(57)【要約】  ポンプ(10)は、流入口(26)および流出口(28)を有するハウジング(14)を備えている。ローター(12)はハウジング(14)の内部に配置されており、軸(16)の周囲を回転して、流体を流入口(26)から流出口(28)に向けて移動させることができる。ローター(12)を支持するための磁気的アキシャルベアリング(286)は、ローターの上に配置されたアキシャルベアリングターゲット(70)と、ハウジングの上に配置されたアキシャルベアリングステータ(130)とを備えている。アキシャルベアリングステータは複数のステータ極(132a、132b、132c)を備えており、各ステータ極は、第1方向に巻かれた第1コイル部分と、第1方向とは反対の第2方向に巻かれた第2コイル部分とを含む。
2007518464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口および流出口を有するハウジングと、
該流入口から該流出口に向けて流体を移動させるために、該ハウジングの内部に配置され、軸の周囲に回転可能なローターと、
該ローターを支持するためのアキシャル磁気ベアリングと、
を備え、
該アキシャルベアリングは、該ローターに配置されたアキシャルベアリングターゲットと、該ハウジングに配置されたアキシャルベアリングステータとを備え、
該アキシャルベアリングステータは、複数のステータ極を備え、
各々のステータ極は、第1方向に巻かれた第1コイル部分と、第1方向とは反対の第2方向に巻かれた第2コイル部分とを備えること、
を特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記第1コイル部分および前記第2コイル部分が、単一長さのワイヤーから形成されていることを特徴とする請求項1に記載のポンプ。
【請求項３】
前記第1方向が時計回りであり、第2方向が反時計回りであることを特徴とする請求項1に記載のポンプ。
【請求項４】
複数の前記ステータ極はそれぞれ、複数相電源の一つの電気相によって励起されることを特徴とする請求項1に記載のポンプ。
【請求項５】
前記複数のステータ極はそれぞれ、前記アキシャルベアリングを制御するためのLCR回路を形成するために、インダクタンス(L)を有する電磁石を備え、
該電磁石は、抵抗(R)、容量(C)、および相電源と直列に接続されていること、
を特徴とする請求項1に記載のポンプ。
【請求項６】
前記ベアリングステータは、前記アキシャルベアリングターゲットと前記ローターとを引き付けるように励起することが可能であることを特徴とする請求項1に記載のポンプ。
【請求項７】
前記ベアリングステータは3個のステータ極を備え、
各々のステータ極は、時計回り形に巻かれた第1コイルと、反時計回り形に巻かれた第2コイルとを備え、
各々の該ステータ極は、対応する3相電源の電気相によって励起されること、
を特徴とする請求項1に記載のポンプ。
【請求項８】
前記第1コイルおよび前記第2コイルは、単一長さのワイヤーによって巻かれていることを特徴とする請求項7に記載のポンプ。
【請求項９】
前記アキシャルベアリングステータは、円筒コイルに巻かれ、ステータポストの周囲を含むステータコアを形成するように機械加工された材料片を含み、
該ステータポストの周囲には、各々のステータ極の前記第1コイルおよび前記第2コイルが巻かれていること、
を特徴とする請求項1に記載のポンプ。
【請求項１０】
前記磁気材料片は、フェライト、鉄粉、および積層化されたシリコンスチール材料のうちの一つを含むことを特徴とする請求項9に記載のポンプ。
【請求項１１】
さらに、
前記軸に沿って第1方向に前記ローターに力を加えるための第1放射性磁気ベアリングと、
軸に沿って第1方向とは反対の第2方向にローターに力を加えるための第2放射性磁気ベアリングとを備え、
該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングは、該放射性ベアリングによってローターに加えられる正味の軸力を、該放射性ベアリングの放射性剛性とは独立に調整可能にするように調節されていること、
を特徴とする請求項１に記載のポンプ。
【請求項１２】
流入口と流出口とを有するハウジングと、
流体を流入口から流出口に向けて移動させるために、該ハウジングの内部に配置され、軸の周囲に回転可能なローターと、
軸に沿って第1方向にローターに力を加えるための第1放射性磁気ベアリングと、
軸に沿って第1方向とは反対の第2方向にローターに力を加えるための第2放射性磁気ベアリングと、
を備え、
該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングは、該放射性ベアリングによってローターに加えられる正味の軸力と、該放射性ベアリングの放射性剛性とを、それぞれ独立に調整可能にするように調節されていること、
を特徴とするポンプ。
【請求項１３】
前記第1放射性ベアリングおよび前記第2放射性ベアリングの放射性剛性と独立に、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングによってローターに加えられる正味の軸力の調節をするために、
該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングのうち一方は、ローターに向かう軸方向の距離の分だけ調整をすることができ、
該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングのうち他方は、ローターから遠ざかる軸方向の距離の分だけ調整をすることができること、
を特徴とする請求項12に記載のポンプ。
【請求項１４】
前記第1放射性ベアリングおよび前記第2放射性ベアリングによってローターに加えられる正味の軸力とは独立して、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングの放射性剛性を増大させるために、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングが、ローターに向けて軸方向に等距離分だけ調整することができることを特徴とする請求項13に記載のポンプ。
【請求項１５】
前記第1放射性ベアリングおよび前記第2放射性ベアリングによってローターに加えられる正味の軸力とは独立して、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングの放射性剛性を変動させるために、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングが、ローターから遠ざかって軸方向に等距離分だけを調整することができることを特徴とする請求項13に記載のポンプ。
【請求項１６】
前記第1放射性ベアリングは、前記ローターの第1側面に面する前記ハウジングの上に支持される第1磁石リングと、前記ローターの第1側面の反対側の、該ローターの第2側面に面する前記ハウジングの上に支持される第2磁石リングとを備え、
該第1磁気リングと該第2磁気リングは、放射性ベアリングによって該ローターに加えられる正味の軸力と、放射性ベアリングの放射性剛性とを独立して調整するために、軸にそって調整することができること、
を特徴とする請求項12に記載のポンプ。
【請求項１７】
さらに、前記第1放射性ベアリングは、ローターの第1側面に第3の磁気リングを備え、
さらに、前記第2放射性ベアリングは、ローターの第2側面に第4の磁気リングを備え、
該第1の磁気リングおよび該第3の磁気リングは互いに引き付けあうように配置され、
該第2の磁気リングおよび該第4の磁気リングは互いに引き付けあうように配置されること、
を特徴とする請求項16に記載のポンプ。
【請求項１８】
前記第1の磁気リング、前記第2の磁気リング、前記第3の磁気リング、および前記第4の磁気リングは、全て前記軸を中心とすることを特徴とする請求項17に記載のポンプ。
【請求項１９】
前記磁気リングは、流体によってローターに加えられる平均的な正味の静水圧放射力を打ち消すために互いに偏心することを特徴とする請求項17に記載のポンプ。
【請求項２０】
前記アキシャルベアリングステータは、前記ポンプのモーターステータに供給される電圧に重畳された電圧によって励起されることを特徴とする請求項1に記載のポンプ。
【請求項２１】
流入口、流出口、円盤型のステータ収容部、および円盤型のベアリング収容部を有するハウジングと、
該ステータ収容部と該ローター収容部との間のハウジングの内部に配置された円盤型のローターと、
該ローター上の永久磁石と相互作用するようにステータ収容部に配置されたモーターステータと、
該ローター上の磁気伝導性ディスクと相互作用するようにベアリング収容部に配置された少なくとも1個の電磁石と、
該ローターの第1側面および第2側面のうちの少なくとも一つの側面に配置された少なくとも1個のリング状磁石と、
該ローター上の少なくとも1個のリング状磁石と磁気的に相互作用するように、該ハウジングに配置された少なくとも1個のリング状磁石と、
を備え、
該ローターは、該流入口から該流出口に流体を動かすために、軸の周りを回転することができ、
該ローターは、該ステータ収容部に面した該ローターの第１側面に配置された永久磁石と、該ベアリング収容部に面した該ローターの第1側面とは反対側の第２側面に配置された1枚の磁気伝導性ディスクとを備えていること、
を特徴とするポンプ。
【請求項２２】
前記ローターを軸上に懸垂させるために、前記モーターステータと前記ローター上の前記永久磁石との間の相互作用、および、少なくとも1個の電磁石と前記ローター上の前記磁気伝導性ディスクとの間の相互作用を一体化させることを特徴とする請求項21に記載のポンプ。
【請求項２３】
前記電磁石はステータを含み、
該ステータは、螺旋に巻かれた、方向性を有し表面が絶縁された電磁石積層材料および方向性を持たず表面が絶縁された電磁石積層材料のうちの一方を含むこと、
を特徴とする請求項21に記載のポンプ。
【請求項２４】
螺旋巻き材料の層間に短絡回路が無いように、極形態を切り離して螺旋巻き材料にすることを特徴とする請求項23に記載のポンプ。
【請求項２５】
少なくとも1個の前記電磁石は、共通のアースを有するコイルを備えていることを特徴とする請求項21に記載のポンプ。
【請求項２６】
少なくとも1個の前記電磁石は、互い違いの方向に巻かれた複数のコイルを含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。
【請求項２７】
隣接する前記コイルのペアは単一長さのワイヤーによって巻かれていることを特徴とする請求項26に記載のポンプ。
【請求項２８】
前記コイルはインダクタンスLを有し、抵抗Rと容量Cに接続されていることを特徴とする請求項26に記載のポンプ。
【請求項２９】
前記コイルは、交流によって励起されることを特徴とする請求項26に記載のポンプ。
【請求項３０】
各々のコイルは、異なる周波数の交流によって励起されることを特徴とする請求項29に記載のポンプ。
