JPH0370500B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 血液ポンプであつて、ポンプハウジング２０
２；３０２；４０２と、該ハウジング内の羽根車
２２０；３２０；４２０と、羽根車を磁気的に回
転するための磁気回転装置２３２，２３３，２３
４，２３５，２６０，２６２；３３２，３３４，
３６０，３６２；４３２，４３４，４６０，４６
２と、ハウジング内で羽根車を磁気的に懸垂する
ための磁気懸垂装置２３６，２３７，２３８，２
３９，２６４；３３６，３３７，３３８，３３
９，３７０，３７２；４３６，４３７，４３８，
４３９，４７０，４７２とを備えており、磁気懸
垂装置が羽根車によつて支持された永久磁石装置
２６１；３７０，３７２；４７０，４７２と、ポ
ンプハウジングに配置された、羽根車を磁気的に
懸垂するために永久磁石装置と協働する電磁石装
置２３７，２３９；３３６，３３７，３３８，３
３９；４３６，４３７，４３８，４３９と、セン
サ装置３１，３５；６４，６５；１６１，１６５
とを備えた形式のものにおいて、センサ装置がポ
ンプハウジング２０２；３０２；４０２内の羽根
車２２０；３２０；４２０の相対的位置を検出
し、かつ磁気懸垂装置を信号の関数として配属の
回路装置１１４，１１５，１１６，１１７，１１
８を介して制御するため動作しうる信号を発生す
るように動作可能であり、かつ該センサ装置が配
属の回路装置１１４，１１５，１１６，１１７，
１１８をして電磁石装置２３７，２３９；３３
６，３３７，３３８，３３９；４３６，４３７，
４３８，４３９を電気的に活性化せしめて反撥
力／牽引力の必要な増加または減少をもたらすよ
うにし、これによりポンプハウジング２０２；３
０２；４０２内での羽根車２２０；３２０；４２
０の同軸的懸垂を選択的に再定位させるようにな
つていることを特徴とする、血液ポンプ。

２ 磁気回転装置がポンプハウジング２０２；３
０２；４０２内に環状に配置された複数の電磁石
２３２，２３３，２３４，２３５；３３２，３３
４；４３２，４３４を備えており、かつ羽根車２
２０；３２０；４２０を回転させるために動作可
能である、請求の範囲第１項記載の血液ポンプ。

３ 磁気回転装置が非同期モータ、特に誘導うず
電流を使用するものである、請求の範囲第１項ま
たは第２項記載の血液ポンプ。

４ ポンプ出口２０８がポンプハウジングに対し
て接線方向に向いている、請求の範囲第１項から
第３項までのいずれか１項記載の血液ポンプ。

５ 羽根車２２０；３２０；４２０が外部に取付
けられた複数の羽根車の羽根２５０，２５１，３
５０，３５１を備えている、請求の範囲第１項か
ら第４項のいずれか１項記載の血液ポンプ。

６ 羽根車が中空センタを有している、請求の範
囲第１項から第５項までのいずれか１項記載の血
液ポンプ。

７ 羽根車２２０；３２０；４２０が中空センタ
内に複数の羽根車の羽根２５０，２５１，３５
０，３５１を有している、請求の範囲第６項記載
の血液ポンプ。

背 景 １ 発明の分野 本発明は、ポンプ、詳言すれば磁気的に懸垂さ
れかつ回転される羽根車を有する新規ポンプ装置
に関する。

２ 先行技術 歴史上、流体はたとえばピストン式ポンプのよ
うな容積型ポンプ、可動膜ポンプ、蠕動作用ポン
プ等を包含する種々のポンプ装置によつて輸送さ
れる。常用の遠心型ポンプは、流体中に浸漬せる
軸に取付けられた羽根車を有する。軸はシールお
よび軸受装置を通つて駆動機構に延びている。し
かし、軸のシールは周知のように、摩耗および流
体による腐蝕に対して敏感であつて、最終的な漏
れの問題を生じることはよく知られている。

また、特殊な用途は特殊なポンフ輸送技術を必
要とすることも周知である。たとえば腐蝕性流体
（酸または苛性アルカリ）のような流体および血
液のような敏感な流体はそれぞれ特殊なポンプ輸
送技術を必要とする。

