(57)【要約】【課題】エネルギ効率が高く、低コストで、小型の回転駆動装置を提供する。【解決手段】この遠心式血液ポンプ装置は、血液室７内に設けられたインペラ１０と、インペラ１０に設けられた複数の永久磁石１７と、モータ室８内に設けられ、隔壁６を介してインペラ１０を回転駆動させる複数組の磁性体１８およびコイル２０とを備える。磁性体１８は、中心線Ｌ１の周りに複数回巻回された帯状の薄い磁性鋼板１８ａを含む。したがって、簡単な構成で、磁性体１８内の鉄損を低減できる。【選択図】図３
2012013043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁で仕切られた第１および第２の室を含むハウジングと、前記第１の室内において前記隔壁に沿って回転可能に設けられたロータと、前記第２の室内に設けられ、前記隔壁を介して前記ロータを回転駆動させる駆動部とを備えた回転駆動装置であって、
前記ロータに設けられ、前記ロータの回転方向に配列された複数の第１の永久磁石を備え、
前記駆動部は、
前記複数の第１の永久磁石に対向して設けられ、各々が、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を有する複数の第１の磁性体と、
それぞれ前記複数の第１の磁性体に巻回され、回転磁界を生成するための複数のコイルとを含む、回転駆動装置。
【請求項２】
前記磁性鋼板は柱状に巻回されて各第１の磁性体は柱状に形成され、
前記複数の第１の磁性体の端面は前記複数の第１の永久磁石に対向して設けられ、
前記複数のコイルは、それぞれ前記複数の第１の磁性体の側面全体を覆うように巻回されている、請求項１に記載の回転駆動装置。
【請求項３】
前記磁性鋼板は電磁鋼板である、請求項１または請求項２に記載の回転駆動装置。
【請求項４】
前記磁性鋼板はアモルファス金属で形成されている、請求項１または請求項２に記載の回転駆動装置。
【請求項５】
前記磁性鋼板は円柱状に巻回されている、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項６】
前記磁性鋼板は角柱状に巻回されている、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項７】
前記磁性鋼板は、溶接によって巻回された形状に固定されている、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項８】
前記磁性鋼板は、樹脂含浸によって巻回された形状に固定されている、請求項１から請求項７までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項９】
前記磁性鋼板は、前記中心線の周りに複数回巻回されて同心状に配置された複数の筒部材を構成しており、
各第１の磁性体には、前記中心線の一方側において前記複数の筒部材の各々を前記中心線と平行な方向に切断する切り欠き部が形成されている、請求項１から請求項８までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項１０】
各第１の磁性体には焼鈍処理が施されている、請求項１から請求項９までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項１１】
各第１の磁性体は、さらに、棒状の第２の磁性体を有し、
前記磁性鋼板は前記第２の磁性体に巻回されている、請求項１から請求項１０までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項１２】
前記磁性鋼板は、対応する第２の磁性体に溶接によって固定されている、請求項１１に記載の回転駆動装置。
【請求項１３】
前記第２の磁性体は、対応する磁性鋼板の幅よりも長く、
前記第２の磁性体の両端部は、巻回された前記磁性鋼板から突出している、請求項１１または請求項１２に記載の回転駆動装置。
【請求項１４】
各第１の磁性体は、さらに、前記第２の磁性体の前記隔壁側の端部に結合された第３の磁性体を有し、
前記回転駆動装置は、さらに、前記複数の第１の磁性体に共通に設けられ、前記複数の第１の磁性体の各々に含まれる前記第２の磁性体の前記隔壁と反対側の端部に結合された第４の磁性体を備える、請求項１３に記載の回転駆動装置。
【請求項１５】
前記第３の磁性体には、前記第２の磁性体の前記隔壁側の端部を嵌め込むための第１の孔が形成され、
前記第４の磁性体には、それぞれ前記複数の第１の磁性体に対応して設けられ、対応の第１の磁性体に含まれる前記第２の磁性体の前記隔壁と反対側の端部を嵌め込むための複数の第２の孔が形成されている、請求項１４に記載の回転駆動装置。
【請求項１６】
前記第４の磁性体は、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を含む、請求項１４または請求項１５に記載の回転駆動装置。
【請求項１７】
前記磁性鋼板は電磁鋼板である、請求項１６に記載の回転駆動装置。
【請求項１８】
前記隔壁は円筒状に形成され、
前記ロータと前記駆動部とは、前記ロータの径方向に隙間を開けて配置されている、請求項１から請求項１７までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項１９】
前記隔壁は平面状に形成され、
前記ロータと前記駆動部とは、前記ロータの回転中心軸の延在方向に隙間を開けて配置されている、請求項１から請求項１７までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の回転駆動装置を備え、
前記ロータは、回転時の遠心力によって液体を送るインペラである、遠心式ポンプ装置。
【請求項２１】
隔壁で仕切られた第１および第２の室を含むハウジングと、前記第１の室内において前記隔壁に沿って回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送るインペラと、前記第２の室内に設けられ、前記隔壁を介して前記インペラを回転駆動させる駆動部とを備えた遠心式ポンプ装置であって、
前記インペラの一方面に設けられた第１の永久磁石と、
前記インペラの一方面に対向する前記第１の室の内壁に設けられ、前記第１の永久磁石を吸引する第２の永久磁石と、
前記インペラの他方面に設けられ、前記インペラの回転方向に互いに隙間を開けて配列された複数の第３の永久磁石とを備え、
各第３の永久磁石は、前記インペラの回転中心軸の延在方向に着磁され、
各隣接する２つの第３の永久磁石の磁極は互いに異なり、
前記駆動部は、
前記複数の第３の永久磁石に対向して設けられ、各々が、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を有する複数の磁性体と、
それぞれ前記複数の第１の磁性体に対応して設けられて各々が対応の磁性体に巻回され、回転磁界を生成するための複数のコイルとを含み、
前記インペラの回転中において、前記第１および第２の永久磁石間の第１の吸引力と前記複数の第３の永久磁石および前記複数の磁性体間の第２の吸引力とは、前記第１の室内における前記インペラの可動範囲の略中央で釣り合い、
前記インペラの一方面またはそれに対向する前記第１の室の内壁に第１の動圧溝が形成され、前記インペラの他方面またはそれに対向する前記隔壁に第２の動圧溝が形成されている、遠心式ポンプ装置。
【請求項２２】
前記液体は血液であり、
前記遠心式ポンプ装置は、前記血液を循環させるために使用される、請求項２１に記載の遠心式ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は回転駆動装置およびそれを用いた遠心式ポンプ装置に関し、特に、隔壁を介して駆動力を伝達する回転駆動装置と、それを用いた遠心式ポンプ装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、隔壁によってモータ駆動室とロータ室とに分離した構造のキャンドモータが多く用いられている。このようなモータは、たとえば、粉塵をきらう環境下で使用される半導体製造ラインの純水輸送用ポンプや、生体液を輸送するポンプに使用されている。生体液を輸送するポンプとしては、血液室内のインペラに直接トルクを伝達するダイレクト駆動モータを用いた遠心式血液ポンプ装置がある。この遠心式血液ポンプ装置は、外部と血液室との物理的な連通を排除することができ、細菌などの血液への侵入を防止することができるので、人工心臓として用いられる。人工心臓はバッテリからの電力によって駆動されるので、モータの効率向上は大変重要である。
