(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助人工心臓ポンプを駆動する補助人工心臓ポンプ駆動装置であって、
前記補助人工心臓ポンプの駆動信号を出力して前記補助人工心臓ポンプを制御する各ポンプ制御部が二重化構成された第１及び第２のポンプ制御部を含み、
前記各ポンプ制御部は、
当該ポンプ制御部内において故障が検出されたときに、前記駆動信号を前記補助人工心臓ポンプに出力する経路を電気的に遮断する手段と、
当該ポンプ制御部内において故障が検出されたときに、当該ポンプ制御部への電源供給を停止する手段とを有し、
前記電源供給を停止する手段は、
前記補助人工心臓ポンプ駆動装置に電源を供給する電源ラインに接続される単一方向スイッチ回路であり、
前記単一方向スイッチ回路が、
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタにより構成されていることを特徴とする補助人工心臓ポンプ駆動装置。
【請求項２】
補助人工心臓ポンプを駆動する補助人工心臓ポンプ駆動装置であって、
前記補助人工心臓ポンプの駆動信号を出力して前記補助人工心臓ポンプを制御する各ポンプ制御部が二重化構成された第１及び第２のポンプ制御部を含み、
前記各ポンプ制御部は、
当該ポンプ制御部内において故障が検出されたときに、前記駆動信号を前記補助人工心臓ポンプに出力する経路を電気的に遮断する手段を有し、
前記各ポンプ制御部は、
前記駆動信号の電力を増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器の出力と前記補助人工心臓ポンプとの間に設けられた双方向スイッチ回路とを含み、
前記第１のポンプ制御部が正常状態のとき、前記第１のポンプ制御部の双方向スイッチ回路が導通状態、前記第２のポンプ制御部の双方向スイッチ回路が遮断状態に設定され、
前記第１のポンプ制御部が故障状態のとき、前記第１のポンプ制御部の双方向スイッチ回路が遮断状態、前記第２のポンプ制御部の双方向スイッチ回路が導通状態に設定され、
前記双方向スイッチ回路が、
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタにより構成されていることを特徴とする補助人工心臓ポンプ駆動装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記電力増幅器は、
インバータ回路であることを特徴とする補助人工心臓ポンプ駆動装置。
【請求項４】
補助人工心臓ポンプを駆動する補助人工心臓ポンプ駆動装置であって、
前記補助人工心臓ポンプの駆動信号を出力して前記補助人工心臓ポンプを制御する各ポンプ制御部が二重化構成された第１及び第２のポンプ制御部を含み、
前記各ポンプ制御部は、
当該ポンプ制御部内において故障が検出されたときに、前記駆動信号を前記補助人工心臓ポンプに出力する経路を電気的に遮断する手段を有し、
前記各ポンプ制御部は、
当該ポンプ制御部内の故障を検出する検出回路を含み、
前記検出回路により前記当該ポンプ制御部内の故障が検出されたとき、前記当該ポンプ制御部から前記駆動信号を前記補助人工心臓ポンプに出力する経路を電気的に遮断し、
前記検出回路は、
前記補助人工心臓ポンプ駆動装置に電源を供給する電源ラインの過電流、前記電源ラインの過電圧、及び前記当該ポンプ制御部の周辺温度の少なくとも１つの監視結果を用いて、当該ポンプ制御部内の故障を検出し、
前記電源ラインの過電流に基づく故障の有無の検出期間をＴ１、前記電源ラインの過電圧に基づく故障の有無の検出期間をＴ２、前記周辺温度に基づく故障の有無の検出期間をＴ３とした場合に、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３であることを特徴とする補助人工心臓ポンプ駆動装置。
【請求項５】
心臓の血液の流れを補助するための補助人工心臓システムであって、
補助人工心臓ポンプと、
前記補助人工心臓ポンプを駆動する請求項１乃至４のいずれか記載の補助人工心臓ポンプ駆動装置とを含むことを特徴とする補助人工心臓システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、補助人工心臓ポンプ駆動装置、及びこれを用いた補助人工心臓システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療技術の進歩によって、これまで深刻であると考えられてきた心臓疾患も治療できるケースが増えている。その一方で、心臓疾患が重症になると、今のところ心臓移植しか治療法がないケースもあり、移植待機患者が、適合するドナーを待たなければならない状況にある。そのため、心臓移植を迅速に行うことができずに生命の維持に重大な支障をもたらすケースもあった。
【０００３】
そこで、このような移植待機患者に補助人工心臓を埋め込んで血液の循環を補助することで、移植待機患者が、長期間に亘って適合するドナーを待機できるようになっている。そして、将来的には、ドナーの心臓ではなく人工心臓で重症の心臓疾患の患者を救命することが期待されている。
【０００４】
このような補助人工心臓は、左心室や右心室の機能を補助する血液ポンプとしての補助人工心臓ポンプを備えている。補助人工心臓は、いわゆる生命維持装置であるため、補助人工心臓ポンプ及び該補助人工心臓ポンプを駆動する補助人工心臓ポンプ駆動装置には極めて高い信頼性と可用性とが求められている。
【０００５】
補助人工心臓ポンプ駆動装置の信頼性及び可用性を高めるために適用できる技術については、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３及び非特許文献１に開示されている。特許文献１には、制御部を二重化し、過度の電流が流れないように切り換えるようにした交流電動機を駆動するインバータ装置が開示されている。特許文献２には、車両制御を行うマイクロプロセッサを二重化し、各マイクロプロセッサの演算結果を二重にチェックして正常な演算結果を出力する電気自動車制御装置が開示されている。特許文献３には、モータを駆動するメイン駆動回路及びバックアップ駆動回路とを備え、メイン駆動回路の故障を検出したときに、切り替え回路によりメイン駆動回路及びバックアップ駆動回路のいずれかの駆動信号をモータに出力するモータ駆動回路が開示されている。また、非特許文献１には、モータ内に２系統のモータ巻線を設けた冗長モータに関する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２３１６９７号公報
【特許文献２】特開平７−１４３６０４号公報
【特許文献３】特開２００７−８３８８７号公報
【非特許文献１】N.Ertugrul, W.soong, G.Dostal and D.Saxon、“Fault Tolerant Motor Drive System with Redundancy for Critical Application”、IEEE Power Electronics Specialists Conference、 2002、 p.1457-1462
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一方を常時使用、他方を故障時のバックアップとして待機させて可用性を向上させようとしても、例えば特許文献１、特許文献２及び特許文献３に開示された技術では、モータに駆動電力を与える電力増幅回路が共通に使用されるため、電力増幅回路が故障した場合には、補助人工心臓ポンプの駆動が制御不能になり、補助人工心臓の信頼性を低下させ、可用性も高めることができないという問題がある。また、例えば非特許文献１に開示された技術では、モータ側を多重化する必要があるため、補助人工心臓ポンプが大型化して補助人工心臓ポンプに適用することは実質的に不可能である。
【０００８】
このように、従来の技術のように単に回路を並列接続しただけでは、故障した系の回路の影響を受けてバックアップ側の系の回路が正常に機能しない可能性がある。
【０００９】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ポンプ装置を二重化することなく、万が一、重大な故障が生じた場合であっても高い可用性を有する補助人工心臓ポンプ駆動装置及び補助人工心臓システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、補助人工心臓ポンプを駆動する補助人工心臓ポンプ駆動装置であって、前記補助人工心臓ポンプの駆動信号を出力して前記補助人工心臓ポンプを制御する各ポンプ制御部が二重化構成された第１及び第２のポンプ制御部を含み、前記各ポンプ制御部は、当該ポンプ制御部内において故障が検出されたときに、前記駆動信号を前記補助人工心臓ポンプに出力する経路を電気的に遮断する手段を有する補助人工心臓ポンプ駆動装置に関係する。
【００１１】
本発明によれば、第１又は第２のポンプ制御部の故障が生じた場合でも、一方の故障の影響を他方に与えることがないため、正常な動作状態のまま、補助人工心臓ポンプの駆動を継続することができ、高い可用性を得ることができるようになる。例えば、一方のポンプ制御部（例えば第１のポンプ制御部）がオープンモードのみならずショートモードで故障した場合、他方のポンプ制御部（例えば第２のポンプ制御部）の出力線が接地レベルに固定されてしまい、この他方のポンプ制御部（例えば第２のポンプ制御部）が補助人工心臓ポンプの駆動制御を行えなくなる事態を回避できるようになる。
【００１２】
また本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置では、前記各ポンプ制御部は、当該ポンプ制御部内において故障が検出されたときに、当該ポンプ制御部への電源供給を停止する手段を有することができる。
