回転駆動装置およびそれを用いた遠心式ポンプ装置
【課題】組立て作業性、生産性、信頼性が高い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、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。複数のコイル２０を円板状のプリント基板２３に接続し、外部からプリント基板２３の配線パターンＬ１〜Ｌ３を介して複数のコイル２０に駆動電圧ＶＶ，ＶＵ，ＶＷを供給する。したがって、装置寸法の小型化を維持しながら、組立て作業性、生産性、信頼性を高めることができる。
【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、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。複数のコイル２０を円板状のプリント基板２３に接続し、外部からプリント基板２３の配線パターンＬ１〜Ｌ３を介して複数のコイル２０に駆動電圧ＶＶ，ＶＵ，ＶＷを供給する。したがって、装置寸法の小型化を維持しながら、組立て作業性、生産性、信頼性を高めることができる。
【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、複数のコイルが接続された第１の基板とを含み、第１の基板には、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２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ている。
【００１４】
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、第１の基板は円形であり、第１の基板の外径と第２の磁性体の外径とは略等しい。
【００１５】
好ましくは、複数のコイルは第１の基板の外周に沿って第１の基板の表面に配置され、第１の基板の表面のうちの複数のコイルと第１の基板の外周との間の領域には、駆動電圧を印加するとともに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。
【００１６】
また好ましくは、第１の基板には、それぞれ複数の第１の磁性体を貫通させるための複数の孔が形成されており、第１の基板は複数のコイルと第２の磁性体との間に配置され、複数の第１の磁性体はそれぞれ複数の孔を介して第２の磁性体に結合されている。
【００１７】
また好ましくは、駆動部は、さらに、それぞれ複数の第１の磁性体に対応して設けられ、各々が、対応の第１の磁性体のロータに対向する先端面に結合された複数の第３の磁性体を含む。第３の磁性体のロータに対向する表面の面積は第１の磁性体の先端面の面積よりも大きい。第１の基板には、それぞれ複数の第１の磁性体を貫通させるための複数の孔が形成されており、第１の基板は複数のコイルと複数の第３の磁性体との間に設けられ、複数の第１の磁性体はそれぞれ複数の孔を介して第２の磁性体に結合されている。
【００１８】
また好ましくは、駆動部は、さらに、それぞれ複数の第１の磁性体に対応して設けられ、各々が、対応の第１の磁性体のロータに対向する先端面に結合された複数の第３の磁性体を含む。第３の磁性体のロータに対向する表面の面積は第１の磁性体の先端面の面積よりも大きい。第１の基板には、それぞれ複数の第３の磁性体を挿入するための複数の孔が形成されており、第１の基板は複数のコイルのロータ側の端面に設けられ、複数の第３の磁性体はそれぞれ複数の孔に挿入されている。
【００１９】
また好ましくは、さらに、所定位置に固定されたコネクタと、駆動部の外周に沿うように配置されてコネクタと第１の基板を接続し、柔軟性を有する第２の基板とを備える。第２の基板には、外部からコネクタを介して供給された駆動電圧を第１の基板の配線パターンを介して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。
【００２０】
また好ましくは、第１および第２の基板は一体的に形成されている。
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ている。
【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筒状の第２の磁性体を含む。
【００２２】
また好ましくは、第１の基板は、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。
【００２３】
また好ましくは、さらに、所定位置に固定されたコネクタと、駆動部の外周に沿うように配置されてコネクタと第１の基板を接続し、柔軟性を有する第２の基板とを備える。第２の基板には、外部からコネクタを介して供給された駆動電圧をの基板の配線パターンを介して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いる。
【００２４】
また好ましくは、第１および第２の基板は一体的に形成されている。
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。
【００２５】
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。
【００２６】
また、この発明に係る他の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、複数のコイルが接続された基板とを含み、基板には、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。
【００２７】
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】
【００２８】
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基板に複数のコイルを接続するので、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】
【００２９】
【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プリント基板の構成を示す図である。
【図１０】図９に示した複数のコイル、複数の磁性体、プリント基板の構成および組立て方法を説明するための断面図である。
【図１１】インペラに作用する力を示す図である。
【図１２】インペラに作用する力を示す他の図である。
【図１３】図１〜図１０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１４】図１３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１５】実施の形態１の変更例を示すブロック図である。
【図１６】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１７】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１８】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図である。
【図２４】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。
【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】図２６に示した基板の使用方法を示す図である。
【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】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３０】実施の形態２の効果を説明するための図である。
【図３１】実施の形態２の変更例を示す図である。
【図３２】図３１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３３】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３４】実施の形態３の変更例を示す図である。
【図３５】実施の形態３の他の変更例を示す図である。
【図３６】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３７】実施の形態４の変更例を示す図である。
【図３８】実施の形態４の他の変更例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
[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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
また、図９（ａ）は９個のコイル２０に駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを供給するためのプリント基板２３の構成を示す平面図であり、図９（ｂ）はプリント基板２３に形成された配線パターンを模式的に示す図である。また、図１０は、磁性体１８、コイル２０、継鉄１９、およびプリント基板２３の構成および組立て方法を説明するための断面図である。図９（ａ）（ｂ）および図１０において、プリント基板２３は円板状に形成されており、プリント基板２３の直径は円板状の継鉄１９の直径と略等しい。
【００４３】
９個のコイル２０は、プリント基板２３の外周に沿ってプリント基板２３の表面に搭載される。プリント基板２３の表面のうちの９個のコイル２０とプリント基板２３の外周との間の９個の領域の各々に２つのランド部（電極）２３ａが形成される。各コイル２０の２つの端子はそれぞれ、そのコイル２０に隣接する２つのランド部２３ａに接続される。
【００４４】
また、プリント基板２３の表面には、複数の配線パターンＬ０〜Ｌ３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個のランド部２３ａ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。