血液のポンプ輸送は公知の危険を包含する。と
くに、羽根車型血液ポンプ用の軸のシールは、よ
どみおよび過熱区域である。これらの事実は血栓
形成を助長し、細菌生長の場を提供する。また、
シールの漏れは軸受の凍結をもたらす。血液輸送
と関連せる前記問題を避けるための多数の試み
は、ロールピストン型ポンプ中でフレキシブルな
ダイヤフラムおよび折たたみ可能な管を使用して
行なわれた。しかし、ダイヤフラムおよび／また
は管材料の連続的屈曲が、(1)材料の血液接触特性
を変え、(2)場合により破裂の付加的危険を伴なう
材料の疲れを生じ、かつ(3)フレキシブルな材料の
内壁の破片を追出し、該破片を塞栓物として血液
流中へ進入させることは公知である。

実験動物中に埋込まれる人工心臓として使用さ
れるポンプの研究がなされている。これらの研究
は過去20年にわたつて継続される。これらのポン
プは脈動流または非脈動流として分類することが
できる。脈動ポンプは一般に弁（機械的または組
織的）を必要とし、該弁はその固有の問題および
限界を有する。非脈動ポンプは一般に弁系を必要
としないが、該ポンプは軸受およびシールを通る
回転軸を必要とし、これらは上述した固有の問題
を有する。これらの系（非脈動）の多くは、短期
間の心臓補助のため身体の外面に埋込まれ、かつ
少しばかりの成功を収めた。

歴史上、これらの全人工心臓のポンプ機構は、
ガス（空気力系）、電気的（モータ、ソレノイド
等）、核エネルギおよび骨格筋肉で作動される。
エネルギ源およびその変換器系は、系全体の複雑
さを増しかつこれによつて系全体を全面的に信頼
できなくする付加的成分を有する。また、エネル
ギ変換系は、ポンプの設計と関係させかつ組込ま
ねばならず、かつ全設計は利用しうる解剖学的空
所内に適合するように構成しなければならない。
他の欠点は、(1)高い嵩特性、(2)外部の空気力系へ
の依存性、(3)製作に利用しうる材料の選択および
(4)試験されかつ予測される推定耐用年数に固有の
限界を有する多くの軸受および運動部分を包含す
る。最多先行技術系は本来、極めて高い(1)騒音特
性、(2)振動および(3)反動（スラスト）レベルを有
する。

血液ポンプに対する公知技術の現在の状態は、
米国における少なくとも４つの研究所で発展せし
められている。実験では、約５ケ月の全人工心臓
置換を有する子牛の生存期間が約７ケ月の最長生
存員で達成された。人間の天然心室は、1969年の
早期に報告された１つの事件において少なくとも
１回、全人工心臓によつて置換された。

本発明者の１人は、少なくとも７年間、全人工
心臓および心室補助装置の双方を包含する動物実
験に密接にたづさわつた。その結果として、彼は
全人工心臓を有する子牛で得られた生存記録の多
くを所持している。これらの記録は、電気機系に
関しては少なくとも38日および空気力系に関して
は221日を包含する。従つて、この発明者は世界
中の全人工心臓および補助装置の現在の研究に精
通しており、血液ポンプの多くの問題および限界
を認識している。たとえば、米国特許証第
3641591号は、材料の選択を制限しかつポータブ
ルなエネルギ供給装置を必要とするフレキシブル
なダイヤフラムに関する。米国特許第3633217号
および同第3733616号は、電磁的に活性化されか
つ屈曲性ダイヤフラム、相応に増加せる重量およ
び嵩を有する機械的リング仕掛に関する。米国特
許第3896501号は、複雑な歯車、軸および軸受を
有し、前述した付随問題を有する電気機装置であ
る。米国特許第3048165号；同第3148624号；同第
3572979号；同第3636570号および同第3783453号
は電気油圧式系を有し、増加した嵩および重量に
加えて屈曲性ダイヤフラム、ばね、油圧液収納管
および弁を種々に包含する。

上記の非電気力式血液ポンプはすべて、単一ま
たは双心室補助方式で使用するかまたは全人工心
臓として使用する場合にコンプライアンス室を必
要とする。このコンプライアンス室は、補助装置
における各行程体積に等しい体積を調節し、右心
室の搏出量と左心室の搏出量との差のつりあいを
助ける。

米国特許第1061142号；同第2669668号；同第
3139832号；同第3411450号；同第3420184号；同
第3487784号；同第3608088号および同第3647324
号はいずれも、電動式遠心ポンプを包含する。こ
れらのポンプはそれぞれ、回転軸を有し、該回転
軸は直接にモータまたは磁気連結器からポンプ室
のシールを通る。上述したように、シールは一般
に非常に危険な環境を形成し、また軸の軸受に漏
れによる欠陥を受ける。