【００１３】
本発明によれば、当該ポンプ制御内の故障が検出されたとき、当該ポンプ制御への電源供給を停止するようにしたので、第１又は第２のポンプ制御部の故障が生じた場合でも、一方の故障の影響を確実に他方に与えないようにして、補助人工心臓ポンプの駆動を継続させることで可用性をより一層向上させることができるようになる。
【００１４】
また本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置では、前記電源供給を停止する手段は、前記補助人工心臓ポンプ駆動装置に電源を供給する電源ラインに接続される単一方向スイッチ回路であってもよい。
【００１５】
本発明によれば、複雑な構成を採用することなく構成を簡素化できるため、信頼性を低下させずに可用性を高めることができる。
【００１６】
また本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置では、前記単一方向スイッチ回路が、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタにより構成されていてもよい。
【００１７】
本発明によれば、単一方向スイッチ回路として、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタにより実現された半導体スイッチを採用したので、半導体スイッチ自体に、万が一、故障が発生してもその大半がショートモードでの故障であるため、ポンプ制御部との二重故障にならない限り補助人工心臓ポンプの駆動に影響を与えずに済み、信頼性を大幅に向上させることができるようになる。
【００１８】
また本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置では、前記各ポンプ制御部は、前記駆動信号の電力を増幅する電力増幅器と、前記電力増幅器の出力と前記補助人工心臓ポンプとの間に設けられた双方向スイッチ回路とを含み、前記第１のポンプ制御部が正常状態のとき、前記第１のポンプ制御部の双方向スイッチ回路が導通状態、前記第２のポンプ制御部の双方向スイッチ回路が遮断状態に設定され、前記第１のポンプ制御部が故障状態のとき、前記第１のポンプ制御部の双方向スイッチ回路が遮断状態、前記第２のポンプ制御部の双方向スイッチ回路が導通状態に設定されてもよい。
【００１９】
本発明によれば、複雑な構成を採用することなく構成を簡素化できるため、信頼性を低下させずに可用性を高めることができる。
【００２０】
また本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置では、前記電力増幅器は、インバータ回路であってもよい。
【００２１】
本発明によれば、構成を簡素化できる上に、万が一故障が発生してもその大半がショートモードでの故障であるため、二重故障にならない限り、正常な動作状態のまま、補助人工心臓ポンプの駆動を継続することができ、高い可用性を得ることができるようになる。
【００２２】
また本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置では、前記双方向スイッチ回路が、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタにより構成されていてもよい。
【００２３】
本発明によれば、双方向スイッチ回路として、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタにより実現された半導体スイッチを採用したので、半導体スイッチ自体に、万が一、故障が発生してもその大半がショートモードでの故障であるため、二重故障にならない限り、補助人工心臓ポンプの駆動に影響を与えずに済み、信頼性を大幅に向上させることができるようになる。
【００２４】
また本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置では、前記各ポンプ制御部は、当該ポンプ制御部内の故障を検出する検出回路を含み、前記検出回路により前記当該ポンプ制御部内の故障が検出されたとき、前記当該ポンプ制御部から前記駆動信号を前記補助人工心臓ポンプに出力する経路を電気的に遮断することができる。
【００２５】
本発明によれば、ポンプ装置を二重化することなく、万が一、重大な故障が生じた場合であっても高い可用性を有する補助人工心臓ポンプ駆動装置を提供できるようになる。
【００２６】
また本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置では、前記検出回路は、前記補助人工心臓ポンプ駆動装置に電源を供給する電源ラインの過電流、前記電源ラインの過電圧、及び前記当該ポンプ制御部の周辺温度の少なくとも１つの監視結果を用いて、当該ポンプ制御部内の故障を検出することができる。
【００２７】
本発明によれば、想定される故障要因を監視して、万が一、故障が検出されたときに迅速に系の切り換えを行い、信頼性及び可用性の高い補助人工心臓ポンプ駆動装置を提供できるようになる。
【００２８】
また本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置では、前記電源ラインの過電流に基づく故障の有無の検出期間をＴ１、前記電源ラインの過電圧に基づく故障の有無の検出期間をＴ２、前記周辺温度に基づく故障の有無の検出期間をＴ３とした場合に、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３であってもよい。
【００２９】
本発明によれば、３種類の検出期間のうち過電流の検出期間が最も短くなるように故障判定を行うことで、回避が困難で、より重大な故障要因に対し、迅速に系を切り換えて、可用性を高めることができる。また、３種類の検出期間のうち周辺温度の検出期間が最も長くなるように故障判定を行うことで、故障が発生したときには重大な障害となるもののその変化の周期が長い周辺温度に対する対策については、優先順位を落として、他の故障要因に対して迅速に対応することで、可用性を高めることができるようになる。
【００３０】
また本発明は、心臓の血液の流れを補助するための補助人工心臓システムであって、補助人工心臓ポンプと、前記補助人工心臓ポンプを駆動する上記のいずれか記載の補助人工心臓ポンプ駆動装置とを含む補助人工心臓システムに関係する。
【００３１】
本発明によれば、ポンプ装置を二重化することなく、万が一、重大な故障が生じた場合であっても高い可用性を有する補助人工心臓システムを提供できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成のすべてが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３３】
図１に、本発明に係る実施形態における補助人工心臓システムの構成例を示す。
【００３４】
本実施形態における補助人工心臓システム（広義にはポンプシステム、モータシステム）１００は、補助人工心臓ポンプ（広義にはポンプ、モータ）１０と、コントロールユニット２０とを含み、補助人工心臓ポンプ１０とコントロールユニット２０とはケーブル３０を介して接続される。
【００３５】
補助人工心臓ポンプ１０は、心臓の左心室の機能を補助する血液ポンプであり、体内に埋め込まれる。このような補助人工心臓ポンプ１０としては、循環させる血液の流れに所定の周期を与える拍動流型の血液ポンプを採用してもよいし、循環させる血液の流れが連続する連続流型の血液ポンプを採用してもよい。
【００３６】
コントロールユニット２０は、電源ＰＳと補助人工心臓ポンプ駆動装置（広義にはポンプ駆動装置、モータ駆動装置）ＣＯＮＴとを含み、体外に設けられる。電源ＰＳは、ＡＣ電源、内蔵バッテリ及び非常用バッテリのいずれかからの電源電圧を、電源ラインＶＬを介して補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴに供給する。補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴは、電源ＰＳからの電源電圧が与えられた状態で、補助人工心臓ポンプ１０を駆動する駆動電流（広義には駆動信号）を生成する。ケーブル３０は、コントロールユニット２０からの補助人工心臓ポンプ１０を駆動する駆動電流が伝送される信号線を有する。
【００３７】
図２に、本実施形態における補助人工心臓ポンプ１０の断面図の一例を示す。図２は、補助人工心臓ポンプ１０の構成例を示すが、本実施形態が図２の構成の補助人工心臓ポンプに限定されるものではない。
【００３８】
補助人工心臓ポンプ１０は、円筒形のモータを有する駆動部１１と、駆動部１１に接続されるポンプ部１２とを有している。ポンプ部１２は、モータの回転軸を介して駆動されるインペラ１３と、このインペラ１３を覆うように駆動部１１に接続されるポンプケーシング１４とを有している。心臓の左心室内の血液が血管（人工血管）及び流入口１５を経てポンプケーシング１４内に流入すると、インペラ１３により流動エネルギーを付与された後、ポンプケーシング１４の側面に設けられた流出口１６及び血管（人工血管）を経て大動脈に流出するように構成されている。
【００３９】
また、補助人工心臓ポンプ１０においては、駆動部１１とポンプ部１２との間にメカニカルシール部１７が設けられている。このため、ポンプ部１２と駆動部１１とが摺動自在に、かつ、良好にシールされることになり、ポンプ部１２から駆動部１１に血液が洩れることが極力抑制される。その結果、血栓の生成が抑制されるようになり、ポンプ動作の停止やその動作状態の変化が抑制されるようになる。
【００４０】
