JPH1176394A - 遠心式液体ポンプ装置 - Google Patents

遠心式液体ポンプ装置

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JPH1176394A
JPH1176394A JP9257891A JP25789197A JPH1176394A JP H1176394 A JPH1176394 A JP H1176394A JP 9257891 A JP9257891 A JP 9257891A JP 25789197 A JP25789197 A JP 25789197A JP H1176394 A JPH1176394 A JP H1176394A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別な粘度計を用いることなく、液体粘度を
容易かつ確実に算出できる粘度算出機能を備えた遠心式
液体ポンプ装置を提供する。 【解決手段】 遠心式液体ポンプ装置１は、遠心式液体
ポンプ装置本体部５と、コントローラ６を備える。ポン
プ装置本体部５は、ハウジング２０と、ハウジング内で
回転するインペラ２１を有するポンプ部２と、インペラ
２１を回転させるためのモータ３４を備えるインペラ回
転トルク発生部３と、インペラ位置制御部４を備え、イ
ンペラは、ハウジングに対して非接触状態にて回転す
る。コントローラ６は、インペラ位置制御部４を用いて
ハウジング２０内におけるインペラ２１の浮上位置を変
化させるインペラ浮上位置制御機能と、モータ３４の電
流計測機能と、インペラ２１の浮上位置を変化させたこ
とにより得られるモータ３４の電流変化量を利用して液
体の粘度を算出する液体粘度算出機能とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、血液などの医療用
液体を搬送するための遠心式液体ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近では、人工心肺装置における体外血
液循環に遠心式血液ポンプを使用する例が増加してい
る。遠心ポンプとしては、外部とポンプ内の血液室との
物理的な連通を完全に排除し、細菌等の侵入を防止でき
ることより、外部モータからの駆動トルクを磁気結合を
用いて伝達する方式のものが用いられている。そして、
このような遠心式血液ポンプは、血液流入ポートと血液
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
有している。また、インペラは、内部に磁性体（永久磁
石）を備え、インペラの磁性体を吸引するための磁石を
備えるロータおよびこのロータを回転させるモータを備
えた回転トルク発生機構により回転する。
【０００３】図１１に、血液ポンプを人工心肺装置に使
用した例を示す。図１１において、人工心肺装置１００
は、血液ポンプ１０１と人工肺１０２のほかに計測手段
としての圧力計１０３が設けられる。血液ポンプ１０１
に遠心型を用いる場合には、さらに流量計１０４が必要
となる。ところが、上述の圧力計１０３や流量計１０４
などの測定装置は高価であるとともに、これら測定装置
の接続部が増加し、ここで凝血が発生する可能性が増大
する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】また、血液ポンプを人
工心肺装置に使用する場合には、一定時間ごとに採血
し、別の装置で血液の状態を検査することが行われる。
その際、血液希釈剤の使用によりヘマトクリット値や血
液粘度が変化し、血液粘度は血液温度にも依存して変化
する。血液粘度の変化はさらに流路内の流速分布を変化
させる。このようなヘマトクリット値や流速分布の変化
は次のように各種流量計の誤差要因となる。すなわち、
人工心肺装置用流量計として電磁流量計や超音波ドップ
ラー流量計が用いられる。電磁流量計では、液体の導電
率が出力電圧に大きく影響し、ヘマトクリット値は血液
の導電率を大きく変化させるため、ヘマトクリット値の
変化が誤差要因となる。また、超音波ドップラー流量計
では流速分布の変化が大きな誤差要因であり、血液粘度
は流速分布を変えるため、血液粘度が測定精度に影響す
る。各ヘマトクリット値、粘度ごとに流量系の検定をし
ておけば、これらの値によって補正することが可能であ
る。これまで、ヘマトクリット値や血液粘度の測定は採
血を伴うバッチ処理を必要としていたため、このような
補正をリアルタイムで実行することは不可能であった。
また、血液ポンプを体内埋込用に使用した場合には、そ
の収納スペースの問題から流量計や圧力計を設置するこ
とができない場合がある。
【０００５】本発明の目的は、特別な粘度計を用いるこ
となく、液体粘度を容易かつ確実に算出できる粘度算出
機能を備えた遠心式液体ポンプ装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するもの
は、液体流入ポートと液体流出ポートを有するハウジン
グと、内部に磁性体を備え、前記ハウジング内で回転
し、回転時の遠心力によって液体を送液するインペラを
有する遠心式液体ポンプ部と、前記遠心式液体ポンプ部
の前記インペラの磁性体を吸引するための磁石を備える
ロータと、該ロータを回転させるモータを備えるインペ
ラ回転トルク発生部と、電磁石を備えるインペラ位置制
御部とを備え、前記ハウジングに対して前記インペラが
非接触状態にて回転する遠心式液体ポンプ装置本体部
と、コントローラとを備える遠心式液体ポンプ装置であ
って、前記コントローラは、前記インペラ位置制御部を
用いて前記ハウジング内における前記インペラの浮上位
置を変化させるインペラ浮上位置制御機能と、前記モー
タの電流計測機能と、前記インペラ浮上位置制御機能を
用いて前記インペラの浮上位置を変化させたことにより
得られるモータ電流変化量を利用して液体の粘度を算出
する液体粘度算出機能とを備える遠心式液体ポンプ装置
である。
【０００７】そして、前記コントローラは、例えば、液
体粘度とインペラ浮上位置変化によるモータ電流変化量
との関係を予め測定した液体粘度−モータ電流変化量関