【００４５】
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個のランド部２３ａは、配線パターンＬ１によって互いに接続されるとともに、コントローラ（図１３参照）からの電源線Ｌ１１に接続される。コントローラは、電源線Ｌ１１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。
【００４６】
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個のランド部２３ａは、配線パターンＬ２によって互いに接続されるとともに、コントローラ（図１３参照）からの電源線Ｌ１２に接続される。コントローラは、電源線Ｌ１２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。
【００４７】
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個のランド部２３ａは、配線パターンＬ３によって互いに接続されるとともに、コントローラ（図１３参照）からの電源線Ｌ１３に接続される。コントローラは、電源線Ｌ１３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。
【００４８】
このように、各ランド部２３ａは、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の電源線Ｌ１１〜Ｌ１３やコイル２０の端子をプリント基板２３に接続するために使用される。電源線Ｌ１１〜Ｌ１３やコイル２０の端子とランド部２３ａとは、半田によって接合される。なお、絶縁対策として半田部分を樹脂等でポッティングしてもよい。
【００４９】
また、プリント基板２３は、フレキシブル基板でもリジッド基板でもよいし、フレキシブル基板とリジッド基板を結合した複合基板でもよい。フレキシブル基板は、たとえば、ポリイミドフィルムと金属層で形成される。また、リジッド基板は、たとえば、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、またはアルミナセラミックと、金属層とで形成される。ランド部２３ａおよび配線パターンＬ０〜Ｌ３は、金属層で形成される。
【００５０】
また、図１０に示すように、プリント基板２３は、９個のコイル２０と円板状の継鉄１９の間に設けられている。磁性体１８は、円柱部１８ａと、その上端に設けられた円板状のキャップ部１８ｂとを含む。キャップ部１８ｂの直径は、円柱部１８ａの直径よりも大きい。コイル２０は、磁性体１８の円柱部１８ｂのうちの下端部以外の部分に円筒状に巻回されている。プリント基板２３には、９個の磁性体１８の下端部を通すための９個の孔２３ｂが等角度間隔で開口されている。コイル２０付きの磁性体１８の下端面は、対応する孔２３ｂを介して円板状の継鉄１９の表面に接合されている。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
図１１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。
【００６６】
図１１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。
【００６７】
これに対して図１２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。
【００６８】
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１１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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
なお、図１１および図１２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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
図１３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１３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。
【００８７】
図１４（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１４（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。
【００８８】
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。
【００８９】
以上のように、この実施の形態１では、９個のコイル２０をプリント基板２３に搭載し、３相の駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷをプリント基板２３の配線パターンＬ１〜Ｌ３を介して９個のコイル２０に供給するので、９個のコイル２０と電源線Ｌ１１〜Ｌ１３とを直接、半田付けする場合に比べ、組立て作業性、生産性、信頼性を高めることができる。
【００９０】
また、プリント基板２３の外周と９個のコイル２０との隙間の領域に１８個のランド部２３ａ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。
【００９１】
また、プリント基板２３の直径を円板状の継鉄１９の直径と略同じにしたので、装置寸法を大きくすることなく、結線作業を簡略化することができる。
【００９２】
また、図１５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１５において、この変更例では、図１３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１４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１６（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１４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３と対比される図である。図１７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７と対比される図である。図１８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１７と対比される図である。図１９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２０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２１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１９の変更例と同じ効果が得られる。
【００９９】
また、図２２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１０と対比される図である。図２２において、この変更例が図１０の構成と異なる点は、円板状のプリント基板２３がコイル２０の上に配置される点である。すなわち、磁性体１８は、円柱部１８ａとキャップ部１８ｂを含む。コイル２０は、磁性体１８の円柱部１８ａのうちの上端部以外の部分に円筒状に巻回されている。プリント基板２３には、９個の円柱部１８ａの上端部を通すための９個の孔２３ｂが等角度間隔で開口されている。コイル２０付きの円柱部１８ａの上端面は、対応する孔２３ｂを介してキャップ部１８ｂの下端面に接合される。コイル２０付きの円柱部１８ａの下端面は、円板状の継鉄１９の表面に接合される。他の構成は、図９（ａ）（ｂ）および図１０で説明したものと同じであるので、その説明は繰り返さない。この変更例でも、空間を効率的に利用することができ、装置の小型化を図ることができる。また、プリント基板２３の直径を円板状の継鉄１９の直径と略同じにしたので、装置寸法を大きくすることなく、結線作業を簡略化できる。
【０１００】
また、図２３（ａ）（ｂ）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２２と対比される図である。図２３（ａ）（ｂ）において、この変更例が図２２の変更例と異なる点は、磁性体１８の円柱部１８ａ全体にコイル２０が巻回され、基板２３に磁性体１８のキャップ部１８ｂよりも大きな孔１２３ｂが開口され、コイル２０が基板２３と継鉄１９の間に挟まれている点である。ここでは、キャップ部２３ｂは、台形状に形成されており、長辺が外側に配置され、短辺が内側に配置されている。他の構成は、図９（ａ）（ｂ）および図１０で説明したものと同じであるので、その説明は繰り返さない。この変更例では、基板２３を配置しても駆動部の軸方向長さを増加させることなく、結線作業を簡略化できる。
【０１０１】
また、図２４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９（ａ）（ｂ）および図１０と対比される図である。図２４において、この変更例が図９（ａ）（ｂ）および図１０の構成と異なる点は、円板状の基板２３とコネクタ（図示せず）とを接続する帯状のフレキシブル基板４０が設けられている点である。フレキシブル基板４０には、コントローラ２５からコネクタを介して供給された駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷをプリント基板２３の３つの配線パターンＬ１〜Ｌ３を介して９個のコイル２０に供給するための３つの配線パターン（図示せず）が形成されている。換言すると、フレキシブル基板４０の３つの配線パターンの一方端はそれぞれ駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを受け、それらの他方端はプリント基板２３の３つの配線パターンＬ１〜Ｌ３にそれぞれ接続される。フレキシブル基板４０は、駆動部の外周（すなわち、９個のコイル２０の外周）を巻回するように配置される。
