特許 5969979 回転駆動装置およびそれを用いた遠心式ポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5969979

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】回転駆動装置およびそれを用いた遠心式ポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/30 20160101AFI20160804BHJP

   H02K 5/22 20060101ALI20160804BHJP

   H02K 21/24 20060101ALI20160804BHJP

   H02K 1/27 20060101ALI20160804BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20160804BHJP

   A61M 1/10 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   H02K11/30

   H02K5/22

   H02K21/24 M

   H02K1/27 503

   H02K7/14 B

   A61M1/10

【請求項の数】26

【全頁数】35

(21)【出願番号】特願2013-507344(P2013-507344)

(86)(22)【出願日】2012年3月12日

(86)【国際出願番号】JP2012056244

(87)【国際公開番号】WO2012132850

(87)【国際公開日】20121004

【審査請求日】2015年2月27日

(31)【優先権主張番号】特願2011-70286(P2011-70286)

(32)【優先日】2011年3月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】501356215

【氏名又は名称】ソーラテック コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 孝美

(72)【発明者】

【氏名】山田 裕之

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 顕

(72)【発明者】

【氏名】森 武寿

(72)【発明者】

【氏名】坪内 猛

【審査官】 安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１６６４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０１３４８３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １１／３０

Ａ６１Ｍ １／１０

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ ５／２２

Ｈ０２Ｋ ７／１４

Ｈ０２Ｋ ２１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転可能に設けられたロータと、
前記ロータを回転駆動させる駆動部とを備え、
前記駆動部は、
前記ロータに対向して設けられた複数の第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、
外部から駆動電圧を受けるコネクタと、
前記複数のコイルおよび前記コネクタに接続されたフレキシブル基板とを含み、
前記フレキシブル基板には、外部から前記コネクタを介して与えられた前記駆動電圧を前記複数のコイルに供給するための配線パターンが形成されており、
前記フレキシブル基板は帯状に形成されたものであり、
前記フレキシブル基板の少なくとも一部は、前記複数のコイルの外周を囲むように配置されており、
前記フレキシブル基板には、前記複数のコイルを接続するための複数の電極が形成されている、回転駆動装置。

【請求項2】

前記ロータには、複数の第１の永久磁石が設けられ、
各第１の永久磁石は、前記ロータの回転方向と直交する方向に着磁され、
前記複数の第１の永久磁石のうちの隣接するもの同士の磁極は互いに反対であり、
前記複数の第１の磁性体は、前記複数の第１の永久磁石に対向して配置されている、請求項１に記載の回転駆動装置。

【請求項3】

前記ロータには、さらに、複数の第２の永久磁石が設けられ、
前記複数の第２の永久磁石は、それぞれ前記複数の第１の永久磁石の複数の間に挿入され、
各第２の永久磁石は前記ロータの回転方向に着磁され、
各第２の永久磁石の第１の端部にある第１の磁極は、隣接する２つの第１の永久磁石のうちの前記ロータ側に第１の磁極が向けられた第１の永久磁石側に向けられ、
各第２の永久磁石の第２の端部にある第２の磁極は、隣接する２つの第１の永久磁石のうちの前記ロータ側に第２の磁極が向けられた第１の永久磁石側に向けられている、請求項２に記載の回転駆動装置。

【請求項4】

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、
前記複数の第１の磁性体は前記ロータの回転方向に配列されている、請求項１に記載の回転駆動装置。

【請求項5】

前記フレキシブル基板の少なくとも一部は、前記複数のコイルの外周を囲むように円筒状に配置されて、前記フレキシブル基板の内周面と前記複数のコイルの外周面との間に複数の空隙が形成され、
前記複数の電極は、前記複数の空隙に位置するように前記フレキシブル基板に分散配置されている、請求項１に記載の回転駆動装置。

【請求項6】

帯状の前記フレキシブル基板の幅方向の一方側または両側には複数の折り曲げ部が形成され、
前記複数の折り曲げ部は、前記複数の空隙に位置するように前記フレキシブル基板の長さ方向に分散配置され、各折り曲げ部は対応の空隙内に折り曲げられ、
前記複数の電極は前記複数の折り曲げ部に形成されている、請求項５に記載の回転駆動装置。

【請求項7】

前記複数の電極は、前記フレキシブル基板の長さ方向に配列され、
各電極は、前記フレキシブル基板の幅方向の略中央部に設けられている、請求項１に記載の回転駆動装置。

【請求項8】

前記フレキシブル基板の少なくとも一部は、前記複数のコイルの外周に沿うように波状に配置されて、前記フレキシブル基板の外周に複数の凹部が形成され、
帯状の前記フレキシブル基板の幅方向の一方側または両側には複数の折り曲げ部が形成され、
前記複数の折り曲げ部は、前記複数の凹部に位置するように前記フレキシブル基板の長さ方向に分散配置され、各折り曲げ部は対応の凹部内に折り曲げられ、
前記複数の電極は前記複数の折り曲げ部に分散配置されている、請求項１に記載の回転駆動装置。

【請求項9】

前記フレキシブル基板の少なくとも一部は、前記複数のコイルの外周に沿うように波状に配置されて、前記フレキシブル基板の外周に複数の凹部が形成され、
前記複数の電極は、前記複数の凹部に位置するように前記フレキシブル基板の長さ方向に分散配置されている、請求項１に記載の回転駆動装置。

【請求項10】

前記フレキシブル基板の長さは、前記駆動部の外周の長さの１．２５倍以上である、請求項１に記載の回転駆動装置。

【請求項11】

前記駆動部は、さらに、前記複数の第１の磁性体を介して前記ロータに対向して設けられ、前記複数の第１の磁性体と結合された円板状の第２の磁性体を含み、
前記複数のコイルは前記第２の磁性体の外周に沿って前記第２の磁性体の表面に配置されている、請求項１に記載の回転駆動装置。

【請求項12】

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、
前記複数の第１の磁性体は前記ロータの回転方向に配列されている、請求項１に記載の回転駆動装置。

【請求項13】

前記フレキシブル基板は帯状に形成され、
前記フレキシブル基板の少なくとも一部は、前記複数のコイルに沿って環状に配置され、
前記フレキシブル基板には、前記複数のコイルを接続するための複数の電極が形成されている、請求項１２に記載の回転駆動装置。