連データもしくはこの関連データより算出された関係式
データを記憶したデータ記憶部を備え、前記液体粘度算
出機能は、該データ記憶部のデータと、前記インペラ浮
上位置制御機能を用いて前記インペラの浮上位置を変化
させたことにより得られるモータ電流変化量を用いて液
体粘度を算出するものである。
【０００８】そして、前記コントローラは、液体粘度と
インペラ浮上位置変化によるモータ電流変化量との関係
を複数の回転数ごとに予め測定した液体粘度モータ電流
変化量関連データもしくはこの関連データより算出され
た関係式データを記憶したデータ記憶部を備え、前記液
体粘度算出機能は、該データ記憶部のデータと、モータ
回転数と、前記インペラ浮上位置制御機能を用いて前記
インペラの浮上位置を変化させたことにより得られるモ
ータ電流変化量とを用いて液体粘度を算出するものであ
ることが好ましい。
【０００９】さらに、前記インペラは、例えば、前記イ
ンペラ位置制御部との軸受のための磁性部材を有し、前
記インペラ位置制御部は、前記インペラの磁性部材を吸
引するための固定された複数の電磁石と、該インペラの
磁性部材の位置を検出するための位置センサーを備える
ものである。また、前記遠心式液体ポンプ装置は、例え
ば、遠心式血液ポンプ装置である。さらに、前記遠心式
液体ポンプ装置は、遠心式血液ポンプ装置であり、さら
に、前記遠心式血液ポンプ装置は、血液温度検出器を備
え、前記コントローラは、該血液温度検出器により検出
された血液温度と、前記液体粘度算出機能により演算さ
れた血液粘度とを用いてヘマトクリット値を演算するヘ
マトクリット値演算機能を備えていてもよい。さらに、
前記遠心式液体ポンプ装置は、遠心式血液ポンプ装置で
あり、さらに、前記コントローラは、前記液体粘度算出
機能により演算された血液粘度が第１の設定値以下にな
った場合に、警報信号を出力するものであることが好ま
しい。また、前記遠心式液体ポンプ装置は、遠心式血液
ポンプ装置であり、さらに、前記コントローラは、前記
液体粘度算出機能により演算された血液粘度が第２の設
定値以上になった場合に、警報信号を出力するものであ
ることが好ましい。
【００１０】そして、前記コントローラは、液体ポンプ
装置のモータに流れる電流とモータ回転数と吐出流量と
の関係を予め測定した吐出流量関連データもしくはこの
関連データより算出された関係式データを記憶してお
り、モータ電流値とモータ回転数と前記関係式データと
前記液体粘度算出機能により演算された液体粘度とを用
いて吐出流量を演算する吐出流量演算機能を備えている
ことが好ましい。さらに、前記コントローラは、設定流
量の入力および記憶機能と、前記吐出流量演算機能によ
り演算された吐出流量と前記設定流量を比較し、比較結
果を用いてモータ回転数を制御し、吐出流量を設定流量
に近づけるように制御する吐出流量制御機能を備えてい
ることが好ましい。
【００１１】また、前記コントローラは、前記吐出流量
演算機能により演算された吐出流量演算値と、液体ポン
プ装置のモータ回転数と吐出流量と吐出圧力との関係を
予め測定した吐出圧力関連データもしくはこの関連デー
タより算出された関係式データと、モータ回転数とを用
いて吐出圧力を演算する吐出圧力演算機能を備えている
ことが好ましい。さらに、前記コントローラは、設定吐
出圧力の入力および記憶機能と、該吐出圧力演算機能に
より演算された吐出圧力と前記設定吐出圧力を比較し、
比較結果を用いてモータ回転数を制御し、吐出圧力を設
定吐出圧力に近づけるように制御する吐出圧力制御機能
を備えていることが好ましい。また、前記吐出流量制御
機能または前記吐出圧力制御機能のために、前記コント
ローラは、前記モータ回転数制御機能を備えていてもよ
い。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の遠心式液体ポンプ装置を
血液ポンプに応用した実施例を用いて説明する。図１
は、本発明の遠心式液体ポンプ装置の実施例のブロック
図である。図２は、本発明の遠心式液体ポンプ装置に使
用される遠心式液体ポンプ装置本体部の一例の正面図で
ある。図３は、図２の遠心式液体ポンプ装置本体部をイ
ンペラ部分にて切断した断面図である。図４は、図２に
示した実施例の遠心式液体ポンプ装置の縦断面図であ
り、インペラのみ図３の屈曲した一点破線により切断し
た状態を模式的に示してある。図５は、図２に示した遠
心式液体ポンプ装置本体部の平面図である。
【００１３】本発明の遠心式液体ポンプ装置１は、液体
流入ポート２２と液体流出ポート２３を有するハウジン
グ２０と、内部に磁性体２５を備え、ハウジング２０内
で回転し、回転時の遠心力によって液体を送液するイン
ペラ２１を有する遠心式液体ポンプ部２と、遠心式液体
ポンプ部２のインペラ２１の磁性体２５を吸引するため
の磁石３３を備えるロータ３１と、ロータ３１を回転さ
せるモータ３４を備えるインペラ回転トルク発生部３
と、電磁石４１を備えるインペラ位置制御部４を備え、
ハウジングに対してインペラ２１が非接触状態にて回転
する遠心式液体ポンプ装置本体部５と、コントローラ６
を備える。
【００１４】コントローラ６は、インペラ位置制御部４
を用いてハウジング２０内におけるインペラ２１の浮上
位置を変化させるインペラ浮上位置制御機能と、モータ
３４の電流計測機能と、インペラ浮上位置制御機能を用
いてインペラ２１の浮上位置を変化させたことにより得
られるモータ３４の電流変化量を利用して液体の粘度を
算出する液体粘度算出機能とを備える。
【００１５】図２ないし図５に示すように、この実施例
の遠心式液体ポンプ装置本体部５は、血液流入ポート２
２と血液流出ポート２３を有するハウジング２０と、ハ
ウジング２０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２１を有する遠心式液体ポンプ部２
と、インペラ２１のためのインペラ回転トルク発生部
（非制御式磁気軸受構成部）３と、インペラ２１のため
のインペラ位置制御部（制御式磁気軸受構成部）４とを
備える。
【００１６】インペラ２１は、非制御式磁気軸受構成部