【０１０２】
この変更例では、フレキシブル基板４０を用いることにより、駆動部の外周の配線用スペースを最小にすることができる。なお、帯状のフレキシブル基板４０を駆動部の外周長の約４分の１以上の長さにすることにより、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にフレキシブル基板４０を接続する際に、基板２３，４０に掛かるストレスを軽減することができ、信頼性を向上させることができる。
【０１０３】
また、図２５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２４と対比される図である。図２５において、この変更例では、ハウジング２の本体部３にコネクタ４１が固定されている。コネクタ４１は、本体部３の壁を貫通する３本のピン４１ａ〜４１ｃを含む。３本のピン４１ａ〜４１ｃ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４１ａ〜４１ｃと円板状のプリント基板２３の複数のランド部２３ａとは、フレキシブル基板４０に形成された３本の配線パターンによって接続される。この変更例では、径方向の配線用スペースを最小にすることができる。
【０１０４】
また、図２６および図２７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９（ａ）（ｂ）および図１０と対比される図である。図２６および図２７において、この変更例では、円板状のプリント基板２３と帯状のフレキシブル基板４０とが一体的に形成されている。プリント基板２３の円周の接線方向にフレキシブル基板４０の長辺が配置され、プリント基板２３の円周の一部にフレキシブル基板４０の長辺の一方端部が結合されている。コイル２０付きの磁性体１８の下端面は、プリント基板２３の孔２３ｂを貫通して円板状の継鉄１９の表面に接合される。
【０１０５】
プリント基板２３とフレキシブル基板４０の結合部４０ａは、プリント基板２３の表面に対して垂直な方向に折り曲げ可能に形成されている。プリント基板２３の表面に対して垂直に折り曲げられたフレキシブル基板２３は、プリント基板２３の外周に沿って曲げられて、プリント基板２３の他方端部はコネクタ（図示せず）に接続される。コイル２０の各端子は、プリント基板２３のランド部２３ａに半田付けされる。コントローラ２５からコネクタ（図示せず）を介してフレキシブル基板４０の他方端部に与えられた３相の駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷは、フレキシブル基板４０に形成された３つの配線パターン、プリント基板２３に形成された３つの配線パターンＬ１〜Ｌ３、および複数のランド部２３ａを介して、３つのグループに分割された９個のコイル２０に供給される。
【０１０６】
このように、フレキシブル基板４０は、駆動部の形状に合わせて屈曲させる、折り曲げるなど三次元的な実装が可能である。その点を利用して、本変更例では駆動部における各コイル間や電源線との結線にフレキシブル基板４０を採用し、装置を小型、薄型に維持したまま、組立て作業性、生産性、信頼性を向上させている。
【０１０７】
また、図２８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９（ｂ）と対比される図である。図９（ｂ）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２８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。
【０１０８】
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つのランド部２３ａ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，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ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個のランド部２３ａ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。
【０１０９】
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個のランド部２３ａは、それぞれ配線パターンＬ１ｂ〜Ｌ３ｂ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個のランド部２３ａ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個のランド部２３ａは、それぞれ配線パターンＬ１ａ〜Ｌ３ａ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個のランド部２３ａにそれぞれ接続される。
【０１１０】
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個のランド部２３ａは、それぞれコントローラ２５（図１３参照）からの電源線Ｌ１１〜Ｌ１３に接続される。コントローラ２５は、電源線Ｌ１１および配線パターンＬ１ａ，Ｌ１ｂを介して各第１のコイル２０に駆動電圧ＶＵを与え、電源線Ｌ１２および配線パターンＬ２ａ，Ｌ２ｂを介して各第２のコイル２０に駆動電圧ＶＶを与え、電源線Ｌ１３および配線パターンＬ３ａ，Ｌ３ｂ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。
【０１１１】
［実施の形態２］
図２９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２９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。
【０１１２】
図３０（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３０（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３０（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。
【０１１３】
また、図３１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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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３１に示す。図３２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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
[実施の形態３]
図３３（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３３（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。
【０１１９】
図３３（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。
【０１２０】
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、プリント基板２３、および継鉄７３を含む。
【０１２１】
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の下端部以外の部分に巻回される。プリント基板２３の構成は、図９（ａ）（ｂ）および図１０で示した通りである。円柱部７１ａの下端面は、プリント基板２３の孔２３ｂを貫通して継鉄７３の表面に接合される。コイル７２の端子は、プリント基板２３のランド部に接続される。プリント基板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。
【０１２２】
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本の電源線Ｌ１１〜Ｌ１３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。
【０１２３】
図３４（ａ）（ｂ）は、本実施の形態３の変更例を示す図であって、図３３（ａ）（ｂ）と対比される図である。図３４（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。
【０１２４】
図３０（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。
【０１２５】
また、図３５（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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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３１参照）。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。
【０１２８】
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３２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。
【０１２９】
[実施の形態４]
