为4018N/m以上。而且,较为理想的是,将叶轮10的最高转速设定为上述ω的80%以下。具体来说,在叶轮10的质量为0. 03kg,径向刚性值为2000N/m时,将叶轮的最高转速设定为 206. 4rad/s (1971rpm)以下。相反,当想要将叶轮10的最高转速设定为366rad/s (3500rpm)时,将径向刚性值设定为6279N/m以上。通过如上所述设定叶轮10的最高转速,就能抑制叶轮10旋转期间叶轮10与外壳2的接触。此外,当由动压槽21、22的动压力产生的刚性比由永磁铁15、16之间的吸引力Fl 和永磁铁17与磁性体18之间的吸引力F2构成的朝叶轮10轴向方向的负值的刚性值大时, 叶轮10与外壳2处于非接触的状态。因此,较为理想的是,尽量减小该负值的刚性值。因此,为了将该负值的刚性值控制得较小,较为理想的是,使永磁铁15、16的相对面的尺寸不同。例如,通过将永磁铁16的尺寸设定成比永磁铁15的尺寸小,能将根据两者之间的距离而变化的吸引力的变化比例、即负值的刚性控制得较小,从而能防止叶轮支承刚性的降低。此外,在叶轮10的旋转启动前,较为理想的是,在确认了叶轮10与隔板6接触之后,使叶轮10启动并旋转。S卩,在叶轮10非旋转时,没有由动压槽21、22进行的非接触支承,而且,在永磁铁 15、16之间的吸引力Fl和永磁铁17与磁性体18之间的吸引力F2的作用下,叶轮10与外壳2以较高的面压接触。此外,像该泵部1这样使叶轮10在电动机室8内的线圈20和磁性体18与叶轮10的永磁铁17的磁力相互作用下旋转的情形与如专利文献2的图3所示的使叶轮通过永磁铁之间的磁耦合驱动而旋转的情形相比,启动转矩较小。因此,很难使叶轮10顺畅地启动并旋转。但是,由于叶轮10的护罩12与隔板6接触时同叶轮10的护罩11与血液室7的内壁接触时相比,能使得叶轮10的永磁铁17与电动机室8内的磁性体18接近,因此,能提高叶轮10在启动时的旋转转矩,从而能使叶轮10顺畅地启动并旋转。然而,由于如上所述在叶轮10旋转时,将永磁铁15、16之间的吸引力Fl和永磁铁 17与磁性体18之间的吸引力F2设定成叶轮10的位置在叶轮10的可动范围的中央附近平衡,因此,在叶轮10停止时叶轮10并不一定与隔板6接触。因此,在该离心式血液泵装置中,设有在使叶轮10启动并旋转之前使叶轮10朝隔板6侧移动的部件。具体来说,为使永磁铁17与磁性体18的吸引力F2增大,使电流流过多个线圈20,由此使叶轮10朝隔板6侧移动。图11是表示对泵部1进行控制的控制器25的结构的框图。在图11中,控制器25 包括电动机控制电路26和功率放大器27。电动机控制电路沈输出例如120度通电方式的三相控制信号。功率放大器27对来自电动机控制电路沈的三相控制信号进行增幅,以生成图8中表示的三相电压VU、VV、VW。三相电压VU、W、VW被分别施加到图7和图8中说明的第一线圈 第三线圈20。在通常运转时,利用该三相电压使叶轮10在可动范围的中央位置处以规定的转速旋转。图12(a) 图12(c)是表示在叶轮10的旋转启动时的线圈电流I、叶轮10的位置以及叶轮10转速的时间变化的时序图。图12(a) 图12(c)中,在初始状态下,永磁铁 15、16的吸引力使叶轮10的护罩11与血液室7的内壁接触,叶轮10处于位置PA。在该状态下,由于叶轮10难以旋转,因此,使叶轮10移动至叶轮10的护罩12与隔板6接触的位置PB。在时刻t0,将图8中表示的六个模式(0 60度、60 120度、......300 360
度)的电压VU、W、VW中的任意一种模式下的电压施加至第一线圈 第三线圈20,并使预先确定的电流IO流过线圈20。若使电流IO流过线圈20,则会使永磁铁17与磁性体18之间的吸引力F2变得比永磁铁15、16之间的吸引力大,叶轮10几乎不旋转地移动至隔板6 侧的位置PB,由此叶轮10的护罩12与隔板6接触。在叶轮10移动到位置PB之后,切断电流10(时刻tl)。另外,不旋转地移动叶轮10是因为即便欲使叶轮10 —边旋转一边移动至隔板6 侧的位置PB,也会因动压槽21的动压轴承效应而妨碍叶轮10的移动。此外,较为理想的是,设置对叶轮10在血液室7内的位置进行检测的传感器,在确认了叶轮10已与隔板6接触之后,切断电流10。接着,对图8中说明的第一线圈 第三线圈20施加三相电压VU、VV、VW,并使线圈电流I慢慢地上升到预先确定的额定值。此时,由于叶轮10与隔板6接触,因此,叶轮顺畅地旋转。随着线圈电流I的上升,叶轮10从隔板6侧的位置PB移动到可动范围的中央位置。