【０００３】
特許文献１の遠心式血液ポンプは、第１および第２の隔壁によって仕切られた第１〜第３の室を含むハウジングと、第２の室（血液室）内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた磁性体と、インペラの一方面に対向して第１の室内に設けられた電磁石と、インペラの他方面に設けられた永久磁石と、第３の室内に設けられたロータおよびモータと、インペラの他方面に対向してロータに設けられた永久磁石とを備える。インペラの他方面に対向する第２の隔壁の表面には、動圧溝が形成されている。電磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、ロータの永久磁石からインペラの他方面に作用する吸引力と、動圧溝の動圧軸受効果により、インペラは第２の室の内壁から離れ、非接触状態で回転する。
【０００４】
また、特許文献２の遠心式血液ポンプは、第１および第２の隔壁によって仕切られた第１〜第３の室を含むハウジングと、第２の室（血液室）内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた磁性体と、インペラの一方面に対向して第１の室内に設けられた第１の永久磁石と、インペラの他方面に設けられた第２の永久磁石と、第３の室内に設けられたロータおよびモータと、インペラの他方面に対向してロータに設けられた第３の永久磁石とを備える。インペラの一方面に対向する第１の隔壁の表面には第１の動圧溝が形成され、インペラの他方面に対向する第２の隔壁の表面には第２の動圧溝が形成されている。第１の永久磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、ロータの第３の永久磁石からインペラの他方面に作用する吸引力と、第１および第２の動圧溝の動圧軸受効果により、インペラは第２の室の内壁から離れ、非接触状態で回転する。
【０００５】
また、特許文献３の図８および図９のターボ形ポンプは、ハウジングと、ハウジング内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた第１の永久磁石と、ハウジングの外部に設けられたロータと、インペラの一方面に対向してロータに設けられた第２の永久磁石と、インペラの他方面に設けられた第３の永久磁石と、インペラの他方面に対向してハウジングに設けられた磁性体とを備えている。また、インペラの一方面には第１の動圧溝が形成され、インペラの他方面には第２の動圧溝が形成されている。ロータの第２の永久磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、ハウジングの磁性体からインペラの他方面に作用する吸引力と、第１および第２の動圧溝の動圧軸受効果により、インペラはハウジングの内壁から離れ、非接触状態で回転する。
【０００６】
さらに、特許文献４のクリーンポンプは、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に設けられたインペラと、インペラの一方面に設けられた第１の永久磁石と、ケーシングの外部に設けられたロータと、インペラの一方面に対向してロータに設けられた第２の永久磁石と、インペラの他方面に設けられた磁性体と、インペラの他方面に対向してハウジング外に設けられた電磁石とを備えている。また、インペラの一方面には動圧溝が形成されている。インペラの回転数が所定の回転数よりも低い場合は電磁石を作動させ、インペラの回転数が所定の回転数を超えた場合は電磁石への通電を停止する。ロータの第２の永久磁石からインペラの一方面に作用する吸引力と、動圧溝の動圧軸受効果により、インペラはハウジングの内壁から離れ、非接触状態で回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２０９２４０号公報
【特許文献２】特開２００６−１６７１７３号公報
【特許文献３】特開平４−９１３９６号公報
【特許文献４】実開平６−５３７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ステータとロータ間に隔壁を設けたキャンドモータでは、ステータとロータ間の隙間が大きくなるため、高トルク化や高効率化が難しいと言う課題がある。特に、小型モータの場合、寸法の制約などにより設計自由度が低く、局所的な磁気飽和の影響を受け易いため高効率化が難しい。
【０００９】
また、上記特許文献１〜４のポンプは、インペラとハウジングの対向部に形成された動圧溝によってインペラのアキシアル方向の支持を行ない、インペラに設けられた永久磁石とハウジング外に設けられた永久磁石との吸引力によってインペラのラジアル方向の支持を行なっている点で共通する。
【００１０】
動圧溝の支持剛性は、インペラの回転数に比例する。したがって、ポンプに外乱が印加された状態でも、インペラがハウジングに接触することなく安定して回転するためには、ポンプの常用回転数域を上げてインペラのアキシアル方向の剛性を高める必要がある。しかし、上記特許文献１〜４のポンプでは、ラジアル方向を永久磁石の吸引力を利用して支持しているので、その支持剛性は低く、インペラを高速に回転させることができないという問題がある。
【００１１】
このラジアル方向の剛性を高める方法としては、インペラ内の永久磁石とハウジングの外部に配した永久磁石もしくは固定子との吸引力を強める方法がある。しかし、その吸引力を強めると、インペラのアキシアル方向への負の剛性値が大きくなり（すなわち、インペラがアキシアル方向に動けば、その動いただけその吸引力が大きくなり）、動圧によるインペラの支持性能およびインペラ−ハウジング間に作用する吸引力が大きくなり、インペラのスムーズな回転駆動が難しくなるという問題がある。また、インペラのアキシアル方向への負の剛性値が動圧による正の剛性より大きい場合は安定回転ができないという問題も生じる。ラジアル方向を永久磁石による受動型磁気軸受で支持する場合は、ラジアル方向の剛性はアキシアル方向の負の剛性値によって決定される。よって、安定回転を実現するための条件ではラジアル方向の剛性を向上させることが難しく、インペラをハウジングに接触することなく回転させるためにはインペラ質量を増加させてはならない。
【００１２】
特に、特許文献２の図３９で示されるように、インペラを外部のモータコイルとインペラに配した永久磁石の磁気的相互作用で回転させる場合は、特許文献２の図３に示されるようなインペラを永久磁石間の磁気カップリングで回転駆動させる場合に比べて起動トルクが小さいので、インペラのスムーズな回転駆動が難しい。これは、本遠心式血液ポンプが、第１および第２の隔壁によって仕切られた第１〜第３の室を含むハウジングに対し、第２の室（血液室）内に回転可能に設けられたインペラを、モータによって回転させるキャンドモータ構造となり、モータギャップが広いためである。よって起動トルクを発生させるために大きな電流を必要とする。モータ効率を改善することは、起動時の電流低減や定格回転時の消費電力の低減に必要であり、特にバッテリ駆動の場合には大変重要である。
【００１３】
一般に、モータの効率向上を図る方法としては、磁性鋼板を積層したもので鉄心を構成することにより、鉄損を減らす方法がある。また、鉄心の形状を工夫することによってコイルの占積率を向上させる方法もある。しかし、鉄心の寸法や形状によっては加工性、生産性が悪化し、コスト高になると言う問題があった。