従つて、回転軸、シール、軸受等の不存在を特
徴とするポンプを提供することは当業界における
顕著な進歩である。また、ポンプの羽根車が輸送
される流体中に磁気的に懸垂されて回転する、新
規ポンプ装置および方法を提供することも当業界
における進歩である。磁気的に懸垂されたポンプ
羽根車を用いて流体を輸送する新規方法を提供す
ることも当業界における進歩である。当業界にお
ける他の進歩は、流れ中に弁の不存在を特徴とす
る新規ポンプ装置を提供することである。羽根車
とともに新規弁装置を有し、心室補助方式で使用
する場合、羽根車への電力が中断した際に逆流に
より弁が自動的に閉じるポンプを提供することも
当業界における進歩である。かかる新規ポンプ装
置および方法は、下記に記載されかつ請求の範囲
に記載されている。

発明の要約および目的 本発明は、磁気的に懸垂されかつ磁気的に回転
される羽根車を有する新規ポンプ装置に関する。
羽根車は軸、軸受、シール等の不在においてポン
プを通して流体を推進する。羽根は、(a)軸流に対
してはその内面に羽根車の羽根を有する中空円筒
形の羽根車としてまたはボデーの外面に取付けら
れた羽根車の羽根を有する流線形ボデーとして構
成するか、あるいは(b)遠心流に対しては設計上の
考慮により中実、両口、中空等であつてもよい、
羽根車の方にほぼ円錐状の形に構成することもで
きる。羽根車の１実施例は、羽根車への電力が中
断した場合、逆流条件下に弁座に対する着座を調
節するためにその１端に固定された弁部材を有す
ることができる。羽根車の運転位置に隣接したセ
ンサは羽根車の位置を検出し、羽根車の懸垂およ
び／または位置を制御するための電子回路用信号
を提供する。

従つて、本発明の第１の目的は流体ポンプにお
ける改良を提供することである。

本発明の他の目的は、磁気的に懸垂されかつ磁
気的に回転される羽根車を用いて流体を輸送する
改良方法を提供することである。

本発明の他の目的は、シール、軸、軸受、弁等
のような運動部材の不存在を特徴とする流体ポン
プを提供することである。

本発明の他の目的は、ポンプハウジング内に羽
根車を磁気的に懸垂するための制御系を提供する
ことである。

本発明の他の目的は、心室補助装置として使用
する場合、羽根車への電力中断の際に逆流防止弁
を得るため、羽根車の部分として新規弁機構を有
するポンプ装置を提供することである。

本発明のこれらの目的および他の目的は、添付
図面と関連せる次の記載および請求の範囲から十
分に明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の新規ポンプ装置の第１のす
ぐれた実施例の斜視図であり； 第２図は、第１図の２−２線による横断面図で
あり； 第３図は、本発明の新規ポンプ装置の第２のす
ぐれた実施例の横断面図であり； 第４図は、心室補助装置として使用する間の人
間の胴部分に示された本発明のポンプ装置の１実
施例の略図であり； 第５図は、本発明の新規ポンプ装置を制御およ
び駆動するための電子回路のブロツク線図であ
り； 第６図は、その内部構造を示すため裂開部分を
有する、本発明のポンプ装置の第３のすぐれた実
施例の正面図であり； 第７図は、本発明のポンプ装置の第４のすぐれ
た実施例の斜視図であり； 第８図は、第７図の８−８線による横断面図で
あり； 第９図は、第７図の９−９線による部分的横断
面図であり； 第１０図は、本発明の新規ポンプ装置の第５の
すぐれた実施例の横断面図であり； 第１１図は、本発明の新規ポンプ装置の第６の
すぐれた実施例の横断面図であり； 第１２図は、本発明の新規ポンプ装置の第７の
すぐれた実施例の横断面図であり；かつ 第１３図は、本発明の新規ポンプ装置の第８の
すぐれた実施例の横断面図である。