【請求項３１】
前記交流の大きさがローター位置のインディケーターとして使用されることを特徴とする請求項29に記載のポンプ。
【請求項３２】
二つの異なる周波数がコイルの励起に用いられ、
該周波数のうち一方は起動時のものであり、
該周波数のうちもう一方は定常操作時のものであること、
を特徴とする請求項29に記載のポンプ。
【請求項３３】
前記コイルは、前記ローターの運動と共に変化するインダクタンスを有し、
該コイルを流れる電流は、該コイルのインダクタンスと共に変化すること、
を特徴とする請求項26に記載のポンプ。
【請求項３４】
前記電流の変化は、ローターの運動に拮抗する電磁力に変化をもたらすことを特徴とする請求項33に記載のポンプ。
【請求項３５】
ローター振動は、前記ローターと前記モーターステータとの間、および前記ローターと前記電磁石との間に汲み出される流体によって制動されることを特徴とする請求項21に記載のポンプ。
【請求項３６】
前記ローターと前記モーターステータとの間、および前記ローターと前記電磁石との間の狭い空隙は、流体流動が制動効果を増強することを妨げることを特徴とする請求項35に記載のポンプ。
【請求項３７】
前記狭い空隙の一つは、前記ローターの流入口における隣接する範囲の間にあることを特徴とする請求項36に記載のポンプ。
【請求項３８】
前記ローター上の前記リング状磁石と、前記ハウジング上の前記リング状磁石とが互いに対称的に配置されることを特徴とする請求項21に記載のポンプ。
【請求項３９】
前記ローターの前記第1側面における前記リング状磁石と、前記ローターの前記第2側面における前記リング状磁石と、前記モーターステータ上の前記リング状磁石と、前記電磁石上のリング状磁石とが互いに対称的に配置されることを特徴とする請求項38に記載のポンプ。
【請求項４０】
前記モーターステータ上および前記電磁石上の前記リング状磁石のうちの少なくとも一つは、力の放射方向および軸方向の成分を同調させるように調節することができることを特徴とする請求項38に記載のポンプ。
【請求項４１】
前記リング状磁石のうちの少なくとも一つは、力の放射方向および軸方向の成分を同調させるように調節することができることを特徴とする請求項21に記載のポンプ。
【請求項４２】
前記ハウジングは、別々に取り外しが可能でかつ再使用が可能なモーターとステータハウジングとを有する密封カートリッジを備えていることを特徴とする請求項21に記載のポンプ。
【請求項４３】
前記取り外し可能なステータハウジングによる放射性張力と後方支持との組み合わせによって得られる機械的剛性を有する、少なくとも一つの封印壁をさらに備えていることを特徴とする請求項42に記載のポンプ。
【請求項４４】
前記ローター上の前記磁気伝導性ディスクは、螺旋に巻かれた積層材料から形成されていることを特徴とする請求項21に記載のポンプ。
【請求項４５】
さらに、流れを前記ローターの流路に向けるための突起を備え、
前記突起は、ローターの軸方向の過度の移動に対する停止点を形成していること、
を特徴とする請求項21に記載のポンプ。
【請求項４６】
流入口および流出口を有するハウジングと、
流体を流入口から流出口に向けて移動させるために、該ハウジングの内部に配置され、軸の周囲に回転可能なローターと、
該ローターの回転を引き起こすように配置されたモーターと、
該ローターの材料と磁気的に相互作用するように配置された少なくとも1個の電磁石と、
を備え、
前記電磁石は、螺旋に巻かれた積層材料から形成されるステータを備えていること、
を特徴とするポンプ。
【請求項４７】
流入口および流出口を有するハウジングと、
流体を流入口から流出口に向けて移動させるために、該ハウジングの内部に配置され、軸の周囲に回転可能なローターと、
該ローターの回転を引き起こすように配置されたモーターと、
該ローターの材料と磁気的に相互作用するように配置された少なくとも1個の電磁石と、
を備え、
前記電磁石は、偶数の極を備え、隣接した極同士は反対方向に巻かれていること、
を特徴とするポンプ。
【請求項４８】
隣接した極はペアとして配置され、単一長さのワイヤーによって巻かれていることを特徴とする請求項47に記載のポンプ。
【請求項４９】
流入口および流出口を有するハウジングと、
流体を流入口から流出口に向けて移動させるために、該ハウジングの内部に配置され、軸の周囲に回転可能なローターと、
該ローターの回転を引き起こすように配置されたモーターと、
該ローターの材料と磁気的に相互作用するように配置された少なくとも1個の電磁石と、
を備え、
該材料は、螺旋に巻かれた磁気合金材料からなるディスクを含むこと、
を特徴とするポンプ。
【請求項５０】
軸の周囲を回転するようにハウジングにおいてポンプローターを磁気的に支持するための方法であって、
該ローターにアキシャルベアリングターゲットを設ける工程と、
該ハウジングの上にアキシャルベアリングステータを設ける工程と、
第1コイル部分を、第1方向に巻く工程と、
第2コイル部分を、第1方向とは反対の第2方向に巻く工程と、
を包含し、
該アキシャルベアリングステータは、複数のステータ極を備え、各々の極が前記第1コイル部分と前記第2コイル部分とを含むこと、
を特徴とする方法。
【請求項５１】
軸の周囲を回転するように、ハウジングにおいてポンプローターを磁気的に支持するための方法であって、
該ローターに対し軸に沿って第1方向に力を加えるための第1放射性磁気ベアリングを設ける工程と、
該ローターに対し軸に沿って第1方向とは反対の第2方向に力を加える第2放射性磁気ベアリングを設ける工程と、
該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングによってローターに加えられる正味の軸力と、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングの放射性剛性とを、それぞれ独立に調整するために、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングの軸位置を調節する工程と、
を包含することを特徴とする方法。
【請求項５２】
さらに、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングによって該ローターに加えられる正味の軸力を、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングの放射性剛性と独立に調節するために、
前記ローターに対するその軸張力を増大させるために、前記第1放射性ベアリングおよび第2放射性ベアリングのうちの一方を軸方向の距離の分だけ調節する工程と、
前記モーターに対するその軸張力を減少させるために、前記第1磁気リングおよび前記第2磁気リングのうちの他方を同じ軸方向の距離の分だけ調節する工程と、
を包含することを特徴とする請求項51に記載の方法。
【請求項５３】
さらに、前記第1放射性ベアリングおよび前記第2放射性ベアリングによって前記ローターに加えられる正味の軸力と独立して、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングの放射性剛性を増大させるために、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングを、前記ローターに向かって軸方向の距離の分だけ近づけて調節する工程を包含することを特徴とする請求項51に記載の方法。
【請求項５４】
さらに、前記第1放射性ベアリングおよび前記第2放射性ベアリングによって前記ローターに加えられる正味の軸力と独立して、該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングの放射性剛性を減少させるために、該第放射性ベアリング1および該第2放射性ベアリングを、ローターから軸方向の距離の分だけ遠ざけて調節する工程を包含することを特徴とする請求項51に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願＞
本出願は、2003年10月2日に出願した米国仮出願第60/508,618号の利益を主張する。なお、この米国仮出願は、援用することにより本明細書に組み込むものとする。
＜技術分野＞
本発明は、ポンプローターを支持するための電磁石LCRベアリングを備えたロータリーポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓病は、米国において、死亡および障害の主要な原因である。心臓病治療へのいくつかのアプローチにおいて、ポンプシステムの使用が採用されている。このシステムは、心臓のポンプ機能を補佐したり、心臓をバイパスしたり、心臓を置換するのに用いられている。このようなポンプシステムとしては、体内移植が可能なポンプ、または、患者の体外に置かれるポンプが挙げられる。ポンプシステムの一つの例は、心臓切開術施行後の支援システムである。ポンプシステムのもう一つの例は、移植を待機している間に、患者の心臓を補佐したり置換したりする、移植までの繋ぎのシステムである。さらに、ポンプシステムのもう一つの例は、例えば、心室支援装置（VAD）等の回復までの繋ぎのシステムであり、このシステムは、自発的に、薬剤投与によって、または遺伝子治療による心筋の回復を促進するために、患者の心臓を補佐している。
【発明の開示】
【０００３】
＜発明の要旨＞
本発明は、流入口および流出口を有するハウジングを備えるポンプに関する。ローターは、このハウジングの内部に配置されおり、軸の周囲を回転して、流体を流入口から流出口に向けて移動させることができる。アキシャル磁気ベアリングは、このローターを支持している。アキシャルベアリングは、ローターに配置されたアキシャルベアリングターゲットと、ハウジングに配置されたアキシャルベアリングステータとを備えている。アキシャルベアリングステータは、複数のステータ極を備えており、各々のステータ極は、第1方向に巻かれた第1コイル部分と、第1方向とは反対の第2方向に巻かれた第2コイル部分とを含む。
【０００４】
本発明はまた、流入口と流出口とを有するハウジングを備えるポンプに関する。ローターはこのハウジングの内部に配置されており、軸の周囲を回転して、流体を流入口から流出口に向けて移動させることができる。第1放射性磁気ベアリングは、軸に沿って第1方向にローターに力を加えるが、第2放射性磁気ベアリングは、軸に沿って第1方向とは反対の第2方向にローターに力を加えている。この第1放射性ベアリングおよび第2放射性ベアリングは、それら放射性ベアリングによって軸に加えられる正味の軸力と、それら放射性ベアリングの放射性剛性とを、それぞれ独立に調整できるように調節されている。
【０００５】