ポンプ部１２は、軸流モータの場合よりも大きな血流量が期待できる遠心式のポンプであり、インペラ１３を駆動するモータとしてＡＣモータを用いることができる。
【００４１】
補助人工心臓ポンプ１０が図２の構成を有する場合、図１のコントロールユニット２０は、更に、メカニカルシール部の血液の凝固や駆動部１１及びモータ部１２の発熱を抑えるクールシール液を循環させる手段を有する。この場合、ケーブル３０を介してクールシール液の循環経路が形成される。
【００４２】
このような補助人工心臓システム１００は、補助人工心臓ポンプ１０により、常時、血液を循環させる必要があるため、高い信頼性と可用性とが求められている。従って、補助人工心臓ポンプ１０の信頼性及び可用性のみならず、コントロールユニット２０を構成する補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴにも信頼性及び可用性が求められる。そこで、本実施形態は、補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴの故障等により重大な障害が生じた場合でも、補助人工心臓ポンプ１０のポンプ動作を継続して高い可用性をもたらす補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴを提供する。
【００４３】
図３に、本実施形態におけるコントロールユニット２０の補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴの構成例のブロック図を示す。図３において、図１と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４４】
図３において、補助人工心臓ポンプ１０が、３相の駆動電流により駆動される３相のＡＣモータを有するものとする。補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴは、補助人工心臓ポンプ１０の３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の駆動電流（広義には駆動信号）を生成して補助人工心臓ポンプ１０の駆動を制御する。より具体的には、補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴは、二重化構成された第１及び第２のポンプ制御部２００、３００を含み、各ポンプ制御部が、補助人工心臓ポンプ１０の３相の駆動電流を生成して補助人工心臓ポンプ１０の駆動を制御する。そして、第１のポンプ制御部２００が駆動電流を補助人工心臓ポンプ１０に出力する出力信号線と、第２のポンプ制御部３００が駆動電流を補助人工心臓ポンプ１０に出力する出力信号線とが結線され、いずれか一方のポンプ制御部により生成された駆動電流が補助人工心臓ポンプ１０に供給されるようになっている。
【００４５】
補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴは、ポンプ駆動処理回路４００を含み、このような第１及び第２のポンプ制御部（広義には第１及び第２のモータ制御部）２００、３００を制御する。
【００４６】
第１のポンプ制御部２００は、正常状態において、補助人工心臓ポンプ１０の３相の駆動電流を生成して補助人工心臓ポンプ１０の駆動を制御するメインの系のポンプ制御部として機能する。これに対して、第２のポンプ制御部３００は、第１のポンプ制御部２００の故障が検出された故障状態において、補助人工心臓ポンプ１０の３相の駆動電流を生成して補助人工心臓ポンプ１０の駆動を制御するバックアップの系のポンプ制御部として機能する。
【００４７】
第１のポンプ制御部２００は、第１の処理回路（第１の検出回路）２１０、第１のゲートドライバ２２０、第１のインバータ回路（電力増幅器）２３０、第１のスイッチ回路２４０、第１の温度センサ２５０、第１の電源スイッチＬＤＳＷ１を含む。
【００４８】
第１の処理回路２１０、第１のゲートドライバ２２０、第１のインバータ回路２３０には、電源電圧として、電源ラインＶＬに供給される電圧が第１の電源スイッチＬＤＳＷ１を介して供給されるようになっている。また、第１の処理回路２１０及び第１のスイッチ回路２４０には第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１が供給され、これらの回路は、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１により動作制御されるようになっている。
【００４９】
第１の処理回路２１０は、第１のポンプ制御部２００内の故障の有無を検出する。より具体的には、第１の処理回路２１０は、第１のポンプ制御部２００に供給される電源ラインＶＬの電圧ＶＭ１、電源ラインＶＬの電流ＩＭ１、及び第１の温度センサ２５０のセンサ結果の少なくとも１つを監視した結果に基づいて、第１のポンプ制御部２００内の故障の有無を検出する。例えば、第１の処理回路２１０は、電源ラインＶＬの電圧ＶＭ１を監視した結果により、所定の期間、電圧ＶＭ１が所与の閾値を超えていることが検出されたとき、電源ラインＶＬの電圧が過電圧であると判断し、第１の処理回路２１０の故障を検出する。また、例えば、第１の処理回路２１０は、電源ラインＶＬの電流ＩＭ１を監視した結果により、所定の期間、電流ＩＭ１が所与の閾値を超えていることが検出されたとき、電源ラインＶＬの電流が過電流であると判断し、第１の処理回路２１０の故障を検出する。更に、例えば、第１の処理回路２１０は、第１の温度センサ２５０のセンサ結果により、所定の期間、第１の温度センサ２５０により検出された温度が所与の閾値を超えていることが検出されたとき、第１の処理回路２１０の故障を検出する。
【００５０】
このような第１の処理回路２１０の検出結果は、検出信号ＦＡＩＬ１としてポンプ駆動処理回路４００に出力される。ポンプ駆動処理回路４００は、第１のポンプ制御部２００に対して第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１を出力して、第１のポンプ制御部２００を動作させたり停止させたりして制御することができる。
【００５１】
また、第１の処理回路２１０は、第１のゲートドライバ２２０に対して、パルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）信号を生成し、第１のゲートドライバ２２０に出力することができるようになっている。より具体的には、第１の処理回路２１０は、補助人工心臓ポンプ１０の駆動電流ＩＵ（Ｕ相の駆動電流）、ＩＶ（Ｖ相の駆動電流）の振幅及び位相を監視して、出力すべき３相の駆動電流の振幅及び位相をそのパルス幅により制御するＰＷＭ信号を生成する。
【００５２】
第１のゲートドライバ２２０は、第１の処理回路２１０からのＰＷＭ信号を受けて、補助人工心臓ポンプ１０の駆動電流を増幅するための第１のインバータ回路２３０のゲート信号を生成する。第１のインバータ回路２３０は、第１のゲートドライバ２２０からのゲート信号に基づいて増幅した３相の駆動電流を生成する。第１のインバータ回路２３０における電力増幅動作時の貫通電流を抑制するために、第１のゲートドライバ２２０は、ＰＷＭ信号に基づいて、ＨレベルからＬレベルに変化する立ち下がりタイミング、及びＬレベルからＨレベルに変化する立ち上がりタイミングが、同一タイミングとならないように、互いに変化タイミングが不一致のゲート信号を生成する。
【００５３】
第１のスイッチ回路２４０は、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１に基づいて、第１のインバータ回路２３０によって増幅された３相の駆動電流が供給される信号線を、補助人工心臓ポンプ１０のモータ巻き線に電気的に接続したり、電気的に遮断したりする。即ち、第１のポンプ制御部２００は、３相の駆動電流を補助人工心臓ポンプ１０に出力する経路を電気的に遮断する手段を有し、第１の処理回路２１０内に故障が検出されたときに第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１により該経路を電気的に遮断する。
【００５４】
第１の温度センサ２５０は、第１のポンプ制御部２００の周辺温度を検出する。より具体的には、第１の温度センサ２５０は、第１のインバータ回路２３０の周辺温度を検出する。第１の温度センサ２５０の検出結果は、第１の処理回路２１０に通知される。
【００５５】
第１の電源スイッチＬＤＳＷ１は、一端が電源ラインＶＬに電気的に接続され、他端が第１のポンプ制御部２００を構成する第１の処理回路２１０、第１のゲートドライバ２２０及び第１のインバータ回路２３０に電気的に接続される。そして、第１のポンプ制御部２００を構成する第１の処理回路２１０、第１のゲートドライバ２２０及び第１のインバータ回路２３０の電源電圧として、第１の電源スイッチＬＤＳＷ１を介して電源ラインＶＬの電圧が供給される。第１の電源スイッチＬＤＳＷ１は、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１によりオンオフ制御される。
【００５６】
第２のポンプ制御部３００は、第２の処理回路（第２の検出回路）３１０、第２のゲートドライバ３２０、第２のインバータ回路（電力増幅器）３３０、第２のスイッチ回路３４０、第２の温度センサ３５０、第２の電源スイッチＬＤＳＷ２を含む。
【００５７】
第２の処理回路３１０、第２のゲートドライバ３２０、第２のインバータ回路３３０には、電源電圧として、電源ラインＶＬに供給される電圧が第２の電源スイッチＬＤＳＷ２を介して供給されるようになっている。また、第２の処理回路３１０及び第２のスイッチ回路３４０には第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２が供給され、これらの回路は、第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２により動作制御されるようになっている。