すぐれた実施例の詳細な説明 本発明は、同じ部分は同じ数字で表わされてい
る図面につき最良に理解される。

一般的討論 改良された血液ポンプに対する要求は、唯１つ
の全人工心臓が人間に埋込まれていること、さら
に臨床的に使用される心室補助装置によつて僅か
な成功が達成されたにすぎないという事実によつ
て説明される。本発明者の１人はこれらの事例を
知り、現存する臨床的に使用される装置に限界の
あることを認識した。また彼は、実験室において
現在開発されかつ試験されている装置も知つてい
る。従つて、本発明の１つの目的は、たとえば：
(1)解剖学的空所の制限を包含する生理学的要求；
(2)応答調節；(3)血液造血器官系、心臓血管系およ
び肺系を包含する他の系に対する安全性；(4)(a)密
集（圧壊死）、(b)高い局部温度および(c)血栓塞栓
症による他の器官系に対する非有害性；(5)電池密
度あたりの加熱を最小にしかつ作動時間を最大に
するための高い効率；(6)美容および心理学的受容
性とともに(7)耐久性およひ維持自由度における高
い信頼性および信用性、および(8)装置の低コスト
を包含する若干の人間工学的要求を満足すること
である。

血液ポンプとして適当であるためには、ポンプ
は心室または双心室補助装置のもしくは全心臓置
換のための生理学的環流の必要性を適切に満足す
ることが可能であるべきである。全心臓置換装置
として、ポンプは比較的小さい寸法および嵩を有
しかつダイヤフラムまたは表面の屈曲ならびに軸
受では機械的運動部材からのこすれによる摩擦ま
たは摩耗等が完全に回避されているべきである。
付加的に、ポンプは発生した熱を流れる血液中へ
血液に対する損傷を阻止するのに十分に低いレベ
ルで有効に消散できるべきである。

第１図および第２図の実施例 とくに第１図および第２図に関して、本発明の
ポンプ装置の第１のすぐれた実施例は１０に示さ
れ、入口１４および出口１６を有するポンプハウ
ジング１２を包含する。入口１４の端部には継手
１５が取付けられ、天然の血管または人工の管
（図示せず）のいずれかにポンプ１０を取付ける
ための取付個所として役立つ。出口１６の継手も
同じ特徴を備えている。もちろん、明らかに継手
１５および１７は、ポンプ１０を所望の管、血管
等と連結するのに適当な構造のものであつてもよ
い。

駆動ハウジング４０は、下記に詳述するよう
に、羽根車２０（第２図）の内部位置と一致する
位置でポンプハウジング１２に外接しかつそれぞ
れの側に環状支持ハウジング４２および４３を有
する。支持ハウジング４２および４３に隣接する
ポンプハウジング１２の周面のまわりにはそれぞ
れ複数のセンサ３４および３５が間隔を置いて存
在する。これら各成分の機能は下記に詳述する。

第２図に関して、その内部構造を示すためおよ
びその内部配置を詳述するため、ポンプ装置１０
の横断面図が示されている。支持ハウジング４２
は環状に配置された電磁石３２の組を囲み、支持
ハウジング４３は相応する環状に配置された電磁
石３３の組を囲みかつ各組は羽根車２０の適当な
空間的支持を得るため選択的に制御される。とく
に、電磁石３２および３３は、下記に詳述するよ
うに、ポンプ室２８内で羽根車２０の同軸関係を
維持する。

羽根車２０は、その内面に取付けられた複数の
曲線羽根２１ａ−２１ｃを有する中空の円筒形部
材として構成されている。羽根２１ａ−２１ｃの
曲線性は平行ならせん羽根の形であり、適当な方
向における羽根車２０の軸線を中心とする回転で
羽根２１ａ−２１ｃは流体をポンプ装置１０を通
して入口１４から出口１６へ軸方向に推進させ
る。羽根２１ａ−２１ｃは弁体２２中で結合され
ている。弁体２２は弁座２５に当接するのに十分
な外径または弁フエース２４を有し、これによつ
て入口弁２３ののど部２６を閉塞する。入口弁２
３と協働する弁体２２の機能は下記に詳説する。

羽根車２０（弁体２２と結合して）は、内部に
埋込まれた複数の永久磁石、磁石の組１１，３
６，３８および３９、環状に配置された弁体２２
および羽根車２０をそれぞれ包含する。永久磁石
の組３６は相応する電磁石の組３０と一致し、永
久磁石の組３８は電磁石の組３２と協働し、永久
磁石の組３９は電磁石の組３３と協働する。動作
的には、電磁石の組３０，３２および３３の各々
への電流の流れは、羽根車２０の回転および定位
の両方を制御するために選択的に調節される。た
とえば、羽根車２０の回転は電流の入力を電磁石
の組３０に向けるポンプ駆動回路１２０（第５
図）によつて制御される。こうして電磁石の組３
０は、永久磁石の組３６と協働して羽根車２０を
回転するための駆動機構として働く。