【請求項14】

前記駆動部は、さらに、前記複数の第１の磁性体を介して前記ロータに対向して設けられ、前記複数の第１の磁性体と結合された円筒状の第２の磁性体を含む、請求項１２に記載の回転駆動装置。

【請求項15】

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を備え、
前記ロータは前記第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、
前記駆動部は前記第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、請求項１に記載の回転駆動装置。

【請求項16】

請求項１５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17】

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、
前記インペラに設けられ、前記駆動部によって吸引される複数の第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配置された複数の磁性体と、
それぞれ前記複数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、
前記ハウジングに固定され、外部から駆動電圧を受けるコネクタと、
前記複数のコイルおよび前記コネクタに接続されたフレキシブル基板とを含み、
前記フレキシブル基板は帯状に形成されたものであり、
前記フレキシブル基板の少なくとも一部は、前記複数のコイルの外周を囲むように配置されており、
前記フレキシブル基板には、前記複数のコイルを接続するための複数の電極が形成されている、遠心式ポンプ装置。

【請求項18】

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１７に記載の遠心式ポンプ装置。

【請求項19】

前記インペラの一方面に設けられた第２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２の永久磁石を吸引する第３の永久磁石と、
前記インペラの回転中において、前記第２および第３の永久磁石間の第１の吸引力と前記複数の第１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う、請求項１７に記載の遠心式ポンプ装置。

【請求項20】

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、請求項１７に記載の遠心式ポンプ装置。

【請求項21】

前記フレキシブル基板の少なくとも一部は、前記複数のコイルの外周を囲むように円筒状に配置されて、前記フレキシブル基板の内周面と前記複数のコイルの外周面との間に複数の空隙が形成され、
前記複数の電極は、前記複数の空隙に位置するように前記フレキシブル基板に分散配置されている、請求項１７に記載の遠心式ポンプ装置。

【請求項22】

帯状の前記フレキシブル基板の幅方向の一方側または両側には複数の折り曲げ部が形成され、
前記複数の折り曲げ部は、前記複数の空隙に位置するように前記フレキシブル基板の長さ方向に分散配置され、各折り曲げ部は対応の空隙内に折り曲げられ、
前記複数の電極は前記複数の折り曲げ部に形成されている、請求項２１に記載の遠心式ポンプ装置。

【請求項23】

前記複数の電極は、前記フレキシブル基板の長さ方向に配列され、
各電極は、前記フレキシブル基板の幅方向の略中央部に設けられている、請求項１７に記載の遠心式ポンプ装置。

【請求項24】

前記フレキシブル基板の少なくとも一部は、前記複数のコイルの外周に沿うように波状に配置されて、前記フレキシブル基板の外周に複数の凹部が形成され、
帯状の前記フレキシブル基板の幅方向の一方側または両側には複数の折り曲げ部が形成され、
前記複数の折り曲げ部は、前記複数の凹部に位置するように前記フレキシブル基板の長さ方向に分散配置され、各折り曲げ部は対応の凹部内に折り曲げられ、
前記複数の電極は前記複数の折り曲げ部に分散配置されている、請求項１７に記載の遠心式ポンプ装置。

【請求項25】

前記フレキシブル基板の少なくとも一部は、前記複数のコイルの外周に沿うように波状に配置されて、前記フレキシブル基板の外周に複数の凹部が形成され、
前記複数の電極は、前記複数の凹部に位置するように前記フレキシブル基板の長さ方向に分散配置されている、請求項１７に記載の遠心式ポンプ装置。

【請求項26】

前記フレキシブル基板の長さは、前記駆動部の外周の長さの１．２５倍以上である、請求項１７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、粉塵を嫌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】

特開平２００４−２０９２４０号公報（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、特開平２００６−１６７１７３号公報（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、特開平４−９１３９６号公報（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、実開平６−５３７９０号公報（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】特開平２００４−２０９２４０号公報

【特許文献2】特開平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、装置のさらなる小型化、薄型化が要求される条件の下では、駆動部において配線用のスペースを確保するのが難しいという課題がある。特に、小型ポンプ用モータの場合、寸法の制約などにより設計自由度が低く、構造上生成されたモータコイル間の空隙部で配線同士を半田で接合すると、作業効率が悪く、組立て作業性、生産性、信頼性が低いという問題があった。

【0009】

それゆえに、この発明の主たる目的は、組立て作業性、生産性、信頼性が高い小型の回転駆動装置および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】

【0010】

この発明に係る回転駆動装置は、回転可能に設けられたロータと、ロータを回転駆動させる駆動部とを備えたものである。駆動部は、ロータに対向して設けられた複数の第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、外部から駆動電圧を受けるコネクタと、複数のコイルおよびコネクタに接続されたフレキシブル基板とを含む。フレキシブル基板には、外部からコネクタを介して与えられた駆動電圧を複数のコイルに供給するための配線パターンが形成されている。

【0011】

好ましくは、ロータには、複数の第１の永久磁石が設けられ、各第１の永久磁石は、ロータの回転方向と直交する方向に着磁され、各隣接する２つの第１の永久磁石の磁極は互いに異なり、複数の第１の磁性体は、複数の第１の永久磁石に対向して配置されている。

【0012】

また好ましくは、ロータには、さらに、複数の第２の永久磁石が設けられ、複数の第２の永久磁石は、それぞれ複数の第１の永久磁石の複数の間に挿入され、各第２の永久磁石はロータの回転方向に着磁されている。各第２の永久磁石の第１の磁極は、隣接する２つの第１の永久磁石のうちのロータ側に第１の磁極が向けられた第１の永久磁石側に向けられ、各第２の永久磁石の第２の磁極は、隣接する２つの第１の永久磁石のうちのロータ側に第２の磁極が向けられた第１の永久磁石側に向けられている。

【0013】

また好ましくは、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、複数の第１の磁性体はロータの回転方向に配列されている。

【0014】

また好ましくは、フレキシブル基板は帯状に形成され、フレキシブル基板の少なくとも一部は、複数のコイルの外周を囲むように配置され、フレキシブル基板には、複数のコイルを接続するための複数の電極が形成されている。

【0015】

また好ましくは、フレキシブル基板の少なくとも一部は、複数のコイルの外周を囲むように円筒状に配置されて、フレキシブル基板の内周面と複数のコイルの外周面との間に複数の空隙が形成され、複数の電極は、複数の空隙に位置するようにフレキシブル基板に分散配置されている。