図３６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３６において、このラジアルギャップ型モータは、図３３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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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、および円環状のプリント基板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。プリント基板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。
【０１３２】
プリント基板９４には、図９（ａ）（ｂ）および図１０で示したプリント基板２３と同様に、各隣接する２つのコイル９２の間に対向して２つのランド部９４ａが設けられている。各コイル９２の２つの端子は、そのコイル９２に隣接する２つのランド部９４ａに接続される。
【０１３３】
また、プリント基板９４には、図９（ｂ）または図２８で説明した４つの配線パターンＬ０〜Ｌ３が形成されている。プリント基板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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
なお、この実施の形態４では、円環状のプリント基板９４を設けたが、円板状のプリント基板９４を設けてもよい。
【０１３６】
また、駆動部の両端面の各々にプリント基板９４を設けてもよい。この場合は、２枚のプリント基板９４に複数のランド部９４ａと配線パターンＬ０〜Ｌ３を分散配置するとよい。たとえば、図９（ｂ）で示した配線パターンＬ１〜Ｌ３および９個のランド部２３ａを一方のプリント基板９４に設け、配線パターンＬ０および９個のランド部２３ａを他方のプリント基板９４に設けるとよい。
【０１３７】
また、図２６で示したように、プリント基板９４の外周の接線方向に延在するフレキシブル基板９５を設けてもよい。この場合は、フレキシブル基板９５を折り曲げ、さらに湾曲させて、円筒状の継鉄９３の外周に沿わせて配置するとよい。あるいは、円筒状の継鉄９３から突出したコイル９２のコイルエンド部の外周に沿わせてフレキシブル基板９５を配置するとよい。フレキシブル基板９５の端部は、図２５で示したように、コネクタ９６の３本のピンに接続される。コネクタ９６は、たとえば、継鉄９０の外周面にネジ（図示せず）で固定される。フレキシブル基板９５およびコネクタ９６を継鉄９０の外周面に接着剤で接着してもよい。
【０１３８】
図３７は、本実施の形態４の変更例を示す図であって、図３６と対比される図である。図３７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。
【０１３９】
図３０（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。
【０１４０】
また、図３８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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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３１参照）。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。
【０１４３】
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３２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。
【０１４４】
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】
【０１４５】
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、１９，３６，７３，９４ 継鉄、２０，７２，９２ コイル、２１，２２ 動圧溝、２３ プリント基板、２３ａ，９４a ランド部、２３ｂ 孔、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、４０，９５ フレキシブル基板、４１，９６ コネクタ、Ｌ０〜Ｌ３ 配線パターン、Ｌ１１〜Ｌ１３ 電源線。
【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、複数のコイルが接続された第１の基板とを含み、第１の基板には、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２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ている。
【００１４】
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、第１の基板は円形であり、第１の基板の外径と第２の磁性体の外径とは略等しい。
【００１５】
好ましくは、複数のコイルは第１の基板の外周に沿って第１の基板の表面に配置され、第１の基板の表面のうちの複数のコイルと第１の基板の外周との間の領域には、駆動電圧を印加するとともに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。
【００１６】
また好ましくは、第１の基板には、それぞれ複数の第１の磁性体を貫通させるための複数の孔が形成されており、第１の基板は複数のコイルと第２の磁性体との間に配置され、複数の第１の磁性体はそれぞれ複数の孔を介して第２の磁性体に結合されている。
【００１７】
また好ましくは、駆動部は、さらに、それぞれ複数の第１の磁性体に対応して設けられ、各々が、対応の第１の磁性体のロータに対向する先端面に結合された複数の第３の磁性体を含む。第３の磁性体のロータに対向する表面の面積は第１の磁性体の先端面の面積よりも大きい。第１の基板には、それぞれ複数の第１の磁性体を貫通させるための複数の孔が形成されており、第１の基板は複数のコイルと複数の第３の磁性体との間に設けられ、複数の第１の磁性体はそれぞれ複数の孔を介して第２の磁性体に結合されている。
【００１８】
また好ましくは、駆動部は、さらに、それぞれ複数の第１の磁性体に対応して設けられ、各々が、対応の第１の磁性体のロータに対向する先端面に結合された複数の第３の磁性体を含む。第３の磁性体のロータに対向する表面の面積は第１の磁性体の先端面の面積よりも大きい。第１の基板には、それぞれ複数の第３の磁性体を挿入するための複数の孔が形成されており、第１の基板は複数のコイルのロータ側の端面に設けられ、複数の第３の磁性体はそれぞれ複数の孔に挿入されている。
【００１９】
また好ましくは、さらに、所定位置に固定されたコネクタと、駆動部の外周に沿うように配置されてコネクタと第１の基板を接続し、柔軟性を有する第２の基板とを備える。第２の基板には、外部からコネクタを介して供給された駆動電圧を第１の基板の配線パターンを介して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。
【００２０】
また好ましくは、第１および第２の基板は一体的に形成されている。
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ている。
【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筒状の第２の磁性体を含む。
【００２２】
また好ましくは、第１の基板は、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。
【００２３】
また好ましくは、さらに、所定位置に固定されたコネクタと、駆動部の外周に沿うように配置されてコネクタと第１の基板を接続し、柔軟性を有する第２の基板とを備える。第２の基板には、外部からコネクタを介して供給された駆動電圧をの基板の配線パターンを介して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いる。
【００２４】
また好ましくは、第１および第２の基板は一体的に形成されている。
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。
【００２５】
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。
【００２６】
また、この発明に係る他の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、複数のコイルが接続された基板とを含み、基板には、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。
【００２７】
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】
【００２８】
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基板に複数のコイルを接続するので、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】
【００２９】
【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プリント基板の構成を示す図である。
【図１０】図９に示した複数のコイル、複数の磁性体、プリント基板の構成および組立て方法を説明するための断面図である。
【図１１】インペラに作用する力を示す図である。
【図１２】インペラに作用する力を示す他の図である。
【図１３】図１〜図１０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１４】図１３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１５】実施の形態１の変更例を示すブロック図である。