另外,当在启动时将六种模式(0 60度、60 120度、……、300 360度)的电压VU、W、VW施加到第一线圈 第三线圈20时,永磁铁17与磁性体18的吸引力处于最大的模式会因永磁铁17与磁性体18的位置关系而不同。因此,也可以每隔一定时间依次对第一线圈 第三线圈20施加六种模式下的电压VU、W、VW,来代替在启动时只对第一线圈 第三线圈20施加一定模式下的电压VU、VV、VW。此时,使叶轮10稍微旋转(严格来说旋转1/4圈以下、即以电角度算为旋转360度以下),从而移动到隔板6侧的位置PB。此外,若施加六种模式下的电压VU、VV、VW,则第一线圈 第三线圈20中的某一个线圈20没有电流流过,9个磁性体18中的6个磁性体呈N极或S极,而剩下的3个磁性体 18则不产生磁极。因此,也可以对第一线圈 第三线圈20施加如下电压,该电压可使电流流过第一线圈 第三线圈20中的每个线圈以使9个磁性体18各自呈N极或S极,由此来增强永磁铁17与磁性体18的吸引力。此外,图13是表示本实施方式1的变形例的框图。在本变形例中,在叶片10的旋转启动时及其以后,切换电源。即,图13中,在本变形例中,图11的功率放大器27被替换成功率放大器30、31和切换开关32。在图12的时刻t0 tl,电动机控制电路沈的输出信号被送到功率放大器30,功率放大器30的输出电压经由切换开关32而被施加到线圈 20,从而使电流IO流过线圈20。在时刻t2之后,电动机控制电路沈的输出信号被送到功率放大器31,功率放大器31的输出电压经由切换开关32而被施加到线圈20,从而使电流流过线圈20。此外,图14(a) 图14(c)是表示本实施方式1的另一变形例的时序图。图 14(a) 图14(c)中,在初始状态下,叶轮10的护罩11与血液室7的内壁接触,叶轮10处于位置PA。在时刻t0,使预先确定的电流Il流过线圈20。即,由电动机控制电路沈产生例如120度通电方式的三相控制信号。功率放大器27对来自电动机控制电路沈的三相控制信号进行增幅,以生成图8中表示的三相电压VU、W、VW。三相电压VU、W、Vff被分别施加到图7和图8中说明的第一线圈 第三线圈20。因此,通过该电流11对叶轮10施加旋转磁场。该电流Il是比图12的电流IO大的电流,其是在叶轮10的护罩11与血液室7的内壁接触时也能使叶轮10启动并旋转的电流。在确认了旋转启动之后,使线圈电流I降低,并慢慢地上升到预先确定的额定值。如上所述,在叶轮10位于位置PA侧的情况下,也可以是只在叶轮10的旋转启动时使过大电流流过线圈20。此外,也可以在血液室7的内壁的表面及隔板6的表面和/或叶轮10的表面形成类金刚石碳(DLC)膜。藉此,能减少叶轮10与血液室7的内壁及隔板6的摩擦力,从而能使叶轮顺畅地启动并旋转。另外,也可以形成氟类树脂膜、对二甲苯类树脂膜等,来代替类金刚石碳膜。此外,图15是表示本实施方式的又一变形例的剖视图,其是与图3进行对比的图。 图15中,在本变形例中,相对向的永磁铁15、16的相对面的尺寸是不同的。在图3中,示出了永磁铁15、16的相对面的尺寸相同的情形,但通过使永磁铁15、16的相对面的尺寸不同, 能将根据两者间的距离而变化的吸引力的变化量、即负值的刚性控制得较小,从而能防止叶轮10的支承刚性降低。此外,图16是表示本实施方式1的又一变形例的剖视图,其是与图15进行对比的图。图16中,在本变形例中,在各磁性体18的与永磁铁17相对向的前端面上设有磁性体 35。该磁性体35的与永磁铁17相对向的表面的面积比磁性体18的前端面的面积大。在本变形例中,能增大磁性体18、35对永磁铁17的吸引力,从而能提高在叶轮10旋转驱动时的能源效率。此外,图17是表示本实施方式1的又一变形例的剖视图,其是与图15进行对比的图。图17中,在本变形例中,磁轭19被替换成磁轭36,磁性体18被替换成磁性体37。磁轭36和磁性体37均包括在叶轮10的转轴的长度方向上层叠的多个钢板。在本变形例中, 能减少磁轭36和磁性体37中产生的涡流损耗,从而能提高在叶轮10旋转驱动时的能源效率。此外,也可以如图18所示,将磁性体37替换成包括在叶轮10的旋转方向上层叠的多个钢板的磁性体38。此外,也可以如图19所示,将磁性体37替换成包括在叶轮10的径向上层叠的多个钢板的磁性体39。在这些情况下,也能得到与图17的变形例相同的效^ ο此外,也可以用纯铁、软铁或硅铁的粉末形成图3的磁轭19和磁性体18。此时,能减少磁轭19和磁性体18的铁损,从而能提高在叶轮10旋转驱动时的能源效率。