【0016】

また好ましくは、帯状のフレキシブル基板の幅方向の一方側または両側には複数の折り曲げ部が形成され、複数の折り曲げ部は、複数の空隙に位置するようにフレキシブル基板の長さ方向に分散配置され、各折り曲げ部は対応の空隙内に折り曲げられ、複数の電極は複数の折り曲げ部に形成されている。

【0017】

また好ましくは、複数の電極は、フレキシブル基板の長さ方向に配列され、各電極は、フレキシブル基板の幅方向の略中央部に設けられている。

【0018】

また好ましくは、フレキシブル基板の少なくとも一部は、複数のコイルの外周に沿うように波状に配置されて、フレキシブル基板の外周に複数の凹部が形成される。帯状のフレキシブル基板の幅方向の一方側または両側には複数の折り曲げ部が形成され、複数の折り曲げ部は、複数の凹部に位置するようにフレキシブル基板の長さ方向に分散配置され、各折り曲げ部は対応の凹部内に折り曲げられ、複数の電極は複数の折り曲げ部に分散配置されている。

【0019】

また好ましくは、フレキシブル基板の少なくとも一部は、複数のコイルの外周に沿うように波状に配置されて、フレキシブル基板の外周に複数の凹部が形成される。複数の電極は、複数の凹部に位置するようにフレキシブル基板の長さ方向に分散配置されている。

【0020】

また好ましくは、フレキシブル基板の長さは、駆動部の外周の長さの１．２５倍以上である。

【0021】

また好ましくは、駆動部は、さらに、複数の第１の磁性体を介してロータに対向して設けられ、複数の第１の磁性体と結合された円板状の第２の磁性体を含み、複数のコイルは第２の磁性体の外周に沿って第２の磁性体の表面に配置されている。

【0022】

また好ましくは、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、複数の第１の磁性体はロータの回転方向に配列されている。

【0023】

また好ましくは、フレキシブル基板は、円板状または円環状であり、駆動部の一方または両方の端面に配置されている。

【0024】

また好ましくは、フレキシブル基板は帯状に形成され、フレキシブル基板の少なくとも一部は複数のコイルに沿って環状に配置され、フレキシブル基板には複数のコイルを接続するための複数の電極が形成されている。

【0025】

また好ましくは、駆動部は、さらに、複数の第１の磁性体を介してロータに対向して設けられ、複数の第１の磁性体と結合された円筒状の第２の磁性体を含む。

【0026】

また好ましくは、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を備え、ロータは第１の室内において隔壁に沿って回転可能に設けられ、駆動部は第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。

【0027】

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。

【0028】

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、駆動部によって吸引される複数の第３の永久磁石とを備えたものである。駆動部は、複数の第３の永久磁石に対向して配置された複数の磁性体と、それぞれ複数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、ハウジングに固定され、外部から駆動電圧を受けるコネクタと、複数のコイルおよびコネクタに接続されたフレキシブル基板とを含む。フレキシブル基板には、外部からコネクタを介して与えられた駆動電圧を複数のコイルに供給するための配線パターンが形成されている。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。

【0029】

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】

【0030】

以上のように、この発明によれば、複数のコイルに駆動電圧を供給するための配線パターンが形成されたフレキシブル基板に複数のコイルとコネクタを接続するので、装置の組立て作業性、安全性、信頼性を向上させ、かつ小型化を図ることができる。また、装置寸法を小型に維持しながら、ロータを高速で回転させることができ、ロータの回転起動力を大きくすることができる。また、ロータ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、ロータ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。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【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に示した複数のコイルに印加する駆動電圧を例示するタイムチャートである。

【図9】図７に示した複数のコイルに駆動電圧を供給するためのフレキシブル基板の構成を示す図である。

【図10】図９に示したフレキシブル基板の折り曲げ部および電極を示す図である。

【図11】図８および図９に示したフレキシブル基板に駆動電圧を供給するためのコネクタを示す断面図である。

【図12】図１１に示したフレキシブル基板に形成された配線パターンを模式的に示す回路図である。

【図13】インペラに作用する力を示す図である。

【図14】インペラに作用する力を示す他の図である。

【図15】図１〜図１２で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16】図１５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17】実施の形態１の変更例を示すブロック図である。

【図18】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19】実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。

【図20】実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。

【図21】実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。

【図22】実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。

【図23】実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。

【図24】実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。

【図25】実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。

【図26】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。

【図27】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。

【図28】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。

【図29】実施の形態１のさらに他の変更例を示す断面図である。

【図30】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。

【図31】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。

【図32】実施の形態１のさらに他の変更例を示す回路図である。

【図33】この発明の実施の形態２による遠心式血液ポンプ装置のポンプ部の要部を示す断面図である。

【図34】実施の形態２の効果を説明するための図である。

【図35】実施の形態２の変更例を示す図である。

【図36】図３５に示した永久磁石１７に対する永久磁石５１の面積比率の最適範囲を示す図である。

【図37】この発明の実施の形態３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38】実施の形態３の変更例を示す図である。

【図39】実施の形態３の他の変更例を示す図である。

【図40】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41】実施の形態４の変更例を示す図である。

【図42】実施の形態４の他の変更例を示す図である。

【図43】実施の形態４のさらに他の変更例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

[実施の形態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１は、図１〜図７に示すように、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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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つの継鉄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。

【0041】

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。また、複数の磁性体１８は円柱形状でもよい。この場合、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。

【0042】

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１８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。

【0043】

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８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。

【0044】

ここで、駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを９個のコイル２０に供給する方法について説明する。本実施の形態１では、図９に示すように、継鉄１９の外周に沿って９個のコイル２０が継鉄１９の表面に配置されている。各コイル２０は、円筒状に巻回されている。９個のコイル２０の外周を囲むように、帯状のフレキシブル基板２３が設けられ、このフレキシブル基板２３に９個のコイル２０が接続される。駆動電圧ＶＵ，ＶＵ，ＶＷは、フレキシブル基板２３に形成された配線パターンを介して９個のコイル２０に供給される。したがって、各コイル２０とコントローラ（図１５参照）からの電源線とを半田付けなどで直接接続する場合に比べ、組立て作業性を簡単に行なうことが可能となる。