および制御式磁気軸受構成部の作用により、ハウジング
２０内の所定位置に保持された状態で回転する。ハウジ
ング２０は、血液流入ポート２２と血液流出ポート２３
を備え、非磁性材料により形成されている。ハウジング
２０内には、血液流入ポート２２および血液流出ポート
２３と連通する血液室２４が形成されている。このハウ
ジング２０内には、インペラ２１が収納されている。血
液流入ポート２２は、ハウジング２０の上面の中央付近
よりほぼ垂直に突出するように設けられている。血液流
出ポート２３は、ほぼ円筒状に形成されたハウジング２
０の側面より接線方向に突出するように設けられてい
る。
【００１７】ハウジング２０内に形成された血液室２４
内には、中央に貫通口を有する円板状のインペラ２１が
収納されている。インペラ２１は、下面を形成するドー
ナツ板状部材（下部シュラウド）２７と、上面を形成す
る中央が開口したドーナツ板状部材（上部シュラウド）
２８と、両者間に形成された複数（６つ）のベーン１８
を有する。そして、下部シュラウドと上部シュラウドの
間には、隣り合うベーン１８で仕切られた複数（６個）
の血液通路２６が形成されている。血液通路２６は、イ
ンペラ２１の中央開口と連通し、インペラ２１の中央開
口を始端とし、湾曲して外周縁まで延びている。言い換
えれば、隣り合う血液通路２６間にベーン１８が形成さ
れている。なお、この実施例では、血液通路２６および
ベーン１８は、等角度間隔にかつほぼ同じ形状に設けら
れている。
【００１８】そして、インペラ２１には、複数（具体的
には、６つ）の磁性体２５（永久磁石、従動マグネッ
ト）が埋設されている。埋設された磁性体２５（永久磁
石）は、後述するインペラ回転トルク発生部３のロータ
３１に設けられた永久磁石３３によりインペラ２１を血
液流入ポート２２と反対側に吸引し、かつ回転トルクを
インペラ回転トルク発生部より伝達可能にするために設
けられている。また、このようにある程度の個数の磁性
体２５を埋設することにより、後述するロータ３１との
磁気的結合も十分に確保できる。磁性体２５（永久磁
石）の形状としては、円形であることが好ましい。
【００１９】また、インペラ２１は、上部シュラウドそ
のものもしくは上部シュラウド内に設けられた磁性部材
２８を備える。この実施例では、上部シュラウドの全体
が、磁性部材２８により形成されている。磁性部材２８
は、後述するインペラ位置制御部の電磁石４１によりイ
ンペラ２１を血液流入ポート２２側に吸引するために設
けられている。磁性部材２８としては、磁性ステンレス
またはニッケルまたは軟鉄部材等が使用される。
【００２０】インペラ位置制御部４およびインペラ回転
トルク発生部３により、非接触式磁気軸受が構成され、
インペラ２１は、相反する方向より引っ張られることに
より、ハウジング２０内において、ハウジング２０の内
面と接触しない適宜位置にて安定し、非接触状態にてハ
ウジング２０内を回転する。
【００２１】インペラ回転トルク発生部３は、ハウジン
グ２０内に収納されたロータ３１とロータ３１を回転さ
せるためのモータ３４（内部構造を省略する）からな
る。ロータ３１は、回転板３２と回転板３２の一方の面
（液体ポンプ側の面）に設けられた複数の永久磁石３３
からなる。ロータ３１の中心は、モータ３４の回転軸に
固定されている。永久磁石３３は、インペラ２１の永久
磁石２５の配置形態（数および配置位置）に対応するよ
うに、複数かつ等角度ごとに設けられている。
【００２２】インペラ回転トルク発生部３としては、上
述のロータおよびモータを備えるものに限られず、例え
ば、インペラ２１の永久磁石２５を吸引し、かつ回転駆
動させるための複数のステーターコイルからなるもので
もよい。また、インペラ回転トルク発生部３には、モー
タ３４もしくはロータ３１の回転数を検知するためのセ
ンサ３５が設けられている。センサとしては、光学式、
磁気式センサが使用できる。また、モータの回転数は、
モータコイル間の逆起電力より検知してもよい。
【００２３】インペラ位置制御部４は、インペラの磁性
部材２８を吸引するための固定された複数の電磁石４１
と、インペラの磁性部材２８の位置を検出するための位
置センサー４２を備えている。具体的には、インペラ位
置制御部４は、ハウジング２０内に収納された複数の電
磁石４１と、複数の位置センサ４２を有する。インペラ
位置制御部の複数（３つ）の電磁石４１および複数（３
つ）の位置センサ４２は、それぞれ等角度間隔にて設け
られており、電磁石４１と位置センサ４２も等角度間隔
にて設けられている。電磁石４１は、鉄心とコイルから
なる。電磁石４１は、この実施例では、３個設けられて
いる。電磁石４１は、３個以上、例えば、４つでもよ
い。３個以上設け、これらの電磁力を位置センサ４２の
検知結果を用いて調整することにより、インペラ２１の
中心軸（ｚ軸）方向の力を釣り合わせ、かつ中心軸（ｚ
軸）に直交するｘ軸およびｙ軸まわりのモーメントを同
じにすることができる。
【００２４】位置センサ４２は、電磁石４１と磁性部材
２８との隙間の間隔を検知し、この検知出力は、電磁石
４１のコイルに与えられる電流もしくは電圧を制御する
制御部６３にフィードバックされる。また、インペラ２
１に重力等による半径方向の力が作用しても、インペラ
２１の永久磁石２５とロータ３１の永久磁石３３との間
の磁束の剪断力および電磁石４１と磁性部材２８との間
の磁束の剪断力が作用するため、インペラ２１はハウジ
ング２０の中心に保持される。
【００２５】次に、コントローラ６について、図１を用
いて説明する。コントローラ６は、インペラ位置制御機
能、インペラ回転トルク制御機能、インペラ位置制御部
を用いてハウジング内におけるインペラ２１の浮上位置
を変化させるインペラ浮上位置制御機能と、モータ３４
の電流計測機能と、インペラ浮上位置制御機能を用いて
インペラ２１の浮上位置を変化させたことにより得られ
るモータ３４の電流変化量を利用して液体の粘度を算出
する液体粘度算出機能とを備えている。具体的には、コ
ントローラ６は、コントローラ本体部６１と、モータド
ライバ６２と、インペラ位置制御用コントロール部６３