【００５８】
第２の処理回路３１０は、第２のポンプ制御部３００内の故障の有無を検出する。より具体的には、第２の処理回路３１０は、第２のポンプ制御部３００に供給される電源ラインＶＬの電圧ＶＭ２、電源ラインＶＬの電流ＩＭ２、及び第２の温度センサ３５０のセンサ結果の少なくとも１つを監視した結果に基づいて、第２のポンプ制御部３００内の故障の有無を検出する。例えば、第２の処理回路３１０は、電源ラインＶＬの電圧ＶＭ２を監視した結果により、所定の期間、電圧ＶＭ２が所与の閾値を超えていることが検出されたとき、電源ラインＶＬの電圧が過電圧であると判断し、第２の処理回路３１０の故障を検出する。また、例えば、第２の処理回路３１０は、電源ラインＶＬの電流ＩＭ２を監視した結果により、所定の期間、電流ＩＭ２が所与の閾値を超えていることが検出されたとき、電源ラインＶＬの電流が過電流であると判断し、第２の処理回路３１０の故障を検出する。更に、例えば、第２の処理回路３１０は、第２の温度センサ３５０のセンサ結果により、所定の期間、第２の温度センサ３５０により検出された温度が所与の閾値を超えていることが検出されたとき、第２の処理回路３１０の故障を検出する。
【００５９】
このような第２の処理回路３１０の検出結果は、検出信号ＦＡＩＬ２としてポンプ駆動処理回路４００に出力される。ポンプ駆動処理回路４００は、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１を出力して、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１を反転させた第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２により、第２のポンプ制御部３００を動作させたり停止させたりして制御することができる。
【００６０】
また、第２の処理回路３１０は、第２のゲートドライバ３２０に対して、ＰＷＭ信号を生成し、第２のゲートドライバ３２０に出力することができるようになっている。より具体的には、第２の処理回路３１０は、補助人工心臓ポンプ１０の駆動電流ＩＵ（Ｕ相の駆動電流）、ＩＶ（Ｖ相の駆動電流）の振幅及び位相を監視して、出力すべき３相の駆動電流の振幅及び位相をそのパルス幅により制御するＰＷＭ信号を生成する。
【００６１】
第２のゲートドライバ３２０は、第２の処理回路３１０からのＰＷＭ信号を受けて、補助人工心臓ポンプ１０の駆動電流を増幅するための第２のインバータ回路３３０のゲート信号を生成する。第２のインバータ回路３３０は、第２のゲートドライバ３２０からのゲート信号に基づいて増幅した３相の駆動電流を生成する。第２のインバータ回路３３０における電力増幅動作時の貫通電流を抑制するために、第２のゲートドライバ３２０は、ＰＷＭ信号に基づいて、ＨレベルからＬレベルに変化する立ち下がりタイミング、及びＬレベルからＨレベルに変化する立ち上がりタイミングが、同一タイミングとならないように、互いに変化タイミングが不一致のゲート信号を生成する。
【００６２】
第２のスイッチ回路３４０は、第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２に基づいて、第２のインバータ回路３３０によって増幅された３相の駆動電流が供給される信号線を、補助人工心臓ポンプ１０のモータ巻き線に電気的に接続したり、電気的に遮断したりする。即ち、第２のポンプ制御部３００は、３相の駆動電流を補助人工心臓ポンプ１０に出力する経路を電気的に遮断する手段を有し、第２の処理回路３１０内に故障が検出されたときに第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２により該経路を電気的に遮断する。
【００６３】
第２の温度センサ３５０は、第２のポンプ制御部３００の周辺温度を検出する。より具体的には、第２の温度センサ３５０は、第２のインバータ回路３３０の周辺温度を検出する。第２の温度センサ３５０の検出結果は、第２の処理回路３１０に通知される。
【００６４】
第２の電源スイッチＬＤＳＷ２は、一端が電源ラインＶＬに電気的に接続され、他端が第２のポンプ制御部３００を構成する第２の処理回路３１０、第２のゲートドライバ３２０及び第２のインバータ回路３３０に電気的に接続される。そして、第２のポンプ制御部３００を構成する第２の処理回路３１０、第２のゲートドライバ３２０及び第２のインバータ回路３３０の電源電圧として、第２の電源スイッチＬＤＳＷ２を介して電源ラインＶＬの電圧が供給される。第２の電源スイッチＬＤＳＷ２は、第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２によりオンオフ制御される。
【００６５】
第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１が伝送される信号線はプルアップされており、ポンプ駆動処理回路４００がＬレベルの第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１を出力しない限り、第１のポンプ制御部２００にはＨレベルの第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１が伝達される。従って、初期状態では、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１がＨレベル、第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２がＬレベルとなり、第１の電源スイッチＬＤＳＷ１がオンとなって第１のポンプ制御部２００の各部に電源が供給されて動作し、第２の電源スイッチＬＤＳＷ２がオフとなって第２のポンプ制御部３００の各部の動作が停止される。そして、検出信号ＦＡＩＬ１により、第１のポンプ制御部２００の故障が検出されると、ポンプ駆動処理回路４００が第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１をＬレベルに設定する。これにより、第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２がＨレベルとなり、第１の電源スイッチＬＤＳＷ１がオフとなって第１のポンプ制御部２００の各部の動作が停止され、第２の電源スイッチＬＤＳＷ２がオンとなって第２のポンプ制御部３００の各部に電源が供給されて動作するようになる。
【００６６】
なお、検出信号ＦＡＩＬ１により、第１のポンプ制御部２００の故障が検出されると、ポンプ駆動処理回路４００は、アラーム状態を外部に通知し、コントロールユニット２０（補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴ）の交換を促す処理を行う。第２のポンプ制御部３００は、コントロールユニット２０が交換されるまで正常な動作状態のまま、補助人工心臓ポンプの駆動を継続する。更に、万が一、検出信号ＦＡＩＬ２により、第２のポンプ制御部３００の故障が検出された場合、ポンプ駆動処理回路４００は、例えばポンプ駆動回転数を低下させるなどの処置により、可能な限り補助人工心臓ポンプの駆動を継続させるように動作するようになっている。
【００６７】
このように、第１のポンプ制御部２００は、第１のポンプ制御部２００内において故障が検出されたときに、駆動信号を補助人工心臓ポンプ１０に出力する経路を電気的に遮断する手段として、第１のスイッチ回路２４０を含むことができる。また、第２のポンプ制御部３００は、第２のポンプ制御部３００内において故障が検出されたときに、駆動信号を補助人工心臓ポンプ１０に出力する経路を電気的に遮断する手段として、第２のスイッチ回路３４０を含むことができる。
【００６８】
これにより、第１又は第２のポンプ制御部２００、３００の故障が生じた場合でも、一方の故障の影響を他方に与えることがないため、正常な動作状態のまま、補助人工心臓ポンプ１０の駆動を継続することができるようになる。特に、第１又は第２のポンプ制御部２００、３００の故障モードに、その出力又は内部ノードがフローティング状態となるオープンモードと、電源ラインと接地ラインとが短絡するショートモードとがある。従って、本実施形態によれば、一方のポンプ制御部（例えば第１のポンプ制御部２００）がショートモードで故障した場合、他方のポンプ制御部（例えば第２のポンプ制御部３００）の出力線が接地レベルに固定されてしまい、この他方のポンプ制御部（例えば第２のポンプ制御部３００）が補助人工心臓ポンプ１０の駆動制御を行えなくなる事態を回避できるようになる。
【００６９】
更に、第１のポンプ制御部２００は、第１のポンプ制御部２００内においてショートモード又はオープンモードの故障が検出されたときに、第１のポンプ制御部２００への電源供給を停止する手段として、第１の電源スイッチＬＤＳＷ１を含むことができる。また、第２のポンプ制御部３００は、第２のポンプ制御部３００内においてショートモード又はオープンモードの故障が検出されたときに、第２のポンプ制御部３００への電源供給を停止する手段として、第２の電源スイッチＬＤＳＷ２を含むことができる。
【００７０】
これにより、第１又は第２のポンプ制御部２００、３００の故障が生じた場合でも、一方の故障の影響を確実に他方に与えないようにして、補助人工心臓ポンプ１０の駆動を継続させることで可用性をより一層向上させることができるようになる。この場合も、一方のポンプ制御部（例えば第１のポンプ制御部２００）がショートモードで故障したときに、他方のポンプ制御部（例えば第２のポンプ制御部３００）の出力線が接地レベルに固定されてしまい、この他方のポンプ制御部（例えば第２のポンプ制御部３００）が補助人工心臓ポンプ１０の駆動制御を行えなくなる事態を確実に回避できるようになる。