(实施方式2)图20是表示本发明实施方式2的离心式血液泵装置的泵部41的结构的剖视图, 其是与图3进行对比的图。此外,图21是沿图20的XXI-XXI线的剖视图,其是与图7进行对比的图。参照图20和图21,该泵部41与实施方式1的泵部1的不同之处在于9个磁性体 18中相邻的四个磁性体18的三个空隙中设有三个磁传感器S。三个磁传感器S与叶轮10 的多个永磁铁17的经过路径相对向地配置。若使叶轮10旋转而使多个永磁铁17的S极和N极交替经过磁传感器S近旁,则磁传感器S的输出信号电平会如图22所示呈正弦波状变化。因此,通过对磁传感器S的输出信号的时间变化进行检测,就能检测出多个永磁铁17 与多个磁性体18的位置关系,从而能求出电流流过多个线圈20的时刻和叶轮10的转速。此外,在叶轮10与隔板6之间的间隙较宽时,磁传感器S近旁的磁场变弱,而使磁传感器S的输出信号的振幅Al变小。在叶轮10与隔板6之间的间隙较窄时,磁传感器S 近旁的磁场变强,而使磁传感器S的输出信号的振幅A2变大。因此,通过对磁传感器S的输出信号的振幅进行检测,就能检测出在叶轮10的可动范围内的叶轮10的位置。图23是表示对泵部41进行控制的控制器42的结构的框图。在图23中,控制器 42包括电动机控制电路43和功率放大器44。电动机控制电路43根据三个磁传感器S的输出信号来输出例如120度通电方式的三相控制信号。功率放大器44对来自电动机控制电路43的三相控制信号进行增幅,以生成图8中表示的三相电压VU、VV、VW。三相电压VU、 W、VW被分别施加到图7和图8中说明的第一线圈 第三线圈20。在通常运转时,利用该三相电压使叶轮10在可动范围的中央位置处以规定的转速旋转。在本实施方式2中,也能得到与实施方式1相同的效果。此外,图M是表示本实施方式2的变形例的框图。在本变形例中,在叶片10的旋转启动时及其以后,切换电源。即,图M中,在本变形例中,图23的功率放大器44被替换成功率放大器45、46和切换开关47。在图12的时刻t0 tl,电动机控制电路43的输出信号被送到功率放大器45,功率放大器45的输出电压经由切换开关47而被施加到线圈 20,从而使电流IO流过线圈20。在时刻t2之后,电动机控制电路43的输出信号被送到功率放大器46,功率放大器46的输出电压经由切换开关47而被施加到线圈20,从而使电流流过线圈20。此外,图25是表示本实施方式2的另一变形例的框图,其是与图23进行对比的图。在本变形例中,在图23的控制器42内增加比较器48和位置运算器49。比较器48根据三个磁传感器S的输出信号来生成三个脉冲信号列,这三个脉冲信号列表示叶轮10的多个永磁铁17经过三个磁传感器S近旁的时刻。电动机控制电路43根据在比较器48中生成的三个脉冲信号列来生成三相控制信号。功率放大器44对在电动机控制电路43中生成的三相控制信号进行增幅,由此生成图8的电压VU、VV、VW。如图22所说明的那样,位置运算器49根据三个磁传感器S的输出信号的振幅来求出在叶轮10的可动范围内的叶轮10 的轴向位置,并将表示求得位置的信号ΦΡ输出。根据该信号ΦΡ,就能判断叶轮10的位置是否处于正常范围内。此外,图沈是表示本实施方式2的又一变形例的框图,其是与图25进行对比的图。在本变形例中,在图25的控制器42内增加转速运算器50和位置判断器51。转速运算器50根据三个磁传感器S的输出信号来求出叶轮10的转速,并将表示该转速的信号ΦΙ 输出。位置判断器51根据在位置运算器49中生成的表示叶轮10的位置的信号ΦΡ和在转速运算器50中生成的表示叶轮10的转速的信号Φ R来判断叶轮10的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号Φ 输出。判断时参考叶轮10的转速是由于因叶轮10 的旋转而使动压槽21、22的动压轴承效应变化,从而使得叶轮10的位置变化。另外,当转速固定时,也可以除去转速运算器50。此外,在判断叶轮10的位置是否处于正常范围内时,也可以参考液体(此时为血液)的粘度信息,来代替叶轮10的转速,或是同时参考叶轮10的转速和液体的粘度信息。 这是由于因液体的粘度会使动压槽21、22的动压轴承效应变化,从而使得叶轮10的位置变化。此外,在该离心式血液泵装置中,由于叶轮10不旋转便不会产生动压槽21、22的动压轴承效应,因此,在永磁铁15、16之间的吸引力Fl和永磁铁17与磁性体18之间的吸引力的作用下,叶轮10与外壳2的内壁接触。因此,在开始旋转时和低速旋转时,叶轮10没有在正常的轴向位置上旋转。