とを備えている。モータドライバ６２は、コントローラ
本体部６１より出力（指示）されたモータ回転数に対応
する電圧を出力しモータ３４を回転させるためのドライ
バである。
【００２６】また、インペラ位置制御用コントロール部
６３は、コントローラ本体部６１より出力（指示）され
たインペラ浮上位置を維持するために電磁石４１に流れ
る電流または電圧もしくは電流および電圧を制御するた
めのものである。また、３つの位置センサ４２による検
知結果は、インペラ位置制御用コントロール部６３に入
力され、インペラ２１の中心軸（ｚ軸）方向の力を釣り
合わせ、かつ中心軸（ｚ軸）に直交するｘ軸およびｙ軸
まわりのモーメントが同じになるように、３つの電磁石
４１に流れる電流を制御する。なお、また、位置センサ
４２による検知結果をコントローラ本体部６１に入力
し、コントローラ本体部６１より、３つの電磁石４１個
々に与える電圧値を出力させてもよい。
【００２７】コントローラ本体部６１は、記憶部（ＲＯ
Ｍ）６４と、ＣＰＵ６５と、表示部６６と、入力部６７
を備えている。表示部６６には、設定吐出流量表示部７
１、実行吐出流量表示部７２、設定吐出圧力表示部７
３、実行吐出圧力表示部７４、液体温度表示部７５、液
体粘度表示部７６、インペラ回転数表示部７７が設けら
れている。また、入力部６７には、設定吐出流量入力部
６８、設定吐出圧力入力部６９が設けられている。
【００２８】コントローラ本体部６１は、液体粘度とイ
ンペラ浮上位置変化によるモータ電流変化量（モータ駆
動電流変化量）との関係を予め測定した液体粘度−モー
タ電流変化量関連データもしくはこの関連データより算
出された関係式（例えば、相関式データもしくは粘度演
算式データ）を記憶したデータ記憶部を備え、液体粘度
算出機能は、データ記憶部のデータと、インペラ浮上位
置制御機能を用いてインペラの浮上位置を変化させたこ
とにより得られるモータ３４の電流変化量を用いて液体
粘度を算出するものである。
【００２９】言い換えれば、コントローラ本体部６１の
記憶部内には、液体粘度とインペラ浮上位置変化による
モータ電流変化量との関係を予め測定した液体粘度−モ
ータ電流変化量関連データもしくはこの関連データより
算出された相関式データ（粘度演算式データでもある）
が記憶されている。
【００３０】図６は、粘度（ｃＳｔ）が２，３，４のそ
れぞれの液体（血液）について、モータ３４（インペ
ラ）が２０００ｒｐｍ、流量５Ｌ／ｍｉｎで一定回転し
ている場合における、直径５０ｍｍのインペラ２１の浮
上位置の変化量とモータ電流との関係を示す図である。
横軸下段はインペラ浮上位置指令用の入力電圧である。
この指令用入力電圧値を用いて、コントローラ本体部６
１はその値に対応したインペラ浮上位置（図６の横軸上
段）にインペラが位置するように、インペラ位置制御用
コントロール部６３を介し電磁石４１に流れる電流を調
節する。そして、この実施例では、図６の上段は対応す
る浮上位置の変化量であり、＋側の指令はインペラ２１
をモータ３４側（インペラ回転トルク発生部３側に、−
側の指令は電磁石４１側（インペラ位置制御部４側）に
インペラを変位させることを示している。具体的には、
この実施例では浮上位置変更用入力電圧指令値（位置変
更のための電圧変更量）が０の時（通常状態、言い換え
れば、非粘度計測時）のインペラ２１の底面とインペラ
回転トルク発生部３側のハウジング２０の内面間の軸方
向隙間は、０．２５ｍｍであり、０．１５ｍｍ浮上位置
をモータ３４側に変化させた場合、インペラ２１の底面
とインペラ回転トルク発生部３側のハウジング２０の内
面間の隙間は、０．１ｍｍとなる。
【００３１】インペラ浮上位置変化によって、インペラ
２１の液体から受ける摩擦力は変化し、その結果インペ
ラ回転駆動のためのモータ３４の電流は変化する。この
摩擦トルクまたはモータ電流の変化量は、インペラ２１
の上面下面の面積、インペラ２１とハウジング２０の軸
方向隙間及び血液の粘度に影響を受ける。血液粘度が高
くなるほどモータ電流は高く、またインペラ浮上位置が
ポンプ室側壁面に近づき、インペラ２１とハウジング２
０の軸方向隙間が小さくなるほどモータ電流は高くな
る。インペラ２１の上面下面の面積は一定であるので、
インペラ２１の浮上位置を変化させたときのモータ電流
変化量を利用することにより、血液粘度を求めることが
できる。
【００３２】なお、インペラ２１とハウジング２０との
間隙とモータ電流の変化量の関係は、図６に示されるよ
うに直線的ではなく、放物線状に変化しており、軸方向
隙間の変化量を０．１０以上、好ましくは、０．１５ｍ
ｍ以上とすることにより、２ｃＳｔ程度の液体粘度にお
いても、十分な電流変化量を得ることができる。なお、
あまりインペラ２１をハウジング２０内面に近づけすぎ
ると接触する可能性が高くなるため、軸方向隙間は０．
０５ｍｍ以上に保つ事が好ましい。
【００３３】なお、モータ電流値は液体流量に対する依
存するため、モータ電流値そのものを用いて粘度を演算
することは困難であるが、インペラ２１の浮上位置を変
化させることにより得られるモータ電流変化量は、液体
流量に依存しないので、この変化量を用いて粘度を演算
することができる。与える位置変化量がポンプの大きさ
に比べて無視できる程度であるため、ポンプ性能に与え
る影響は無視できる。具体的には、浮上位置を変化させ
ても流量はほとんど変化せず、このときの電流変化はハ
ウジングとインペラ間の円板摩擦損失の変化のみに依存
する。つまり、インペラ２１の浮上位置は、インペラ浮
上位置指令用の入力電圧にのみ依存し、液体粘度、回転
数などには依存しない。
【００３４】図７は、図６におけるインペラ浮上位置指
令用入力電圧変位量（電圧増加量）２．５Ｖ（インペラ
浮上位置変位量０．１５ｍｍ、インペラの底面とインペ
ラ回転トルク発生部３側のハウジング２０の内面間の軸
方向隙間０．１０ｍｍ）の状態におけるモータ電流値よ
り、インペラ浮上位置指令用の入力電圧０（インペラ浮
上位置変位量０ｍｍ、インペラの底面とインペラ回転ト
ルク発生部３側のハウジング２０の内面間の軸方向隙間
は、０．２５ｍｍ）の状態におけるモータ電流値を引く