各電磁石の組１３，３２および３３の各々への
電気エネルギの入力は、適当な懸垂回路（懸垂回
路１１６および１１７、第５図）によつて選択的
に調節される。これらの電磁石の組は永久磁石の
組１１，３８および３９とそれぞれ協働して、ポ
ンプハウジング１２内の羽根車２０の同軸的定位
を制御する。たとえば羽根車２０の定位における
僅かな片寄り（複数の検出器３４および３５によ
つて検出されるような）により、センサ回路１１
４および１１５（第５図）が電気的に電磁石の組
１３，３２および３３の適当な区間を活性化して
反撥力／牽引力の必要な増加または減小をもたら
し、これにより強制的にポンプハウジング１２内
での羽根車２０の同軸的懸垂を選択的に再定位さ
せる。

検出器の組３４および３５は、信号を検知され
た距離の関数として放出および検出する複数のセ
ンサ／検出器の組として構成されている。センサ
系は常用の超音波、赤外または他の適当なセンサ
系のいずれかを使用することができる。該系は、
羽根車２０の相対的位置変化の関数として信号の
強さおよび／または周波数の変化を検出すること
によつて動作する。これらの信号の変化は、適当
なセンサ回路（左方センサ回路１１４または右方
のセンサ回路１１５、第５図）によつて受信さ
れ、信号制御器１１８（第５図）によつて解読さ
れる。これにより電気エネルギは電磁石の組３２
および／または３３のいずれかまたは双方に適当
に調整され、ポンプ室２８内での羽根車２０の所
定位置を適当に調節および／または維持する。重
要なことに、羽根車２０はポンプ室２８の境界面
内にそれを取囲む狭い環状間隙１９を有して懸垂
されている。環状間隙１９は羽根車２０に対する
すきまを提供し、有利にそれを通る流体の制限さ
れたバツクフラツシユを、羽根車２０とハウジン
グ１２との間のよどみ、熱の蓄積等を阻止するよ
うに適合する。

とくに第４図に関して、ポンプ１０（第１図お
よび第２図）は、人間の胴９２の体腔内心室補助
ポンプ９４として９０に略示されている。ポンプ
９４は、入口管１０３により心臓１００の頂点１
０４に連結されている。出口管１０１はポンプ９
４を冠状動脈１０２に連結する。従つて、天然の
心臓１００は置換されず、たんに長期の埋込み装
置としてかまたは一般的補助装置としてのポンプ
９４で助ける。図示の実施例では、ポンプ９４は
半永久的埋込み装置として埋込まれかつリード線
９５によりポンプ９４に電力を供給する電源９６
を包含する。リード線９７は電源９６を誘導コイ
ル９８に接続し、電源９６は相応する誘導コイル
（図示せず）をブリツジ接続することによつて常
用技術により隣接する誘導コイル９８を再び給電
することができる。

ポンプ１０（第１図および第２図）およびポン
プ９４（第４図）は、双方共心室補助装置として
適合されている。ポンプ１０は、弁体２２の弁フ
エース２４を収容するように適合された弁座の弁
機構を有するのでとくに適合されている。心室補
助装置として、ポンプ１０はたんに心臓１００
（第４図）のポンプ輸送作用を補足するためにだ
け使用されるので、電磁石１３，３０，３２およ
び３３への電力の中断は破滅的ではない。その代
りに、ポンプ１０における背圧の存在が、出口１
６から入口１４に向う流体の瞬間的逆流ととも
に、入口１４に向う羽根車２０の相応する逆方向
運動を惹起する。この逆方向運動が弁体２２、と
くに弁フエース２４を弁座２５とシーリング接触
させる。この方法で、ポンプ１０の損傷時におけ
る逆流は迅速に阻止される。

再び第２図に関して、出口１６は、(1)ポンプ装
置１０を心臓に隣接する解剖学的空所内に置換す
るのに容易に適合する目的のためおよび(2)羽根車
２０の回転によつて輸送される結果としてポンプ
輸送される血液の旋回する傾向を減小させる目的
のために、ポンプハウジング１２の軸方向の定位
から角度の片寄りを有することが示されている。
旋回運動は、出口１６内に固定子羽根１８を包含
させることによつて減小される。