【図１６】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１７】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１８】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図である。
【図２４】実施の形態１のさらに他の変更例を示す図である。
【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】図２６に示した基板の使用方法を示す図である。
【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】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３０】実施の形態２の効果を説明するための図である。
【図３１】実施の形態２の変更例を示す図である。
【図３２】図３１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３３】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３４】実施の形態３の変更例を示す図である。
【図３５】実施の形態３の他の変更例を示す図である。
【図３６】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３７】実施の形態４の変更例を示す図である。
【図３８】実施の形態４の他の変更例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
[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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
また、図９（ａ）は９個のコイル２０に駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを供給するためのプリント基板２３の構成を示す平面図であり、図９（ｂ）はプリント基板２３に形成された配線パターンを模式的に示す図である。また、図１０は、磁性体１８、コイル２０、継鉄１９、およびプリント基板２３の構成および組立て方法を説明するための断面図である。図９（ａ）（ｂ）および図１０において、プリント基板２３は円板状に形成されており、プリント基板２３の直径は円板状の継鉄１９の直径と略等しい。
【００４３】
９個のコイル２０は、プリント基板２３の外周に沿ってプリント基板２３の表面に搭載される。プリント基板２３の表面のうちの９個のコイル２０とプリント基板２３の外周との間の９個の領域の各々に２つのランド部（電極）２３ａが形成される。各コイル２０の２つの端子はそれぞれ、そのコイル２０に隣接する２つのランド部２３ａに接続される。
【００４４】
また、プリント基板２３の表面には、複数の配線パターンＬ０〜Ｌ３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個のランド部２３ａ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。
【００４５】
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個のランド部２３ａは、配線パターンＬ１によって互いに接続されるとともに、コントローラ（図１３参照）からの電源線Ｌ１１に接続される。コントローラは、電源線Ｌ１１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。
【００４６】
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個のランド部２３ａは、配線パターンＬ２によって互いに接続されるとともに、コントローラ（図１３参照）からの電源線Ｌ１２に接続される。コントローラは、電源線Ｌ１２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。
【００４７】
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個のランド部２３ａは、配線パターンＬ３によって互いに接続されるとともに、コントローラ（図１３参照）からの電源線Ｌ１３に接続される。コントローラは、電源線Ｌ１３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。
【００４８】
このように、各ランド部２３ａは、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の電源線Ｌ１１〜Ｌ１３やコイル２０の端子をプリント基板２３に接続するために使用される。電源線Ｌ１１〜Ｌ１３やコイル２０の端子とランド部２３ａとは、半田によって接合される。なお、絶縁対策として半田部分を樹脂等でポッティングしてもよい。
【００４９】
また、プリント基板２３は、フレキシブル基板でもリジッド基板でもよいし、フレキシブル基板とリジッド基板を結合した複合基板でもよい。フレキシブル基板は、たとえば、ポリイミドフィルムと金属層で形成される。また、リジッド基板は、たとえば、ガラスエポキシ基板、紙フェノール基板、またはアルミナセラミックと、金属層とで形成される。ランド部２３ａおよび配線パターンＬ０〜Ｌ３は、金属層で形成される。
【００５０】
また、図１０に示すように、プリント基板２３は、９個のコイル２０と円板状の継鉄１９の間に設けられている。磁性体１８は、円柱部１８ａと、その上端に設けられた円板状のキャップ部１８ｂとを含む。キャップ部１８ｂの直径は、円柱部１８ａの直径よりも大きい。コイル２０は、磁性体１８の円柱部１８ｂのうちの下端部以外の部分に円筒状に巻回されている。プリント基板２３には、９個の磁性体１８の下端部を通すための９個の孔２３ｂが等角度間隔で開口されている。コイル２０付きの磁性体１８の下端面は、対応する孔２３ｂを介して円板状の継鉄１９の表面に接合されている。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
図１１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。
【００６６】
図１１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。
【００６７】
これに対して図１２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。
【００６８】
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１１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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
なお、図１１および図１２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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
図１３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１３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。
【００８７】
図１４（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１４（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。
【００８８】
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。
【００８９】
以上のように、この実施の形態１では、９個のコイル２０をプリント基板２３に搭載し、３相の駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷをプリント基板２３の配線パターンＬ１〜Ｌ３を介して９個のコイル２０に供給するので、９個のコイル２０と電源線Ｌ１１〜Ｌ１３とを直接、半田付けする場合に比べ、組立て作業性、生産性、信頼性を高めることができる。
【００９０】
また、プリント基板２３の外周と９個のコイル２０との隙間の領域に１８個のランド部２３ａ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。
【００９１】
また、プリント基板２３の直径を円板状の継鉄１９の直径と略同じにしたので、装置寸法を大きくすることなく、結線作業を簡略化することができる。
【００９２】
また、図１５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１５において、この変更例では、図１３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１４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１６（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１４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３と対比される図である。図１７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７と対比される図である。図１８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１７と対比される図である。図１９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２０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２１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１９の変更例と同じ効果が得られる。