（除する）ことにより得られるモータ電流変化量と、液
体粘度（血液粘度）との関係を示す図である。この図よ
り、モータ電流変化量と液体粘度（血液粘度）とがほぼ
直線的相関関係を有することがわかった。また、図７に
示された液体粘度−モータ電流変化量関連データより、
相関式（回帰直線）でありかつ粘度演算式でもある式を
算出することができる。具体的には、この実施例のポン
プでは、粘度演算式は、以下のとおりであった。
【００３５】粘度（ν，ｃＳｔ）＝２４．６３×モータ
電流変化量（Ａ）＋０．９０
【００３６】そして、この実施例では、ＲＯＭ６４の中
に、この粘度演算式が記憶されている。なお、ＲＯＭ６
４は、 液体粘度モータ電流変化量関連データ（生デー
タ）のみ記憶し、ＣＰＵ６５は、粘度演算前に相関式
（粘度演算式）を演算するものとしてもよい。この場
合、コントローラ６は、相関式もしくは粘度演算式演算
機能を備えることになる。そして、ＣＰＵ６５には、こ
の粘度演算式を用いて粘度を演算するために、モータ電
流変化量もしくはモータ電流値が入力される。
【００３７】また、コントローラ本体部６１（具体的に
は、モータドライバ６２）には、インペラ回転トルク発
生部３のモータ回転数検知センサ３５もしくはモータコ
イルの逆起電力波形より検知された回転数関連信号が入
力され、モータドライバ６２により、回転数信号に変換
され、この回転数信号はＣＰＵ６５に入力される。ＣＰ
Ｕ６５からのインペラ浮上位置指令は、ステップ状に与
えてもランプ状に与えてもよい。
【００３８】また、コントローラ６は、液体粘度とイン
ペラ浮上位置変化によるモータ電流変化量との関係を複
数の回転数ごとに予め測定した液体粘度モータ電流変化
量関連データもしくはこの関連データより算出された関
係式データ（例えば、粘度演算式データ）を記憶したデ
ータ記憶部を備えていてもよい。このようにすれば、作
動中のポンプ回転数に近い回転数に変更し粘度演算がで
きるので、粘度測定のために回転数を大きく変更しなく
てもよい。また、複数の回転数について、粘度演算を
し、平均値を求めることもできる。
【００３９】そして、コントローラ本体部６１は、液体
粘度算出機能により演算された血液粘度が第１の設定値
以下になった場合に、警報信号を出力する。具体的に
は、コントローラ本体部６１は、粘度低下警報ランプ８
１とブザー８２を備えており、血液粘度が第１の設定値
以下となった場合に、警報ランプ８１を点滅させるとと
もに、ブザー８２を鳴動させる。
【００４０】さらに、コントローラ本体部６１は、液体
粘度算出機能により演算された血液粘度が第２の設定値
以上になった場合に、警報信号を出力する。具体的に
は、コントローラ本体部６１は、粘度上昇警報ランプ８
３を備えており、血液粘度が第２の設定値以下となった
場合に、警報ランプ８３を点滅させるとともに、ブザー
８２を鳴動させる。なお、ブザーは、上記粘度低下時に
作動するものと共通のものとしている。ブザーとして
は、単一音を発するもの、複数音（例えば、２種）のも
のいずれでもよく、特に、粘度低下警報と粘度上昇警報
とを区別するために、それぞれの警報音を異なるものと
することが望ましい。また、ブザーを個々に（例えば、
ブザー音が異なるもの）ものとしてもよい。
【００４１】血液粘度が高くなると血栓ができやすいこ
と、出血により血液粘度が低下することもある。粘度計
測の結果を粘度許容値と比較して高すぎた場合あるいは
低すぎた場合は警報信号を出力することにより、医師あ
るいは患者自らの迅速な処置が可能となる。
【００４２】そして、コントローラ本体部６１は、液体
ポンプ装置１のモータ３４に流れる電流とモータ３４の
回転数と吐出流量との関係を予め測定した吐出流量関連
データもしくはこの関連データより算出された関係式デ
ータを記憶しており、実際のモータ電流値とモータ３４
の回転数と関係式データを用いて吐出流量を演算する吐
出流量演算機能を備えている。特に、このコントローラ
本体部６１では、実際のモータ電流値とモータ回転数と
関係式データと上述した液体粘度算出機能により演算さ
れた液体粘度を用いて吐出流量を演算する吐出流量演算
機能を備えている。
【００４３】図８は、磁気浮上型遠心ポンプの吐出流量
とモータ３４の電流との関係を回転数を変えて測定した
結果を示す図である。図８の磁気浮上型遠心ポンプの特
性は、図４に示されるハウジング２０とインペラ２１と
の隙間や、流体の粘度により変化するが、予めポンプご
とに検定しておけば、図８に示すようにモータ電流とモ
ータ回転数とから吐出流量を得ることができる。
【００４４】このように、実測することなく吐出流量を
得るために、コントローラ本体部６１は、液体ポンプ装
置１のモータに流れる電流とモータ回転数と吐出流量と
の関係を予め測定した吐出流量関連データもしくはこの
関連データより算出された関係式データを記憶してい
る。吐出流量は、実際のモータ電流値とモータ回転数と
関係式データを用いて演算される。
【００４５】具体的には、コントローラ６のモータ回転
数制御機能によってモータ３４に一定の電流および電圧
が供給されて、インペラがたとえば２２００ｒｐｍの一
定回転数で回転中の場合、図８に示す特性からモータ回
転数とモータ駆動電流とから流量を求めることができ
る。この場合、モータドライバ６２は、コントローラ６
のＣＰＵ６５からの指令にもとづいて、モータ回転数が
たとえば２２００ｒｐｍとなるようにモータ３４を駆動
する。しかし、一定回転数でのモータ電流と流量との関
係を粘度を変えて測定した特性を示す図である図９に示
すように、モータ３４の電流と回転数とから流量を演算
する場合に、たとえば回転数が２０００ｒｐｍで一定回
転していても、血液粘度ν＝１，２，３，４によって一
定の流量を得るための電流が異なり、血液粘度の変化が
誤差となる。
【００４６】そこで、本発明ではコントローラ本体部６
１において、実際のモータ電流値とモータ回転数と関係
式データと、上述した液体粘度算出機能により演算され
た液体粘度を用いて吐出流量を演算する吐出流量演算機
能を備えている。これにより、いわゆる粘度補正が行わ
れ正確な実行吐出流量が演算される。そして、ＣＰＵ６