本発明はまた、流入口と流出口とを有するハウジングを備えるポンプに関する。ローターはこのハウジングの内部に配置されおり、軸の周囲を回転して、流体を流入口から流出口に向けて移動させることができる。ローターは、このローターの第1側面に配置された複数の永久磁石と、このローターの第1側面とは反対側のローターの第2側面に配置された、1枚の磁気伝導性ディスクとを備えている。モーターステータは、ローター上の永久磁石と相互作用するように、ハウジングに配置されている。少なくとも1個の電磁石は、ローター上の磁気伝導性ディスクと相互作用するように、ハウジングに配置されている。少なくとも1個のリング状マグネットは、ローターの第1側面および第2側面のうちの少なくとも一つの側面に配置されている。少なくとも1個のリング状マグネットは、ローター上の少なくとも1個のリング状マグネットと磁気的な相互作用するように、ハウジングに配置されている。
【０００６】
本発明はまた、流入口と流出口とを有するハウジングを備えたポンプに関する。ローターは、このハウジングの内部に配置されており、軸の周囲を回転して、流体を流入口から流出口に向けて移動させることができる。モーターは、ローターの回転を引き起こすように配置されている。少なくとも1個の電磁石は、そのローターにおいて、材料と磁気的に相互作用するように配置されている。この電磁石は、蝸牛形に巻かれた積層化された材料から形成されるステータを備えている。
【０００７】
本発明はまた、流入口と流出口とを有するハウジングを備えたポンプに関する。ローターは、このハウジングの内部に配置されおり、軸の周囲を回転して、流体を流入口から流出口に向けて移動させることができる。モーターは、ローターの回転を引き起こすように配置されている。少なくとも1個の電磁石は、このローターにおいて、材料と磁気的に相互作用するように配置されている。この電磁石は、偶数個の極を備え、隣接した極同士は互いに反対方向に巻かれる。
【０００８】
本発明はまた、流入口と流出口とを有するハウジングを備えたポンプに関する。ローターは、このハウジングの内部に配置されており、軸の周囲を回転して、流体を流入口から流出口に向けて移動させることができる。モーターは、ローターの回転を引き起こすように配置されている。少なくとも1個の電磁石は、ローターにおいて、材料と磁気的に相互作用するように配置されている。この材料は、蝸牛形に巻かれた磁気合金材料からなるディスクを含む。
【０００９】
本発明はまた、軸の周囲を回転するように、ハウジングにおいてポンプローターを磁気的に支持する方法に関する。この方法は、ローター上に、アキシャルベアリングターゲットを設ける工程を含む。この方法はまた、ハウジング上にアキシャルベアリングステータを設ける工程を含む。このアキシャルベアリングステータは、複数のステータ極を備え、各々の極は、第1コイル部分および第2コイル部分を含む。この方法はまた、第1コイル部分を第1方向に巻く工程と、第2コイル部分を、第1方向とは反対の第2方向に巻く工程とを含む。
【００１０】
本発明はさらに、軸の周囲を回転するように、ハウジングにおいてポンプローターを磁気的に支持する方法に関する。この方法は、ローターに対し軸に沿って第1方向に力を加えるために、第1放射性磁気ベアリングを設ける工程を含む。この方法はまた、ローターに対し軸に沿って第1方向とは反対の第2方向に力を加えるために、第2放射性磁気ベアリングを設ける工程を含む。この方法はさらに、放射性ベアリングによってローターに加えられる正味の軸力と、それら放射性ベアリングの放射性剛性とを、独立して調整するために、第1放射性ベアリングの軸位置および第2放射性ベアリングの軸位置を調節する工程を含む。
【００１１】
本発明の前記特性およびその他の特性は、本発明に関連する当業者には、下記の記述及び添付図面を参照しながら読むことによって明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、ローターを磁気的に浮揚することによってポンプローターを支持する磁気ベアリングを備えたロータリーポンプに関する。一つの実施形態において、このポンプは、患者に血液を送り込むためのシステムを取り込んだ血液ポンプを含むことができる。このようなポンプとしては、例えば、心臓支援ポンプ、または心臓置換ポンプが挙げられる。しかしながら、本発明は、必ずしも血液ポンプに限定されるものではなく、このポンプが別の流体を送り出すように使用される、別の実施例や使用例を有することも可能である。
【００１３】
図1および図2は、流体を送り出すポンプ10という形を取る装置の例示の形態を表す。ポンプ10は、例えば、血液ポンプであってもよい。図1および図2に示される本発明の一つの実施形態において、ポンプ10は、ロータリーポンプであり、ここでは、ローターアッセンブリまたはローター12が、軸16の周囲に回転するようにハウジング14の中に支持されている。ハウジング14は、中央螺旋収容部20、モーターステータ収容部22、および内部的制御ベアリング(ICB)ステータ収容部24を備えている。モーターステータ収容部22およびICB収容部24は、螺旋収容部の反対側の面において螺旋収容部20に対して接続可能であり、従って、図1に示すハウジング14の集合状態を形成している。ポンプ10は、モーターステータ収容部22に連結する流入口26を備えている。この流入口を通じて流体がポンプに導かれている。ポンプ10はまた、螺旋収容部20に連結する流出口28も備えている。この流出口を通じて流体はポンプから放出される。
【００１４】
図2、図3A、および図3Bを参照すると、ローター12は、一般に、円盤型のモーター側端面壁32を備えたインペラー構造30と、一般に、円盤型のICB側端面壁34を備えたインペラー構造30とを含む。端面壁32および34は、互いに隔てられ、互いに平行であり、軸16を中心として配置されている。このインペラー構造30はまた、端面壁32と端面壁34の間に延びており、複数のインペラー通路38を定めるのに有用な、複数のインペラー羽根36を備えている。中央の軸に沿って延びる流入路40は、ローター12を貫いて延びており、インペラー通路38と流通している。
【００１５】
図2および図3Aを参照すると、モーター側端面壁32は、ローター12のモーター永久磁石(PM)リング50と、モーター側PM放射性ベアリングリング60とを支持する。モーター側PM放射性ベアリングリング60は、モーターPMリング50の内側に放射状に配置されている。環状絶縁部52は、モーターPMリング50とモーター側PM放射性ベアリングリング60とを分離するのに有用である。モーターPMリング50と、モーター側PM放射性ベアリングリング60は、ローター12のモーター側端面壁32に固定されるかまたは埋め込まれる。モーターPMリング50は、モーター側端面壁32の周囲に環状に配置された、複数のPMモーター磁石54を備えている。図2に示す実施形態では、モーターPMリング50は、大きさが等しく、モーターPMリング50の周囲に環状に均等に隔てられる8個のモーター磁石54を備えている。しかしながら、モーターPMリング50は、例えば、異なる数のPMモーター磁石54を備えるなど、別の形態を有する。
【００１６】
モーター側PM放射性ベアリングリング60は、例えば、ネオジミウムホウ素鉄のような、高い保磁力を有する永久磁石材料でできていてもよい。モーター側PM放射性ベアリングリング60は、環状の単一磁石構成を有する。しかしながら、モーター側PM放射性ベアリングリング60は、別の構成を有することも可能である。例えば、モーター側PM放射性ベアリングリング60は、複数の磁石セグメントを備えてもよいし、所望の磁束路の形成を助けるために、例えば、鉄のような磁束担持材料を含んでいてもよい。
【００１７】
図2および図3Bを参照すると、軸受側端面壁34は、リング状のアキシャルベアリングターゲット70と、ローター12の、ベアリング側PM放射性ベアリングリング80とを支持する。このベアリング側PM放射性ベアリングリング80は、アキシャルベアリングターゲット70の内側に放射方向に配置されている。ベアリング側端面壁34の環状絶縁部72は、アキシャルベアリングターゲット70と、ベアリング側PM放射性ベアリングリング80とを分離するのに有用である。アキシャルベアリングターゲット70およびベアリング側PM放射性ベアリングリング80は、ローター12のベアリング側端面壁34に固定されるか、またはその中に埋め込まれている。アキシャルベアリングターゲット70は、環状の形態を持ち、フェライト、鉄粉、または積層化されたシリコンスチールで構成されている。例えば、アキシャルベアリングターゲット70は、アキシャルベアリングターゲットを形成するように巻きつけられる、1枚の、または複数の平坦な薄層片から形成されることも可能である。しかしながら、アキシャルベアリングターゲット70は、別の形態、別の材料構成、または、その両方を有することも可能である。
【００１８】
ベアリング側PM放射性ベアリングリング80は、例えば、ネオジミウムホウ素鉄のような、高い保磁力を有する永久磁石材料でできていてもよい。ベアリング側PM放射性ベアリングリング80は、環状の単一磁石構成を有する。しかしながら、ベアリング側PM放射性ベアリングリング80は、別の構成を有することもできる。例えば、ベアリング側PM放射性ベアリングリング80は、複数の磁石セグメントを含んでいてもよいし、所望の磁束路の形成を助けるために、例えば、鉄などの磁束担持材料を含んでいてもよい。
【００１９】
蝸牛形収容部20（図2）は、一般に、蝸牛形ポンプ室102を規定するのに有用な円筒形の主要部100を有する。主要部100は、蝸牛形ハウジング20のモーター側を形成する第1端と、蝸牛形ハウジングのステータ側108を形成する、対向する第2端とを有する。ポンプ室102は、ローター12を容れ、ローターと指定の間隙を形成するような寸法を有する。環状ポンプチャンネル104は、主要部100の中に形成され、ポンプ10が組み立てられた場合、ポンプ室102とインペラー通路38とを流通する。流出口28は、一般に、蝸牛形収容部20の主要部100から接線方向に延び、ポンプチャンネル104と流通する。
【００２０】
モーターステータハウジング22は、ポンプ10のモーターステータ集合体120を支持するように適応されている。図示した実施形態では、モーターステータ集合体120は、環状に配置された、6個のモーターステータコイル122を備えている。各モーターステータコイル122は、コア124に形成されるポスト128の周囲に層状に巻かれた銅線で構成されている。コア124は、例えば、鉄粉材料またはシリコンスチール材料のような強磁性材料から形成されていてもよく、そうすることによって復帰磁束路として働くようになる。これは、ポンプ10の、コイルを流れる単位電流当たりのトルク比を向上させるのに有用である。モーターステータコイル122、コア124、またはその両方を形成するのに、別の材料を用いてもよい。
【００２１】