【００９９】
また、図２２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１０と対比される図である。図２２において、この変更例が図１０の構成と異なる点は、円板状のプリント基板２３がコイル２０の上に配置される点である。すなわち、磁性体１８は、円柱部１８ａとキャップ部１８ｂを含む。コイル２０は、磁性体１８の円柱部１８ａのうちの上端部以外の部分に円筒状に巻回されている。プリント基板２３には、９個の円柱部１８ａの上端部を通すための９個の孔２３ｂが等角度間隔で開口されている。コイル２０付きの円柱部１８ａの上端面は、対応する孔２３ｂを介してキャップ部１８ｂの下端面に接合される。コイル２０付きの円柱部１８ａの下端面は、円板状の継鉄１９の表面に接合される。他の構成は、図９（ａ）（ｂ）および図１０で説明したものと同じであるので、その説明は繰り返さない。この変更例でも、空間を効率的に利用することができ、装置の小型化を図ることができる。また、プリント基板２３の直径を円板状の継鉄１９の直径と略同じにしたので、装置寸法を大きくすることなく、結線作業を簡略化できる。
【０１００】
また、図２３（ａ）（ｂ）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２２と対比される図である。図２３（ａ）（ｂ）において、この変更例が図２２の変更例と異なる点は、磁性体１８の円柱部１８ａ全体にコイル２０が巻回され、基板２３に磁性体１８のキャップ部１８ｂよりも大きな孔１２３ｂが開口され、コイル２０が基板２３と継鉄１９の間に挟まれている点である。ここでは、キャップ部２３ｂは、台形状に形成されており、長辺が外側に配置され、短辺が内側に配置されている。他の構成は、図９（ａ）（ｂ）および図１０で説明したものと同じであるので、その説明は繰り返さない。この変更例では、基板２３を配置しても駆動部の軸方向長さを増加させることなく、結線作業を簡略化できる。
【０１０１】
また、図２４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９（ａ）（ｂ）および図１０と対比される図である。図２４において、この変更例が図９（ａ）（ｂ）および図１０の構成と異なる点は、円板状の基板２３とコネクタ（図示せず）とを接続する帯状のフレキシブル基板４０が設けられている点である。フレキシブル基板４０には、コントローラ２５からコネクタを介して供給された駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷをプリント基板２３の３つの配線パターンＬ１〜Ｌ３を介して９個のコイル２０に供給するための３つの配線パターン（図示せず）が形成されている。換言すると、フレキシブル基板４０の３つの配線パターンの一方端はそれぞれ駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを受け、それらの他方端はプリント基板２３の３つの配線パターンＬ１〜Ｌ３にそれぞれ接続される。フレキシブル基板４０は、駆動部の外周（すなわち、９個のコイル２０の外周）を巻回するように配置される。
【０１０２】
この変更例では、フレキシブル基板４０を用いることにより、駆動部の外周の配線用スペースを最小にすることができる。なお、帯状のフレキシブル基板４０を駆動部の外周長の約４分の１以上の長さにすることにより、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にフレキシブル基板４０を接続する際に、基板２３，４０に掛かるストレスを軽減することができ、信頼性を向上させることができる。
【０１０３】
また、図２５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２４と対比される図である。図２５において、この変更例では、ハウジング２の本体部３にコネクタ４１が固定されている。コネクタ４１は、本体部３の壁を貫通する３本のピン４１ａ〜４１ｃを含む。３本のピン４１ａ〜４１ｃ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４１ａ〜４１ｃと円板状のプリント基板２３の複数のランド部２３ａとは、フレキシブル基板４０に形成された３本の配線パターンによって接続される。この変更例では、径方向の配線用スペースを最小にすることができる。
【０１０４】
また、図２６および図２７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９（ａ）（ｂ）および図１０と対比される図である。図２６および図２７において、この変更例では、円板状のプリント基板２３と帯状のフレキシブル基板４０とが一体的に形成されている。プリント基板２３の円周の接線方向にフレキシブル基板４０の長辺が配置され、プリント基板２３の円周の一部にフレキシブル基板４０の長辺の一方端部が結合されている。コイル２０付きの磁性体１８の下端面は、プリント基板２３の孔２３ｂを貫通して円板状の継鉄１９の表面に接合される。
【０１０５】
プリント基板２３とフレキシブル基板４０の結合部４０ａは、プリント基板２３の表面に対して垂直な方向に折り曲げ可能に形成されている。プリント基板２３の表面に対して垂直に折り曲げられたフレキシブル基板２３は、プリント基板２３の外周に沿って曲げられて、プリント基板２３の他方端部はコネクタ（図示せず）に接続される。コイル２０の各端子は、プリント基板２３のランド部２３ａに半田付けされる。コントローラ２５からコネクタ（図示せず）を介してフレキシブル基板４０の他方端部に与えられた３相の駆動電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷは、フレキシブル基板４０に形成された３つの配線パターン、プリント基板２３に形成された３つの配線パターンＬ１〜Ｌ３、および複数のランド部２３ａを介して、３つのグループに分割された９個のコイル２０に供給される。
【０１０６】
このように、フレキシブル基板４０は、駆動部の形状に合わせて屈曲させる、折り曲げるなど三次元的な実装が可能である。その点を利用して、本変更例では駆動部における各コイル間や電源線との結線にフレキシブル基板４０を採用し、装置を小型、薄型に維持したまま、組立て作業性、生産性、信頼性を向上させている。
【０１０７】
また、図２８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９（ｂ）と対比される図である。図９（ｂ）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２８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。
【０１０８】
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つのランド部２３ａ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，Ｌ１ｂ，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ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個のランド部２３ａ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。
【０１０９】
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個のランド部２３ａは、それぞれ配線パターンＬ１ｂ〜Ｌ３ｂ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個のランド部２３ａ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個のランド部２３ａは、それぞれ配線パターンＬ１ａ〜Ｌ３ａ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個のランド部２３ａにそれぞれ接続される。
【０１１０】
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個のランド部２３ａは、それぞれコントローラ２５（図１３参照）からの電源線Ｌ１１〜Ｌ１３に接続される。コントローラ２５は、電源線Ｌ１１および配線パターンＬ１ａ，Ｌ１ｂを介して各第１のコイル２０に駆動電圧ＶＵを与え、電源線Ｌ１２および配線パターンＬ２ａ，Ｌ２ｂを介して各第２のコイル２０に駆動電圧ＶＶを与え、電源線Ｌ１３および配線パターンＬ３ａ，Ｌ３ｂ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。
【０１１１】
［実施の形態２］
図２９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２９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。
【０１１２】
図３０（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３０（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３０（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。
【０１１３】
また、図３１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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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３１に示す。図３２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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