５は、モータ回転数をモータ回転数表示部に表示し、粘
度補正を含む演算により得られた吐出流量を実行流量表
示部に表示する。
【００４７】そして、この実施例のポンプ装置１では、
設定流量による液体の送液を行うために、コントローラ
本体部６１は、設定流量の入力および記憶機能を備えて
おり、吐出流量演算機能により演算された吐出流量と、
設定流量を比較し、比較結果を用いてモータ回転数を制
御し、吐出流量を設定流量に近づけるように制御する吐
出流量制御機能を備えている。
【００４８】吐出流量制御としては、フィードバッグ制
御を用いることができ、例えば、実行吐出流量（演算
値）が設定吐出流量より少ない場合には、モータ回転数
を増加させ、逆に、実行吐出流量（演算値）が設定吐出
流量より多い場合には、モータ回転数を減少させること
により行われる。なお、コントローラ本体部６１は、吐
出流量演算機能により演算された吐出流量と設定流量と
を比較し、両者の差分に対応するポンプ回転数を演算す
る差分ポンプ回転数演算機能を備え、この機能より演算
されたポンプ回転数を現在指示しているポンプ回転数に
加減することにより制御する。
【００４９】また、コントローラ本体部６１は、吐出圧
力演算機能を備えている。特に、このコントローラ本体
部６１では、上述した液体粘度算出機能により演算され
た液体粘度を直接もしくは間接的に利用して吐出圧力を
演算する吐出圧力演算機能を備えている。具体的には、
コントローラ本体部６１のＲＯＭ６４には、液体ポンプ
装置１のモータ回転数と吐出流量と吐出圧力との関係を
予め測定した吐出圧力関連データもしくはこの関連デー
タより算出された関係式データを記憶しており、上述し
た吐出流量演算値（粘度補正を含む）と実際のモータ回
転数と上記関係式データを用いて吐出圧力を演算し、得
られた吐出圧力を実行吐出圧力表示部に表示する。
【００５０】図１０は、各回転数におけるポンプ吐出流
量−圧力特性を示す図である。図８の磁気浮上型遠心ポ
ンプの特性は、流体の粘度により変化するが、予めポン
プごとに検定しておけば、図９に示すようにモータ駆動
電流とモータ回転数とから吐出流量を得ることができ、
図１０の特性より、吐出流量とモータ回転数とから吐出
圧力を求めることができる。
【００５１】上述したように、吐出流量演算機能によ
り、粘度補正が行われた実行吐出流量が演算され、この
実行吐出流量と、コントローラ本体部６１が記憶する液
体ポンプ装置１のモータ回転数と吐出流量と吐出圧力の
関係を予め測定した吐出圧力関連データもしくはこの関
連データより算出された関係式データを用いて、実行吐
出圧力が演算される。このため、実測することなく、粘
度補正が行われた正確な実行吐出圧力を得ることができ
る。
【００５２】そして、この実施例のポンプ装置１では、
設定吐出圧力による液体の送液を行うために、コントロ
ーラ本体部６１は、設定吐出圧力の入力およびその記憶
機能を備えており、吐出圧力演算機能により演算された
吐出圧力と、設定圧力を比較し、比較結果を用いてモー
タ回転数を制御し、吐出圧力を設定圧力に近づけるよう
に制御する吐出圧力制御機能を備えている。
【００５３】吐出圧力制御としては、フィードバッグ制
御を用いることができ、例えば、実行吐出圧力（演算
値）が設定吐出圧力より少ない場合には、モータ回転数
を増加させ、逆に、実行吐出圧力（演算値）が設定吐出
圧力より多い場合には、モータ回転数を減少させること
により行われる。なお、コントローラ本体部６１は、吐
出圧力演算機能により演算された吐出圧力と設定圧力と
を比較し、両者の差分に対応するポンプ回転数を演算す
る差分ポンプ回転数演算機能を備え、この機能より演算
されたポンプ回転数を現在指示しているポンプ回転数に
加減することにより制御する。
【００５４】また、本発明の遠心式液体ポンプ装置１で
は、ポンプ部２には、血液温度検出器２９（温度セン
サ）が設けられており、コントローラ本体部６１は、血
液温度検出器２９により検出された血液温度と、血液粘
度算出機能により演算された血液粘度とを用いてヘマト
クリット値を演算するヘマトクリット値演算機能を備え
ている。表１は、回転円錐型粘度計を用いて人血液の粘
度、ヘマトクリット値、温度の関係の測定結果であり、
血液温度と血液粘度からヘマトクリット値の推定が可能
であることを示している。
【００５５】
【表１】
【００５６】次に、本発明の遠心式液体ポンプ装置１に
おける粘度演算ステップについて、簡単に説明する。ま
ず、血液体外循環を開始する前に、コントローラ本体部
６１に、設定流量もしくは設定吐出圧力をそれぞれの入
力部より入力すると、この設定値は、ＣＰＵ６５に記憶
される。そして、その設定値に対応するモータ回転数、
モータ電流がＣＰＵ６５により演算され、その値がモー
タドライバ６２に出力され、その条件にてポンプが回転
し、またインペラ浮上位置が通常位置（非粘度計測
時）、例えば、インペラ２１の底面とインペラ回転トル
ク発生部３側のハウジング２０の内面間の軸方向隙間が
０．２５ｍｍとなるように、ＣＰＵ６５はインペラ位置
制御用コントロール部６３を介してインペラ位置制御部
の電磁石４１の電圧値に対応する電圧（インペラ浮上位
置指令電圧）を出力する。これにより、送液が開始され
る。そして、循環開始後、ＣＰＵ６５は、記憶部に記憶
されているデータの回転数（例えば、２０００ｒｐｍ）
にモータの回転数を変更し、さらに、インペラ浮上位置
を変更させるために、インペラ浮上位置指令電圧を変更
させる。例えば、インペラ浮上位置指令電圧を２．５Ｖ
とする。これにより、インペラ２１は、約０．１５ｍｍ
移動し、インペラ２１の底面とインペラ回転トルク発生
部３側のハウジング２０の内面間の隙間が約０．１ｍｍ
となる。
【００５７】モータ電流値は、逐次コントローラ本体部
６１（ＣＰＵ６５）に入力されており、ＣＰＵ６５で
は、インペラ浮上位置変更前と変更後のモータ電流値よ
りモータ電流変化量を演算する。そして、ＣＰＵ６５
は、再び、インペラ浮上位置を通常位置に戻すために、
インペラ浮上位置指令電圧を変更させる。例えば、イン
ペラ浮上位置指令電圧を０Ｖとすることにより、インペ