【0045】

また、図１０に示すように、円筒状に配置されたフレキシブル基板２３の内周面と９個の円筒状のコイル２０の外周面との間には、９個の三角柱状の空隙が形成される。換言すると、継鉄１９の表面の円形の外周と９個のコイル２０との隙間に略三角形の９個の領域Ａが現れる。帯状のフレキシブル基板２３の下端には、それぞれ９個の領域Ａに対応して３角形状の９個の折り曲げ部２３ａが形成されている。各折り曲げ部２３ａは、円筒状に湾曲されたフレキシブル基板２３の内周面に略垂直に内側に折り曲げられる。各折り曲げ部２３ａの表面には、２つの電極ＥＬが形成されている。フレキシブル基板２３は、９個の折り曲げ部２３ａをそれぞれ９個の領域Ａに配置するようにして、９個のコイル２０の周りに配置される。各コイル２０の２つの端子は、そのコイル２０に隣接する２つの電極にそれぞれ半田付けされる。したがって、空間を効率的に利用することができ、装置の小型化が可能となる。なお、絶縁対策として半田付け部分を樹脂などでポッティングしてもよい。

【0046】

また、図１１に示すように、ハウジング２の本体部３にコネクタ２４が固定されている。コネクタ２４は、モータ室８の壁を貫通する３本のピン２４ａ〜２４ｃを含む。３本のピン２４ａ〜２４ｃには、外部から３相の駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷが与えられる。３本のピン２４ａ〜２４ｃと９個のコイル２０とは、フレキシブル基板２３に形成された配線パターンによって接続される。これにより、径方向の配線用スペースを最小にすることができる。

【0047】

また、フレキシブル基板２３と９個のコイル２０の全部とを接続し、さらにフレキシブル基板２３の端部とコネクタ２４とを接続する必要があるので、フレキシブル基板２３の長さは、９個のコイル２０の外周を一周する分の長さの１．２５倍以上にすることが望ましい。これにより、駆動部をハウジング２に固定する際や、ハウジング２に固定されたコネクタ２４とフレキシブル基板２３とを接続する際に、フレキシブル基板２３に掛かるストレスを軽減することができ、信頼性を高めることができる。

【0048】

図１２は、フレキシブル基板２３に形成された配線パターンを模式的に示す図である。図１２において、各コイル２３の２つの端子はそれぞれ、そのコイル２３に隣接する２つの電極ＥＬに接続される。フレキシブル基板２３の表面には、４つの配線パターンＬ０〜Ｌ３と、３つの電源端子Ｔ１〜Ｔ３が形成されている。９個のコイル２０の一方端子が接続された９個の電極ＥＬは、配線パターンＬ０によって互いに接続される。配線パターンＬ０は、９個のコイル２０の中性点となる。

【0049】

また、９個のコイル２０は、３個ずつグループ化される。３個のグループの各々は、第１〜第３のコイル２０を含む。３個のグループの第１のコイル２０の他方端子が接続された３個の電極ＥＬは、配線パターンＬ１によって互いに接続されるとともに電源端子Ｔ１に接続される。電源端子Ｔ１はコネクタ２４のピン２４ａに接続され、ピン２４ａはコントローラ（図１５参照）からのＵ相電源線に接続される。コントローラは、Ｕ相電源線および配線パターンＬ１を介して各第１のコイル２０に駆動電圧ＶＵを与える。

【0050】

３個のグループの第２のコイル２０の他方端子が接続された３個の電極ＥＬは、配線パターンＬ２によって互いに接続されるとともに電源端子Ｔ２に接続される。電源端子Ｔ２はコネクタ２４のピン２４ｂに接続され、ピン２４ｂはコントローラ（図１５参照）からのＶ相電源線に接続される。コントローラは、Ｖ相電源線および配線パターンＬ２を介して各第２のコイル２０に駆動電圧ＶＶを与える。

【0051】

３個のグループの第３のコイル２０の他方端子が接続された３個の電極ＥＬは、配線パターンＬ３によって互いに接続されるとともに電源端子Ｔ３に接続される。電源端子Ｔ３はコネクタ２４のピン２４ｃに接続され、ピン２４ｃはコントローラ（図１５参照）からのＷ相電源線に接続される。コントローラは、Ｗ相電源線および配線パターンＬ３を介して各第３のコイル２０に電圧ＶＷを与える。なお、フレキシブル基板２３は、たとえば、ポリイミドフィルムと金属層で形成される。電極ＥＬ、配線パターンＬ０〜Ｌ３、および電源端子Ｔ１〜Ｔ３は、金属層で形成される。

【0052】

図３に戻って、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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

図１３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。

【0065】

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。

【0066】

図１３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。

【0067】

図１３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。

【0068】

これに対して図１４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。

【0069】

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１３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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

なお、図１３および図１４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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

特に、動圧溝２１，２２は、図３、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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

図１５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１５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８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。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。

【0088】

図１６（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１６（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。

【0089】

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。

【0090】

以上のように、この実施の形態１では、９個のコイル２０を囲むようにフレキシブル基板２３を設け、９個のコイル２０とコネクタ２４のピン２４ａ〜２４ｃとをフレキシブル基板２３で接続し、３相の駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷをフレキシブル基板２３の配線パターンＬ１〜Ｌ３を介して９個のコイル２０に供給する。したがって、９個のコイル２０と３相の電源線とを直接、半田付けする場合に比べ、装置を小型、薄型に維持したまま、組立て作業性、生産性、信頼性を高めることができる。また、９個のコイル２０とコネクタ２４とを１枚のフレキシブル基板２３のみで接続するので、部品点数の低減化、低コスト化を図ることができる。

【0091】

また、円筒状に配置したフレキシブル基板２３の内周面と９個の円筒状のコイル２０との９個の空隙に１８個の電極ＥＬを分散配置したので、空間を効率的に利用することができ、装置寸法の小型化が可能となる。また、屈曲、折り曲げ可能なフレキシブル基板２３を用いたので、駆動部の形状に合わせて配線パターンＬ０〜Ｌ３などを三次元的に実装することができる。