モーターステータ集合体120は、例えば、接着剤（図示せず）等の手段によって、モーターステータハウジング22に接続されている。モーターステータ集合体120をモーターステータハウジング22に固定するためには、別の手段を用いてもよい。モーターステータ集合体120（特に、モーターステータコイル122）は、モーターステータハウジング22の環状内面126と一体の広がりを有する、例えば、フィルムのような材料によって、密封されてもよいし、被覆されてもよい。このようにして、モーターステータハウジング22とモーターステータ集合体120との組み立て体は、一般に、平坦で滑らかな表面をポンプ室102に触れさせている。
【００２２】
ベアリングステータハウジング24は、ポンプ10のICBベアリングステータ集合体130を支持するように適応されている。ベアリングステータ集合体130の別の態様としては、図4Aおよび図4Bそれぞれに図示している。図2および図4Aに示す実施形態では、ベアリングステータ集合体130は、環状に配置された6個のベアリングステータコイル132を備えている。図4Bに示す実施形態では、ベアリングステータ集合体130は、環状に配置された3個のベアリングステータコイル132を備えている。図4Aおよび図4Bの実施形態では、各々のベアリングステータコイル132は、アキシャルベアリングステータコア134に接しているステータポスト136の周囲に層状に巻かれた銅線から構成されている。アキシャルベアリングステータコア134は、強磁性材料で形成されていてもよく、そうすることによって復帰磁束路として働くようになる。ベアリングステータコイル132、アキシャルベアリングステータコア134、またはその両方を形成するには、別の材料を用いてもよい。
【００２３】
図2を参照すると、ベアリングステータ集合体130は、例えば、接着剤（図示せず）等の手段によって、ベアリングステータハウジング24に接続されている。ベアリングステータ集合体130をベアリングステータハウジング24に固定するためには、別の手段を用いてもよい。ベアリングステータ集合体130（特に、ベアリングステータコイル132）は、ベアリングステータハウジング24の環状内面138と一体の広がりを有する、例えば、フィルム等の材料によって、密封されてもよいし被覆されてもよい。このようにして、ベアリングステータハウジング24とベアリングステータ集合体130の組み立て体は、一般に、平坦で滑らかな表面をポンプ室102に触れさせている。
【００２４】
図4Aを参照すると、ベアリングステータ集合体130の6個のベアリングステータコイル132は、3相励起用に構成されている。この構成では、ベアリングステータコイル132と隣接しているペアは、同じワイヤーで巻かれ、同じ電圧相によって励起される。この構成では、3対のベアリングステータコイルが、3個のベアリングコイル極132a、132b、および132cを形成している。各々のベアリングステータ極132a-cは、3相電圧の異なる各相によって励起させてもよい。この構成では、ベアリング極132a-cの個々のベアリングステータコイル132は、それぞれ反対方向に巻かれていてもよい。例えば、各々の極132a-cにおいて、一つのコイル132は時計方向に巻かれてもよく、他方のコイルは反時計方向に巻かれてもよい。これは、図4Aにおいて、一般に、矢印によって示す。
【００２５】
図4Bに示す実施形態では、ベアリングステータ集合体130の3個のベアリングステータコイル132は、3個のベアリングステータ極132a、132b、および132cを形成している。図4Bを参照すると、ベアリングステータ集合体130の3個のベアリングステータ極132a-cは、3相励起用として構成されている。各々のベアリングステータ極132a-cは、3相電圧の異なる相によって励起される。
【００２６】
図2を参照すると、ポンプ10はまた、一般に、円盤型のモーター側シール202と、モーター側シールから中心方向に突出する管状口204とを備えるモーターシール集合体200を備えている。管状口204は、ポンプ10の流入口26を定める。モーター側シール202は、蝸牛形収容部20のモーターの側面214の環状肩または環状陥凹212に受容されるように適応した環状ビーズ210を備えている。一般に、平坦な膜部分216は、環状陥凹212から放射状に内側に延びている。例えば、モーター側シール202（特に、膜部分216）は、接着剤によって、ビーズ210に接続されるポリカーボネートシートによって構成されていてもよい。モーター側シール202は、シールの放射方向張力、背面からのモーターステータ120による支え、またはその両方によって得られる機械的強度を有していてもよい。
【００２７】
管状口204は、膜部分216から垂直に突出し、軸16に沿って延びている。管状口204は、接着剤によって膜部分216に接続されていてもよい。管状口204は、膜から別の角度で突出させてもよいし、例えば、曲線状延長線を有する場合には、軸16に沿ってではなく、別の延長線を有してもよい。図2に示すように、管状突出体208は、管状口204の反対側に突出させてもよい。突出体208は、流体の流れを、ローター12の流入通路40に指向させるのに役立たせてもよい。突出体208はまた、ローター12の過度な軸方向移動に対して、小径、または小面積停止点として使用してもよい。
【００２８】
ポンプ10はまた、一般に、円盤型のベアリング側シール222と、O-リング224とを含むベアリングシール集合体220を備えている。ベアリング側シール222は、O-リング224を受容するための環状溝226を備えている。蝸牛形収容部20は、蝸牛形収容部のベアリング側端面232に向かって後退するO-リング224を受容するために、同様の構成または同一の構成を有する環状溝を備えていてもよい。ベアリング側シール222はまた、ベアリングステータハウジング24の環状肩または環状陥凹236に受容されるように適応した環状ビーズ234を備えている。ベアリング側シール222はさらに、一般に、環状肩ビーズ234から放射状に内側に延びる、平坦な膜部分238を備えている。例えば、ベアリング側シール222（特に、膜部分238）は、ビーズ234に装着される、ポリエステル材料からなる1枚のシートによって構成されていてもよい。ベアリング側シール222は、シールの放射方向張力や、背面からのアキシャルベアリングステータ130による支持や、またはその両方によって得られる機械的強度を有していてもよい。
【００２９】
ポンプ10はさらに、モーターステータハウジング22と接続が可能なPMモーター側放射性ベアリング構造体250と、ベアリングハウジング24と接続が可能なPMベアリング側放射性ベアリング構造体252とを備えている。このモーター側放射性ベアリング構造体250とベアリング側放射性ベアリング構造体252は、類似の構成であっても、同一の構成であってもよい。図示した実施形態では、放射性ベアリング構造体250および252はそれぞれ、一般に、円筒形のPMベアリング部分254と、PMベアリング部254から外側放射方向に延びる環状フランジ部分256とを備えている。放射性ベアリング構造体250および252は、別の形態であってもよい。PMベアリング部分254の直径および放射方向厚は、モーター側放射性ベアリングリング60およびベアリング側放射状ベアリングリング80のものと類似であっても、同一であってもよい。PMベアリング部分254は、例えば、ネオジミウムホウ素鉄のような、高い保磁力を有する永久の磁石材料でできていてもよい。また、PMベアリング部分は、複数の磁石セグメントを含んでいてもよいし、所望の磁束路の形成を助けるために、例えば、鉄などの磁束担持材料を含んでいてもよい。
【００３０】
ポンプ10の組み立てが終了状態では、モーターステータ集合体120は、モーターステータハウジング22に固定され、ベアリングステータ集合体130は、ベアリングステータハウジング24に固定されている。ローター12は、例えば、インペラー構造体30のモーター側端面壁32、モーターPMリング50、およびモーター側PM放射性ベアリングリング60が、蝸牛形ハウジングのモーター側開口106に隣接して配置されるように、蝸牛形ハウジング20のポンプ室102中に配置されている。インペラー構造30のICB側端面壁34、アキシャルベアリングターゲット70、および、ベアリング側PM放射性ベアリングリング80は、蝸牛形ハウジング20のベアリング側開口108に隣接して配置されている。
【００３１】
モーターシール集合体200は、モーター側シール202の環状ビーズ210が、モーター側表面214の環状陥凹212に受容されるように蝸牛形ハウジング20に配置されている。モーター側シール202の膜部分216は、蝸牛形ハウジング20のモーター側開口106を横切って内側放射方向に延びる。管状口204は、モーター側シール202から軸16に沿って突出する。モーターステータハウジング22は、管状口204が、モーターステータハウジングの中心開口260を貫通して延びるように、モーター側表面214に配置されている。
【００３２】
O-リング224は、蝸牛形ハウジング20の環状溝230に設置され、かつ、ベアリング側シール222は蝸牛形ハウジングに、O-リングが環状溝226に受容されるように設置される。次に、ベアリングステータハウジング24が、ベアリング側シール222の環状ビーズ234がベアリングステータハウジングの陥凹236に受容されるように、蝸牛形ハウジング20のベアリング側端面232に設置される。ベアリング側シール222の膜部分238は、蝸牛形ハウジング20のベアリング側開口108を横切って内側放射方向に延びる。
【００３３】
モーターステータハウジング22およびベアリングステータハウジング24を蝸牛形ハウジング20に固定するために、例えば、機械ネジのような結合手段262が使用される。これによって、モーター側シール202は、モーターステータハウジングと蝸牛形ハウジングの間に固定される。また、これによって、ベアリング側シール222は、ベアリングステータハウジングと蝸牛形ハウジングの間に固定される。ポンプ10の組み立て終了状態では、ベアリング側シール集合体200は、モーターステータ集合体120をポンプ室102から分離し、ベアリング側シール集合体220は、ベアリングステータ集合体130をポンプ室から分離する。
【００３４】
図示した実施形態では、モーター側放射性ベアリング250は、モーター側放射性ベアリングのフランジ部分256を貫通する手段270（例えば、機械ネジ）によって、モーターステータハウジング22に接続されている。さらに、図示した実施形態では、ベアリング側放射性ベアリング252は、モーター側放射性ベアリングのフランジ部分256を貫通する手段272（例えば、機械ネジ）によって、ベアリングハウジング24に接続されている。放射性ベアリング250および252をハウジング12に固定するのに別の手段を用いてもよい。
【００３５】
図1および図2に図示されるポンプ10は、再使用可能な部品とディスポーザブル部品とを有するように構成されている。これは、例えば、短期の使用、または、中期の使用のための非移植性血液ポンプの場合（例えば、移植までの繋ぎ、または、回復までの繋ぎという意図の下に用いられる補助ポンプとしての使用の場合）において、望ましい形態であると考えられる。この形態は、モーター側シール集合体200およびベアリング側シール集合体220を備えることによって提供される。
