(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
血液流入ポートおよび血液流出ポートを有するハウジングと、該ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、該インペラの位置を制御するための非制御式磁気軸受と、該インペラの位置を検出するための位置センサおよび電磁石を含む制御式磁気軸受と、前記制御式磁気軸受を駆動するための制御装置を備え、
前記非制御式磁気軸受および前記制御式磁気軸受の作用により前記インペラが前記ハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する磁気浮上型遠心式ポンプ装置において、
前記制御装置は、前記磁気浮上型遠心式ポンプ装置の起動時において前記位置センサのオフセットおよびゲインが調整されたときに測定した前記インペラの非浮上時の前記位置センサ出力と、前記調整後に前記インペラが交換された場合において測定した前記インペラの非浮上時の前記位置センサ出力との差を算出し、前記算出した差に基づいて前記位置センサからの出力を調整する自動中立位置設定回路を含むことを特徴とする、磁気浮上型遠心式ポンプ装置。
【請求項２】
前記自動中立位置設定回路は、
前記位置センサ出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記Ａ／Ｄ変換手段出力と前記磁気浮上型遠心式ポンプ装置の起動時において前記位置センサのオフセットおよびゲインが調整されたときに測定した前記インペラの非浮上時の前記位置センサ出力との差を演算する演算手段と、
前記演算手段の出力信号をアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換手段とを含む、請求項１の磁気浮上型遠心式ポンプ装置。
【請求項３】
前記自動中立位置設定回路は、前記演算手段によって演算された差をラッチするためのラッチ手段を含む、請求項２の磁気浮上型遠心式ポンプ装置。
【請求項４】
さらに、前記自動中立位置設定回路での測定中において、前記制御式磁気軸受の電磁石への通電を制御するために、前記自動中立位置設定回路からの信号によってオン，オフが制御されるスイッチを含む、請求項１の磁気浮上型遠心式ポンプ装置。
【請求項５】
さらに、前記スイッチを制御するために前記自動中立位置設定回路から出力される信号をラッチするためのフリップフロップを含む、請求項４の磁気浮上型遠心式ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は磁気浮上型遠心式ポンプ装置に関し、特に、血液ポンプのような医療機器や人工心肺および人工心臓に用いられるような磁気浮上型遠心式ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は磁気浮上型遠心式血液ポンプの断面構造を示す図である。図３に示す血液ポンプは、大きく分けて磁気軸受１とケーシング２とインペラ３とモータ４との４つの部分で構成されており、血液はインペラ３の回転に伴って磁気軸受１の中央の吸込口５から流入し、ケーシング２内でポンピングされ、吐出口６から排出される。
【０００３】
インペラ３は図４に示すように羽根車７を挟んで円周状で等間隔に配置された永久磁石８とその反対側に設けられた強磁性体の円盤９とから構成されている。インペラ３は内部の永久磁石８とこれに対向して配置された永久磁石１０からの吸引力、またはそれと反対のインペラ３の強磁性体からなる円盤９と複数個からなる磁気軸受１との吸引力の釣合いによってケーシング２内で浮上する。このとき、インペラ３は磁気軸受１によって能動制御される。また、半径方向制御および回転駆動は永久磁石８と１０で構成される磁気カップリングによって行なわれる。磁気軸受１は電磁石１１とセンサ１２とによって構成されており、センサ１２の出力を演算し、各電磁石１１の電流が制御される。
【０００４】
図５は磁気軸受１の動作を説明するために、θx ・θy の２軸の動きを考慮しない、ｚ軸のみの動作およびその制御を表現した１軸分の磁気軸受制御装置を示す図である。図５において、制御回路１６の動作時にインペラ３はセンサ１２によって位置が測定され、センサアンプ１８と制御回路１６とアンプ１７を介して信号が電磁石１１に流れ、電流が制御される。このように、インペラ３は電磁石１１の吸引力と磁気カップリングでの吸引力との釣合いによってケーシング２内の所定の位置で浮上制御される。その所定の位置はケーシング２中央（インペラ３両端面隙間Ａ＝Ｂ）になるように事前にセンサアンプ１８の調整による中立位置設定作業で決定されている。
【０００５】