第３図の実施例 とくに第３図に関して、本発明の新規ポンプ装
置の第２のすぐれた実施例は５０に示されかつ入
口５４および出口５６を有するポンプハウジング
５２を包含する。ポンプ装置５０を、適当な寸法
の天然および／または人工の管（図示されてない
が、導管１０３および１０１参照第４図）中へ接
続するのに容易に適合させる目的のために、入口
５４には取付個所５５が設けられ、出口５６には
取付個所５７が設けられている。ポンプ装置５０
はポンプ装置１０（第１図および第２図）よりも
実質的に拡大して示されているが、寸法は選択的
にあらかじめ定めることができ、説明の便宜上で
のみ拡大して示されている。

ポンプ５０は入口の支持電磁石の組６２、出口
の支持電磁石の組６３および駆動電磁石の組６０
を包含する駆動および支持ハウジング５８を有す
る。ポンプハウジング５２内の羽根車７０は、内
面に取付けられた複数の羽根車の羽根７１ａおよ
び７１ｂを有する中空円筒形部材として構成され
ている。羽根車７０の外周面には複数の永久磁石
の組６６，６８および６９が埋設されている。永
久磁石の組６８は入口の支持電磁石の組６２に一
致し、永久磁石の組６９は出口の支持電磁石の組
６３に一致し、永久磁石の組６６は駆動電磁石の
組６０に一致する。従つて、羽根車７０の全機能
は、前述したように、羽根車２０（第２図）の作
用に実質的に類似である。羽根車７０の軸方向の
回転は、羽根車の羽根７１ａおよび７１ｂを流体
（図示せず）に対して押して流体を入口５４から
出口５６に向つて推進する。

羽根車７０のための入口５４と出口５６との間
の角度定位は、ポンプ装置５０を動物心臓の近く
の解剖学的空所内またはその代りに配置するのに
一そう容易に適合し、ポンプ装置１０（第１図お
よび第２図）に関し前述したように、羽根車７０
によつて流体に与えられる旋回作用を実質的に減
小する。またポンプ５０は、輸送される流体中の
旋回を減小させるため案内羽根１８（第２図）を
包含していてもよい。前述したところから、ポン
プ装置５０は、ポンプ装置５０がそれに付加され
た弁部材２２を包含しないことを除き、動作はポ
ンプ装置１０に実質的に類似である。

ポンプ装置５０は、ポンプハウジング５２に対
する羽根車７０の定位を選択的に定めるため複数
の入口側センサ６４および出口側センサ６５を包
含する。センサ６４および６５によつて検出され
るような羽根車７０の位置は、信号制御器１１８
（第５図）によつて選択的に制御され、該制御器
がまた電磁石の組６２および６３の各々を選択的
に制御する。重要なことに、羽根車７０の空間的
定位はハウジング５２内に同軸に周囲の間隙７２
を有して維持され、該間隙がバツクフラツシユを
許容しかつ羽根車７０によるこすれを阻止する。

第６図の実施例 とくに第６図に関して、本発明のポンプ装置の
第３のすぐれた実施例は１５０に示され、入口１
５４および出口１５６を有しその中に羽根車１７
０が懸垂されているポンプハウジング１５８を包
含する。ポンプハウジング１５８は、複数の電磁
石の組１６０，１６２および１６３を包含する。
電磁石の組１６０は環状配置を形成し、羽根車１
７０を軸線を中心として回転させるための駆動電
磁石系として役立つ。電磁石の組１６２および１
６３は、羽根車１７０の各端部に電磁石の環状配
置を形成し、ポンプハウジング１５８内での羽根
車１７０の必要な懸垂または定位を得るために選
択的に制御される。羽根車１７０の位置は、ポン
プハウジング１５８のまわりに環状に配置された
検出器の組１６４および１６５によつて測定され
る。信号制御器１１８（第５図）のような制御器
は複数の検出器１６４および１６５によつて受信
された信号を電子的に分析し、電磁石の組１６２
および１６３を駆動するための左右の懸垂回路
（左方の懸垂回路１１６および右方の懸垂回路１
１７、第５図）に必要な制御信号を供給する。