【0092】

また、図１７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１７において、この変更例では、図１５のパワーアンプ２７がパワーアンプ３２，３３および切換スイッチ３４で置換される。図１６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３２に与えられ、パワーアンプ３２の出力電圧が切換スイッチ３４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３３に与えられ、パワーアンプ３３の出力電圧が切換スイッチ３４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。

【0093】

また、図１８（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１８（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８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１６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。

【0094】

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。

【0095】

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３と対比される図である。図１９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。

【0096】

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断面図であって、図７と対比される図である。図２０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。

【0097】

また、図２１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１９と対比される図である。図２１において、この変更例では、継鉄１９が継鉄３６で置換され、磁性体１８が磁性体３７で置換される。継鉄３６および磁性体３７の各々は、インペラ１０の回転軸の長さ方向に積層された複数の鋼板を含む。この変更例では、継鉄３６および磁性体３７で発生する渦電流損失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。

【0098】

また、図２２に示すように、インペラ１０の回転方向に積層された複数の鋼板を含む磁性体３８で磁性体３７を置換してもよい。また、図２３に示すように、インペラ１０の径方向に積層された複数の鋼板を含む磁性体３９で磁性体３７を置換してもよい。これらの場合でも、図２１の変更例と同じ効果が得られる。

【0099】

また、図２４に示すように、各磁性体３８を円柱状に形成してもよい。また、図２５に示すように、各磁性体３９を円柱状に形成してもよい。これらの場合は、磁性体３８，３９にコイル２０を容易に巻回することができる。

【0100】

また、図２６に示すように、フレキシブル基板２３の継鉄１９側の端面と反対側（隔壁６側）の端面に折り曲げ部２３ａを設けてもよい。また図２７に示すように、フレキシブル基板２３の継鉄１９側と隔壁６側の両方の端面に折り曲げ部２３ａを設けてもよい。この場合は、各折り曲げ部２３ａに１つの電極ＥＬを設ければよい。この変更例では、折り曲げ部２３ａとコイル２０の端子とが１対１で対応するので、結線作業の効率と信頼性の向上を図ることができる。

【0101】

また、図２８に示すように、フレキシブル基板２３の内周面の略中央部に９対の電極ＥＬを設けてもよい。９対の電極ＥＬは、それぞれ９個のコイル２０の９個の隙間に対応して設けられる。各コイル２０の２つの端子は、そのコイル２０に隣接する２つの電極ＥＬに接続される。この変更例では、折り曲げ部２３ａが不要となるので、フレキシブル基板２３の構成を簡素化することができる。

【0102】

また、図２９の変更例では、帯状のフレキシブル基板４０が円筒状の各コイル２０の外周に沿うように波状に形成され、フレキシブル基板４０の外側には９個の凹部が形成される。また、フレキシブル基板４０の幅方向の一方端部には、それぞれ９個の凹部に対応して９個の舌状の折り曲げ部４０ａが設けられる。各折り曲げ部４０ａは、対応の凹部内に収まるように、フレキシブル基板４０の外側に直角に折り曲げられる。各折り曲げ部４０ａには、２つの電極ＥＬが設けられる。各コイルの２つの端子は、そのコイル２０に隣接する２つの電極ＥＬに接続される。また、図示しないが、フレキシブル基板４０の継鉄１９側と隔壁６側の両方の端面に折り曲げ部４０ａを設けてもよい。この場合は、各折り曲げ部４０ａに１つの電極ＥＬを設ければよい。

【0103】

この変更例では、フレキシブル基板４０の外側に折り曲げ部４０ａが配置されるので、電極ＥＬとコイル２０の端子との半田接合およびポッティングの作業性の向上を図ることができる。また、フレキシブル基板４０を各コイル２０の外周に沿うように波状に配置するので、装置寸法の小型化を図ることができる。

【0104】

また、実施の形態１では、フレキシブル基板２３の内周側に折り曲げ部２３ａが配置されるので、９個のコイル２０を所定の順序で１８個の電極ＥＬに接続する必要がある。これに対して本変更例では、フレキシブル基板２３の外周側に折り曲げ部２３ａが配置されるので、９個のコイル２０を任意の順序で１８個の電極ＥＬに接続すればよい。また、組立後に結線の修正が必要になった場合でも、容易に修正することができる。

【0105】

また、図３０の変更例では、図２９の変更例と同様に、帯状のフレキシブル基板４０が円筒状の各コイル２０の外周に沿うように波状に形成され、フレキシブル基板４０の外側には９個の凹部が形成される。ただし、この変更例では、折り曲げ部４０ａは設けられず、フレキシブル基板４０の９個の凹部に９対の電極ＥＬがそれぞれ設けられる。１対の電極ＥＬは、対応の凹部においてフレキシブル基板４０の幅方向に所定の間隔で配列される。各コイル２０の２つの端子は、そのコイル２０に隣接する２つの電極ＥＬに接続される。

【0106】

この変更例では、折り曲げ部４０ａが不要になるので、フレキシブル基板４０の形状および構成の簡素化を図ることができる。また、広い作業スペースを確保することができ、結線作業の効率と信頼性の向上を図ることができる。また、絶縁対策として半田付け部分に施すポッティング処理を容易に行なうことができ、ポッティング処理を施した全ての部分を容易に目視して確認することができる。

【0107】

なお、各電極ＥＬをスルーホール構造とし、コイル２０の各端子を対応の電極ＥＬを通してフレキシブル基板４０の外周側に引き出してから対応の電極ＥＬに接続してもよい。また、図３０の変更例では、１つの凹部内の１対の電極ＥＬをフレキシブル基板４０の幅方向に配列したが、図３１に示すように、１つの凹部内の１対の電極ＥＬをフレキシブル基板４０の長さ方向に配列してもよい。

【0108】

また、図３２は、この実施の形態１のさらに他の変更例を示す図であって、図１２と対比される図である。図１２では、３つの第１のコイル２０が並列接続され、３つの第２のコイル２０が並列接続され、３つの第３のコイル２０が並列接続されているのに対し、図３２の変更例では、３つの第１のコイル２０が直列接続され、３つの第２のコイル２０が直列接続され、３つの第３のコイル２０が直列接続されている。