因此,在位置判断中没有使用表示转速的信号ΦΙ 的情况下, 也可以在从开始旋转至达到额定转速的一定时间内,将位置判断器51的输出信号Φ 强制设为表示叶轮10的位置处于正常的信号。此外,图27是表示本实施方式2的又一变形例的剖视图,其是与图21进行对比的图。在本变形例中,9个线圈20被每3个一组分成三组,对各组的第一线圈 第三线圈20 分别施加图8的电压VU、VV、VW。第一磁传感器S被配置在第一组的第一线圈20与第二线圈20之间。第二磁传感器S被配置在第一组的第三线圈20与第二组的第一线圈20之间。 第三磁传感器S被配置在第二组的第二线圈20与第三线圈20之间。因此,第一线圈 第三磁传感器S之间的电角度被分别维持为120度。根据第一线圈 第三磁传感器S的输出信号,就能进行三相控制信号的生成和叶轮10的轴向位置的检测。此外,由于第一线圈 第三磁传感器S之间的机械角分别为90度,因此,也能够检测出旋转期间的叶轮10的悬浮姿势。此外,图观是表示本实施方式2的又一变形例的剖视图,其是与图21进行对比的图。在本变形例中,9个线圈被每3个一组分成三组,三个磁传感器S分别配置在三个组的三个空隙中。因而,由于三个磁传感器S之间的机械角分别为120度,因此能容易地运算出旋转期间的叶轮10的悬浮姿势。使电流流过9个线圈20的时刻是根据三个磁传感器S中的任意一个磁传感器S的输出信号运算得出的。(实施方式3)图四是表示本发明实施方式3的离心式血液泵装置的结构的框图,其是与图11 进行对比的图。在图四中,该离心式血液泵装置包括泵部1和对该泵部1进行控制的控制器25。泵部1的结构与实施方式1中所说明的相同。控制器25包括电动机控制电路沈、 功率放大器27、电流检测部60、电压检测部61、存储部62以及比较运算部63。电动机控制电路26输出例如120度通电方式的三相控制信号。功率放大器27对来自电动机控制电路 26的三相控制信号进行增幅,以生成图8中表示的三相电压VU、W、VW。三相电压VU、W、 VW通过电流检测部60和电压检测部61而被分别施加到图7和图8中说明的第一线圈 第三线圈20。在通常运转时,利用该三相电压使叶轮10在可动范围的中央位置处以规定的转速旋转。电流检测部60对流过线圈20的电流I进行检测。电压检测部61对施加到线圈 20的电压V进行检测。电流检测部60例如包括电阻元件,该电阻元件被插入在功率放大器27的输出端子与线圈20之间;电压计,该电压计对上述电阻元件的电压降低进行检测; 以及运算部,该运算部根据电压计的检测结果来求出电流I。此外,电流检测部60也可以使用电流探针来对电流I进行检测。此外,电压检测部61例如包括对线圈20的输入端子与接地电压的电线之间的电压进行检测的运算放大器。图30是表示永磁铁17和磁性体18间的轴向间隙与I/V之间的关系的图。在图 30中,轴向间隙随叶轮10在血液室7内的悬浮位置而变化,一旦轴向间隙变化,则线圈20 的电感也变化,而使施加到线圈20的电压V变化。在叶轮10位于可动范围的中央时,I/V 为规定值,若叶轮10的悬浮位置朝磁性体18侧移动,则I/V的值减少,若叶轮10的悬浮位置朝永磁铁16侧移动,则I/V的值增大。因此,根据I/V的检测值和图30所示的曲线,就能求出轴向间隙。
回到图29,存储部62存储有图30所示的曲线。曲线既可以存储成表示I/V与轴向间隙的关系的表格,也可以存储成表示Ι/ν与轴向间隙的关系的函数。比较运算部63根据在电流检测部60中检测出的电流I和在电压检测部61中检测出的电压V来求出I/V,并且根据该I/V和存储在存储部62中的图30的曲线来输出表示轴向间隙、即叶轮10位置的信号ΦΡ。因此,在外壳2由透光性较低的塑料或金属形成而无法目视叶轮10的动作时,也能根据信号ΦΡ而容易地判断叶轮10的位置是否正常。另外,I/V与轴向间隙的关系随叶轮10的转速、液体的粘度、载荷而变化。因此, 也可以将表示I/V与轴向间隙的关系的曲线按照叶轮10的转速、液体的粘度、载荷或它们的组合来存储在存储部30中。此时,表示叶轮10的转速、液体的粘度、载荷或它们的组合的信息通过其它方式送至比较运算部63。此外,当离心式血液泵装置的使用条件固定时,只要将该条件下的曲线存储在存储部62中即可。此外,图31是表示本实施方式3的变形例的框图。在本变形例中,在叶片10的旋转启动时及其以后,切换电源。即,图31中,在本变形例中,图四的功率放大器27被替换成功率放大器30、31和切换开关32。在图12的时刻t0 tl,电动机控制电路沈的输出信号被送到功率放大器30,功率放大器30的输出电压经由切换开关32而被施加到线圈 20,从而使电流IO流过线圈20。