【００１４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、エネルギ効率が高く、低コストで、小型の回転駆動装置と、それを用いた遠心式ポンプ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明に係る回転駆動装置は、隔壁で仕切られた第１および第２の室を含むハウジングと、第１の室内において隔壁に沿って回転可能に設けられたロータと、第２の室内に設けられ、隔壁を介してロータを回転駆動させる駆動部とを備えた回転駆動装置であって、ロータに設けられ、ロータの回転方向に配列された複数の第１の永久磁石を備えたものである。駆動部は、複数の第１の永久磁石に対向して設けられ、各々が、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を有する複数の第１の磁性体と、それぞれ複数の第１の磁性体に巻回され、回転磁界を生成するための複数のコイルとを含む。
【００１６】
好ましくは、磁性鋼板は柱状に巻回されて各第１の磁性体は柱状に形成され、複数の第１の磁性体の端面は複数の第１の永久磁石に対向して設けられ、複数のコイルは、それぞれ複数の第１の磁性体の側面全体を覆うように巻回されている。
【００１７】
また好ましくは、磁性鋼板は電磁鋼板である。
また好ましくは、磁性鋼板はアモルファス金属で形成されている。
【００１８】
また好ましくは、磁性鋼板は円柱状に巻回されている。
また好ましくは、磁性鋼板は角柱状に巻回されている。
【００１９】
また好ましくは、磁性鋼板は、溶接によって巻回された形状に固定されている。
また好ましくは、磁性鋼板は、樹脂含浸によって巻回された形状に固定されている。
【００２０】
また好ましくは、磁性鋼板は、中心線の周りに複数回巻回されて同心状に配置された複数の筒部材を構成しており、各第１の磁性体には、中心線の一方側において複数の筒部材の各々を中心線と平行な方向に切断する切り欠き部が形成されている。
【００２１】
また好ましくは、各第１の磁性体には焼鈍処理が施されている。
また好ましくは、各第１の磁性体は、さらに、棒状の第２の磁性体を有し、磁性鋼板は第２の磁性体に巻回されている。
【００２２】
また好ましくは、磁性鋼板は、対応する第２の磁性体に溶接によって固定されている。
また好ましくは、第２の磁性体は、対応する磁性鋼板の幅よりも長く、第２の磁性体の両端部は、巻回された磁性鋼板から突出している。
【００２３】
また好ましくは、各第１の磁性体は、さらに、第２の磁性体の隔壁側の端部に結合された第３の磁性体を有し、回転駆動装置は、さらに、複数の第１の磁性体に共通に設けられ、複数の第１の磁性体の各々に含まれる第２の磁性体の隔壁と反対側の端部に結合された第４の磁性体を備える。
【００２４】
また好ましくは、第３の磁性体には、第２の磁性体の隔壁側の端部を嵌め込むための第１の孔が形成され、第４の磁性体には、それぞれ複数の第１の磁性体に対応して設けられ、対応の第１の磁性体に含まれる第２の磁性体の隔壁と反対側の端部を嵌め込むための複数の第２の孔が形成されている。
【００２５】
また好ましくは、第４の磁性体は、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を含む。
【００２６】
また好ましくは、磁性鋼板は電磁鋼板である。
また好ましくは、隔壁は円筒状に形成され、ロータと駆動部とは、ロータの径方向に隙間を開けて配置されている。
【００２７】
また好ましくは、隔壁は平面状に形成され、ロータと駆動部とは、ロータの回転中心軸の延在方向に隙間を開けて配置されている。
【００２８】
また、この発明に係る遠心式ポンプ装置は、上記回転駆動装置を備え、ロータは、回転時の遠心力によって液体を送るインペラである。
【００２９】
また、この発明に係る遠心式ポンプ装置は、隔壁で仕切られた第１および第２の室を含むハウジングと、第１の室内において隔壁に沿って回転可能に設けられ、回転時の遠心力によって液体を送るインペラと、第２の室内に設けられ、隔壁を介してインペラを回転駆動させる駆動部とを備えた遠心式ポンプ装置であって、インペラの一方面に設けられた第１の永久磁石と、インペラの一方面に対向する第１の室の内壁に設けられ、第１の永久磁石を吸引する第２の永久磁石と、インペラの他方面に設けられ、インペラの回転方向に互いに隙間を開けて配列された複数の第３の永久磁石とを備えたものである。各第３の永久磁石は、インペラの回転中心軸の延在方向に着磁され、各隣接する２つの第３の永久磁石の磁極は互いに異なる。駆動部は、複数の第３の永久磁石に対向して設けられ、各々が、中心線の周りに複数回巻回された帯状の磁性鋼板を有する複数の磁性体と、それぞれ複数の第１の磁性体に対応して設けられて各々が対応の磁性体に巻回され、回転磁界を生成するための複数のコイルとを含む。インペラの回転中において、第１および第２の永久磁石間の第１の吸引力と複数の第３の永久磁石および複数の磁性体間の第２の吸引力とは、第１の室内におけるインペラの可動範囲の略中央で釣り合う。インペラの一方面またはそれに対向する第１の室の内壁に第１の動圧溝が形成され、インペラの他方面またはそれに対向する隔壁に第２の動圧溝が形成されている。
【００３０】
好ましくは、液体は血液であり、遠心式ポンプ装置は、血液を循環させるために使用される。
【発明の効果】
【００３１】
この発明に係る回転駆動装置および遠心式ポンプ装置では、巻回された帯状の磁性鋼板で駆動部の磁性体を形成したので、磁性体内の鉄損を低減することができ、効率の向上を図ることができる。また、磁性体を簡単に形成できるので、装置の小型化、低コスト化、生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１による遠心式血液ポンプ装置のポンプ部の外観を示す正面図である。
【図２】図１に示したポンプ部の側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図である。
【図６】図３のＶＩ−ＶＩ線断面図からインペラを取り外した状態を示す断面図である。
【図７】図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図７に示した磁性体の構成を示す図である。
【図９】図７に示した複数のコイルに印加する電圧を例示するタイムチャートである。
【図１０】図３に示したインペラの浮上位置を説明するための図である。
【図１１】図３に示したインペラの浮上位置を説明するための他の図である。
【図１２】図１〜図８に示したポンプ部を制御するコントローラの構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２に示したコントローラの動作を示すタイムチャートである。
【図１４】実施の形態１の変更例を示す図である。
【図１５】実施の形態１の他の変更例を示す図である。
【図１６】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。
【図１７】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。
【図１８】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。
【図１９】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。
【図２０】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態２によるアキシアルギャップ型モータの構成を示す図である。
【図２２】図２１に示した磁性体の構成を示す図である。
【図２３】この発明の実施の形態４によるラジアルギャップ型モータの構成を示す図である。
【図２４】図２３に示した磁性体の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
[実施の形態１]