【0109】

すなわち、９個のコイル２０は、３個ずつグループ化される。３個のグループの各々は、第１〜第３のコイル２０を含む。各コイル２３の２つの端子はそれぞれ、そのコイル２３に隣接する２つの電極ＥＬに接続される。プリント基板２３の表面には、複数の配線パターンＬ０，Ｌ１ａ〜Ｌ１ｃ，Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ，Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃが形成されている。第３のグループの第１〜第３のコイル２０の一方端子が接続された３個の電極ＥＬは、配線パターンＬ０によって互いに接続される。配線パターンＬ０は、９個のコイル２０の中性点となる。

【0110】

第３のグループの第１〜第３のコイル２０の他方端子が接続された３個の電極ＥＬは、それぞれ配線パターンＬ１ｃ〜Ｌ３ｃを介して、第２のグループの第１〜第３のコイル２０の一方端子が接続された３個の電極ＥＬにそれぞれ接続される。第２のグループの第１〜第３のコイル２０の他方端子が接続された３個の電極ＥＬは、それぞれ配線パターンＬ１ｂ〜Ｌ３ｂを介して、第１のグループの第１〜第３のコイル２０の一方端子が接続された３個の電極ＥＬにそれぞれ接続される。

【0111】

第１のグループの第１〜第３のコイル２０の他方端子が接続された３個の電極ＥＬは、それぞれ電源端子Ｔ１〜Ｔ３に接続される。電源端子Ｔ１〜Ｔ３は、それぞれコントローラ２５（図１５参照）からの第１〜第３の電源線に接続される。コントローラ２５は、第１の電源線および配線パターンＬ１ａ〜Ｌ１ｃを介して各第１のコイル２０に駆動電圧ＶＵを与え、第２の電源線および配線パターンＬ２ａ〜Ｌ２ｃを介して各第２のコイル２０に駆動電圧ＶＶを与え、第３の電源線および配線パターンＬ３ａ〜Ｌ３ｃを介して各第３のコイル２０に駆動電圧ＶＷを与える。この変更例でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。

【0112】

［実施の形態２］
図３３は、この発明の実施の形態２による遠心式血液ポンプ装置の要部を示す断面図であって、図４と対比される図である。図３３において、この遠心式血液ポンプ装置が実施の形態１と異なる点は、複数の永久磁石１７の間に隙間が設けられている点である。

【0113】

図３４（ａ）は実施の形態２における永久磁石１７，１７間の磁界を示す図であり、図３４（ｂ）は実施の形態１における永久磁石１７，１７間の磁界を示す図である。図３４（ａ）（ｂ）から分かるように、実施の形態２の永久磁石１７の重量と実施の形態１の永久磁石１７の重量とを同じにすると、永久磁石１７，１７間の磁束密度は実施の形態２の方が大きくなり、永久磁石１７の周辺の磁界は実施の形態２の方が強くなる。したがって、本実施の形態２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。

【0114】

また、図３５の変更例では、シュラウド１２に複数の永久磁石１７と複数の永久磁石５１とが埋設されている。永久磁石５１の数は、永久磁石１７の数と同じである。永久磁石５１は、円周方向（インペラ１０の回転方向）に着磁されている。複数の永久磁石１７と複数の永久磁石５１とは、１つずつ交互に等角度間隔で同一の円に沿ってハルバッハ配列構造で配置されている。換言すると、隔壁６側にＮ極を向けた永久磁石１７と、隔壁６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。

【0115】

各永久磁石５１のＮ極は隔壁６側にＮ極を向けた永久磁石１７に向けて配置され、各永久磁石５１のＳ極は隔壁６側にＳ極を向けた永久磁石１７に向けて配置される。複数の永久磁石１７同士の形状は同じであり、複数の永久磁石５１同士の形状は同じである。永久磁石１７の形状と永久磁石５１の形状は、同じでもよいし、異なっていてもよい。

【0116】

この変更例では、永久磁石１７と磁性体１８との吸引力を抑制するとともに、トルクの起因となる磁束を強めることができるので、最も永久磁石を小型化することができる。つまり、インペラ１０を最も軽量化することができ、かつモータギャップが広い場合でもエネルギ効率を高めることができる。

【0117】

また、永久磁石１７の隔壁６に対向する表面の面積と永久磁石５１の隔壁６に対向する表面の面積の比によって、永久磁石１７と磁性体１８の吸引力、トルクの起因となる磁束を調整することができる。永久磁石１７と永久磁石５１の総重量を同じにして、永久磁石１７に対する永久磁石５１の面積比率を変化させた場合の吸引力と発生トルクの関係を図３６に示す。図３６に示すように、永久磁石１７に対する永久磁石５１の面積比率を１／２以上で２以下の範囲に設定すると、永久磁石１７と磁性体１８の吸引力を小さく抑制しながら、インペラ１０の回転トルクを大きくすることができる。したがって、永久磁石１７に対する永久磁石５１の面積比率は、１／２以上で２以下の範囲が最適である。

【0118】

なお、一般に、モータのトルク脈動を低減する目的でハルバッハ配列を用いる場合は、永久磁石１７と永久磁石５１の面積比は５：１から３：１程度に設定される。本願発明では、モータギャップが広い場合は磁界を強めるために、モータ寸法やモータギャップに応じて、永久磁石１７と永久磁石５１の面積比を２：１から１：２までの範囲に設定することで最適化できる。

【0119】

[実施の形態３]
図３７（ａ）は、この発明の実施の形態３によるアキシアルギャップ型モータのロータ６１を隔壁６０側から見た下面図であり、図３７（ｂ）はアキシアルギャップ型モータの要部を正面から見た断面図である。

【0120】

図３７（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６０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６０に沿って回転可能に設けられた円環状のロータ６１が設けられ、第２の室内には、隔壁６０を介してロータ６１を回転駆動させるステータ７０が設けられている。

【0121】

ロータ６１は、非磁性材料で形成された円環状の支持部材６２と、支持部材６２に固定された複数（たとえば８個）の永久磁石６３とを含む。複数の永久磁石６３は、ロータ６１の回転方向に配列されている。各永久磁石６３は、ロータ６１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６３の磁極は互いに異なる。ステータ７０は、複数（たとえば６個）の磁性体７１、複数のコイル７２、フレキシブル基板２３、および継鉄７３を含む。