在时刻t2之后,电动机控制电路沈的输出信号被送到功率放大器31,功率放大器31的输出电压经由切换开关32而被施加到线圈20,从而使电流流过线圈20。(实施方式4)图32是表示本发明实施方式4的离心式血液泵装置的结构的框图,其是与图四进行对比的图。在图32中,该离心式血液泵装置包括泵部41和对该泵部41进行控制的控制器42。泵部41的结构与实施方式2中所说明的相同。控制器42与图四的控制器25 的不同之处在于电动机控制电路沈和功率放大器27被分别替换成电动机控制电路43和功率放大器44。电动机控制电路43根据三个磁传感器S的输出信号来输出例如120度通电方式的三相控制信号。功率放大器44对来自电动机控制电路43的三相控制信号进行增幅,以生成图8中表示的三相电压VU、W、VW。三相电压VU、W、Vff被分别施加到图7和图 8中说明的第一线圈 第三线圈20。在通常运转时,利用该三相电压使叶轮10在可动范围的中央位置处以规定的转速旋转。在本实施方式4中,也能得到与实施方式3相同的效果。此外,图33是表示本实施方式4的变形例的框图。图33中,在本变形例中,图32 的功率放大器44被替换成功率放大器45、46和切换开关47。在图13的时刻t0 tl,电动机控制电路43的输出信号被送到功率放大器45,功率放大器45的输出电压经由切换开关47和检测部60、61而被施加到线圈20,从而使电流IO流过线圈20。在时刻t2之后,电动机控制电路43的输出信号被送到功率放大器46,功率放大器46的输出电压经由切换开关47和检测部60、61而被施加到线圈20,从而使电流流过线圈20。此外,图34是表示本实施方式4的又一变形例的框图,其是与图32进行对比的图。在本变形例中,在图32的控制器42内增加位置判断器64。位置判断部64根据在比较运算部63中生成的表示叶轮10的位置的信号ΦΡ,来判断叶轮10的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号ΦD输出。
此外,图35是表示本实施方式4的又一变形例的框图,其是与图34进行对比的图。在本变形例中,在图34的控制器42内增加转速运算部65。转速运算部65根据三个磁传感器S的输出信号来求出叶轮10的转速,并将表示该转速的信号ΦΙ 输出。位置判断部 64根据在位置运算部63中生成的表示叶轮10的位置的信号ΦΡ和在转速运算部65中生成的表示叶轮10的转速的信号Φ R来判断叶轮10的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号Φ0输出。判断时参考叶轮10的转速是由于因叶轮10的旋转而使动压槽 21,22的动压轴承效应变化,从而使得叶轮10的位置变化。此外,在图36的变形例中,增加将液体的粘度信息从控制器42外部送至位置判断部64的粘度信息输入部66。位置判断部64在判断叶轮10的位置是否处于正常范围内时, 除了参考叶轮10的转速之外,还参考液体(此时为血液)的粘度信息。这是由于因液体的粘度会使动压槽21、22的动压轴承效应变化,从而使得叶轮10的位置变化。(实施方式5)图37是表示本发明实施方式5的离心式血液泵装置的结构的框图。在图37中, 该离心式血液泵装置包括泵部1和控制器70。泵部1的结构与实施方式1中所说明的相同。控制器70包括电动机控制电路71、功率放大器72、电压检测部73、存储部74、运算比较部75。若叶轮10旋转,则通过叶轮10的永磁铁17产生旋转磁场,并在各线圈20中产生反电动势电压。此外,如图8所示,在120度通电方式下,在每个60度的期间对第一线圈 第三线圈20中的两个线圈20施加正或负的电压,对剩下的一个线圈20不施加电压。因此, 通过对没有施加电压的线圈20的反电动势电压VR进行检测,就能检测出叶轮10的永磁铁 17的旋转状态。电压检测部73对没有施加电压的那相线圈20的反电动势电压VR进行检测。电动机控制电路71根据电压检测部73的检测结果来输出120度通电方式的三相控制信号。功率放大器72对来自电动机控制电路71的三相控制信号进行增幅,以生成图8 中表示的三相电压VU、W、VW。三相电压VU、W、Vff通过电压检测部73而被分别施加到图 7和图8中说明的第一线圈 第三线圈20。在通常运转时,利用该三相电压使叶轮10在可动范围的中央位置处以规定的转速旋转。此外,在线圈20中产生的反电动势电压VR与永磁铁17和磁性体18间的轴向间隙之间存在相关性。