【００７１】
次に、このような可用性を高める制御を行う図３の補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴの具体的な構成例について説明する。
【００７２】
図４に、図３の補助人工心臓ポンプ駆動装置ＣＯＮＴの第１及び第２のインバータ回路２３０、３３０、第１及び第２のスイッチ回路２４０、３４０、第１及び第２の電源スイッチＬＤＳＷ１、ＬＤＳＷ２の構成例の回路図を示す。図４において、図３と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
【００７３】
第１の電源スイッチＬＤＳＷ１は、単一方向スイッチ回路であり、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：ＭＯＳＦＥＴ）により構成されている。より具体的には、ドレインが電源ラインＶＬに接続され、ソースが第１のインバータ回路２３０の電源ラインに接続されるＭＯＳＦＥＴが、第１の電源スイッチＬＤＳＷ１として機能する。更に、ＭＯＳＦＥＴのソースには、ダイオード素子のアノード端子、該ＭＯＳＦＥＴのドレインには、該ダイオード素子のカソード端子が接続される。
【００７４】
また、本実施形態では、第１の電源スイッチＬＤＳＷ１は、ゲートドライバＧＤ１を有し、ゲートドライバＧＤ１は、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１に基づいて、ＭＯＳＦＥＴにより構成されたスイッチのゲート信号を生成する。より具体的には、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１がＨレベルのときＭＯＳＦＥＴが導通状態となり、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１がＬレベルのときＭＯＳＦＥＴが遮断状態となるように、ゲートドライバＧＤ１はＭＯＳＦＥＴのゲート信号を生成する。
【００７５】
第１のインバータ回路２３０は、３相の駆動電流の各相に対応して、インバータ回路が設けられている構成を有している。このインバータ回路は、ｎ型（広義には第１導電型）のＭＯＳＦＥＴが直列に接続された回路が、接地ラインと第１の電源スイッチＬＤＳＷ１のＭＯＳＦＥＴのソースとの間に挿入されたものである。より具体的には、Ｕ相に対応して、ゲートにゲート信号Ｇ１１が供給されると共にドレインに第１の電源スイッチＬＤＳＷ１のＭＯＳＦＥＴのソースが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）と、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のソースにドレインが接続されると共にゲートにゲート信号Ｇ１２が供給されソースに接地ラインが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）とを有する。同様に、Ｖ相に対応して、ゲートにゲート信号Ｇ１３が供給されると共にドレインに第１の電源スイッチＬＤＳＷ１のＭＯＳＦＥＴのソースが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）と、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）のソースにドレインが接続されると共にゲートにゲート信号Ｇ１４が供給されソースに接地ラインが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ４）とを有する。更に、Ｗ相に対応して、ゲートにゲート信号Ｇ１５が供給されると共にドレインに第１の電源スイッチＬＤＳＷ１のＭＯＳＦＥＴのソースが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ５）と、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ５）のソースにドレインが接続されると共にゲートにゲート信号Ｇ１６が供給されソースに接地ラインが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ６）とを有する。第１のインバータ回路２３０を構成するＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１〜Ｑ６）のそれぞれには、ソースとドレインとの間に、図４に示す方向のダイオード素子が接続される。
【００７６】
ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１）のソース及びＭＯＳＦＥＴ（Ｑ２）のドレインの接続ノードから、Ｕ相の駆動電流が取り出される。ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ３）のソース及びＭＯＳＦＥＴ（Ｑ４）のドレインの接続ノードから、Ｖ相の駆動電流が取り出される。ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ５）のソース及びＭＯＳＦＥＴ（Ｑ６）のドレインの接続ノードから、Ｗ相の駆動電流が取り出される。
【００７７】
図５に、図４の第１のインバータ回路２３０のゲート信号の説明図を示す。図５は、第１のインバータ回路２３０のＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１、Ｑ２）のゲート信号Ｇ１１、Ｇ１２の一例を表す。
【００７８】
図５に示すように、第１のゲートドライバ２２０は、直列に接続されるＭＯＳＦＥＴのゲート信号の変化タイミングが一致しないようにゲート信号を生成する。これにより、第１のインバータ回路２３０は、貫通電流を発生させることなく、ゲート信号Ｇ１１、Ｇ１２のパルス幅に応じてＵ相の駆動信号を増幅することができる。
【００７９】
なお、図５は、ゲート信号Ｇ１１、Ｇ１２について説明したが、ゲート信号Ｇ１３、Ｇ１４により増幅されるＶ相の駆動電流や、ゲート信号Ｇ１５、Ｇ１６により増幅されるＷ相の駆動電流についても同様である。
【００８０】
図４の第１のスイッチ回路２４０は、３相の駆動電流の各相に対応して設けられた双方向スイッチ回路である。双方向スイッチ回路は、ＭＯＳＦＥＴにより構成されている。また、第１のスイッチ回路２４０は、各相の双方向スイッチ回路に対応して設けられたゲートドライバを有し、該ゲートドライバは、双方向スイッチ回路を構成する各ＭＯＳＦＥＴのゲート信号を生成する。
【００８１】
より具体的には、双方向スイッチ回路は、ソース同士が接続された２つのｎ型のＭＯＳＦＥＴを有し、一方のＭＯＳＦＥＴのドレインは、第１のインバータ回路２３０からの駆動電流の出力線に接続され、他方のＭＯＳＦＥＴのドレインは、モータ巻き線に接続される。そして、２つのＭＯＳＦＥＴのゲートに、ゲートドライバからの共通のゲート信号が供給される。各ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインとの間には、図４に示す方向にダイオード素子が接続される。各双方向スイッチ回路に対応して設けられたゲートドライバは、所与の電源電圧ＶＬ１が供給された状態で、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１がＨレベルのときに、双方向スイッチ回路を構成するＭＯＳＦＥＴが導通するようにゲート信号を生成する。
【００８２】
図６に、図４の第１のスイッチ回路２４０の双方向スイッチ回路の構成例の回路図を示す。図６は、Ｕ相の駆動信号に対応して設けられた双方向スイッチ回路の構成例を示すが、他の相の駆動信号に対応して設けられた双方向スイッチ回路も図６と同様の構成を有する。
図７に、図６の双方向スイッチ回路に対応して設けられたゲートドライバの動作説明図を示す。図７は、Ｕ相の駆動信号に対応して設けられたゲートドライバの動作説明図を示すが、他の相の駆動信号に対応して設けられたゲートドライバも図７と同様に動作する。
【００８３】
第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１がＨレベルのとき、第１のスイッチ回路２４０の各ゲートドライバは、図７に示すように、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧がソース電圧より高電位かつＭＯＳＦＥＴがオンになるようにゲート信号を生成する。この結果、双方向スイッチ回路では、制御部側がモータ巻き線側より高電位のときは、ＭＯＳＦＥＴのドレイン、ソース、ダイオード素子Ｄ１の方向ＤＩＲ１（図６参照）に電流が流れ、制御部側がモータ巻き線側より低電位のときは、ＭＯＳＦＥＴのドレイン、ソース、ダイオード素子Ｄ２の方向ＤＩＲ２（図６参照）に電流が流れる。
【００８４】
なお、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１がＬレベルのとき、第１のスイッチ回路２４０の各ゲートドライバは、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧がソース電圧より低電位となるようにゲート信号を生成することで、双方向スイッチ回路を電気的に遮断することができる。
【００８５】
第２の電源スイッチＬＤＳＷ２は、第１の電源スイッチＬＤＳＷ１と同様に、単一方向スイッチ回路であり、ＭＯＳＦＥＴにより構成されている。より具体的には、ドレインが電源ラインＶＬに接続され、ソースが第２のインバータ回路３３０の電源ラインに接続されるＭＯＳＦＥＴが、第２の電源スイッチＬＤＳＷ２として機能する。更に、ＭＯＳＦＥＴのソースには、ダイオード素子のアノード端子、該ＭＯＳＦＥＴのドレインには、該ダイオード素子のカソード端子が接続される。