【0122】

磁性体７１は、円柱部７１ａと、その上端面に接合されたキャップ部７１ｂを含む。コイル７２は、円柱部７１ａに巻回される。円柱部７１ａの下端面は、継鉄７３の表面に接合される。フレキシブル基板２３の構成は、図９〜１２で示した通りである。フレキシブル基板２３は、複数のコイル７２の外周を囲むように円筒状に配置される。コイル７２の端子は、フレキシブル基板２３の折り曲げ部２３ａに形成された電極に接続される。フレキシブル基板２３の３個の電源端子はコネクタ（図示せず）の３本のピンに接続される。コネクタの３本のピンとフレキシブル基板２３に形成された配線パターンＬ１〜Ｌ３を介して複数のコイル７２に１２０度通電方式で電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを印加することにより、ロータ６１を回転させることができる。

【0123】

この実施の形態３でも、実施の形態１と同様、コントローラ２５からの３相の電源線と複数のコイル７２との接続作業の簡略化と、装置の小型化を図ることができる。

【0124】

図３８（ａ）（ｂ）は、本実施の形態３の変更例を示す図であって、図３７（ａ）（ｂ）と対比される図である。図３８（ａ）（ｂ）において、この変更例が実施の形態３と異なる点は、複数の永久磁石６３の間に隙間が設けられている点である。

【0125】

図３４（ａ）（ｂ）で示したように、変更例の永久磁石６３の重量と実施の形態３の永久磁石６３の重量とを同じにすると、永久磁石６３，６３間の磁束密度は変更例の方が大きくなり、永久磁石６３の周辺の磁界は変更例の方が強くなる。したがって、変更例では、ロータ６１の永久磁石６３と、ステータ７０の磁性体７１およびコイル７２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、ロータ６１の回転トルクを大きくすることができる。

【0126】

また、図３９（ａ）（ｂ）の変更例では、ロータ６１に複数の永久磁石６３と複数の永久磁石６７とが設けられている。永久磁石６７の数は、永久磁石６３の数と同じである。永久磁石６７は、円周方向（ロータ６１の回転方向）に着磁されている。複数の永久磁石６３と複数の永久磁石６７とは、１つずつ交互に等角度間隔で同一の円に沿ってハルバッハ配列構造で配置されている。換言すると、隔壁６０側にＮ極を向けた永久磁石６３と、隔壁６０側にＳ極を向けた永久磁石６３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。

【0127】

各永久磁石６７のＮ極は隔壁６０側にＮ極を向けた永久磁石６３に向けて配置され、各永久磁石６７のＳ極は隔壁６０側にＳ極を向けた永久磁石６３に向けて配置される。複数の永久磁石６３同士の形状は同じであり、複数の永久磁石６７同士の形状は同じである。永久磁石６３の形状と永久磁石６７の形状は、同じでもよいし、異なっていてもよい。

【0128】

この変更例では、永久磁石６３と磁性体７１との吸引力を抑制するとともに、トルクの起因となる磁束を強めることができるので、最も永久磁石を小型化することができる（図３５参照）。つまり、ロータ６１を最も軽量化することができ、かつモータギャップが広い場合でもエネルギ効率を高めることができる。

【0129】

また、永久磁石６３の隔壁６０に対向する表面の面積と永久磁石６７の隔壁６０に対向する表面の面積の比によって、永久磁石６３と磁性体７１の吸引力、トルクの起因となる磁束を調整することができる。図３６で示したように、永久磁石６３に対する永久磁石６７の面積比率を１／２以上で２以下の範囲に設定すると、永久磁石６３と磁性体７１の吸引力を小さく抑制しながら、ロータ６１の回転トルクを大きくすることができる。したがって、永久磁石６３に対する永久磁石６７の面積比率は、１／２以上で２以下の範囲が最適である。

【0130】

[実施の形態４]
図４０は、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要部を示す平面図である。図４０において、このラジアルギャップ型モータは、図３７（ａ）（ｂ）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８０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８０の内側の第１の室内には、隔壁８０に沿って回転可能に設けられた円筒状のロータ８１が設けられ、隔壁８０の外側の第２の室内には、隔壁８０を介してロータ８１を回転駆動させるステータ９０が設けられている。

【0131】

ロータ８１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８２とを含む。複数の永久磁石８２は、ロータ８１の回転方向に配列されている。各永久磁石８２は、ロータ８１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８２の磁極は互いに異なる。

【0132】

ステータ９０は、複数（たとえば９個）の磁性体９１、複数のコイル９２、円筒状の継鉄９３、および円環状のフレキシブル基板９４を含む。磁性体９１は、円柱部と、その上端面に接合されたキャップ部を含む。コイル９２は、磁性体９１の円柱部に巻回される。磁性体９１の円柱部の下端面は、継鉄９４の内周面に接合される。フレキシブル基板９４は、複数のコイル９２の一方側（図では奥側）の側面に当接される。

【0133】

フレキシブル基板９４には、図９〜図１２で示したフレキシブル基板２３と同様に、複数の折り曲げ部９４ａが形成されている。複数の折り曲げ部９４ａは、フレキシブル基板９４の円環状の部分の外周に沿って等角度間隔で設けられ、図中の手前側に直角に折り曲げられ、複数のコイル９２の複数の間にそれぞれ配置される。各折り曲げ部９４ａの表面には、２個の電極ＥＬが形成されている。各コイル９２の２つの端子は、そのコイル９２に隣接する２つの電極ＥＬに接続される。

【0134】

また、フレキシブル基板９４には、図１２で説明した４つの配線パターンＬ０〜Ｌ３と、３つの電源端子Ｔ１〜Ｔ３が形成されている。３つの電源端子Ｔ１〜Ｔ３は、コネクタ（図示せず）の３本のピンに接続される。コネクタの３本のピンとフレキシブル基板９４の配線パターンＬ１〜Ｌ３を介して複数のコイル９２に１２０度通電方式で駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを印加することにより、ロータ８１を回転させることができる。

【0135】

この実施の形態４でも、実施の形態１と同様、コントローラ２５からの３相の電源線と複数のコイル９２との接続作業の簡略化と、装置の小型化を図ることができる。

【0136】

なお、この実施の形態４では、円環状のフレキシブル基板９４を設けたが、円板状のフレキシブル基板９４を設けてもよい。

【0137】

また、フレキシブル基板９４には、図１２で説明した４つの配線パターンＬ０〜Ｌ３の代わりに、図２８で示した複数の配線パターンＬ０，Ｌ１ａ〜Ｌ１ｃ，Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ，Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃが形成されていてもよい。