図６〜図８は中立位置設定作業を説明するための図である。中立位置設定作業では、前準備として、図６に示すようにインペラ３に外力が加わらないように図５で示したモータ４を取外しておき、また電磁石１１には通電しないようにされる。センサアンプ１８ではインペラ３の移動における方向と量が、中立位置からのセンサアンプ１８出力の極性と電圧で示される。そのため、まずインペラ３が中立位置になるように中立位置のときの端面隙間Ａと同じ厚さＡのスペーサ２３を磁気軸受１とインペラ３の間に配置し、このときのセンサアンプ１８の出力が０［ｖ］に設定され、オフセットが調整される。
【０００６】
次に、図７に示すように、移動量に対する出力ゲインを設定するため、スペーサ２３を除き、磁気軸受１とインペラ３を密着させ、そのときの出力を予め決めた電圧Ｘ［ｖ］に設定し、センサゲインの調整が行なわれる。その結果、図８に示すように、調整のために取外したモータ４を再度ケーシング２に取付けると、電磁石１１が非制御状態の場合には、インペラ３は磁気カップリングの吸引力で磁気カップリング側ケーシング端面に密着することとなり、センサアンプ１８の出力はインペラ３が中立位置から反対側で同じ距離Ａであるたため、−Ｘ［ｖ］が出力されることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、図４に示したようにインペラ３内で使用している強磁性体の円盤９の個体差によってインペラ交換時にセンサオフセット調整が必要となる。その結果、インペラ３が消耗品となる開心術用の血液ポンプでは、インペラ３の交換時には前述の中立位置設定作業を毎回行なう必要が発生し、交換作業の手間と設定作業の熟練さが必要とされる。
【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、インペラおよびケーシング交換時の設定作業を省き、交換作業の迅速化，簡便化を図ることのできるように磁気浮上型遠心式ポンプ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、血液流入ポートおよび血液流出ポートを有するハウジングと、ハウジング内で回転し、回転時の遠心力によって血液を送液するインペラを有する遠心式血液ポンプと、インペラの位置を制御するための非制御式磁気軸受と、インペラの位置を検出するための位置センサおよび電磁石を含む制御式磁気軸受と、制御式磁気軸受を駆動するための制御装置を備え、非制御式磁気軸受および制御式磁気軸受の作用によりインペラがハウジング内の所定位置に保持された状態で回転する磁気浮上型遠心式ポンプ装置において、制御装置は、磁気浮上型遠心式ポンプ装置の起動時において位置センサのオフセットおよびゲインが調整されたときに測定したインペラの非浮上時の位置センサ出力と、調整後にインペラが交換された場合において測定したインペラの非浮上時の位置センサ出力との差を算出し、算出した差に基づいて位置センサからの出力を調整する自動中立位置設定回路を備えて構成される。
【００１０】
請求項２に係る発明では、請求項１の自動中立位置設定回路は、センサ出力をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と磁気浮上型遠心式ポンプ装置の起動時において位置センサのオフセットおよびゲインが調整されたときに測定したインペラの非浮上時の位置センサ出力との差を演算する演算手段と、演算手段の出力信号をアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換手段とを含む。
【００１１】
請求項３に係る発明では、請求項２の自動中立位置設定回路は、演算された差をラッチするためのラッチ手段を含む。
【００１２】
請求項４に係る発明では、さらに自動中立位置設定回路での測定中において制御式磁気軸受の電磁石への通電を制御するために、自動中立位置設定回路からの信号によってオン，オフが制御されるスイッチを含む。
【００１３】
請求項５に係る発明では、請求項４のスイッチを制御するために自動中立位置設定回路から出力される信号をラッチするためのフリップフロップを含む。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態を示す図である。この図１に示した実施形態では、前述の図５に示した制御回路１６とセンサアンプ１８との間に自動中立位置設定回路２０が設けられ、制御回路１６とアンプ１７との間にスイッチ１９が設けられる。自動中立位置設定回路２０は制御式磁気軸受の起動時にインペラ３の非浮上時のセンサ出力を測定し、予め定める設定値からの差をセンサ出力と比較演算してセンサ出力を調整するために設けられる。
【００１５】