図１〜図７において、本実施の形態１の遠心式血液ポンプ装置のポンプ部１は、非磁性材料で形成されたハウジング２を備える。ハウジング２は、円柱状の本体部３と、本体部３の一方の端面の中央に立設された円筒状の血液流入ポート４と、本体部３の外周面に設けられた円筒状の血液流出ポート５とを含む。血液流出ポート５は、本体部３の外周面の接線方向に延在している。
【００３４】
ハウジング２内には、図３に示すように、隔壁６によって仕切られた血液室７およびモータ室８が設けられている。血液室７内には、図３および図４に示すように、中央に貫通孔１０ａを有する円板状のインペラ１０が回転可能に設けられている。インペラ１０は、ドーナツ板状の２枚のシュラウド１１，１２と、２枚のシュラウド１１，１２間に形成された複数（たとえば６つ）のベーン１３とを含む。シュラウド１１は血液流入ポート４側に配置され、シュラウド１２は隔壁６側に配置される。シュラウド１１，１２およびベーン１３は、非磁性材料で形成されている。
【００３５】
２枚のシュラウド１１，１２の間には、複数のベーン１３で仕切られた複数（この場合は６つ）の血液通路１４が形成されている。血液通路１４は、図４に示すように、インペラ１０の中央の貫通孔１０ａと連通しており、インペラ１０の貫通孔１０ａを始端とし、外周縁まで徐々に幅が広がるように延びている。換言すれば、隣接する２つの血液通路１４間にベーン１３が形成されている。なお、この実施の形態１では、複数のベーン１３は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。したがって、複数の血液通路１４は等角度間隔で設けられ、かつ同じ形状に形成されている。
【００３６】
インペラ１０が回転駆動されると、血液流入ポート４から流入した血液は、遠心力によって貫通孔１０ａから血液通路１４を介してインペラ１０の外周部に送られ、血液流出ポート５から流出する。
【００３７】
また、シュラウド１１には永久磁石１５が埋設されており、シュラウド１１に対向する血液室７の内壁には、永久磁石１５を吸引する永久磁石１６が埋設されている。永久磁石１５，１６は、インペラ１０をモータ室８と反対側、換言すれば血液流入ポート４側に吸引（換言すれば、付勢）するために設けられている。
【００３８】
なお、シュラウド１１および血液室７の内壁にそれぞれ永久磁石１５，１６を設ける代わりに、シュラウド１１および血液室７の内壁の一方に永久磁石を設け、他方に磁性体を設けてもよい。また、シュラウド１１自体を永久磁石１５または磁性体で形成してもよい。また、磁性体としては軟質磁性体と硬質磁性体のいずれを使用してもよい。
【００３９】
また、永久磁石１６は、１つでもよいし、複数でもよい。永久磁石１６が１つの場合は、永久磁石１６はリング状に形成される。また、永久磁石１６が複数の場合は、複数の永久磁石１６は等角度間隔で同一の円に沿って配置される。永久磁石１５も、永久磁石１６と同様であり、１つでもよいし、複数でもよい。
【００４０】
また、図４に示すように、シュラウド１２には複数（たとえば８個）の永久磁石１７が埋設されている。複数の永久磁石１７は、隣接する磁極が互いに異なるようにして、等角度間隔で同一の円に沿って配置される。換言すれば、モータ室８側にＮ極を向けた永久磁石１７と、モータ室８側にＳ極を向けた永久磁石１７とが等角度間隔で同一の円に沿って交互に配置されている。
【００４１】
なお、永久磁石１７の重量を一定に維持すると、図４に示すように隣接する永久磁石１７，１７の間に隙間を設けた方が、隣接する２つの永久磁石１７，１７の間に隙間を開けない場合よりも、永久磁石１７，１７間の磁束密度が大きくなり、永久磁石１７の周辺の磁界が強くなる。したがって、本実施の形態１では、インペラ１０の永久磁石１７と、モータ室８内の磁性体１８およびコイル２０との間の磁気的結合力を強めることができる。よって、装置寸法を小型に維持しながら、インペラ１０の回転トルクを大きくすることができる。
【００４２】
また、図７に示すように、モータ室８内には、複数（たとえば９個）の磁性体１８が設けられている。複数の磁性体１８は、インペラ１０の複数の永久磁石１７に対向して、等角度間隔で同一の円に沿って配置される。複数の磁性体１８の基端は、円板状の１つの磁性体１９に接合されている。各磁性体１８には、コイル２０が巻回されている。
【００４３】
ここで、本実施の形態１では、図８に示すように、各磁性体１８は、隔壁６に垂直な中心線Ｌ１の周りに複数回巻回された帯状の薄い磁性鋼板１８ａを含む。帯状の磁性鋼板１８ａは長さ方向に巻回されており、その幅方向は隔壁６に垂直な方向に向けられている。磁性鋼板１８ａは、無方向性または方向性の磁気特性を持つ電磁鋼板であってもよいし、アモルファス金属あるいはアモルファス合金で形成されていてもよい。また、磁性鋼板１８ａの巻き終わりの端部を磁性鋼板１８ａ自体に溶接することによって巻回された磁性鋼板１８ａを所定の形状に固定してもよいし、磁性鋼板１８ａ全体を樹脂に含浸させ、樹脂を硬化させることによって巻回された磁性鋼板１８ａを所定の形状に固定してもよい。
【００４４】
このように、巻回された帯状の薄い磁性鋼板１８ａによって磁性体１８を形成することにより、磁性体１８内の鉄損を低減するとともに、磁性体１８内の磁束の透磁率を高めることができ、インペラ１０の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。また、磁性体１８を簡単に形成できるので、装置の小型化、低コスト化、生産性の向上を図ることができる。
【００４５】
磁性鋼板１８ａは、円柱状に巻回してもよいし、三角柱のような角柱状に巻回してもよい。図８では、磁性鋼板１８ａを中心線Ｌ１の周りに円柱状に巻回した状態が示されている。円柱状に形成された磁性体１８（すなわち円柱状に巻回された磁性鋼板１８ａ）の円形の端面は、隔壁６を介してインペラ１０に対向して配置される。コイル２０は、円柱状の磁性体１８の外周面（側面）全体を覆うように巻回される。磁性鋼板１８ａを円柱状に巻回した場合、コイル２０の周方向長さを最小にすることができ、コイル２０で発生する銅損を軽減することができ、インペラ１０の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。
【００４６】
また、磁性鋼板１８ａを中心線Ｌ１の周りに三角柱のような角柱状に巻回することも可能である。図７では、磁性鋼板１８ａは中心線Ｌ１の周りに三角柱状に巻回されている。三角柱状に形成された磁性体１８（すなわち三角柱状に巻回された磁性鋼板１８ａ）の三角形の端面は、隔壁６を介してインペラ１０に対向して配置される。コイル２０は、三角柱状の磁性体１８の側面全体を覆うように巻回される。また、複数の磁性体１８の周囲にはコイル２０を巻回するためのスペースが均等に確保され、各隣接する２つの磁性体１８の互いに対向する面は略平行に設けられている。このため、コイル２０用の大きなスペースを確保することができ、コイル２０の巻数を大きくすることができる。したがって、インペラ１０を回転駆動させるための大きなトルクを発生することができる。また、コイル２０で発生する銅損を軽減することができ、インペラ１０の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。
【００４７】
なお、複数の磁性体１８を囲む外形面（図７では、複数の磁性体１８の外周を囲む円）は、複数の永久磁石１７を囲む外形面（図４では、複数の磁性体１７の外周を囲む円）に一致していてもよいし、複数の磁性体１８を囲む外形面が複数の永久磁石１７を囲む外形面よりも大きくてもよい。また、磁性体１８は、ポンプ１の最大定格（インペラ１０の回転駆動トルクが最大の条件）において、磁気的な飽和がないように設計することが好ましい。
【００４８】