【００８６】
また、本実施形態では、第２の電源スイッチＬＤＳＷ２は、ゲートドライバＧＤ２を有し、ゲートドライバＧＤ２は、第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２に基づいて、ＭＯＳＦＥＴにより構成されたスイッチのゲート信号を生成する。より具体的には、第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２がＨレベルのときＭＯＳＦＥＴが導通状態となり、第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２がＬレベルのときＭＯＳＦＥＴが遮断状態となるように、ゲートドライバＧＤ２はＭＯＳＦＥＴのゲート信号を生成する。
【００８７】
第２のインバータ回路３３０は、３相の駆動電流の各相に対応して、インバータ回路が設けられている構成を有している。このインバータ回路は、ｎ型のＭＯＳＦＥＴが直列に接続された回路が、接地ラインと第２の電源スイッチＬＤＳＷ２のＭＯＳＦＥＴのソースとの間に挿入されたものである。より具体的には、Ｕ相に対応して、ゲートにゲート信号Ｇ２１が供給されると共にドレインに第２の電源スイッチＬＤＳＷ２のＭＯＳＦＥＴのソースが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１１）と、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１１）のソースにドレインが接続されると共にゲートにゲート信号Ｇ２２が供給されソースに接地ラインが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１２）とを有する。同様に、Ｖ相に対応して、ゲートにゲート信号Ｇ２３が供給されると共にドレインに第２の電源スイッチＬＤＳＷ２のＭＯＳＦＥＴのソースが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１３）と、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１３）のソースにドレインが接続されると共にゲートにゲート信号Ｇ２４が供給されソースに接地ラインが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１４）とを有する。更に、Ｗ相に対応して、ゲートにゲート信号Ｇ２５が供給されると共にドレインに第２の電源スイッチＬＤＳＷ２のＭＯＳＦＥＴのソースが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１５）と、ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１５）のソースにドレインが接続されると共にゲートにゲート信号Ｇ２６が供給されソースに接地ラインが接続されるＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１６）とを有する。第２のインバータ回路３３０を構成するＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１１〜Ｑ１６）のそれぞれには、ソースとドレインとの間に、図４に示す方向のダイオード素子が接続される。
【００８８】
ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１１）のソース及びＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１２）のドレインの接続ノードから、Ｕ相の駆動電流が取り出される。ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１３）のソース及びＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１４）のドレインの接続ノードから、Ｖ相の駆動電流が取り出される。ＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１５）のソース及びＭＯＳＦＥＴ（Ｑ１６）のドレインの接続ノードから、Ｗ相の駆動電流が取り出される。
【００８９】
第２のインバータ回路３３０のゲート信号もまた、第１のインバータ回路２３０のゲート信号と同様であるため、説明を省略する。
【００９０】
図４の第２のスイッチ回路３４０は、第１のスイッチ回路２４０と同様に、３相の駆動電流の各相に対応して設けられた双方向スイッチ回路である。双方向スイッチ回路は、ＭＯＳＦＥＴにより構成されている。また、第２のスイッチ回路３４０は、各相の双方向スイッチ回路に対応して設けられたゲートドライバを有し、該ゲートドライバは、双方向スイッチ回路を構成する各ＭＯＳＦＥＴのゲート信号を生成する。
【００９１】
より具体的には、双方向スイッチ回路は、ソース同士が接続された２つのｎ型のＭＯＳＦＥＴを有し、一方のＭＯＳＦＥＴのドレインは、第２のインバータ回路３３０からの駆動電流の出力線に接続され、他方のＭＯＳＦＥＴのドレインは、モータ巻き線に接続される。そして、２つのＭＯＳＦＥＴのゲートに、ゲートドライバからの共通のゲート信号が供給される。各ＭＯＳＦＥＴのソースとドレインとの間には、図４に示す方向にダイオード素子が接続される。各双方向スイッチ回路に対応して設けられたゲートドライバは、所与の電源電圧ＶＬ１が供給された状態で、第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２がＨレベルのときに、双方向スイッチ回路を構成するＭＯＳＦＥＴが導通するようにゲート信号を生成する。
【００９２】
第２のスイッチ回路３４０の双方向スイッチ回路の構成は、第１のスイッチ回路２４０の双方向スイッチ回路の構成と同様であるため、説明は省略する。
【００９３】
従って、第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２がＨレベルのとき、第２のスイッチ回路３４０の各ゲートドライバは、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧がソース電圧より高電位となるようにゲート信号を生成する。この結果、双方向スイッチ回路では、第１のスイッチ回路２４０の双方向スイッチ回路と同様に、図６に示すように、制御部側がモータ巻き線側より高電位のときは、ＭＯＳＦＥＴのドレイン、ソース、ダイオード素子Ｄ１の方向ＤＩＲ１（図６参照）に電流が流れ、制御部側がモータ巻き線側より低電位のときは、ＭＯＳＦＥＴのドレイン、ソース、ダイオード素子Ｄ２の方向ＤＩＲ２（図６参照）に電流が流れる。
【００９４】
なお、第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２がＬレベルのとき、第２のスイッチ回路３４０の各ゲートドライバは、ＭＯＳＦＥＴのゲート電圧がソース電圧より低電位となるようにゲート信号を生成することで、双方向スイッチ回路を電気的に遮断することができる。
【００９５】
図８に、図４の第１及び第２のスイッチ回路２４０、３４０、第１及び第２の電源スイッチＬＤＳＷ１、ＬＤＳＷ２の制御例の説明図を示す。
【００９６】
図８に示す制御内容は、ポンプ駆動処理回路４００が出力する第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１により実現される。
【００９７】
即ち、検出信号ＦＡＩＬ１により第１の処理回路２１０によって第１のポンプ制御部２００が正常状態であることが検出されたとき、ポンプ駆動処理回路４００は、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１により、第１のポンプ制御部２００の第１の電源スイッチＬＤＳＷ１を導通状態にして電源ラインＶＬからの電源電圧を第１のポンプ制御部２００に供給すると共に、第１のスイッチ回路２４０が、第１のインバータ回路２３０により増幅した駆動信号をそのまま補助人工心臓ポンプ１０のモータ巻き線に出力するように制御する。このとき、ポンプ駆動処理回路４００は、第２のポンプ制御部３００の第２の電源スイッチＬＤＳＷ２を遮断状態にして電源ラインＶＬからの電源電圧を第２のポンプ制御部３００に供給しないようにすると共に、第２のスイッチ回路３４０は、駆動信号を出力する信号線と補助人工心臓ポンプ１０のモータ巻き線とを電気的に遮断する。
【００９８】
これに対して、検出信号ＦＡＩＬ１により第１の処理回路２１０によって第１のポンプ制御部２００が故障状態であることが検出されたとき、ポンプ駆動処理回路４００は、第１のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ１をＬレベルに設定することで第２のポンプ駆動制御信号ＰＣＮＴ２がＨレベルに設定する。従って、第２のポンプ制御部３００の第２の電源スイッチＬＤＳＷ２を導通状態にして電源ラインＶＬからの電源電圧が第２のポンプ制御部３００に供給されると共に、第２のスイッチ回路３４０は、第２のインバータ回路３３０により増幅した駆動信号をそのまま補助人工心臓ポンプ１０のモータ巻き線に出力する。このとき、第１のポンプ制御部２００の第１の電源スイッチＬＤＳＷ１を遮断状態にして電源ラインＶＬからの電源電圧が第１のポンプ制御部２００に供給されないようにすると共に、第１のスイッチ回路２４０は、駆動信号を出力する信号線と補助人工心臓ポンプ１０のモータ巻き線とを電気的に遮断する。