【００３６】
モーター側シール集合体200は、モーターステータ集合体120とモーターステータハウジング22を、ポンプ室102とポンプ室中の流体（例えば、血液）から分離する。従って、ポンプ10を使用している間に、モーターステータ集合体120およびモーターステータハウジング22は、汲み出される流体に暴露されることはなく、従って、再度使用することができる。同様に、ベアリング側シール集合体220は、ベアリングステータ集合体130とベアリングステータハウジング24を、ポンプ室102とポンプ室中の汲み出し流体から分離する。従って、ポンプ10を使用している間、ベアリングステータ集合体130およびベアリングステータハウジング24は、汲み出される流体に暴露されることはなく、従って、再度使用することができる。ポンプ10を使用している間、蝸牛形ハウジング20、ローター12、モーター側シール集合体200、およびベアリング側シール集合体220は、汲み出し流体に暴露され、従って、ディポーザブルであってもよい。
【００３７】
図1および図2に図示されるポンプ10は、再使用できる部品を有さない、ディスポーザブルポンプとして構成されていてもよい。これは、中期の使用、または、長期の使用のための移植用ポンプ（例えば、心臓置換ポンプ）の場合において、望ましい形態と考えられる。この形態では、モーターステータ集合体120とモーターステータハウジング22をポンプ室102から分離するために、モーター側シール集合体200およびベアリング側シール集合体220は必要とされない。同様に、この形態では、ベアリング側集合体130およびベアリングステータハウジング24をポンプ室102から分離するために、ベアリング側シール集合体220は必要とされない。従って、ポンプ10がディポーザブルである場合には、モーター側シール集合体200およびベアリング側シール集合体220は必要ではなく、省略することが可能である。この場合、モーター側ハウジング22と蝸牛形ハウジング20との間、およびベアリング側ハウジング24と蝸牛形ハウジングとの間にシールを形成するために、O-リング、またはガスケットのような手段を用いてもよい。また、この場合、流入口204を、モーター側ハウジング22と一体に形成すること、または、モーター側放射性ベアリング250と共にモーター側のハウジングに固定することもできる。
【００３８】
ポンプ10の動作は、ポンプがディスポーザブルであろうと再使用できる部品を持とうと、事実上同じである。この両形態の間の主な違いは、モーターシール集合体200とベアリングシール集合体220の有無によってもたらされる可能性のある、軸方向および放射方向ベアリングの磁石間の実効的磁気ギャップの変化である。
【００３９】
図2を参照すると、ポンプ10のモーター部分280は、モーターステータ集合体120、ローター12のモーター側端面壁32、およびモーターPMリング50を備えている。図示した実施形態では、モーター部分280は、8極、1側軸方向ギャップ永久磁石ブラッシレスDCモーターである。モーター部分280は、例えば、正弦波電源から3相励起を受けるように配置された6個のモーターステータコイル122を有する。モーター部分280については、別の形態が使用されてもよい。
【００４０】
また、図2を参照すると、ポンプ10のモーター側放射性ベアリング282は、ローター12におけるモーター側PM放射性ベアリングリング60、および、モーターステータハウジング22におけるPMモーター側放射性ベアリング構造体250を備えている。ポンプ10のベアリング側放射性ベアリング284は、ローター12におけるベアリング側PM放射性ベアリングリング80、および、ベアリングステータハウジング24におけるPMベアリング側放射性ベアリング構造体252を備えている。ポンプ10のアキシャルベアリング286は、ローター12におけるアキシャルベアリングターゲット70、および、ベアリングステータハウジング24におけるICBベアリングステータ集合体130を備えている。
【００４１】
図6Aに、ポンプを模式的に示す。図6Aを参照すると、モーター側の放射性ベアリング282およびベアリング側の放射性ベアリング284の磁石は、軸16に沿って互いに対称型になるよう配置されている。放射性ベアリング282および284の磁石は、軸方向に（例えば、軸16に沿って）磁化され、各ベアリングの磁石が互いに同心円的に、互いに引き合うように配置されている。従って、モーター側放射性ベアリングリング60とモーター側放射性ベアリング構造体250は、互いに同心円的で、互いに引き合っている。ベアリング側放射性ベアリングリング80とベアリング側放射性ベアリング構造体252は、互いに同心円的で、互いに引き合っている。その結果、放射性ベアリング282、284のいずれかの磁石が互いに放射方向に移動すると、磁石の軸方向への相互牽引によって、放射成分の力が生じ、これが、磁石を、それぞれの同心的平衡位置に戻そうとする。これは、放射性ベアリングの「放射性剛性」と記述することができる。このようにして、放射性ベアリング282および284は、ポンプハウジング14および軸16に対する、ローター12の、放射方向の相対的位置を維持するのに有用である。
【００４２】
アキシャルベアリング286は、ポンプハウジング14に対する、ローター12の、アキシャル方向の直線的および傾き位置の調節に有用である。ローター12の位置は様々な因子によって影響される。例えば、放射性ベアリング282と284によってローターに加えられる軸力、ポンプ10のモーター部分280によって加えられる軸力、インペラー構造体30を貫通する流体の流れ、および重力等の影響等がある。アキシャルベアリング286は、3コイル形態（図4B）または6コイル形態（図4A）のいずれかにおいて独立して3相励起用に構成されているので、ローター12の軸に沿った軸位置、および、ローターの軸に対する傾き位置の調節に有用である。軸16に沿ったローター12の位置を調節するためには、3相全てを等しく励起してもよい。軸16に対するローター12の傾き位置を調節するためには、各相を異なる大きさで励起してもよい。
【００４３】
アキシャルベアリング286は、ベアリングステータコイル132の励起によって、それらのコイルとアキシャルベアリングターゲット70とが互いに引き合うように構成されている。従って、アキシャルベアリング286の励起は、ローターをベアリングステータ集合体130の方向に引き付ける軸力を、ローター12に対して加える。放射性ベアリング282と284は、アキシャルベアリング286によって加えられる正味の軸力を、反対の方向に、ローター12に対して加えるように構成されている。従って、ローター12の位置は、所望の浮揚位置にローター12を維持するために、アキシャルベアリング286の励起によって制御されている。
【００４４】
アキシャルベアリング286の励起は、LCRベアリング同調回路によって制御されている。このような3個のLCRベアリング回路が存在する。すなわち、それぞれ一つずつがアキシャルベアリングステータ極132a-cに連結されている（図4Aおよび4Bを参照）。LCRベアリング回路は、アキシャルベアリングステータ130の3相励起を提供する。3個のLCRベアリング回路はそれぞれ、回路間の位相シフトの差を除いては、同一であってもよい。各アキシャルベアリングステータ極132a-cは、励起されると電磁石として作動し、アキシャルベアリングターゲット70を引き付ける。
【００４５】
図6Aは、3個のアキシャルベアリングステータ極132a-cのそれぞれに連結する回路を表すLCRベアリング同調回路の一例を示す。各LCRベアリング回路300は、コンデンサー302、抵抗器304、および電源306と直列に接続される、ベアリングステータ極132a-cの内の連結極のコイル132を備えている。抵抗器304は、別体の抵抗器成分、ベアリングステータ極の内部抵抗、またはその両方の形を取ることが可能である。ベアリングステータ極132a-cはそれぞれインダクタンス(L)を有し、コンデンサー302は容量(C)を有し、抵抗器304は抵抗(R)を有する。電源306は、連結するベアリングステータ極を励起する正弦波電圧(E)を産生する。電圧(E)は、回路300の共鳴周波数（ωR）よりもやや高い固定周波数（ω）を有する。アキシャルベアリング286の各コイル132のLCRベアリング回路300において使用される周波数（ω）は異なっていてもよい。また、各LCRベアリング回路300において、ポンプ10の起動条件と定常条件とでは異なる周波数（ω）を用いてもよい。
【００４６】
図6Aに示すように、LCR回路300は、アキシャルベアリング286の連結ベアリングステータ極132a-cの励起によってローター12を懸垂させるのを支援するのに用いられる。本発明によれば、LCR回路は、ローター12の、自己検知性磁気的懸垂および自己配置性磁気的懸垂を提供する。ローター12の、自己検知性磁気的懸垂および自己配置性磁気的懸垂は、図6Bの力対ギャップをプロットしたグラフに示される。図6Aおよび6Bを参照すると、ローター12がベアリングステータ130を離れると、ベアリングステータとローターのアキシャルベアリングターゲット70との間の磁気ギャップ310が増大し、インダクタンス(L)が減少する。その結果、回路300の共鳴周波数（ωR）が上昇し、回路の励起周波数（ω）により近づく。これは、電源306によって生成されるAC電流の増大を招き、これは、連結ベアリングステータ極132a-cが、ローター12を引き付ける力を増大させる。その結果、ローター12に加えられる軸力は、連結ベアリングステータ極の方にローターを引き付ける。
【００４７】
ローター12がベアリングステータ130の方に動いたならば、磁気ギャップ310は減少し、インダクタンス(L)は増大する。その結果、回路300の共鳴周波数（ωR）は減少し、共鳴周波数と励起周波数（ω）との差を増大させる。これは、電源306によって生成されるAC電流の減少をもたらし、これは、ベアリングステータ極132a-cが、ローター12を引き付ける力を減少させる。その結果、ベアリングステータ極132a-cによってローター12に加えられる軸力は減少し、放射性ベアリング282および284によってローター12に加えられる軸力が、ローターを、ベアリングステータ130から遠ざける。上記から、LCR回路300は、ベアリングステータ極132a-cとアキシャルベアリングターゲット70との間の固定ギャップ310を維持し、ローター12の位置を維持するのに有用である。
【００４８】
また、励起電流は、ローター12の位置の表示として用いられてもよい。その理由は、前述したように、アキシャルベアリング286の励起電流は、ベアリングステータ130とアキシャルベアリングターゲット70との間の磁気ギャップに比例するからである。さらに、アキシャルベアリング286の極132a-cは、ローター12の軸位置と傾き位置の両方を制御するので、励起電流は、ローターの軸位置とローターの傾き位置の両方を定めるのに用いてもよい。