９個のコイル２０には、たとえば１２０度通電方式で電圧が印加される。すなわち、９個のコイル２０は、３個ずつグループ化される。各グループの第１〜第３のコイル２０には、図９に示すような電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷが印加される。第１のコイル２０には、０〜１２０度の期間に正電圧が印加され、１２０〜１８０度の期間に０Ｖが印加され、１８０〜３００度の期間に負電圧が印加され、３００〜３６０度の期間に０Ｖが印加される。したがって、第１のコイル２０が巻回された磁性体１８の先端面（インペラ１０側の端面）は、０〜１２０度の期間にＮ極になり、１８０〜３００度の期間にＳ極になる。電圧ＶＶの位相は電圧ＶＵよりも１２０度遅れており、電圧ＶＷの位相は電圧ＶＶよりも１２０度遅れている。したがって、第１〜第３のコイル２０にそれぞれ電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを印加することにより、回転磁界を形成することができ、複数の磁性体１８とインペラ１０の複数の永久磁石１７との吸引力および反発力により、インペラ１０を回転させることができる。
【００４９】
ここで、インペラ１０が定格回転数で回転している場合は、永久磁石１５，１６間の吸引力と複数の永久磁石１７および複数の磁性体１８間の吸引力とは、血液室７内におけるインペラ１０の可動範囲の略中央付近で釣り合うようにされている。このため、インペラ１０のいかなる可動範囲においてもインペラ１０への吸引力による作用力は非常に小さい。その結果、インペラ１０の回転起動時に発生するインペラ１０とハウジング２との相対すべり時の摩擦抵抗を小さくすることができる。また、相対すべり時におけるインペラ１０とハウジング２の内壁の表面の損傷（表面の凹凸）はなく、さらに低速回転時の動圧力が小さい場合にもインペラ１０はハウジング２から浮上し易くなり、非接触の状態となる。したがって、インペラ１０とハウジング２との相対すべりによって溶血・血栓が発生したり、相対すべり時に発生したわずかな表面損傷（凹凸）によって血栓が発生することもない。
【００５０】
また、インペラ１０のシュラウド１２に対向する隔壁６の表面には複数の動圧溝２１が形成され、シュラウド１１に対向する血液室７の内壁には複数の動圧溝２２が形成されている。インペラ１０の回転数が所定の回転数を超えると、動圧溝２１，２２の各々とインペラ１０との間に動圧軸受効果が発生する。これにより、動圧溝２１，２２の各々からインペラ１０に対して抗力が発生し、インペラ１０は血液室７内で非接触状態で回転する。
【００５１】
詳しく説明すると、複数の動圧溝２１は、図５に示すように、インペラ１０のシュラウド１２に対応する大きさに形成されている。各動圧溝２１は、隔壁６の中心から若干離間した円形部分の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（換言すれば、湾曲して）隔壁６の外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、複数の動圧溝２１は略同じ形状であり、かつ略同じ間隔に配置されている。動圧溝２１は凹部であり、動圧溝２１の深さは０．００５〜０．４ｍｍ程度であることが好ましい。動圧溝２１の数は、６〜３６個程度であることが好ましい。
【００５２】
図５では、１０個の動圧溝２１がインペラ１０の中心軸に対して等角度で配置されている。動圧溝２１は、いわゆる内向スパイラル溝形状となっているので、インペラ１０が時計方向に回転すると、動圧溝２１の外径部から内径部に向けて液体の圧力が高くなる。このため、インペラ１０と隔壁６の間に反発力が発生し、これが動圧力となる。
【００５３】
なお、動圧溝２１を隔壁６に設ける代わりに、動圧溝２１をインペラ１０のシュラウド１２の表面に設けてもよい。
【００５４】
このように、インペラ１０と複数の動圧溝２１の間に形成される動圧軸受効果により、インペラ１０は隔壁６から離れ、非接触状態で回転する。このため、インペラ１０と隔壁６の間に血液流路が確保され、両者間での血液滞留およびそれに起因する血栓の発生が防止される。さらに、通常状態において、動圧溝２１が、インペラ１０と隔壁６の間において撹拌作用を発揮するので、両者間における部分的な血液滞留の発生を防止することができる。
【００５５】
また、動圧溝２１の角の部分は、少なくとも０．０５ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。これにより、溶血の発生をより少なくすることができる。
【００５６】
また、複数の動圧溝２２は、図６に示すように、複数の動圧溝２１と同様、インペラ１０のシュラウド１１に対応する大きさに形成されている。各動圧溝２２は、血液室７の内壁の中心から若干離間した円形部分の周縁（円周）上に一端を有し、渦状に（換言すれば、湾曲して）血液室７の内壁の外縁付近まで、幅が徐々に広がるように延びている。また、複数の動圧溝２２は、略同じ形状であり、かつ略同じ間隔で配置されている。動圧溝２２は凹部であり、動圧溝２２の深さは０．００５〜０．４ｍｍ程度があることが好ましい。動圧溝２２の数は、６〜３６個程度であることが好ましい。図６では、１０個の動圧溝２２がインペラ１０の中心軸に対して等角度に配置されている。
【００５７】
なお、動圧溝２２は、血液室７の内壁側ではなく、インペラ１０のシュラウド１１の表面に設けてもよい。また、動圧溝２２の角となる部分は、少なくとも０．０５ｍｍ以上のＲを持つように丸められていることが好ましい。これにより、溶血の発生をより少なくすることができる。
【００５８】
このように、インペラ１０と複数の動圧溝２２の間に形成される動圧軸受効果により、インペラ１０は血液室７の内壁から離れ、非接触状態で回転する。また、ポンプ部１が外的衝撃を受けたときや、動圧溝２１による動圧力が過剰となったときに、インペラ１０の血液室７の内壁への密着を防止することができる。動圧溝２１によって発生する動圧力と動圧溝２２によって発生する動圧力は異なるものとなっていてもよい。
【００５９】
インペラ１０のシュラウド１２と隔壁６との隙間と、インペラ１０のシュラウド１１と血液室７の内壁との隙間とが略同じ状態でインペラ１０が回転することが好ましい。インペラ１０に作用する流体力などの外乱が大きく、一方の隙間が狭くなる場合には、その狭くなる側の動圧溝による動圧力を他方の動圧溝による動圧力よりも大きくし、両隙間を略同じにするため、動圧溝２１と２２の形状を異ならせることが好ましい。
【００６０】
なお、図５および図６では、動圧溝２１，２２の各々を内向スパイラル溝形状としたが、他の形状の動圧溝２１，２２を使用することも可能である。ただし、血液を循環させる場合は、血液をスムーズに流すことが可能な内向スパイラル溝形状の動圧溝２１，２２を採用することが好ましい。
【００６１】
図９は、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２との合力の大きさが、インペラ１０の血液室７内の可動範囲の中央位置以外の位置Ｐ１でゼロとなるように調整した場合にインペラ１０に作用する力を示す図である。ただし、インペラ１０の回転数は定格値に保たれている。
【００６２】
すなわち、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１が永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２よりも小さく設定され、それらの合力がゼロとなるインペラ１０の浮上位置はインペラ可動範囲の中間よりも隔壁６側にあるものとする。動圧溝２１，２２の形状は同じである。
【００６３】
図１０の横軸はインペラ１０の位置（図中の左側が隔壁６側）を示し、縦軸はインペラ１０に対する作用力を示している。インペラ１０への作用力が隔壁６側に働くとき、その作用力をマイナスとしている。インペラ１０に対する作用力としては、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２と、動圧溝２１の動圧力Ｆ３と、動圧溝２２の動圧力Ｆ４と、それらの合力である「インペラに作用する正味の力Ｆ５」を示した。
【００６４】
図１０から分かるように、インペラ１０に作用する正味の力Ｆ５がゼロとなる位置で、インペラ１０の浮上位置はインペラ１０の可動範囲の中央位置から大きくずれている。その結果、回転中のインペラ１０と隔壁６の間の距離は狭まり、インペラ１０に対して小さな外乱力が作用してもインペラ１０は隔壁６に接触してしまう。