[実施の形態３]
図３３（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３３（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。
【０１１９】
図３３（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。
【０１２０】
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、プリント基板２３、および継鉄７３を含む。
【０１２１】
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の下端部以外の部分に巻回される。プリント基板２３の構成は、図９（ａ）（ｂ）および図１０で示した通りである。円柱部７１ａの下端面は、プリント基板２３の孔２３ｂを貫通して継鉄７３の表面に接合される。コイル７２の端子は、プリント基板２３のランド部に接続される。プリント基板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。
【０１２２】
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本の電源線Ｌ１１〜Ｌ１３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。
【０１２３】
図３４（ａ）（ｂ）は、本実施の形態３の変更例を示す図であって、図３３（ａ）（ｂ）と対比される図である。図３４（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。
【０１２４】
図３０（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。
【０１２５】
また、図３５（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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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３１参照）。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。
【０１２８】
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３２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。
【０１２９】
[実施の形態４]
図３６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３６において、このラジアルギャップ型モータは、図３３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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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、および円環状のプリント基板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。プリント基板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。
【０１３２】
プリント基板９４には、図９（ａ）（ｂ）および図１０で示したプリント基板２３と同様に、各隣接する２つのコイル９２の間に対向して２つのランド部９４ａが設けられている。各コイル９２の２つの端子は、そのコイル９２に隣接する２つのランド部９４ａに接続される。
【０１３３】
また、プリント基板９４には、図９（ｂ）または図２８で説明した４つの配線パターンＬ０〜Ｌ３が形成されている。プリント基板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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
なお、この実施の形態４では、円環状のプリント基板９４を設けたが、円板状のプリント基板９４を設けてもよい。
【０１３６】
また、駆動部の両端面の各々にプリント基板９４を設けてもよい。この場合は、２枚のプリント基板９４に複数のランド部９４ａと配線パターンＬ０〜Ｌ３を分散配置するとよい。たとえば、図９（ｂ）で示した配線パターンＬ１〜Ｌ３および９個のランド部２３ａを一方のプリント基板９４に設け、配線パターンＬ０および９個のランド部２３ａを他方のプリント基板９４に設けるとよい。
【０１３７】
また、図２６で示したように、プリント基板９４の外周の接線方向に延在するフレキシブル基板９５を設けてもよい。この場合は、フレキシブル基板９５を折り曲げ、さらに湾曲させて、円筒状の継鉄９３の外周に沿わせて配置するとよい。あるいは、円筒状の継鉄９３から突出したコイル９２のコイルエンド部の外周に沿わせてフレキシブル基板９５を配置するとよい。フレキシブル基板９５の端部は、図２５で示したように、コネクタ９６の３本のピンに接続される。コネクタ９６は、たとえば、継鉄９０の外周面にネジ（図示せず）で固定される。フレキシブル基板９５およびコネクタ９６を継鉄９０の外周面に接着剤で接着してもよい。
【０１３８】
図３７は、本実施の形態４の変更例を示す図であって、図３６と対比される図である。図３７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。
【０１３９】
図３０（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。
【０１４０】
また、図３８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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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３１参照）。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。
【０１４３】
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３２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。
【０１４４】
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】
【０１４５】
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、１９，３６，７３，９４ 継鉄、２０，７２，９２ コイル、２１，２２ 動圧溝、２３ プリント基板、２３ａ，９４a ランド部、２３ｂ 孔、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、４０，９５ フレキシブル基板、４１，９６ コネクタ、Ｌ０〜Ｌ３ 配線パターン、Ｌ１１〜Ｌ１３ 電源線。
【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、
前記複数のコイルが接続された第１の基板とを含み、
前記第１の基板には、前記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、
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、
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２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ている、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項５】
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、
前記第１の基板は円形であり、前記第１の基板の外径と前記第２の磁性体の外径とは略等しい、請求項４に記載の回転駆動装置。
【請求項６】
前記複数のコイルは前記第１の基板の外周に沿って前記第１の基板の表面に配置され、
前記第１の基板の表面のうちの前記複数のコイルと前記第１の基板の外周との間の領域には、前記駆動電圧を印加するとともに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５に記載の回転駆動装置。
【請求項７】
前記第１の基板には、それぞれ前記複数の第１の磁性体を貫通させるための複数の孔が形成されており、
前記第１の基板は前記複数のコイルと前記第２の磁性体との間に配置され、前記複数の第１の磁性体はそれぞれ前記複数の孔を介して前記第２の磁性体に結合されている、請求項５または請求項６に記載の回転駆動装置。
【請求項８】
前記駆動部は、さらに、それぞれ前記複数の第１の磁性体に対応して設けられ、各々が、対応の第１の磁性体の前記ロータに対向する先端面に結合された複数の第３の磁性体を含み、
前記第３の磁性体の前記ロータに対向する表面の面積は前記第１の磁性体の先端面の面積よりも大きく、
前記第１の基板には、それぞれ前記複数の第１の磁性体を貫通させるための複数の孔が形成されており、
前記第１の基板は前記複数のコイルと前記複数の第３の磁性体との間に設けられ、前記複数の第１の磁性体はそれぞれ前記複数の孔を介して前記第２の磁性体に結合されている、請求項７に記載の回転駆動装置。
【請求項９】
前記駆動部は、さらに、それぞれ前記複数の第１の磁性体に対応して設けられ、各々が、対応の第１の磁性体の前記ロータに対向する先端面に結合された複数の第３の磁性体を含み、
前記第３の磁性体の前記ロータに対向する表面の面積は前記第１の磁性体の先端面の面積よりも大きく、