【００４９】
モーターステータ120のコイル122は、図6Aに模式的に示す正弦波電源292によって励起される。これによって、ローター12の回転とポンプ10の汲み出し活動が公知のやり方で実施される。汲み出される流体は、流入口26を通じてポンプハウジング14（図2）に引き込まれ、インペラー通路38を経由してポンプ室102に向けられる。流体は、ポンプ室102を満たし、汲み出しチャンネル104を経由して流出口28に向けられる。
【００５０】
モーターステータ120のコイル122は、正弦波電源292によって、メガヘルツの範囲の周波数を有する信号によって励起される。ベアリングステータ130のコイル132は、正弦波電源306によって、数百ヘルツの範囲の周波数を有する信号によって励起される。当業者であれば、ベアリングステータコイル132に対する電力を、モーターステータコイル122に対する電力に重畳させることは望ましいことが理解されるであろう。上記から、モーターは、複数の電力線からなる単一組を必要とすることが考えられる。電力は、ベアリングステータコイル132に供給される場合は低域フィルターを経由し、モーターステータコイル122に供給される場合は高域フィルターを経由することが考えられる。
【００５１】
ポンプ10の動作時、ポンプ室102の流体は、ローター12に対して制動させてもよい。さらに具体的に言うと、フィルム捩れ制動は、ローター12とモーターステータ集合体120との間、および、ローターとベアリングステータ集合体130との間に生じさせてもよい。ローターのモーター側端面壁32およびローターのベアリング側端面壁34は、それぞれ、モーターステータ集合体とベアリングステータ集合体120、130に向けて、全体として平坦で、滑らかな面を提示するように構成されていてもよい。モーターステータ集合体120とモーター側端面壁32の対向面、および、ベアリングステータ集合体130とベアリング側端面壁34およびベアリングステータ集合体130の対向面は、大きく、平坦で、滑らかで、近接しているので、ローター12の捩れフィルム制動の促進を助ける可能性がある。
【００５２】
図4Bに示すベアリングステータ130の、6個のベアリングステータコイル132形態を含む図示した実施形態では、アキシャルベアリングステータコア134は、平坦な薄層片の材料を螺旋形に巻いて円筒形を形成することによって製造してもよい。次に、この円筒形を加工して6本のステータポスト136を形成し、そのポストの周囲にワイヤーが巻かれたコイル132を形成する。アキシャルベアリングターゲット70も、同様の巻き線構造を有していてもよい。アキシャルベアリングステータコア134およびアキシャルベアリングターゲット70を形成するために使用される平らな一片の材料は、高い磁気透過性を持つことが可能である。例えば、平坦な一片は、フェライト、鉄粉、または積層シリコンスチールで形成されてもよい。
【００５３】
同じワイヤーで反対方向に巻かれた隣接のコイル同士132は、それぞれのステータポスト136において軸に沿って反対方向に磁束を誘発する。この反対向きに巻かれたコイル同士132は、3個のベアリングステータ極132a-c間における相互インダクタンスを減少させる。このために、ベアリングステータ極132a-cは、それぞれが相互干渉することなく動作することが可能になる。この形態は、ベアリングステータ極132a-cのうちの一つにおいて、その特定の極における磁気ギャップ310（図6A参照）の変化によって生じた電流変化が、他の二つのベアリングステータ極の電流と力に変化をもたらす可能性を下げるのに有用である。
【００５４】
アキシャルベアリング286の設計において、アキシャルベアリング集合体130とアキシャルベアリングターゲット70は重要な要素である。アキシャルベアリングステータコア134を構築するのに用いられる材料は高い飽和磁束密度を持ち、そのために、ステータ集合体130の軸力密度（すなわち、ステータの単位容量当たりの力）性能が高まることが望ましい。さらにまた、ステータコア134を構築するのに用いられる材料の磁気透過性は、アキシャルベアリング286のコイル損失を低く維持するのを助けるものであることが望ましい。ステータコア134の磁気透過性が低い場合、ステータ130とアキシャルベアリングターゲット70との間の空気ギャップにおいて必要なレベルの磁束密度を誘起するために、アキシャルベアリングコイル132は、さらに追加のアンペア・巻き数を生み出さなければならない。より高いコイルのアンペア・巻き数を実現するためには、同じ数のコイルの巻き数であればより多くの電流を流さなければならず、同じ電流であればより数多くのコイル巻き数に電流を流さなければならない。いずれの場合でも、コイルの形態がどうであれ、それに関連するコイルi2R（電力）損失は増大する。
【００５５】
アキシャルベアリングステータ130はまた、磁気飽和から十分に離れた磁束密度において動作することが望ましい。これは、磁気飽和の接近に伴って通常見られる透過性の非直線性によって生ずる可能性のある、アキシャルベアリング行動に対する有害作用を回避するのに有用である。通常見られる磁気透過性の急激な低下は、ステータ脚空気ギャップの磁束密度にも相当する低下を招き、それに関連して、コイルの自己インダクタンスも低下する。ある意味で、材料が飽和に近づくと現れる透過度の低下は、標的空気ギャップに対するステータの増加と類似の作用を有する。従って、ステータ材料が磁気飽和に接近すると見られる透過度の急激な低下は、図6Bに示す力特性曲線の形を大きく変え、それによってベアリングの動作不能を招く可能性がある。
【００５６】
当業者であれば、アキシャルベアリングステータコア134は、各種磁気材料（例えば、フェライト材料、鉄焼結材料、または、高性能金属積層体）から製造することが可能であることが理解されるであろう。フェライト材料は、典型的には、低飽和磁束密度（典型的には、0.4から0.5テスラ）を有する。これによって、ステータにおいて生成される磁束密度を標的の空気ギャップに限定することが可能になり、従って、アキシャルベアリング130の力密度を限定することが可能になる。鉄焼結材料は、フェライト材料よりも大きな飽和磁束密度を有する（典型的には0.8テスラ）ばかりでなく低い透過度を有する。鉄焼結材料の透過度は比較的低いために、鉄焼結材料の、比較的高い磁束密度性能を生かすためには、高いコイル電流の使用が要求される。しかしながら、このことは、より高いコイルi2R損失を招く可能性がある。積層化されたステータ材料は、高い流量密度と高い透磁性の両方を有していてもよい。例えば、シリコンスチールやコバルト鉄合金の材料を用いれば、高い力密度と低いコイル損失の両方を有するアキシャルベアリングステータ130を構築することが可能である。
【００５７】
高性能の金属ステータ材料は、電気の良導体である傾向があるが、アキシャルベアリング286で使用されるような高周波で動作する電気装置でそれらを使用する場合には、渦電流損失を抑えるために、ステータ材料は積層する必要があるかもしれない。その場合、ステータの材料は、低製造コストと適合するやり方で積層することが好ましい。これは、様々のやり方で実現することが可能である。例えば、ステータ材料は、放射方向に先細りになる積層体、対数渦巻き線と同様の曲線形に曲げた積層体、または、円筒形マンドリルの周囲に磁気材料の薄層片を螺旋形に巻いて、ステータの円筒形加工前前駆体の形を取る積層体であってもよい。先細り積層体や、曲線に折り曲げた積層体よりも螺旋巻きの方がより望ましい。なぜなら、磁束は、標的の磁束路において円周方向に、かつ、励起コイルの下部のステータ領域に向けられる傾向があるからである。
【００５８】
一つの実施形態において、アキシャルベアリングステータコア134とアキシャルベアリングターゲット70の両方の製造に、螺旋巻き法を用いた。ステータコア134は、前駆体を形成するために、厚み0.004’’×幅0.5’’×長さ290’’のシリコン鉄片を0.70’’直径円筒形マンドリルの周囲に巻きつけた。マンドリルを除去した後、得られた螺旋に巻かれたステータ前駆体の上面と下面を平らに加工した。この加工によって適正な高さを有するステータシリンダーが得られた後、ステータポスト136を定めるコイルスロットを、例えば、研削法、磨砕法、またはEDM法などの加工法によってシリンダー内に切り込んだ。層から層に渡る層材料の混交を除去する傾向があるので、後者の方法が好ましい。このような混交は、層間において局所的な短絡回路を形成する可能性があり、それは、互いに電気的に絶縁された、金属の、別々の、薄層積層体を用いる目的を台無しにする可能性がある。
【００５９】
アキシャルベアリングターゲット70も同様に製造した。シリコン鉄の、長い、薄層片を、ターゲット前駆体を形成するために、円筒マンドリルの周囲に巻き付けた。マンドリルから外した後、螺旋に巻かれたターゲット前駆体の上面と下面を平坦に加工してターゲット70を形成した。ターゲット70は単純なワッシャー形であるので、上面と下面を平坦に加工し、関連する適正なワッシャー高に仕立てた後は、さらにそれ以上の加工は必要なかった。
【００６０】
これまで、ポンプ10は、モーター側放射性ベアリング282とベアリング側放射性ベアリング284を備えた、2重放射性ベアリング構成を有するものとして説明してきた。しかしながら、ポンプ10は、単一の放射性ベアリングを有する構成とすることができる。この場合、例えば、ベアリング側放射性ベアリング284を省略し、モーター側放射性ベアリング282を、所望の放射性剛性と、アキシャルベアリング286に対向する軸張力を提供するような構成とすることができる。別の例としては、モーター側放射性ベアリング282を省略し、ベアリング側放射性ベアリング284を、所望の放射性剛性と、アキシャルベアリング286に対向する軸張力を提供するような構成とすることもできる。しかしながら、2重放射性ベアリング形態の方が、調節性をさらに高めるのに有用である。
【００６１】
本発明によれば、モーター側放射性ベアリング282とベアリング側放射性ベアリング284を用いる2重放射性ベアリング構成によって、放射性ベアリングによってローター12に加えられる正味の軸力の調節は、放射性ベアリングによってローターに加えられる放射性剛性の調節と独立して実行することが可能となる。本発明によれば、モーター側放射性ベアリング282とベアリング側放射性ベアリング284の調節は、PMモーター側放射性ベアリング構造体250、PMベアリング側放射性ベアリング構造体252、またはその両方の位置を調節することによって実現される。これらの調節は、モーター側放射性ベアリング250とベアリング側放射性ベアリング252をハウジング14に接続するために用いられる結合手段270および272を調節することによって実現することが可能である。
【００６２】