【００６５】
これに対して図１１は、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２との合力の大きさが、インペラ１０の血液室７内の可動範囲の中央位置Ｐ０でゼロとなるように調整した場合にインペラ１０に作用する力を示す図である。この場合も、インペラ１０の回転数は定格値に保たれている。
【００６６】
すなわち、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２とは略同じに設定されている。また、動圧溝２１，２２の形状は同じにされている。この場合は、図１０の場合と比較して、インペラ１０の浮上位置に対する支持剛性が高くなる。また、インペラ１０に作用する正味の力Ｆ５は可動範囲の中央でゼロとなっているので、インペラ１０に対し外乱力が作用しない場合にはインペラ１０は中央位置で浮上する。
【００６７】
このように、インペラ１０の浮上位置は、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２と、インペラ１０の回転時に動圧溝２１，２２で発生する動圧力Ｆ３，Ｆ４との釣り合いで決まる。Ｆ１とＦ２を略同じにし、動圧溝２１，２２の形状を同じにすることにより、インペラ１０の回転時にインペラ１０を血液室７の略中央部で浮上させることが可能となる。図３および図４に示すように、インペラ１０は２つのディスク間に羽根を形成した形状を有するので、ハウジング２の内壁に対向する２つの面を同一形状および同一寸法にすることができる。したがって、略同一の動圧性能を有する動圧溝２１，２２をインペラ１０の両側に設けることは可能である。
【００６８】
この場合、インペラ１０は血液室７の中央位置で浮上するので、インペラ１０はハウジング２の内壁から最も離れた位置に保持される。その結果、インペラ１０の浮上時にインペラ１０に外乱力が印加されて、インペラ１０の浮上位置が変化しても、インペラ１０とハウジング２の内壁とが接触する可能性が小さくなり、それらの接触によって血栓や溶血が発生する可能性も低くなる。
【００６９】
なお、図１０および図１１の例では、２つの動圧溝２１，２２の形状は同じであるとしたが、動圧溝２１，２２の形状を異なるものとし、動圧溝２１，２２の動圧性能を異なるものとしてもよい。たとえば、ポンピングの際に流体力などによってインペラ１０に対して常に一方方向の外乱が作用する場合には、その外乱の方向にある動圧溝の性能を他方の動圧溝の性能より高めておくことにより、インペラ１０をハウジング２の中央位置で浮上回転させることが可能となる。この結果、インペラ１０とハウジング２との接触確率を低く抑えることができ、インペラ１０の安定した浮上性能を得ることができる。
【００７０】
また、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２とによって構成されるインペラ１０のアキシアル方向への負の支持剛性値の絶対値をＫａとし、ラジアル方向の正の剛性値の絶対値をＫｒとし、インペラ１０が回転する常用回転数領域において２つの動圧溝２１，２２で得られる正の剛性値の絶対値をＫｇとすると、Ｋｇ＞Ｋａ＋Ｋｒの関係を満たすことが好ましい。
【００７１】
具体的には、アキシアル方向の負の剛性値の絶対値Ｋａを２００００Ｎ／ｍとし、ラジアル方向の正の剛性値の絶対値Ｋｒを１００００Ｎ／ｍとした場合、インペラ１０が通常回転する回転数領域で２つの動圧溝２１，２２によって得られる正の剛性値の絶対値Ｋｇは３００００Ｎ／ｍを超える値に設定される。
【００７２】
インペラ１０のアキシアル支持剛性は動圧溝２１，２２で発生する動圧力に起因する剛性から磁性体間の吸引力などによる負の剛性を引いた値であるから、Ｋｇ＞Ｋａ＋Ｋｒの関係を持つことで、インペラ１０のラジアル方向の支持剛性よりもアキシアル方向の支持剛性を高めることができる。このように設定することにより、インペラ１０に対して外乱力が作用した場合に、インペラ１０のラジアル方向への動きよりもアキシアル方向への動きを抑制することができ、動圧溝２１の形成部でのインペラ１０とハウジング２との機械的な接触を避けることができる。
【００７３】
特に、動圧溝２１，２２は、図５および図６で示したように平面に凹設されているので、インペラ１０の回転中にこの部分でハウジング２とインペラ１０との機械的接触があると、インペラ１０およびハウジング２の内壁のいずれか一方または両方の表面に傷（表面の凹凸）が生じてしまい、この部位を血液が通過すると、血栓及び溶血の原因となる可能性もあった。この動圧溝２１，２２での機械的接触を防ぎ、血栓及び溶血を抑制するために、ラジアル方向の剛性よりもアキシアル方向の剛性を高める効果は高い。
【００７４】
また、インペラ１０にアンバランスがあると回転時にインペラ１０に振れ回りが生ずるが、この振れ回りはインペラ１０の質量とインペラ１０の支持剛性値で決定される固有振動数とインペラ１０の回転数が一致した場合に最大となる。
【００７５】
このポンプ部１では、インペラ１０のアキシアル方向の支持剛性よりもラジアル方向の支持剛性を小さくしているので、インペラ１０の最高回転数をラジアル方向の固有振動数以下に設定することが好ましい。そこで、インペラ１０とハウジング２との機械的接触を防ぐため、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２によって構成されるインペラ１０のラジアル剛性値をＫｒ（Ｎ／ｍ）とし、インペラ１０の質量をｍ（ｋｇ）とし、インペラの回転数をω（ｒａｄ／ｓ）とした場合、ω＜（Ｋｒ／ｍ）0.5の関係を満たすことが好ましい。
【００７６】
具体的には、インペラ１０の質量が０．０３ｋｇであり、ラジアル剛性値が２０００Ｎ／ｍである場合、インペラ１０の最高回転数は２５８ｒａｄ／ｓ（２４６５ｒｐｍ）以下に設定される。逆に、インペラ１０の最高回転数を３６６ｒａｄ／ｓ（３５００ｒｐｍ）と設定した場合には、ラジアル剛性は４０１８Ｎ／ｍ以上に設定される。
【００７７】
さらに、このωの８０％以下にインペラ１０の最高回転数を設定することが好ましい。具体的には、インペラ１０の質量が０．０３ｋｇであり、ラジアル剛性値が２０００Ｎ／ｍである場合には、その最高回転数は２０６．４ｒａｄ／ｓ（１９７１ｒｐｍ）以下に設定される。逆に、インペラ１０の最高回転数を３６６ｒａｄ／ｓ（３５００ｒｐｍ）としたい場合には、ラジアル剛性値が６２７９Ｎ／ｍ以上に設定される。このようにインペラ１０の最高回転数を設定することで、インペラ１０の回転中におけるインペラ１０とハウジング２の接触を抑えることができる。
【００７８】
また、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２とによって構成されるインペラ１０のアキシアル方向の負の剛性値よりも動圧溝２１，２２の動圧力による剛性が大きくなった場合にインペラ１０とハウジング２は非接触の状態となる。したがって、この負の剛性値を極力小さくすることが好ましい。そこで、この負の剛性値を小さく抑えるため、永久磁石１５，１６の対向面のサイズを異ならせることが好ましい。たとえば、永久磁石１６のサイズを永久磁石１５よりも小さくすることにより、両者間の距離によって変化する吸引力の変化割合、すなわち負の剛性を小さく抑えることができ、インペラ支持剛性の低下を防ぐことができる。
【００７９】
また、インペラ１０の回転起動前に、インペラ１０が隔壁６に接触していることを確認してから、インペラ１０を回転起動させることが好ましい。
【００８０】
すなわち、インペラ１０の非回転時では、動圧溝２１，２２による非接触支持はされず、さらに、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２によってインペラ１０とハウジング２とは高い面圧で接触している。また、このポンプ部１のように、インペラ１０をモータ室８内のコイル２０および磁性体１８とインペラ１０の永久磁石１７との磁気的相互作用で回転させる場合は、特許文献２の図３に示すようなインペラを永久磁石間の磁気カップリングで回転駆動させる場合に比べて、起動トルクが小さい。したがって、インペラ１０をスムーズに回転起動させることは難しい。