【００９９】
ところで、本実施形態のように、信号の電力増幅機能を有する第１及び第２のインバータ回路２３０、３３０は、過電圧や過電流により損傷を受けやすい。特に、インバータ回路で発生する故障のモードの多くはショートモードとなり、モータ巻き線や電源、接地ラインと短絡された状態となり、バックアップ側のポンプ制御部に接続されたとしても、故障状態が解消されない状態が維持されてしまう。しかしながら、上記のように、当該制御部（特にインバータ回路）で故障が発生したときに、それぞれの出力を遮断するスイッチ回路や、電源を供給する手段を遮断する電源スイッチを設けることで、故障した系のポンプ制御部をシステムと切り離すことができるので、バックアップ側の系のインバータ回路を用いて継続して補助人工心臓ポンプ１０を駆動できるようになり、高い可用性を持たせることが可能となる。
【０１００】
しかも、電源スイッチやスイッチ回路として、ＭＯＳＦＥＴにより実現された半導体スイッチを採用したので、半導体スイッチ自体に、万が一、故障が発生してもその大半がショートモードでの故障であるため、二重故障にならない限りモータ駆動に影響を与えずに済み、信頼性を大幅に向上させることができるようになる。
【０１０１】
上記のような第１及び第２のポンプ制御部２００、３００のそれぞれの故障を検出する第１及び第２の処理回路２１０、３１０は、以下に述べる故障の検出処理を行うことが望ましい。
【０１０２】
本実施形態における故障の検出処理を行う第１のポンプ制御部２００の第１の処理回路２１０又は第２のポンプ制御部３００の第２の処理回路３１０の機能は、ハードウェアにより実現されてもよいし、ソフトウェアにより実現されてもよい。以下では、第１又は第２の処理回路２１０、３１０の機能が、ソフトウェア処理により実現されるものとする。
【０１０３】
図９に、本実施形態における第１のポンプ制御部２００の第１の処理回路２１０のハードウェア構成例のブロック図を示す。図９は、第１の処理回路２１０の構成例を表すが、第２のポンプ制御部３００の第２の処理回路３１０も図９と同様の構成を有することができる。
【０１０４】
第１の処理回路２１０は、ＣＰＵ５００、Ｉ／Ｆ回路５１０、読み出し専用メモリ（Read Only Memory：ＲＯＭ）５２０、ランダムアクセスメモリ（Random Access Memory:ＲＡＭ）５３０、バス５４０を有し、バス５４０を介して、ＣＰＵ５００、Ｉ／Ｆ回路５１０、ＲＯＭ５２０、ＲＡＭ５３０は電気的に接続されている。
【０１０５】
例えばＲＯＭ５２０又はＲＡＭ５３０には、第１の処理回路２１０の機能を実現するプログラムが記憶される。ＣＰＵ５００は、ＲＯＭ５２０又はＲＡＭ５３０に記憶されたプログラムを読み出し、該プログラムに対応した処理を実行することで、第１の処理回路２１０の機能をソフトウェア処理で実現できる。即ち、ＲＯＭ５２０又はＲＡＭ５３０に記憶されたプログラムを読み込んで該プログラムに対応した処理を行うＣＰＵ５００により、以下の処理が実現される。なお、ＲＡＭ５３０は、ＣＰＵ５００による処理の作業エリアとして用いられたり、Ｉ／Ｆ回路５１０やＲＯＭ５２０のバッファエリアとして用いられたりする。Ｉ／Ｆ回路５１０は、ポンプ駆動処理回路４００との間の入出力インタフェース処理を行う。
【０１０６】
図１０に、図９の第１の処理回路２１０の処理例のフロー図を示す。例えば図９のＲＯＭ５２０又はＲＡＭ５３０には、図１０に示す処理を実現するためのプログラムが格納されており、ＣＰＵ５００がＲＯＭ５２０又はＲＡＭ５３０に格納されたプログラムを読み出して該プログラムに対応した処理を実行することで、図１０に示す処理をソフトウェア処理により実現できる。
【０１０７】
第１の処理回路２１０は、第１の電源スイッチＬＤＳＷ１を介して第１のポンプ制御部２００に供給される電源ラインＶＬの電流ＩＭ１を監視しており、所与の過電流検出タイミングで、電流ＩＭ１が電源ラインＶＬの過電流か否かを判別する（ステップＳ１０）。
【０１０８】
ステップＳ１０において、電源ラインＶＬが過電流ではないと判別されたとき（ステップＳ１０：Ｎ）、第１の処理回路２１０は、第１の電源スイッチＬＤＳＷ１を介して第１のポンプ制御部２００に供給される電源ラインＶＬの電圧ＶＭ１を監視しており、所与の過電圧検出タイミングで、電圧ＶＭ１が電源ラインＶＬの過電圧か否かを判別する（ステップＳ１２）。
【０１０９】
ステップＳ１２において、電源ラインＶＬが過電圧ではないと判別されたとき（ステップＳ１２：Ｎ）、第１の処理回路２１０は、所与の温度検出タイミングで、第１の温度センサ２５０のセンサ結果に基づいて、第１のインバータ回路２３０の周辺温度が所与の閾値温度ＴＰ以上か否かを判別する（ステップＳ１４）。
【０１１０】
ステップＳ１４において、第１のインバータ回路２３０の周辺温度が閾値温度ＴＰ以上ではないと判別されたとき（ステップＳ１４：Ｎ）、第１の処理回路２１０は、ステップＳ１０に戻って、再び故障要因となる各要素の監視を継続する。
【０１１１】
ステップＳ１０において、過電流検出タイミングにおいて、電源ラインＶＬの過電流が検出されたとき（ステップＳ１０：Ｙ）、第１の処理回路２１０は、所与の検出期間Ｔ１の経過を待つためにステップＳ１０に戻って再び電源ラインＶＬの過電流の有無を検出する（ステップＳ１６：Ｎ）。そのため、過電流検出タイミングから検出期間Ｔ１までの間に、第１の処理回路２１０が、電源ラインＶＬの過電流を検出しなくなると、別の故障要因の検出を行うことになる。一方、過電流検出タイミングから検出期間Ｔ１経過した後も引き続き電源ラインＶＬの過電流が検出されると、第１の処理回路２１０は、故障が検出されたと判断して、検出信号ＦＡＩＬ１によりポンプ駆動処理回路４００に対して故障の発生を通知し（ステップＳ１８）、一連の処理を終了する（エンド）。
【０１１２】
これにより、ノイズ等に起因した電源ラインＶＬの過電流の誤検出や、継続動作に支障がない程度の電源ラインＶＬの過電流による故障検出を排除することができるようになり、高い可用性を維持できるようになる。
【０１１３】
ステップＳ１２において、過電圧検出タイミングにおいて、電源ラインＶＬの過電圧が検出されたとき（ステップＳ１２：Ｙ）、第１の処理回路２１０は、所与の検出期間Ｔ２の経過を待つためにステップＳ１０に戻って再び電源ラインＶＬの過電流の有無を検出する（ステップＳ２０：Ｎ）。そのため、過電圧検出タイミングから検出期間Ｔ２までの間に、第１の処理回路２１０が、電源ラインＶＬの過電圧を検出しなくなると、別の故障要因の検出を行うことになる。一方、過電圧検出タイミングから検出期間Ｔ２経過した後も引き続き電源ラインＶＬの過電圧が検出されると、第１の処理回路２１０は、故障が検出されたと判断して、検出信号ＦＡＩＬ１によりポンプ駆動処理回路４００に対して故障の発生を通知し（ステップＳ２２）、一連の処理を終了する（エンド）。
【０１１４】
これにより、ノイズ等に起因した電源ラインＶＬの過電圧の誤検出や、継続動作に支障がない程度の電源ラインＶＬの過電圧による故障検出を排除することができるようになり、高い可用性を維持できるようになる。しかも、過電圧検出タイミングにおいて電源ラインＶＬの過電圧を検出した後、検出期間Ｔ２を経過するまでの間に、電源ラインＶＬの過電流を検出できるため、過電圧よりも重大な故障の要因となる過電流に対して迅速に系を切り換えることができるようになる。
【０１１５】
ステップＳ１４において、温度検出タイミングにおいて、第１のインバータ回路２３０の周辺温度が閾値温度ＴＰ以上であることが検出されたとき（ステップＳ１４：Ｙ）、第１の処理回路２１０は、所与の検出期間Ｔ３の経過を待つために再び電源ラインＶＬの過電流の有無を検出する（ステップＳ２４：Ｎ）。そのため、温度検出タイミングから検出期間Ｔ３までの間に、第１の処理回路２１０が、第１のインバータ回路２３０の周辺温度が閾値温度ＴＰ以上であることを検出しなくなると、別の故障要因の検出を行うことになる。一方、温度検出タイミングから検出期間Ｔ３経過した後も引き続き第１のインバータ回路２３０の周辺温度が閾値温度ＴＰ以上であることが検出されると、第１の処理回路２１０は、故障が検出されたと判断して、検出信号ＦＡＩＬ１によりポンプ駆動処理回路４００に対して故障の発生を通知し（ステップＳ２６）、一連の処理を終了する（エンド）。
【０１１６】
これにより、ノイズ等に起因した第１のインバータ回路２３０の周辺温度の誤検出や、継続動作に支障がない程度の温度変化による故障検出を排除することができるようになり、高い可用性を維持できるようになる。しかも、温度検出タイミングにおいて第１のインバータ回路２３０の周辺温度が閾値温度ＴＰ以上であることを検出した後、検出期間Ｔ３を経過するまでの間に、電源ラインＶＬの過電流や過電圧を検出できるため、温度よりも重大な故障の要因となる過電流や過電圧に対して、迅速に系を切り換えることができるようになる。
【０１１７】
図１１に、図１０の検出期間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の説明図を示す。図１１は、各検出期間の検出開始タイミングを揃えて、検出器間の違いを説明するために表した図である。
【０１１８】
図１０において、過電流検出タイミングを検出開始タイミングとして、ステップＳ１８において故障を検出する検出判定タイミングまでの期間は、上述のようにＴ１であり、電源ラインＶＬの過電流に基づく故障の有無の検出期間に相当する。同様に、過電圧検出タイミングを検出開始タイミングとして、ステップＳ２２において故障を検出する検出判定タイミングまでの期間は、上述のようにＴ２であり、電源ラインＶＬの過電圧に基づく故障の有無の検出期間に相当する。更に、温度検出タイミングを検出開始タイミングとして、ステップＳ２６において故障を検出する検出判定タイミングまでの期間は、上述のようにＴ３であり、第１のインバータ回路２３０（広義には第１のポンプ制御部２００）の周辺温度に基づく故障の有無の検出期間に相当する。