モーター側放射性ベアリング282とベアリング側放射性ベアリング284の調節を図5A-5Cに示す。図5Aには、モーター側放射性ベアリング282（すなわち、モーター側PM放射性ベアリングリング60およびPMモーター側放射性ベアリング構造体250）、およびベアリング側放射性ベアリング284（すなわち、ベアリング側PM放射性ベアリングリング80およびPMベアリング側放射性ベアリング構造体252）を示す。
【００６３】
ベアリング282および284によってローター12に作用される正味の軸張力とは独立に、それらベアリングの放射性剛性を調節するために、モーター側放射性ベアリング250およびステータ側放射性ベアリング252は、等しい量だけ、相互に近づけるかまたは遠ざける。これを図5Bに示す。図5Bを参照すると、ローター12に加えられる正味の軸張力に影響を及ぼすことなくベアリング282および284の放射性剛性を増すためには、モーター側およびステータ側放射性ベアリング250および252は、等しい距離を移動させて互いに近づける。これを、図5Bの250’と252’に示す。ローター12に加えられる正味の軸張力に影響を及ぼすことなくベアリング282および284の放射性剛性を下げるためには、モーター側およびステータ側放射性ベアリング250および252は、等しい距離を移動させて互いに遠ざける。これを、図5Bの250’’と252’’に示す。
【００６４】
ベアリング282および284が、それによってローターを支持する放射性剛性とは独立に、それらのベアリングによってローター12に対して加えられる正味の軸張力を調節するために、モーター側放射性ベアリング250とステータ側放射性ベアリング252は、互いの相対的位置は不変でありながら、ローターに対しては相対的に移動させられる。従って、正味の軸張力を調節する際には、モーター側およびステータ側放射性ベアリング250と252は、等しい距離を動かせられ、ローター12に対して相対的に移動させられる。すなわち、一方のベアリングはローターに近づき、他方のベアリングはローターから遠ざかる。これを図5Cに示す。図5Cを参照すると、図5Cの矢印の方向にベアリング282と284の軸張力を増すために、モーター側およびステータ側放射性ベアリング250と252は、図5Cの250’および250’に示す位置に移動させられる。ベアリング282および284の正味の軸張力を下げるためには（すなわち、図5Cの矢印と反対の方向に軸張力を増すためには）、モーター側およびステータ側放射性ベアリング250と252は、図5Cの250’’および252’’に示される位置に移動させられる。軸力および放射性剛性は、磁気ギャップに関して非直線性関数であるから、調節が、磁石間の全体ギャップに対して小さいならば（例えば<20%）独立して調節することができる。調節がこれよりも大きくなるにつれて、二次作用がより著明になり、調節は独立してできなくなる。
【００６５】
本発明の放射性ベアリング設計のさらなる特徴として、モーター側放射性ベアリング282とステータ側放射性ベアリング284は、互いに偏心させて、ローター12に加えられる、平均的な正味の静水圧放射力を打ち消すことを助長するようにしてもよい。さらに具体的に言うと、モーター側PM放射性ベアリングリング60、PMモーター側放射性ベアリング構造体250、ベアリング側PM放射性ベアリングリング80、およびPMベアリング側放射性ベアリング構造体252は、互いに偏心させて、平均的な正味の静水圧放射力に対して反対向きの放射力をローター12に加えられるようにしてもよい。これは、ローター12を軸16においてさらに中心側に移動させるのに有用である。
【実施例】
【００６６】
＜実施例１： ポンプの構成＞
実施例１の構成において、ロータリーポンプは本発明に従って構築されている。実施例１のポンプの構成は、前述のように、ベアリング集合体シールおよびモーター集合体シールを省略したディスポーザブルの構成である。実施例１のポンプの構成では、各々のモーターステータコイルは、8層の、25ゲージ銅線からなり、0.16インチのスペースを占めている。モーター磁石およびコイルは、磁束復帰路となるシリコン・スチールコアに配置されている。コアは、モーターギャップの変化に伴う磁束変化を抑えるのを助けるために、磁束を絞ることを意図して細くなっている。これは、モーターの陰性剛性の低下に有用である。
【００６７】
二次元有限要素分析プログラムを用いて磁束密度分布を推定したところ、結果は、コイル空間の中央において、ピーク磁束密度の計算値は0.25テスラであることが示された。アキシャル型ギャップモーター分析プログラムを用い、この、0.25テスラの正弦波ピーク磁束密度を仮定すると、モーター効率の計算値は、100mmHg下、2700rpmで5リットル／分における5.3-W出力では70%となる。従って、モーターの入力パワーは7.6W(5÷0.70)となる。アキシャルベアリング動作のためには約2Wの消費を許容すると考えると、この実施例１のポンプの構成における全パワー消費は約9.6Wとなる。4,300rpmの速さでは、モーター効率は約70%であり、これは、約20.6Wの全体パワー消費に等しい。
【００６８】
ローター磁石面からステータコアまで0.19インチ（0.030インチの壁／流体ギャップ、プラス、0.160インチのコイル厚）の指定の磁石ギャップがある場合、モーターの軸張力は、1.94ポンドと計算された（Fモーター）。ギャップを0.005インチ減らすと、この力は2.07ポンドに増加する。これらの値を用いると、軸剛性は、-26.0ポンド／インチ（Kaモーター）と計算され、従って、角度剛性は、以下の通りである。
Kθモーター＝Kaモーター（R02 + Ri2）/4 = (-26.0)(.752 + .252)/4 = -4.06ポンド・インチ／ラジアン
【００６９】
モーター剛性に関するこれらの値を、下記に示すようにローターの臨界速度の推定に用いた。
【００７０】
実施例１のポンプの構成では、単一放射性ベアリングの設計を使用した。また、このポンプには、前述のように、ただ一つのベアリング側放射性ベアリングしか備えていなかった。放射性ベアリングのモーター側PM放射性ベアリングリングおよび放射性ベアリングのPMモーター側放射性ベアリング構造体は、外径0.55インチ、および平方断面0.1インチの、軸性に極性（1.0テスラの残留磁束密度）を有する磁気リングである。PMベアリング分析プログラムを用いて、剛性および軸張力対ギャップ値を表1に示すように計算した。
【００７１】
表１．放射性ベアリングの力および剛性
2007518464.tif 000003
【００７２】
実施例１のポンプの構成では、前述したように（図4B参照）、ベアリングステータ集合体は、3個のベアリングステータの構成を有している。LCR回路当たりの極面積は約0.190-in2であり、コイルスロットの放射幅は0.120インチである。200回巻いた32ゲージの銅線を用いた（0.008インチの銅線の直径；エナメル絶縁コート付きでは0.009インチの直径）。スロットの深さは約0.240インチである。ワイヤー抵抗は約6.9オーム(R)である。ローターが0.015インチの磁気ギャップ（壁プラス流体空間）で動作するためには、0.013インチで計算された同調インダクタンス4.66x10-3ヘンリー（L）を選ぶ。2.5x10-6ファラッド(C)のコンデンサーを用いると、LCR回路の共鳴周波数計算値は1474 Hz(ωn = 9,257ラジアン／秒)である。この共鳴の増幅係数は、約Q = Lωn/R = 6.2である。
【００７３】
反応ピークは、ローターの、0.010インチの軸方向移動を受け容れるのに十分な広さを有する。ローターは、0.015インチの動作ギャップから±0.005インチの軸方向移動範囲の中に納まっていなければならない。実施例１のポンプの構成の場合、0.010インチの流体の流動空間と、0.005インチの壁が許容される。この範囲では、平均軸性剛性は、LCR回路当たり26ポンド／インチ、すなわち、合計では78ポンド／インチである。
【００７４】
ローター12の重量は約0.083ポンドと推定される。あらかじめ0.013インチにセットされたギャップでは、LCR当たりの軸張力は0.08ポンドと、合計は0.24ポンドと計算される。定常状態における力の釣り合いから、
F計算値 = -3Flcr + Fモーター - Mg = -0.24 + 1.94 -0.083 = 1.617ポンド
が得られる。
【００７５】
これは、モーターが頂上にあり、インペラーの重量がモーター張力に対抗することを仮定する。表1の２列目と3列目から内挿すると、放射性ベアリングギャップは0.042インチとなり、放射性ベアリングの剛性は、Kr計算値 = 16.1ポンド／インチ、Ka計算値 = -32.2ポンド／インチ、およびKθ計算値 = -1.63ポンド・インチ／ラジアンとなる。モーターおよび放射性ベアリングの陰性軸剛性の合計は58.2ポンド／インチ(= 26.0 + 32.2)である。これは、合計のアキシャルベアリングの陽性軸剛性（78ポンド／インチ）よりも小さい。同様に、アキシャルベアリングは、モーターおよび放射性ベアリングの、合計の陰性角度剛性よりも大きな角度剛性、すなわち、11.0インチ・ポンド／ラジアン(= 1.5 x 26 x 0.5312)を与える。この結果は、ローターを浮揚し、支持するのに十分な力と、軸方向・角度方向の剛性があることを保証している。
【００７６】
この分析は、ベアリングの各LCR回路について0.67Wの電力損失があること、すなわち、アキシャルベアリングステータの3個のベアリングLCR回路については合計2.0Wの損失があることを示している。対応するコイルピーク電流は0.44Aであり、これは、下記、
J = (0.44)(200)/(0.12)(0.24) = 3056 A/in2 = 4.7 A/mm2のコイルスロット電流密度に対応する。
このコイルスロット電流密度は、流体の冷却の指定の量において受容可能な値である。
【００７７】
前述のように、ローター12の重量(M)は0.083ポンドとなる。このローターの慣性は、
慣性の極モーメント：Ip = MR2/2 = (0.083)(0.75)2/2 = 0.0233 ポンド-in2
慣性の横方向モーメント：It = M(R2/4 + L2/12) = 0.0128 ポンド-in2、L = 0.4インチの場合
である。
【００７８】
実施例１のポンプの構成では、放射性ベアリングは、ローターの片側にしか無いので、側面および揺動モードは、混じりあったモード形、すなわち、放射性および揺動性の両方のモードを有する。前述の質量慣性および剛性データを用いて我々が計算したところ、第1（放射性主体）臨界速度は2,600 rpmであり、第2（揺動主体）臨界速度はジャイロ効果のために極めて高かった。軸方向臨界速度を求めたところ2,900 rpmであった。
【００７９】
臨界速度は、汲み出される流体内部の運動によってインペラーにさらに付加される実効質量によって影響を受ける。血液ポンプの場合、血液のために付加される質量は、
放射性モード：Mra = ρπR2L = 0.027ポンド
軸性モード：Maa = (8/3)ρR3 = 0.043ポンド