即,轴向间隙随叶轮10在血液室7内的悬浮位置而变化,若轴向间隙变化,则反电动势电压VR也变化。在叶轮10位于可动范围的中央时,反电动势电压VR为规定值,若叶轮10的悬浮位置朝磁性体18侧移动,则反电动势电压VR升高,若叶轮10的悬浮位置朝永磁铁16侧移动,则反电动势电压VR减低。反电动势电压VR与轴向间隙之间的关系可预先通过实验求得。在存储部74中存储有表示反电动势电压VR与轴向间隙的关系的表格。比较运算部75根据在电压检测部73中检测出的反电动势电压VR和存储在存储部74中的表格来求出轴向间隙、即叶轮10的位置,并将表示该位置的信号ΦΡ输出。因此,在外壳2由透光性较低的塑料或金属形成而无法目视叶轮10的动作时,也能根据信号ΦΡ而容易地判断叶轮 10的位置是否正常。另外,反电动势电压VR与轴向间隙的关系随叶轮10的转速、液体的粘度、载荷而变化。因此,也可以将表示反电动势电压VR与轴向间隙的关系的曲线按照叶轮10的转速、 液体的粘度、载荷或它们的组合来存储在存储部74中。此时,表示叶轮10的转速、液体的粘度、载荷或它们的组合的信息通过其它方式送至比较运算部55。此外,当离心式血液泵装置的使用条件固定时,只要将该条件下的曲线存储在存储部74中即可。此外,也可以设有如下的位置判断部,该位置判断部根据表示叶轮10的位置的信号ΦP,来判断叶轮10的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号ΦD输出(参照图34)。此外,也可以设有如下的转速运算部和位置判断部,该转速运算部根据电压检测部73的检测结果来运算叶轮10的转速,该位置判断部根据运算出的叶轮10的转速和表示叶轮10的位置的信号ΦΡ来判断叶轮10的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号Φ 输出(参照图35)。此外,也可以设有如下的位置判断部,该位置判断部根据由转速运算部运算得到的叶轮10的转速、表示液体粘度的信息以及表示叶轮10的位置的信号Φ P来判断叶轮10的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号Φ D输出(参照图36)。应当理解,上面公开的实施方式在所有方面均只是例示,不构成限制。本发明的范围是由权利要求书来表示的而不是由上述说明来表示的,本发明包括与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。(符号说明)1、41 泵部2 外壳3主体部4血液流入口5血液流出口6 隔板7血液室8电动机室10 叶轮IOa 通?L11、12 护罩13 叶片14血液通路15 17永磁铁18、35、37 39 磁性体19、36 磁轭20 线圈21、22 动压槽25、42 控制器26、43电动机控制电路27、30、31、44 46 功率放大器32、47切换开关
48比较器
49位置运算器
50转速运算器
51位置判断器
60电流检测部
61、73电压检测部
62、74存储部
63,75比较运算部
64位置判断部
65转速运算部
66粘度信息输入部
S磁传感器
权利要求
1.一种离心式泵装置,包括外壳0),该外壳( 具有由隔板(6)分隔而成的第一室及第二室(7、8);叶轮(10),该叶轮(10)在所述第一室(7)内被设置成能沿着所述隔板(6) 旋转,并利用旋转时的离心力输送液体;以及驱动部(18 20),该驱动部(18 20)设于所述第二室⑶内,并隔着所述隔板(6)来驱动所述叶轮(10)旋转,其特征在于,所述离心式泵装置包括第一磁性体(15),该第一磁性体(1 设于所述叶轮(10)的一个面;第二磁性体(16),该第二磁性体(16)设于所述第一室(7)的与所述叶轮(10)的一个面相对向的内壁,并对所述第一磁性体(15)进行吸引;以及多个第三磁性体(17),这些第三磁性体(17)设于所述叶轮(10)的另一个面,并沿着同一个圆配置以使相邻的磁极彼此不同,所述驱动部(18 20)包括多个第四磁性体(18),这些第四磁性体(18)与所述多个第三磁性体(17)相对向地配置;以及多个线圈(20),这些线圈00)分别与所述多个第四磁性体(18)对应设置,且各自卷绕于对应的第四磁性体(18),由此产生旋转磁场,在所述叶轮(10)的旋转期间,所述第一磁性体与第二磁性体(15、16)之间的第一吸引力和所述多个第三磁性体(17)与所述多个第四磁性体(18)之间的第二吸引力在所述第一室(7)内的所述叶轮(10)的可动范围的大致中央处于平衡,在所述叶轮(10)的一个面或所述第一室(7)的与该一个面相对向的内壁形成有第一动压槽(22),在所述叶轮(10)的另一个面或与该另一个面相对向的所述隔板(6)形成有第二动压槽。