前記第１の基板には、それぞれ前記複数の第３の磁性体を挿入するための複数の孔が形成されており、
前記第１の基板は前記複数のコイルの前記ロータ側の端面に設けられ、前記複数の第３の磁性体はそれぞれ前記複数の孔に挿入されている、請求項７に記載の回転駆動装置。
【請求項１０】
さらに、所定位置に固定されたコネクタと、
前記駆動部の外周に沿うように配置されて前記コネクタと前記第１の基板を接続し、柔軟性を有する第２の基板とを備え、
前記第２の基板には、外部から前記コネクタを介して供給された前記駆動電圧を前記第１の基板の配線パターンを介して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いる、請求項５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】
前記第１および第２の基板は一体的に形成されている、請求項１０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ている、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項１３】
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１４】
前記第１の基板は、円板状または円環状であり、前記駆動部の一方または両方の端面に配置されている、請求項１２または請求項１３に記載の回転駆動装置。
【請求項１５】
さらに、所定位置に固定されたコネクタと、
前記駆動部の外周に沿うように配置されて前記コネクタと前記第１の基板を接続し、柔軟性を有する第２の基板とを備え、
前記第２の基板には、外部から前記コネクタを介して供給された前記駆動電圧を前記第１の基板の配線パターンを介して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いる、請求項１４に記載の回転駆動装置。
【請求項１６】
前記第１および第２の基板は一体的に形成されている、請求項１５に記載の回転駆動装置。
【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から請求項１６までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項１８】
請求項１７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１９】
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、前記駆動部によって吸引される第３の永久磁石とを備え、
前記駆動部は、
前記複数の第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、
前記複数のコイルが接続された基板とを含み、
前記基板には、前記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ており、
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２０】
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１８または請求項１９に記載の遠心式ポンプ装置。
【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、
前記複数のコイルが接続された第１の基板とを含み、
前記第１の基板には、前記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、
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、
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２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ている、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項５】
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、
前記第１の基板は円形であり、前記第１の基板の外径と前記第２の磁性体の外径とは略等しい、請求項４に記載の回転駆動装置。
【請求項６】
前記複数のコイルは前記第１の基板の外周に沿って前記第１の基板の表面に配置され、
前記第１の基板の表面のうちの前記複数のコイルと前記第１の基板の外周との間の領域には、前記駆動電圧を印加するとともに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５に記載の回転駆動装置。
【請求項７】
前記第１の基板には、それぞれ前記複数の第１の磁性体を貫通させるための複数の孔が形成されており、
前記第１の基板は前記複数のコイルと前記第２の磁性体との間に配置され、前記複数の第１の磁性体はそれぞれ前記複数の孔を介して前記第２の磁性体に結合されている、請求項５または請求項６に記載の回転駆動装置。
【請求項８】
前記駆動部は、さらに、それぞれ前記複数の第１の磁性体に対応して設けられ、各々が、対応の第１の磁性体の前記ロータに対向する先端面に結合された複数の第３の磁性体を含み、
前記第３の磁性体の前記ロータに対向する表面の面積は前記第１の磁性体の先端面の面積よりも大きく、
前記第１の基板には、それぞれ前記複数の第１の磁性体を貫通させるための複数の孔が形成されており、
前記第１の基板は前記複数のコイルと前記複数の第３の磁性体との間に設けられ、前記複数の第１の磁性体はそれぞれ前記複数の孔を介して前記第２の磁性体に結合されている、請求項７に記載の回転駆動装置。
【請求項９】
前記駆動部は、さらに、それぞれ前記複数の第１の磁性体に対応して設けられ、各々が、対応の第１の磁性体の前記ロータに対向する先端面に結合された複数の第３の磁性体を含み、
前記第３の磁性体の前記ロータに対向する表面の面積は前記第１の磁性体の先端面の面積よりも大きく、
前記第１の基板には、それぞれ前記複数の第３の磁性体を挿入するための複数の孔が形成されており、
前記第１の基板は前記複数のコイルの前記ロータ側の端面に設けられ、前記複数の第３の磁性体はそれぞれ前記複数の孔に挿入されている、請求項７に記載の回転駆動装置。
【請求項１０】
さらに、所定位置に固定されたコネクタと、
前記駆動部の外周に沿うように配置されて前記コネクタと前記第１の基板を接続し、柔軟性を有する第２の基板とを備え、
前記第２の基板には、外部から前記コネクタを介して供給された前記駆動電圧を前記第１の基板の配線パターンを介して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いる、請求項５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】
前記第１および第２の基板は一体的に形成されている、請求項１０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ている、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項１３】
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１４】
前記第１の基板は、円板状または円環状であり、前記駆動部の一方または両方の端面に配置されている、請求項１２または請求項１３に記載の回転駆動装置。
【請求項１５】
さらに、所定位置に固定されたコネクタと、
前記駆動部の外周に沿うように配置されて前記コネクタと前記第１の基板を接続し、柔軟性を有する第２の基板とを備え、
前記第２の基板には、外部から前記コネクタを介して供給された前記駆動電圧を前記第１の基板の配線パターンを介して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いる、請求項１４に記載の回転駆動装置。
【請求項１６】
前記第１および第２の基板は一体的に形成されている、請求項１５に記載の回転駆動装置。
【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から請求項１６までのいずれかに記載の回転駆動装置。
【請求項１８】
請求項１７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１９】
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、前記駆動部によって吸引される第３の永久磁石とを備え、
前記駆動部は、
前記複数の第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、
前記複数のコイルが接続された基板とを含み、
前記基板には、前記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ており、
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２０】
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１８または請求項１９に記載の遠心式ポンプ装置。
【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】
【公開番号】特開２０１２−２０５３４９（Ｐ２０１２−２０５３４９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５８７６（Ｐ２０１１−６５８７６）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【出願人】（０００１０９５４３）テルモ株式会社 (2,232)
【Ｆターム（参考）】
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