である。
【００８０】
これらの値は、0.083ポンドというローターの推定質量の相当部分を占める。その作用は、臨界速度を2,258 rpm（放射性）と2,354 rpm（軸性）に下げることである。これら二つの臨界速度計算値は、比較的低い動作速度（2,700 rpm）よりもそれぞれ16%および13%低い。この臨界速度計算値は、剛性を少し下げることによって受容可能となると考えられる。また、ローターのダイナミックシステムにおける制動は、臨界速度の低下に有用である。
【００８１】
実施例１のポンプの構成は、ベアリングシステムにおいて、加えられる衝撃や振動付加に対して抵抗するのに十分な剛性を示した。全ての動作条件において、ベアリング電力消費は2.5Wであった。ポンプは、モーター入力電力が8W未満でありながら、100 mmHg上昇において5リットル／分を汲み出す能力を示した。ポンプはさらに、モーター電力が25W未満でありながら、350 mmHg圧上昇において4リットル／分を汲み出す能力を示した。ポンプはさらに、40-Wの最大電力において、120 mmHg圧上昇下に9リットル／分を汲み出す能力を示した。
【００８２】
前述の、本発明に従って構築される実施例１のポンプの構成は、位置センサーや活動的なフィードバック電子技術を要することなく、高い剛性、良好なパワー効率、および高い信頼性を実現した。LCRアキシャルベアリング構造を備えることによって、シャフトシールが不要となり、明瞭で滞らない流動パターンの実現が促進される。血液ポンプとして導入する場合、これは、ポンプ中の血栓形成率の低下に有用である。磁気的アキシャルベアリングはまた、ボールベアリングまたはブッシングよりも耐久性が高い。実施例１の構成では、比較的小さいサイズ（直径6.4 cm×厚さ3.2 cm）のポンプは好ましいと思われる。
【００８３】
<実施例２：ポンプの構成＞
実施例２のポンプの構成では、ロータリーポンプが本発明に従って構築されている。実施例２のポンプの構成は、再使用可能な構成であり、従って、前述のように、ベアリング集合体シールおよびモーター集合体シールを備えている。実施例２のポンプの構成において、モーターステータ集合体およびアキシャルベアリングステータ集合体は再使用することができる。実施例２のポンプの構成では、ポンプは、図4Aの6個のコイル構成を有するアキシャルベアリングを備えている。さらに、ローター直径は1.5インチに下げられている。これは、それによって得られる速度上昇によって、粘性による引き摺り損失を減らし、かつ、特定の水圧出力に要求されるモータートルク出力を下げるためである。
【００８４】
実施例２のポンプの構成において、アキシャルベアリングの6極ステータコアは、積層化されたスチールで製造されている。積層化されたシリコンスチールからなる1枚の、または複数の平坦な一片を巻いて、ローターに固定されるアキシャルベアリングターゲットを形成する。一例として、0.1 mm厚3.0 mm幅の積層化されたシリコンスチール片を巻いて、ローターの上に、3.0 mm厚のアキシャルベアリングターゲットを形成してもよい。薄層フィルムの障壁を用いて、モーターステータおよびアキシャルベアリングステータをローターからシールする、モーターシールおよびベアリングシール集合体を形成する。モーター側では、移植可能ポンプの蝸牛形の設計は、ポリカーボネート加工リングの形を取る環状ビーズを受け容れられるように変更される。膜部分を形成する、20 mil（0.25 mm）厚のポリカーボネートシートをリングに糊付けし、流入口をこのポリカーボネートシートに糊付けする。ベアリング側においては、膜部分を形成する、2 mil(0.05 mm)厚の、接着剤を裏打ちした、ポリエステル材料のシートを、環状ビーズを形成する金属リングに装着し、その集合体を、O-リングによってステータハウジングに固定し、アキシャルベアリングステータをローターから封印する。
【００８５】
実施例２のポンプの構成では、軸−ギャップモーターは、電力容量27Wの測定値、および、約0.01 Nm/Aのトルク定数を有する。ポストを備える全体のモーターコアは、渦電流損失を下げるために鉄粉で製造される。鉄ポストは、モーターコアによって形成される、磁束帰路の一部を形成する。ポストがないと、磁束は、磁石とコアとの間を均等に流れる。ポストがあると、磁束は、集中し、ベアリングコイルを貫通する傾向を示す。このようにして、ポストは、コイル同士の磁束結合を促進し、そうすることによって単位コイル電流当たりのトルクをさらに増すことを助ける。ローター上のモーターＰＭリングは8個の極を有するので、コアの磁束は、500 Hz以上の周波数で揺動する。
【００８６】
また、コアの極は、ローターの軸方向および角度方向の陰性剛性を増す可能性がある。軸方向の陰性剛性は、より大きなコイル電流を用いることによって補正することができる。角度方向の剛性を維持するためには、より大きな「モーメントアーム」、すなわち、ベアリング極とベアリング中心との間の放射性距離が必要とされる。なぜなら、角度方向の陽性剛性は、その距離の二乗に比例するからである。従って、角度剛性をモーメントアームによって補正するために、ICBのベアリングコア極領域を放射方向に移動させた。
【００８７】
積層化されたシリコンスチールを用いて、ローター上にアキシャルベアリングステータとアキシャルベアリングPMリングを形成する。実施例２のポンプの構成では、二重放射性ベアリング設計を用いている（図5A-5C参照）。従って、実施例２のポンプの構成では、モーター側放射性ベアリングおよびベアリング側放射性ベアリングの両方を備えている。
【００８８】
試験中、実施例２のポンプの構成は、約40Wの最大出力において、モーターコイルを過熱することなく安全に稼動した。損失データは、ベアリングの正弦波電流のピークツーピーク観測値と、LCRベアリング回路当たりの3.8オームというコイル抵抗から計算した。記録された、最大のベアリング出力損失は1.7Wと特定された。積層化されたシリコンスチールのベアリングコアに見られる渦電流およびヒステリシス損失を考慮すると、約900 Hz(LCRベアリング回路励起周波数)と、コアにおける4キロガウスの推定平均磁束密度においては、損失は、コア材料1ポンド当たり約1.0Wとなる。実施例２のポンプの構成は、約0.12ポンドの積層体コアを備えているので、さらに0.12Wの損失が見込まれた。従って、実施例２のポンプの構成におけるベアリングの、全ての動作条件下における合計損失は、1.82W(1.7 + 0.12)以下と計算される。
【００８９】
軸方向に32 g、垂直方向に42 gの負荷によって加えられる衝撃に対し、LCRベアリング回路は、ごく僅かな反応を示したにすぎない。上記から、実施例２のポンプの構成は、放射性およびアキシャルベアリングにおいて十分な剛性を示す。ポンプはまた、モーター入力電力が8W未満でありながら、100 mmHg上昇において5リットル／分を汲み出し、モーター電力が25W未満でありながら、350 mmHg圧上昇において4リットル／分を汲み出し、さらに、40-Wの最大電力において、120 mmHg圧上昇下に9リットル／分を汲み出す能力を示した。
【００９０】
本発明の上記説明から、当業者であれば、改良点、変更点、および修正点を感得したことであろう。従来技術の熟練度の範囲内にある、そのような改良点、変更点、および修正点は、付属の特許請求項に含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】図1は、本発明によるポンプ装置の斜視図である。
【図２】図2は、図1の装置の分解図である。
【図３】図3Aおよび図3Bは、図1および図2の装置の一部を示す側面図である。
【図４】図4Aおよび図4Bは、図1および図2の装置の一部の別形態を示す側面図である。
【図５】図5A-5Cは、図1および図2の装置の一部の動作を描く模式図である。
【図６Ａ】図6Aは、図1および図2の装置の一部の動作を描く模式図である。
【図６Ｂ】図6Bは、図1および図2の装置のいくつかの動作パラメータを示すグラフである。
【図１】
2007518464.tif 000004
【図２】
2007518464.tif 000005
【図３Ａ】
2007518464.tif 000006
【図３Ｂ】
2007518464.tif 000007
【図４Ａ】
2007518464.tif 000008
【図４Ｂ】
2007518464.tif 000009
【図５Ａ】
2007518464.tif 000010
【図５Ｂ】
2007518464.tif 000011
【図５Ｃ】
2007518464.tif 000012
【図６Ａ】
2007518464.tif 000013
【図６Ｂ】
2007518464.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成18年6月1日(2006.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口および流出口を有するハウジングと、
該流入口から該流出口に向けて流体を移動させるために、該ハウジングの内部に配置され、軸の周囲に回転可能なローターと、
該ローターを支持するためのアキシャル磁気ベアリングと、
を備え、
該アキシャルベアリングは、該ローターに配置されたアキシャルベアリングターゲットと、該ハウジングに配置されたアキシャルベアリングステータとを備え、
該アキシャルベアリングステータは、複数のステータ極を備え、
各々のステータ極は、第1方向に巻かれた第1コイル部分と、第1方向とは反対の第2方向に巻かれた第2コイル部分とを備えること、
を特徴とするポンプ。
【請求項２】
前記複数のステータ極はそれぞれ、前記アキシャルベアリングを制御するためのLCR回路を形成するために、インダクタンス(L)を有する電磁石を備え、
該電磁石は、抵抗(R)、容量(C)、および相電源と直列に接続されていること、
を特徴とする請求項1に記載のポンプ。
【請求項３】
さらに、
前記軸に沿って第1方向に前記ローターに力を加えるための第1放射性磁気ベアリングと、
軸に沿って第1方向とは反対の第2方向にローターに力を加えるための第2放射性磁気ベアリングとを備え、
該第1放射性ベアリングおよび該第2放射性ベアリングは、該放射性ベアリングによってローターに加えられる正味の軸力を、該放射性ベアリングの放射性剛性とは独立に調整可能にするように調節されていること、
を特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ。
【請求項４】
前記アキシャルベアリングステータは、前記ポンプのモーターステータに供給される電圧に重畳された電圧によって励起されることを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載のポンプ。
【国際調査報告】
2007518464.tif 000015
2007518464.tif 000016
2007518464.tif 000017