【０１１９】
このとき、図１１に示すように、０＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３であることが望ましい。即ち、３種類の検出期間のうち過電流の検出期間が最も短くなるように故障判定を行うことで、回避が困難で、より重大な故障要因に対し、迅速に系を切り換えて、可用性を高めることができる。また、３種類の検出期間のうち周辺温度の検出期間が最も長くなるように故障判定を行うことで、故障が発生したときには重大な障害となるもののその変化の周期が長い周辺温度に対する対策については、優先順位を落として、他の故障要因に対して迅速に対応することで、可用性を高めることができるようになる。
【０１２０】
図９〜図１１では第１の処理回路２１０について説明したが、第２の処理回路３１０も第１の処理回路２１０と同様の構成で、同様の処理を行うことができる。
【０１２１】
〔変形例〕
本実施形態では、補助人工心臓システムにおける補助人工心臓ポンプを駆動する補助人工心臓ポンプ駆動装置として、高い信頼性及び可用性をもたらすものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、高い信頼性及び可用性が必要とされるモータ駆動装置（ポンプ駆動装置）に、上記の実施形態における第１及び第２のポンプ制御部２００、３００とポンプ駆動処理回路４００とを内蔵してもよい。
【０１２２】
この場合、モータ（ポンプ）を駆動するモータ駆動装置（ポンプ駆動装置）は、モータの駆動信号を出力してモータを制御する各モータ制御部が二重化構成された第１及び第２のモータ制御部を含み、各モータ制御部は、当該モータ制御部内において故障が検出されたときに、上記の駆動信号をモータに出力する経路を電気的に遮断する手段を有するということができる。
【０１２３】
また、上記のモータ駆動装置において、各モータ制御部は、当該モータ制御部内において故障が検出されたときに、当該モータ制御部への電源供給を停止する手段を有することができる。
【０１２４】
また、上記のモータ駆動装置において、電源供給を停止する手段は、モータに電源を供給する電源ラインに接続される単一方向スイッチ回路であってもよい。
【０１２５】
また、上記のモータ駆動装置において、単一方向スイッチ回路が、ＭＯＳＦＥＴにより構成されていてもよい。
【０１２６】
また、上記のモータ駆動装置において、各モータ制御部は、上記の駆動信号の電力を増幅する電力増幅器と、この電力増幅器の出力とモータとの間に設けられた双方向スイッチ回路とを含み、第１のモータ制御部が正常状態のとき、第１のモータ制御部の双方向スイッチ回路が導通状態、第２のモータ制御部の双方向スイッチ回路が遮断状態に設定され、第１のモータ制御部が故障状態のとき、第１のモータ制御部の双方向スイッチ回路が遮断状態、第２のモータ制御部の双方向スイッチ回路が導通状態に設定されてもよい。
【０１２７】
また、上記のモータ駆動装置において、上記の電力増幅器は、インバータ回路であってもよい。
【０１２８】
また、上記のモータ駆動装置において、双方向スイッチ回路が、ＭＯＳＦＥＴにより構成されていてもよい。
【０１２９】
また、上記のモータ駆動装置において、各モータ制御部は、当該モータ制御部内の故障を検出する検出回路を含み、この検出回路により当該モータ制御部内の故障が検出されたとき、当該モータ制御部からモータの駆動信号をモータに出力する経路を電気的に遮断することができる。
【０１３０】
また、上記のモータ駆動装置において、上記の検出回路は、モータ駆動装置に電源を供給する電源ラインの過電流、この電源ラインの過電圧、及び当該モータ制御部の周辺温度の少なくとも１つの監視結果を用いて、当該ポンプ制御部内の故障を検出するができる。
【０１３１】
また、上記のモータ駆動装置において、上記の電源ラインの過電流に基づく故障の有無の検出期間をＴ１、上記の電源ラインの過電圧に基づく故障の有無の検出期間をＴ２、上記の周辺温度に基づく故障の有無の検出期間をＴ３とした場合に、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３であることが望ましい。
【０１３２】
更に、本発明に係るモータシステムは、モータと、このモータを駆動する上記のいずれか記載のモータ駆動装置を含んでもよい。
【０１３３】
以上、本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置及び補助人工心臓システム（モータ駆動装置及びモータシステム）を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１３４】
（１）上記の実施形態又はその変形例では、図２に示す構成の補助人工心臓ポンプ（モータを内蔵したポンプ）を例に説明したが、本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置及び補助人工心臓システム（モータ駆動装置及びモータシステム）は補助人工心臓ポンプ（ポンプ）の構成に限定されるものではない。
【０１３５】
（２）上記の実施形態又はその変形例では、補助人工心臓ポンプ等のポンプが３相の駆動信号により駆動されるＡＣモータであるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置により駆動される補助人工心臓ポンプ（本発明に係るモータ駆動装置により駆動されるモータ）が、例えば３相以外の駆動信号により駆動されるモータを有するものや、ＤＣモータを有するものであってもよい。
【０１３６】
（３）上記の実施形態又はその変形例では、３種類の故障要因に基づいて故障を検出するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえは、上記の３種類の故障要因の少なくとも１つに基づいて故障を検出するようにしてもよい、上記の３種類の故障要因に他の故障要因を加えた４種類以上の故障要因に基づいて故障を検出するようにしてもよい。
【０１３７】
（４）上記の実施形態又はその変形例において、本発明を、補助人工心臓ポンプ駆動装置及び補助人工心臓システム（モータ駆動装置及びモータシステム）として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明に係る補助人工心臓ポンプ駆動装置（モータ駆動装置）の駆動方法や故障検出方法や、本発明を実現する該駆動方法や検出方法の処理手順が記述されたプログラムや、該プログラムが記録された記録媒体であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】本発明に係る実施形態における補助人工心臓システムの構成例を示す図。
【図２】本実施形態における補助人工心臓ポンプの断面図の一例を示す図。
【図３】本実施形態におけるコントロールユニットの補助人工心臓ポンプ駆動装置の構成例のブロック図。
【図４】図３の補助人工心臓ポンプ駆動装置の第１及び第２のインバータ回路、第１及び第２のスイッチ回路、第１及び第２の電源スイッチの構成例の回路図。
【図５】図４の第１のインバータ回路のゲート信号の説明図。
【図６】図４の第１のスイッチ回路の双方向スイッチ回路の構成例の回路図。
【図７】図６の双方向スイッチ回路に対応して設けられたゲートドライバの動作説明図。
【図８】図４の第１及び第２のスイッチ回路、第１及び第２の電源スイッチの制御例の説明図。
【図９】本実施形態における第１のポンプ制御部の第１の処理回路のハードウェア構成例のブロック図。
【図１０】図９の第１の処理回路の処理例のフロー図。
【図１１】図１０の検出期間の説明図。
【符号の説明】
【０１３９】
１０…補助人工心臓ポンプ、  １１…駆動部、  １２…ポンプ部、  １３…インペラ、
１４…ポンプケーシング、  １５…流入口、  １６…流出口、
１７…メカニカルシール部、  ２０…コントロールユニット、  ３０…ケーブル、
１００…補助人工心臓システム、  ２００…第１のポンプ制御部、
２１０…第１の処理回路、  ２２０…第１のゲートドライバ、
２３０…第１のインバータ回路、  ２４０…第１のスイッチ回路、
２５０…第１の温度センサ、  ３００…第２のポンプ制御部、
３１０…第２の処理回路、  ３２０…第２のゲートドライバ、
３３０…第２のインバータ回路、  ３４０…第２のスイッチ回路、
３５０…第２の温度センサ、  ４００…ポンプ駆動処理回路、  ５００…ＣＰＵ、
５１０…Ｉ／Ｆ回路、  ５２０…ＲＯＭ、  ５３０…ＲＡＭ、  ５４０…バス、
ＣＯＮＴ…補助人工心臓ポンプ駆動装置、  ＦＡＩＬ１，ＦＡＩＬ２…検出信号、
ＧＤ１，ＧＤ２…ゲートドライバ、  ＩＭ１，ＩＭ２…電流、
ＬＤＳＷ１…第１の電源スイッチ、  ＬＤＳＷ２…第２の電源スイッチ、
ＰＣＮＴ１…第１のポンプ駆動制御信号、  ＰＣＮＴ２…第２のポンプ駆動制御信号、
ＰＳ…電源、  ＶＭ１，ＶＭ２…電圧
【図１】
0005250755.tif 000002
【図２】
0005250755.tif 000003
【図３】
0005250755.tif 000004
【図４】
0005250755.tif 000005
【図５】
0005250755.tif 000006
【図６】
0005250755.tif 000007
【図７】
0005250755.tif 000008
【図８】
0005250755.tif 000009
【図９】
0005250755.tif 000010
【図１０】
0005250755.tif 000011
【図１１】
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