ラ２１は、約０．１５ｍｍ移動し、インペラ２１の底面
とインペラ回転トルク発生部３側のハウジング２０の内
面間の隙間が約０．２５ｍｍに復帰する。
【００５８】そして、コントローラ本体部６１は、この
モータ電流変化量と、ＲＯＭ６４に記憶されている粘度
演算式とを用いて、ＣＰＵ６５は、粘度を演算する。通
常の流量計、圧力計は粘度変化によって誤差が生ずる
が、ここで求められた粘度は流量、圧力の補正にも利用
され、精度の高い吐出流量値、吐出圧力値の算出ができ
る。
【００５９】
【発明の効果】本発明の遠心式液体ポンプ装置は、液体
流入ポートと液体流出ポートを有するハウジングと、内
部に磁性体を備え、前記ハウジング内で回転し、回転時
の遠心力によって液体を送液するインペラを有する遠心
式液体ポンプ部と、前記遠心式液体ポンプ部の前記イン
ペラの磁性体を吸引するための磁石を備えるロータと、
該ロータを回転させるモータを備えるインペラ回転トル
ク発生部と、電磁石を備えるインペラ位置制御部とを備
え、前記ハウジングに対して前記インペラが非接触状態
にて回転する遠心式液体ポンプ装置本体部と、コントロ
ーラとを備える遠心式液体ポンプ装置であって、前記コ
ントローラは、前記インペラ位置制御部を用いて前記ハ
ウジング内における前記インペラの浮上位置を変化させ
るインペラ浮上位置制御機能と、前記モータの電流計測
機能と、前記インペラ浮上位置制御機能を用いて前記イ
ンペラの浮上位置を変化させたことにより得られるモー
タ電流変化量を利用して液体の粘度を算出する液体粘度
算出機能とを備えている。このため、特別な装置を設け
ることなく、インペラの浮上位置を変化させることで、
液体粘度をリアルタイムかつ容易に測定することができ
る。また、得られた液体粘度は、液体粘度管理、例え
ば、粘度異常警報を出す際、さらには、流量計や圧力計
を用いることなく吐出流量、吐出圧力を演算により求め
る際の補正に用いることができる。
【００６０】また、前記コントローラは、液体ポンプ装
置のモータに流れる電流とモータ回転数と吐出流量との
関係を予め測定した吐出流量関連データもしくはこの関
連データより算出された関係式データを記憶しており、
モータ電流値とモータ回転数と前記関係式データと前記
液体粘度算出機能により演算された液体粘度とを用いて
吐出流量を演算する吐出流量演算機能を備えているもの
とすれば、流量計を用いることなく、粘度相違による誤
差が極めて少ない正確な吐出流量を演算により求めるこ
とができる。
【００６１】さらに、前記コントローラは、設定流量の
入力および記憶機能と、前記吐出流量演算機能により演
算された吐出流量と前記設定流量を比較し、比較結果を
用いてモータ回転数を制御し、吐出流量を設定流量に近
づけるように制御する吐出流量制御機能を備えるものと
すれば、吐出流量の管理が容易である。
【００６２】また、前記コントローラは、前記吐出流量
演算機能により演算された吐出流量演算値と、液体ポン
プ装置のモータ回転数と吐出流量と吐出圧力との関係を
予め測定した吐出圧力関連データもしくはこの関連デー
タより算出された関係式データと、モータ回転数とを用
いて吐出圧力を演算する吐出圧力演算機能を備えるもの
とすれば、圧力計を用いることなく、粘度相違による誤
差が極めて少ない正確な吐出圧力を演算により求めるこ
とができる。
【００６３】さらに、前記コントローラは、設定吐出圧
力の入力および記憶機能と、該吐出圧力演算機能により
演算された吐出圧力と前記設定吐出圧力を比較し、比較
結果を用いてモータ回転数を制御し、吐出圧力を設定吐
出圧力に近づけるように制御する吐出圧力制御機能を備
えるものとすれば、吐出圧力の管理が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の遠心式液体ポンプ装置の実施
例のブロック図である。
【図２】図２は、本発明の遠心式液体ポンプ装置に使用
される遠心式液体ポンプ装置本体部の一例の正面図であ
る。
【図３】図３は、図２の遠心式液体ポンプ装置本体部を
インペラ部分にて切断した断面図である。
【図４】図４は、図２に示した実施例の遠心式液体ポン
プ装置の縦断面図である。
【図５】図５は、図２に示した遠心式液体ポンプ装置本
体部の平面図である。
【図６】図６は、インペラの浮上位置の変化量とモータ
駆動電流との関係を示す図である。
【図７】図７は、遠心式液体ポンプ装置のモータ電流変
化量と液体粘度との関係を示す図である。
【図８】図８は、遠心式液体ポンプ装置の吐出流量とモ
ータの駆動電流との関係を示す図である。
【図９】図９は、遠心式液体ポンプ装置のモータ電流と
流量の関係を回転数一定で粘度を変えて測定した特性を
示す図である。
【図１０】図１０は、遠心式液体ポンプ装置の各回転数
におけるポンプ吐出流量と吐出圧力特性を示す図であ
る。
【図１１】図１１は、血液ポンプを人工心肺装置に使用
した従来例を示す図である。
【符号の説明】
１ 遠心式液体ポンプ装置 ２ 遠心式液体ポンプ部 ３ インペラ回転トルク発生部 ４ インペラ位置制御部 ５ 遠心式液体ポンプ装置本体部 ６ コントローラ ２１ インペラ ２５ 磁性体 ３１ ロータ ３４ モータ ４１ 電磁石 ２０ ハウジング ６１ コントローラ本体部 ６２ モータドライバ ６３ インペラ位置制御用コントロール部 ６４ 記憶部（ＲＯＭ） ６５ ＣＰＵ ６６ 表示部 ６７ 入力部
フロントページの続き (72)発明者 尾崎 孝美 静岡県磐田市水堀294 (72)発明者 鈴木 稔 静岡県磐田市東貝塚1342−２

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体流入ポートと液体流出ポートを有す
    るハウジングと、内部に磁性体を備え、前記ハウジング
    内で回転し、回転時の遠心力によって液体を送液するイ
    ンペラを有する遠心式液体ポンプ部と、前記遠心式液体
    ポンプ部の前記インペラの磁性体を吸引するための磁石
    を備えるロータと、該ロータを回転させるモータを備え
    るインペラ回転トルク発生部と、電磁石を備えるインペ