【００８１】
しかし、インペラ１０のシュラウド１２が隔壁６と接触している場合は、インペラ１０のシュラウド１１が血液室７の内壁に接触している場合に比べ、インペラ１０の永久磁石１７とモータ室８内の磁性体１８とが近接しているので、インペラ１０の起動時の回転トルクを高めることができ、インペラ１０をスムーズに回転起動させることができる。
【００８２】
ところが、上述の通り、インペラ１０の回転時には、永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１と、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２とは、インペラ１０の位置がインペラ１０の可動範囲の中央付近にて釣り合うように設定されているので、インペラ１０の停止時にインペラ１０が必ずしも隔壁６に接触しているとは限らない。
【００８３】
そこで、この遠心式血液ポンプ装置では、インペラ１０を回転起動させる前にインペラ１０を隔壁６側に移動させる手段が設けられる。具体的には、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２が大きくなるように複数のコイル２０に電流を流し、インペラ１０を隔壁６側に移動させる。
【００８４】
図１２は、ポンプ部１を制御するコントローラ２５の構成を示すブロック図である。図１２において、コントローラ２５は、モータ制御回路２６およびパワーアンプ２７を含む。モータ制御回路２６は、たとえば１２０度通電方式の３相の制御信号を出力する。パワーアンプ２７は、モータ制御回路２６からの３相の制御信号を増幅して、図９で示した３相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを生成する。３相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷは、図７および図９で説明した第１〜第３のコイル２０にそれぞれ印加される。通常の運転時は、これにより、インペラ１０が可動範囲の中央位置で所定の回転数で回転する。
【００８５】
図１３（ａ）〜（ｃ）は、インペラ１０の回転起動時におけるコイル電流Ｉ、インペラ１０の位置、およびインペラ１０の回転数の時間変化を示すタイムチャートである。図１３（ａ）〜（ｃ）において、初期状態では、インペラ１０のシュラウド１１が血液室７の内壁に接触しており、インペラ１０は位置ＰＡにあるものとする。時刻ｔ０において、予め定められた電流Ｉ０がコイル２０に流される。これにより、永久磁石１７および磁性体１８間の吸引力Ｆ２が永久磁石１５，１６間の吸引力Ｆ１よりも大きくなり、インペラ１０は隔壁６側の位置ＰＢに移動し、インペラ１０のシュラウド１２は隔壁６に接触する。インペラ１０が位置ＰＢに移動したら、電流Ｉ０を遮断する（時刻ｔ１）。インペラ１０の血液室７内の位置を検出するセンサを設け、インペラ１０が隔壁６に接触したことを確認した後に、電流Ｉ０を遮断することが好ましい。
【００８６】
次に、コイル電流Ｉを予め定められた定格値まで徐々に上昇させる。このとき、インペラ１０は隔壁６に接触しているので、インペラ１０はスムーズに回転する。コイル電流Ｉの上昇に伴って、インペラ１０は隔壁６側の位置ＰＢから可動範囲の中央位置に移動する。
【００８７】
以上のように、この実施の形態１では、巻回された帯状の薄い磁性鋼板１８ａによって磁性体１８を形成するので、磁性体１８内の鉄損を低減するとともに、磁性体１８内の磁束の透磁率を高めることができ、インペラ１０の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。また、磁性体１８を簡単に形成できるので、装置の小型化、低コスト化、生産性の向上を図ることができる。
【００８８】
また、図１４は、この実施の形態１の変更例を示すブロック図である。インペラ回転起動時とそれ以外の場合の電源供給を切り替える構成の一例を示している。図１４において、この変更例では、図１２のパワーアンプ２７がパワーアンプ３０，３１および切換スイッチ３２で置換される。図１３の時刻ｔ０〜ｔ１では、モータ制御回路２６の出力信号がパワーアンプ３０に与えられ、パワーアンプ３０の出力電圧が切換スイッチ３２を介してコイル２０に印加され、コイル２０に電流Ｉ０が流される。時刻ｔ２以降は、モータ制御回路２６の出力信号がパワーアンプ３１に与えられ、パワーアンプ３１の出力電圧が切換スイッチ３２を介してコイル２０に印加され、コイル２０に電流が流される。
【００８９】
また、図１５（ａ）〜（ｃ）は、この実施の形態１の他の変更例を示すタイムチャートである。図１５（ａ）〜（ｃ）において、初期状態では、インペラ１０のシュラウド１１が血液室７の内壁に接触しており、インペラ１０は位置ＰＡにあるものとする。時刻ｔ０において、予め定められた電流Ｉ１がコイル２０に流される。モータ制御回路２６により、たとえば１２０度通電方式の３相の制御信号を出力する。パワーアンプ２７は、モータ制御回路２６からの３相の制御信号を増幅して、図９で示した３相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを生成する。３相電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷは、図７で説明した第１〜第３のコイル２０にそれぞれ印加される。よって、この電流Ｉ１によってインペラ１０に回転磁界が印加される。この電流Ｉ１は、図１３の電流Ｉ０よりも大きい電流であり、インペラ１０のシュラウド１１が血液室７の内壁に接触している場合でもインペラ１０を回転起動させることが可能な電流である。回転起動が確認された後、コイル電流Iを低下させ、予め定められた定格値まで徐々に上昇させる。このようにインペラ１０が位置ＰＡ側にあった場合でも、インペラ１０の回転起動時のみにコイル２０に過大電流を流すように構成してもよい。
【００９０】
また、血液室７の内壁の表面および隔壁６の表面と、インペラ１０の表面との少なくとも一方にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を形成してもよい。これにより、インペラ１０と血液室７の内壁および隔壁６との摩擦力を軽減し、インペラをスムーズに回転起動することが可能になる。また、ダイヤモンドライクカーボン膜以外に、フッ素系樹脂膜、パラキシリレン系樹脂膜などを形成してもよい。
【００９１】
また、図１６は、この実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図であって、図３と対比される図である。図１６において、この変更例では、対向する永久磁石１５，１６の対向面のサイズが異なる。図３では、永久磁石１５，１６の対向面のサイズが同じである場合が示されているが、永久磁石１５，１６の対向面のサイズを異ならせることにより、両者間の距離によって変化する吸引力の変化量、すなわち負の剛性を小さく抑えることができ、インペラ１０の支持剛性の低下を防ぐことができる。
【００９２】
また、図１７は、この実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図であって、図１６と対比される図である。図１７において、この変更例では、各磁性体１８の永久磁石１７に対向する先端面に磁性体３５が設けられる。この磁性体３５の永久磁石１７に対向する表面の面積は磁性体１８の先端面の面積よりも大きい。この変更例では、永久磁石１７に対する磁性体１８，３５の吸引力を大きくすることができ、インペラ１０の回転駆動におけるエネルギ効率を高めることができる。
【００９３】
また、図１８は、この実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図であって、図８と対比される図である。図１８において、この変更例では、磁性体１８の内周面から外周面にかけて切り欠き部４０が形成されている。すなわち、磁性鋼板１８ａは、中心線Ｌ１の周りに複数回巻回されて同心状に配置された複数の筒部材を構成している。切り欠き部４０は、中心線Ｌ１の一方側（図１８では右側）において複数の筒部材の各々を中心線Ｌ１と平行な方向に切断している。この変更例では、切り欠き部４０を設けたので、磁性体１８の鉄損を軽減することができる。