2.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于,由所述第一吸引力及第二吸引力构成的朝所述叶轮(10)轴向方向的负值的支承刚性值的绝对值与朝所述叶轮径向方向的正值的刚性值的绝对值之和,在所述叶轮(10)的旋转的常用转速范围内比由所述第一动压槽及第二动压槽02、21)得到的正值的刚性值的绝对值小。
3.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于,由所述第一动压槽02)产生的动压力与由所述第二动压槽产生的动压力不同。
4.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于,所述第一动压槽及第二动压槽 (22,21)中的至少一个是向内螺旋槽。
5.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于,所述第一磁性体 第三磁性体 (15 17)均为永磁铁。
6.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于,所述第四磁性体(18)是由软质磁性材料形成的。
7.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于,所述叶轮(10)在旋转启动时与所述隔板(6)接触。
8.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于,所述离心式泵装置还包括控制部 (25),该控制部(25)在所述叶轮(10)旋转启动时使所述叶轮(10)与所述隔板(6)接触。
9.如权利要求8所述的离心式泵装置,其特征在于,所述控制部05)在所述叶轮(10)旋转启动时使电流流过所述多个线圈(20),以使所述第二吸引力变得比所述第一吸引力大,从而使所述叶轮(10)与所述隔板(6)接触。
10.如权利要求9所述的离心式泵装置,其特征在于,所述控制部05)在所述叶轮 (10)旋转启动时使第一电流流过所述多个线圈(20),以使所述叶轮(10)与所述隔板(6) 接触,此后,使比所述第一电流小的第二电流流过所述多个线圈(20),从而使所述叶轮 (10)旋转。
11.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于,在所述叶轮(10)的表面和/或所述第一室(7)的内壁形成有用于降低摩擦力的类金刚石碳膜。
12.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于,彼此相邻的两个第四磁性体(18) 的彼此相对向的面被设置成大致平行。
13.如权利要求12所述的离心式泵装置,其特征在于,所述离心式泵装置还包括第五磁性体(35),该第五磁性体(3 与各所述第四磁性体 (18)对应地设置,设置于对应的第四磁性体(18)的与所述第三磁性体(17)相对向的前端所述第五磁性体(3 的与所述第三磁性体(17)相对向的表面的面积比所述第四磁性体(18)的前端面的面积大。
14.如权利要求12所述的离心式泵装置,其特征在于,各第四磁性体(37)包括在所述叶轮(10)的转轴的长度方向上层叠的多个钢板。
15.如权利要求12所述的离心式泵装置,其特征在于,各第四磁性体(38)包括在所述叶轮(10)的旋转方向上层叠的多个钢板。
16.如权利要求12所述的离心式泵装置,其特征在于,各第四磁性体(39)包括在所述叶轮(10)的径向上层叠的多个钢板。
17.如权利要求12所述的离心式泵装置,其特征在于,各第四磁性体(18)是由纯铁、软铁或硅铁的粉末形成的。
18.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于,所述离心式泵装置还包括磁传感器(S),该磁传感器( 与所述多个第三磁性体(17)的经过路径相对向地设于所述第二室(8)内,并对由所述叶轮(10)的旋转及位置变化而引起的磁场变化进行检测; 以及控制部(42),该控制部0 根据所述磁传感器( 的检测结果而使电流流过所述多个线圈(20),由此产生旋转磁场来驱动所述叶轮(10)旋转。