    ラ位置制御部とを備え、前記ハウジングに対して前記イ
    ンペラが非接触状態にて回転する遠心式液体ポンプ装置
    本体部と、コントローラとを備える遠心式液体ポンプ装
    置であって、前記コントローラは、前記インペラ位置制
    御部を用いて前記ハウジング内における前記インペラの
    浮上位置を変化させるインペラ浮上位置制御機能と、前
    記モータの電流計測機能と、前記インペラ浮上位置制御
    機能を用いて前記インペラの浮上位置を変化させたこと
    により得られるモータ電流変化量を利用して液体の粘度
    を算出する液体粘度算出機能とを備えることを特徴とす
    る遠心式液体ポンプ装置。
  2. 【請求項２】 前記コントローラは、液体粘度とインペ
    ラ浮上位置変化によるモータ電流変化量との関係を予め
    測定した液体粘度−モータ電流変化量関連データもしく
    はこの関連データより算出された関係式データを記憶し
    たデータ記憶部を備え、前記液体粘度算出機能は、該デ
    ータ記憶部のデータと、前記インペラ浮上位置制御機能
    を用いて前記インペラの浮上位置を変化させたことによ
    り得られるモータ電流変化量を用いて液体粘度を算出す
    るものである請求項１に記載の遠心式液体ポンプ装置。
  3. 【請求項３】 前記コントローラは、液体粘度とインペ
    ラ浮上位置変化によるモータ電流変化量との関係を複数
    の回転数ごとに予め測定した液体粘度モータ電流変化量
    関連データもしくはこの関連データより算出された関係
    式データを記憶したデータ記憶部を備え、前記液体粘度
    算出機能は、該データ記憶部のデータと、モータ回転数
    と、前記インペラ浮上位置制御機能を用いて前記インペ
    ラの浮上位置を変化させたことにより得られるモータ電
    流変化量とを用いて液体粘度を算出するものである請求
    項１または２に記載の遠心式液体ポンプ装置。
  4. 【請求項４】 前記インペラは、前記インペラ位置制御
    部との軸受のための磁性部材を有し、前記インペラ位置
    制御部は、前記インペラの磁性部材を吸引するための固
    定された複数の電磁石と、該インペラの磁性部材の位置
    を検出するための位置センサーを備えている請求項１な
    いし３のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
  5. 【請求項５】 前記遠心式液体ポンプ装置は、遠心式血
    液ポンプ装置である請求項１ないし４のいずれかに記載
    の遠心式液体ポンプ装置。
  6. 【請求項６】 前記遠心式液体ポンプ装置は、遠心式血
    液ポンプ装置であり、さらに、前記遠心式血液ポンプ装
    置は、血液温度検出器を備え、前記コントローラは、該
    血液温度検出器により検出された血液温度と、前記液体
    粘度算出機能により演算された血液粘度とを用いてヘマ
    トクリット値を演算するヘマトクリット値演算機能を備
    える請求項５に記載の遠心式液体ポンプ装置。
  7. 【請求項７】 前記遠心式液体ポンプ装置は、遠心式血
    液ポンプ装置であり、さらに、前記コントローラは、前
    記液体粘度算出機能により演算された血液粘度が第１の
    設定値以下になった場合に、警報信号を出力するもので
    ある請求項５または６に記載の遠心式液体ポンプ装置。
  8. 【請求項８】 前記遠心式液体ポンプ装置は、遠心式血
    液ポンプ装置であり、さらに、前記コントローラは、前
    記液体粘度算出機能により演算された血液粘度が第２の
    設定値以上になった場合に、警報信号を出力するもので
    ある請求項５ないし７のいずれかに記載の遠心式液体ポ
    ンプ装置。
  9. 【請求項９】 前記コントローラは、液体ポンプ装置の
    モータに流れる電流とモータ回転数と吐出流量との関係
    を予め測定した吐出流量関連データもしくはこの関連デ
    ータより算出された関係式データを記憶しており、モー
    タ電流値とモータ回転数と前記関係式データと前記液体
    粘度算出機能により演算された液体粘度とを用いて吐出
    流量を演算する吐出流量演算機能を備えている請求項１
    ないし８のいずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
  10. 【請求項１０】 前記コントローラは、設定流量の入力
    および記憶機能と、前記吐出流量演算機能により演算さ
    れた吐出流量と前記設定流量を比較し、比較結果を用い
    てモータ回転数を制御し、吐出流量を設定流量に近づけ
    るように制御する吐出流量制御機能を備えている請求項
    ９に記載の遠心式液体ポンプ装置。
  11. 【請求項１１】 前記コントローラは、前記吐出流量演
    算機能により演算された吐出流量演算値と、液体ポンプ
    装置のモータ回転数と吐出流量と吐出圧力との関係を予
    め測定した吐出圧力関連データもしくはこの関連データ
    より算出された関係式データと、モータ回転数とを用い
    て吐出圧力を演算する吐出圧力演算機能を備えている請
    求項９または１０に記載の遠心式液体ポンプ装置。
  12. 【請求項１２】 前記コントローラは、設定吐出圧力の
    入力および記憶機能と、該吐出圧力演算機能により演算
    された吐出圧力と前記設定吐出圧力を比較し、比較結果
    を用いてモータ回転数を制御し、吐出圧力を設定吐出圧
    力に近づけるように制御する吐出圧力制御機能を備えて
    いる請求項１１に記載の遠心式液体ポンプ装置。
  13. 【請求項１３】 前記吐出流量制御機能または前記吐出
    圧力制御機能のために、前記コントローラは、前記モー
    タ回転数制御機能を備えている請求項９ないし１２のい
    ずれかに記載の遠心式液体ポンプ装置。
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