図２は図１に示した自動中立位置設定回路２０の具体的なブロック図である。自動中立位置設定回路２０は図２に示すように、ＣＰＵ２０１とＡ／Ｄ変換器２０２と、Ｄ／Ａ変換器２０３と、フリップフロップ２０４，２０５とによって構成される。センサアンプ１８の出力はＡ／Ｄ変換器２０２に与えられてディジタル信号化されてＣＰＵ２０１に取込まれる。ＣＰＵ２０１はセンサ出力を演算し、その演算結果をＤ／Ａ変換器２０３に与えてアナログ信号化され、もとのセンサアンプ１８の出力から減算される。また、図１に示した制御回路１６とアンプ１７との間に接続されたスイッチは、ＣＰＵ２０１からフリップフロップ２０５を介して与えられるラッチ信号によってオン，オフされ、制御回路１６からアンプ１７への信号の接続，非接続が選択される。
【００１６】
次に、この発明の一実施形態の具体的な動作について説明する。この発明は装置立上げ時には、一度従来の方法によって中立位置設定（オフセット，ゲイン調整）を行ない、２回目以降のインペラとケーシング交換時から採用されることを前提としている。前述の図８に示したように、電磁石１１の非導通時にはインペラ３は永久磁石１０と８とで構成される磁気カップリングの吸引力によってモータ側ケーシング端面に密着している。この場合、センサアンプ１８の出力は−Ｘ［ｖ］が指示されている必要がある。しかし、インペラ３の個体差によっては２回目以降の交換によって使用されたインペラ３を用いた場合では−Ｘ＋Δｘ［ｖ］が出力される場合があり、この設定状態では中立位置もΔｘ［ｖ］分ずれることになる。そこで、センサアンプ１８の出力を図２に示した中立位置設定回路２０に入力する。
【００１７】
センサアンプ１８の出力はＡ／Ｄ変換器２０２によってディジタル信号化され、ＣＰＵ２０１には本来の値である−Ｘ［ｖ］との差Δｘ［ｖ］が求められる。さらに、Ｄ／Ａ変換器２０３によってＣＰＵ２０１の出力がアナログ信号化され、センサアンプ１８の出力である−Ｘ＋Δｘ［ｖ］からΔｘ［ｖ］が減算される。これにより、センサアンプ１８の出力を−Ｘ［ｖ］とすることができ、制御回路１６へ与えられるセンサアンプ１８の出力信号のずれΔｘ［ｖ］を除去できる。その結果、インペラの個体差があっても本来の中立位置を得ることができる。
【００１８】
一方、このようにして測定して得られたΔｘ［ｖ］は装置の起動時に設定され、それ以降装置が駆動している間中、値を保持する必要がある。そのために、Ｄ／Ａ変換器２０３のアナログ信号出力を保持するために、ＣＰＵ２０１からＤ／Ａ変換器２０３のラッチ回路にラッチ信号が送られる。しかし、ポンプ運転中にノイズなどの影響によってＣＰＵ２０１が暴走した場合、ラッチ信号が補償されず、ポンプの正常動作が不可能となる。そこで、ＣＰＵ２０１によるＤ／Ａ変換器２０３の直接的なラッチを行なわず、フリップフロップ回路２０４を介したラッチ回路を構成する。これにより、中立位置設定後にＣＰＵ２０１が暴走してもフリップフロップ回路２０４がリセットされない限りＤ／Ａ変換器２０３のラッチ信号は継続され、アナログ信号出力は補償される。また、制御回路１６からアンプ１７への信号を接続，非接続するスイッチ１９へのＣＰＵ２０１回路からの信号をラッチするためのフリップフロップ回路２０５についてもその作用は同様である。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、制御式磁気軸受の起動時にインペラの非浮上時のセンサ出力を測定し、予め定める設定値からの差をセンサ出力と比較演算してセンサ出力を調整するようにしたので、インペラおよびケーシング交換時の設定作業を省き、交換作業の迅速化，簡便化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示した自動中立位置設定回路の具体的なブロック図である。
【図３】磁気浮上型遠心式血液ポンプの断面構造を示す図である。
【図４】図３に示したインペラを示す図である。
【図５】図３に示した磁気軸受の動作を説明するために、θｘ・θy ２軸の動きを考慮しない、ｚ軸のみの動作およびその制御を表現した１軸分の磁気軸受制御装置を示す図である。
【図６】インペラが中立位置になるように調整する方法を説明するための図である。
【図７】センサゲインの調整を説明するための図である。
【図８】オフセット調整した後、センサアンプからセンサ出力−Ｘ［ｖ］を出力する状態を示す図である。
【符号の説明】
１  磁気軸受
２  ケーシング
３  インペラ
４  モータ
５  吸込口
６  吐出口
７  羽根車
８，１０  永久磁石
１１  電磁石
１２  センサ
１６  制御回路
１７  アンプ
１８  センサアンプ
１９  スイッチ
２０  自動中立位置設定回路
２０１  ＣＰＵ
２０２  Ａ／Ｄ変換器
２０３  Ｄ／Ａ変換器
２０４，２０５  フリップフロップ回路
【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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