【００９４】
また、図１９は、この実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図であって、図８と対比される図である。図１９において、この変更例では、磁性体１８では、軟磁性体である棒状の磁性体４１が芯材として使用される。磁性鋼板１８ａは、磁性体４１の周りに複数回巻回されている。磁性鋼板１８ａの一方端を磁性体４１に溶接し、磁性鋼板１８ａの他方端を磁性鋼板１８ａ自体に溶接することにより、磁性鋼板１８ａを所定形状に固定することができる。また、磁性体４１および磁性鋼板１８ａ全体を樹脂に含浸させ、樹脂を硬化させて所定の形状に固定してもよい。
【００９５】
また、図２０は、この実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。図２０において、この変更例では、各磁性体１８は、磁性体４１、磁性鋼板１８ａ、および磁性体４２を含む。棒状の磁性体４１の長さは、磁性鋼板１８ａの幅よりも長い。磁性鋼板１８ａは磁性体４１の中央部に巻回されており、磁性体４１の両端部は、円柱状に巻回された磁性鋼板１８ａから突出している。磁性体４２は、扇型に形成されており、その中央部には孔４２ａが形成されている。磁性体４１の一方端部（図２０では上端部）は磁性体４２の孔４２ａに挿嵌される。
【００９６】
円板状の磁性体１９には、各磁性体１８に対応して設けられた孔１９ａが形成されている。磁性体４１の他方端部（図２０では下端部）は磁性体１９の孔１９ａに挿嵌される。磁性体４２は、隔壁６側に配置される。磁性体４２は、扇の中心を隔壁６の中心側に向けて配置される。磁性体４１は、孔４２ａ，１９ａの各々に接着、圧入、あるいは焼きばめによって固定される。この変更例では、位置決め治具等を用いることなく、磁性体１８の組立、磁性体１９への固定を容易に行なうことができ、作業性が良好となる。
【００９７】
また、磁性体１８と同様に、帯状の磁性鋼板を中心線の周りに複数回巻回して磁性体１９を形成してもよい。
【００９８】
[実施の形態２]
図２１（ａ）は、この発明の実施の形態２によるアキシアルギャップ型モータのロータ５１を隔壁５０側から見た下面図であり、図２１（ｂ）はアキシアルギャップ型モータの要部を示す正面図である。
【００９９】
図２１（ａ）（ｂ）において、このアキシアルギャップ型モータは、実施の形態１の遠心式血液ポンプ装置のポンプ部１と同様の構成であり、円形の隔壁５０で仕切られた第１および第２の室（図示せず）を備える。第１の室内には、隔壁５０に沿って回転可能に設けられた円環状のロータ５１が設けられ、第２の室内には、隔壁５０を介してロータ５１を回転駆動させるステータ６０が設けられている。
【０１００】
ロータ５１は、非磁性材料で形成された円環状の支持部材５２と、支持部材５２に固定された複数（たとえば８個）の永久磁石５３とを含む。複数の永久磁石５３は、ロータ５１の回転方向に互いに隙間を開けて配列されている。各永久磁石５３は、ロータ５１の回転中心軸の延在方向に着磁されている。隣接する２つの永久磁石５３の磁極は互いに異なる。ステータ６０は、複数の永久磁石５３に対向して配置された複数（たとえば６個）の磁性体６１と、それぞれ複数の磁性体６１に巻回され、回転磁界を生成するための複数のコイル６２とを含む。複数の磁性体６１は、円板状の磁性体６３に固定されている。複数のコイル６２に１２０度通電方式で電圧を印加することにより、ロータ５１を回転させることができる。
【０１０１】
本実施の形態２では図２２に示すように、各磁性体６１は、実施の形態１の磁性体１８と同様に、帯状の磁性鋼板６１ａを隔壁５０に垂直な中心線の周りに複数回巻回することによって構成されている。また、円板状の継鉄６３は、実施の形態１の磁性体１８と同様に、帯状の磁性鋼板６３ａを隔壁５０に垂直な中心線Ｌ２の周りに複数回巻回することによって構成されている。
【０１０２】
磁性鋼板６１ａは、無方向性または方向性の磁気特性を持つ電磁鋼板であってもよいし、アモルファス金属またはアモルファス合金で形成されていてもよい。また、磁性鋼板６１ａの巻き終わりの端部を磁性鋼板６１ａ自体に溶接することによって磁性鋼板６１ａを所定の形状に固定してもよいし、磁性鋼板６１ａ全体を樹脂に含浸させ、樹脂を硬化させて所定の形状に固定してもよい。磁性鋼板６３ａも、磁性鋼板６１ａと同様である。この実施の形態２でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
【０１０３】
[実施の形態３]
図２３は、この発明の実施の形態３によるラジアルギャップ型モータの要部を示す平面図である。
【０１０４】
図２３において、このラジアルギャップ型モータは、図２１のアキシアルギャップ型モータと同様の構成であり、円筒形の隔壁７０で仕切られた第１および第２の室（図示せず）を備える。隔壁７０の内側の第１の室内には、隔壁７０に沿って回転可能に設けられた円筒状のロータ７１が設けられ、隔壁７０の外側の第２の室内には、隔壁７０を介してロータ７１を回転駆動させるステータ８０が設けられている。
【０１０５】
ロータ７１は、非磁性材料で形成された円筒状の支持部材（図示せず）と、支持部材に固定された複数（たとえば８個）の永久磁石７２とを含む。複数の永久磁石７２は、ロータ７１の回転方向に互いに隙間を開けて配列されている。各永久磁石７２は、ロータ７１の回転方向と直交する方向（径方向）に着磁されている。隣接する２つの永久磁石７２の磁極は互いに異なる。ステータ８０は、複数の永久磁石７２に対向して配置された複数（たとえば９個）の磁性体８１と、それぞれ複数の磁性体８１に巻回され、回転磁界を生成するための複数のコイル８２とを含む。複数の磁性体８１は、円筒状の磁性体８３の内周面に固定されている。複数のコイル８２に１２０度通電方式で電圧を印加することにより、ロータ７１を回転させることができる。
【０１０６】
本実施の形態３では、各磁性体８１は、実施の形態１の磁性体１８と同様に、帯状の磁性鋼板を隔壁５０に垂直な中心線の周りに複数回巻回することによって構成されている。また、円筒状の磁性体８３は、図２４に示すように、帯状の磁性鋼板８３ａを隔壁７０の中心線Ｌ３の周りに複数回巻回することによって構成されている。
【０１０７】
磁性鋼板８３ａは、無方向性または方向性の磁気特性を持つ電磁鋼板であってもよいし、アモルファス金属またはアモルファス合金で形成されていてもよい。また、磁性鋼板８３ａの巻き終わりの端部を磁性鋼板８３ａ自体に溶接することによって磁性鋼板８３ａを円筒状に固定してもよいし、磁性鋼板８３ａ全体を樹脂に含浸させ、樹脂を硬化させて円筒状に固定してもよい。この実施の形態３でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
【０１０８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０９】
１  ポンプ部、２  ハウジング、３  本体部、４  血液流入ポート、５  血液流出ポート、６，５０，７０  隔壁、７  血液室、８  モータ室、１０  インペラ、１０ａ  貫通孔、１１，１２  シュラウド、１３  ベーン、１４  血液通路、１５〜１７，５３，７２  永久磁石、１８，１９，２８，３０，３５，４１，４２，６１，６３，８１，８３  磁性体、１８ａ，６１ａ，６３ａ，８３ａ  磁性鋼板、２０，６２，８２  コイル、２１，２２  動圧溝、２５，４２  コントローラ、２６，４３  モータ制御回路、２７，３０，３１  パワーアンプ、３２  切換スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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