【0138】

また、駆動部の両端面の各々にフレキシブル基板９４を設けてもよい。この場合は、２枚のフレキシブル基板９４に電源端子Ｔ１〜Ｔ３、複数の電極ＥＬ、および配線パターンＬ０〜Ｌ３（または配線パターンＬ０，Ｌ１ａ〜Ｌ１ｃ，Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ，Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃ）を分散配置するとよい。たとえば、図１２で示した電源端子Ｔ１〜Ｔ３、９個の電極ＥＬ、および配線パターンＬ１〜Ｌ３を一方のフレキシブル基板９４に設け、９個の電極ＥＬおよび配線パターンＬ０を他方のフレキシブル基板９４に設けるとよい。

【0139】

図４１は、本実施の形態４の変更例を示す図であって、図４０と対比される図である。図４１において、この変更例が実施の形態４と異なる点は、複数の永久磁石８２の間に隙間が設けられている点である。

【0140】

図３４（ａ）（ｂ）で示したように、変更例の永久磁石８２の重量と実施の形態４の永久磁石８２の重量とを同じにすると、永久磁石８２，８２間の磁束密度は変更例の方が大きくなり、永久磁石８２の周辺の磁界は変更例の方が強くなる。したがって、本変更例４では、ロータ８１の永久磁石８２と、ステータ９０の磁性体９１およびコイル９２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、ロータ８１の回転トルクを大きくすることができる。

【0141】

また、図４２の変更例では、ロータ８１に複数の永久磁石８２と複数の永久磁石８６とが設けられている。永久磁石８６の数は、永久磁石８２の数と同じである。永久磁石８６は、円周方向（ロータ８１の回転方向）に着磁されている。複数の永久磁石８２と複数の永久磁石８６とは、１つずつ交互に等角度間隔で同一の円に沿ってハルバッハ配列構造で配置されている。換言すると、隔壁８０側にＮ極を向けた永久磁石８２と、隔壁８０側にＳ極を向けた永久磁石８２とが等角度間隔で隙間を設けて同一の円に沿って交互に配置されている。

【0142】

各永久磁石８６のＮ極は隔壁８０側にＮ極を向けた永久磁石８２に向けて配置され、各永久磁石８６のＳ極は隔壁８０側にＳ極を向けた永久磁石８２に向けて配置される。複数の永久磁石８２同士の形状は同じであり、複数の永久磁石８６同士の形状は同じである。永久磁石８２の形状と永久磁石８６の形状は、同じでもよいし、異なっていてもよい。

【0143】

この変更例では、永久磁石８２と磁性体９１との吸引力を抑制するとともに、トルクの起因となる磁束を強めることができるので、最も永久磁石を小型化することができる（図３５参照）。つまり、ロータ８１を最も軽量化することができ、かつモータギャップが広い場合でもエネルギ効率を高めることができる。

【0144】

また、永久磁石８２の隔壁８０に対向する表面の面積と永久磁石８６の隔壁８０に対向する表面の面積の比によって、永久磁石８２と磁性体９１の吸引力、トルクの起因となる磁束を調整することができる。図３６で示したように、永久磁石８２に対する永久磁石８６の面積比率を１／２以上で２以下の範囲に設定すると、永久磁石８２と磁性体９１の吸引力を小さく抑制しながら、ロータ８１の回転トルクを大きくすることができる。したがって、永久磁石８２に対する永久磁石８６の面積比率は、１／２以上で２以下の範囲が最適である。

【0145】

また、図４３の変更例では、帯状のフレキシブル基板９５が全コイル９２の一方側に沿って、環状（円筒状）に配置される。フレキシブル基板９５には、各コイル９２の各端子に対向して電極（図示せず）が形成されている。各コイル９２の各端子は、対応の電極に接続される。フレキシブル基板９５の構成は、図９〜図１２、図２６〜図２８、図３２などで説明したフレキシブル基板２３と同様である。

【0146】

すなわち、フレキシブル基板９５には、図１２（または図３２）で説明した配線パターンＬ０〜Ｌ３（または配線パターンＬ０，Ｌ１ａ〜Ｌ１ｃ，Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ，Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃ）と、３つの電源端子Ｔ１〜Ｔ３が形成されている。３つの電源端子Ｔ１〜Ｔ３は、コネクタ（図示せず）の３本のピンに接続される。コネクタの３本のピンとフレキシブル基板９５の配線パターンＬ１〜Ｌ３（または配線パターンＬ１ａ〜Ｌ１ｃ，Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ，Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃ）を介して複数のコイル９２に１２０度通電方式で駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを印加することにより、ロータ８１を回転させることができる。この変更例でも、実施の形態４と同じ効果が得られる。

【0147】

また、駆動部の両端面の各々にフレキシブル基板９５を設けてもよい。この場合は、２枚のフレキシブル基板９５に電源端子Ｔ１〜Ｔ３、複数の電極ＥＬ、および配線パターンＬ０〜Ｌ３（またはＬ０，Ｌ１ａ〜Ｌ１ｃ，Ｌ２ａ〜Ｌ２ｃ，Ｌ３ａ〜Ｌ３ｃ）を分散配置するとよい。たとえば、図１２で示した電源端子Ｔ１〜Ｔ３、９個の電極ＥＬ、および配線パターンＬ１〜Ｌ３を一方のフレキシブル基板９５に設け、９個の電極ＥＬおよび配線パターンＬ０を他方のフレキシブル基板９５に設けるとよい。

【0148】

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請求の範囲によって示され、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】

【0149】

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、６，６０，８０ 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、１５〜１７，５１，６３，６７，８２，８６ 永久磁石、１８，３５，３７〜３９，７１，９１ 磁性体、１９，３６，７３，９３ 継鉄、２０，７２，９２ コイル、２１，２２ 動圧溝、２３，４０，９４，９５ フレキシブル基板、２３ａ，４０ａ，９４ａ 折り曲げ部、２４ コネクタ、２４ａ〜２４ｃ ピン、２５ コントローラ、２６ モータ制御回路、２７，３２，３３ パワーアンプ、３４ 切換スイッチ、６１，８１ ロータ、７０，９０ ステータ、ＥＬ 電極、Ｌ０〜Ｌ３ 配線パターン、Ｔ１〜Ｔ３ 電源端子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】