19.如权利要求18所述的离心式泵装置,其特征在于,还包括第一运算部(49),该第一运算部G9)根据所述磁传感器⑶的检测结果,来求出所述第一室(7)内的所述叶轮(10) 的轴向方向的位置。
20.如权利要求19所述的离心式泵装置,其特征在于,所述第一运算部09)将表示所述叶轮(10)的轴向方向的位置的信息输出至外部。
21.如权利要求19所述的离心式泵装置,其特征在于,所述离心式泵装置还包括判断部(51),该判断部(51)判断由所述第一运算部G9)求得的所述叶轮(10)的轴向方向的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号输出。
22.如权利要求19所述的离心式泵装置,其特征在于,所述离心式泵装置还包括第二运算部(50),该第二运算部(50)根据所述磁传感器( 的检测结果来求出所述叶轮(10)的转速;以及判断部(51),该判断部(51)根据由所述第一运算部G9)求得的所述叶轮(10)的轴向方向的位置和由所述第二运算部(50)求得的所述叶轮(10)的转速,来判断所述叶轮(10) 的轴向方向的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号输出。
23.如权利要求19所述的离心式泵装置,其特征在于,所述离心式泵装置还包括判断部(51),该判断部(51)根据由所述第一运算部G9)求得的所述叶轮(10)的轴向方向的位置和所述液体的粘度信息,来判断所述叶轮(10)的轴向方向的位置是否处于正常范围内, 并将表示判断结果的信号输出。
24.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于,所述离心式泵装置还包括 第一检测部(61),该第一检测部(61)对施加在各线圈00)上的电压进行检测; 第二检测部(60),该第二检测部(60)对各线圈00)中流过的电流进行检测;以及运算部(63),该运算部(6 根据所述第一检测部及第二检测部(61、60)的检测结果和表示所述叶轮(10)的转速的信息,来求出所述第一室(7)内的所述叶轮(10)的轴向方向的位置。
25.如权利要求M所述的离心式泵装置,其特征在于,所述运算部(63)求出由所述第一检测部(61)检测出的电压与由所述第二检测部(60)检测出的电流之比,并根据该比和表示所述叶轮(10)的转速的信息来求出所述第一室(7)内的所述叶轮(10)的轴向方向的位置。
26.如权利要求M所述的离心式泵装置,其特征在于,所述离心式泵装置还包括判断部(64),该判断部(64)判断由所述运算部(6 求得的所述叶轮(10)的轴向方向的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号输出。
27.如权利要求M所述的离心式泵装置,其特征在于,所述离心式泵装置还包括判断部(64),该判断部(64)根据由所述运算部(6 求得的所述叶轮(10)的轴向方向的位置和表示所述叶轮(10)的转速的信息,来判断所述叶轮(10)的轴向方向的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号输出。
28.如权利要求M所述的离心式泵装置,其特征在于,所述离心式泵装置还包括判断部(64),该判断部(64)根据由所述运算部(6 求得的所述叶轮(10)的轴向方向的位置和表示所述叶轮(10)的转速的信息和所述液体的粘度信息,来判断所述叶轮(10)的轴向方向的位置是否处于正常范围内,并将表示判断结果的信号输出。
29.如权利要求1所述的离心式泵装置,其特征在于, 所述液体为血液,所述离心式泵装置能用于使所述血液循环。
全文摘要
一种离心式血液泵装置,其包括设于血液室(7)内的叶轮(10);设于叶轮(10)的一个面的永磁铁(15);设于血液室(7)的内壁的永磁铁(16);设于叶轮(10)的另一个面的永磁铁(17);以及设于电动机室(8)内,并隔着隔板(6)来驱动叶轮(10)旋转的磁性体(18)及线圈(20)。与叶轮(10)相对向的隔板(6)和血液室(7)的内壁均形成有动压槽(21、22)。因此,通过控制线圈电流,就能使叶轮(10)顺畅地启动并旋转。
文档编号A61M1/10GK102239334SQ200980150158
公开日2011年11月9日 申请日期2009年11月10日 优先权日2008年12月8日
发明者尾崎孝美, 山田裕之, 杉浦显, 铃木健一 申请人:Ntn株式会社, 泰尔茂株式会社
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