羽根車１７０は円筒形の空気力学的ボデーの外
面に取付けられた複数の羽根車の羽根１７１ａ−
１７１ｃを有し構成されている。また、羽根車１
７０は種々の羽根車、羽根車７０（第３図）およ
び羽根車２０（第２図）内の磁石の組に一致する
複数の環状に配置された永久磁石の組１６６，１
６８および１６９を有する。電磁石の組１６２お
よび１６３は永久磁石の組１６８および１６９と
それぞれ協働する。羽根車７０はポンプ１５０の
ポンプハウジング内に、羽根車１７０によるこす
れを最小にするため、その中間に空隙１７２を維
持して懸垂されている。駆動電磁石の組１６０
は、羽根車１７０の回転を惹起する目的のために
永久磁石の組１６６と協働する。

この第３のすぐれた実施例のポンプ装置１５０
と第１図〜第３図の第２または第３のすぐれた実
施例のいずれかのポンプ装置との間の第１の相違
は、羽根車の羽根、羽根車の羽根１７１ａ−１７
１ｃが羽根車１７０の外面に取付けられており、
他の２つの実施例の種種の羽根車の羽根は中空円
筒形の羽根車部材の内面に位置定めされているこ
とである。また羽根車１７０は、実質的に弁座２
５（第２図）と類似に構成された弁座（図示せ
ず）と協働するため入口１５４に隣接する入口端
部に形成された弁部材２２（第２図）と類似の弁
部材を包含する。

とくに第５図に関して、制御器、センサおよび
懸垂回路の電子回路部分は常用の系であり、従つ
て略示されている。これらの系は制御回路１１９
によつて制御されるポンプ駆動回路１２０に電気
的に接続された電源１１２を包含する。左方のセ
ンサ回路１１４および右方のセンサ回路１１５は
必要な信号入力を信号制御器１１８に供給し、該
制御器がまた必要な制御信号を左方の懸垂回路１
１６および右方の懸垂回路１１７にそれぞれ供給
し、これによつてそれぞれのポンプハウジング内
でのそれぞれの羽根車の定位および懸垂を選択的
に制御する。付加的に、ポンプ駆動回路に適用さ
れる起電力を圧力の関数として検出するのを調節
するため、適当な帰還回路が設けられており、こ
れによつて本発明の装置および方法は、ポンプ駆
動回路によつて定められる圧力およびそれぞれの
駆動電磁石の組へのエネルギ入力量を制御できる
ように容易に適合される。

第７図〜第９図の実施例 とくに第７図〜第９図に関し、本発明の新規ポ
ンプ装置の第４のすぐれた実施例は２００に示さ
れ、下記に詳述するように、その中で磁気的に懸
垂されかつ回転される羽根車２２０を有するポン
プハウジング２０２を包含する。ポンプハウジン
グ２０２の相対する面には、流体を容れるための
入口２０４および２０６が設けられている。各入
口２０４および２０６はそれぞれポンプ２００へ
の管（図示せず）の取付けを容易にするために形
成されたリム２０５および２０７を有する。２つ
の入口２０４および２０６は、ポンプ２００に対
するより均一なフローパターンを提供し、これに
よつて磁気支持系に対する相応する低いエネルギ
消費で、羽根車２２０に対する平衡の必要性が実
質的に最小になるものと信じられている。羽根車
２２０は、それぞれの入口２０４および２０６を
通つて流入する流体に円滑なフロープロフアイル
を与えるため、そのそれぞれの端部に円錐の頂点
２１０および２１２を有して構成されている。入
口２０４および２０６を通つてポンプ２００中へ
吸込まれる流体（図示せず）は、接線方向の出口
として形成された吐出管２０８を通つて外部へ遠
心力で推進される。入口２０４を通つて流入する
流体は入口の室２１４中へ入り、入口２０６を通
つて流入する流体は入口の室２１６に入る。羽根
車２２０の回転で、羽根車の羽根２５０および２
５１が流体に外方への遠心運動量を与えて流体を
周囲のうず形室２３０中へ押入らせ、吐出管２０
８を通過させる。隔壁２２４は、ポンプ２２０の
運転中の乱流を減小するため、外部うす形室２２
６と内部うず形室２２８（第９図）とに分ける。
隔壁２２４は乱流を減小するだけでなく、うず形
室２３０中で流体が経験するキヤビテーシヨン、
よどみ等の傾向をも低下する。

永久磁石２６４は、円錐の頂点２１０と２１２
との間に延びる円筒形磁石として構成されてい
る。永久磁石２６４はリング磁石２３６と２３８
の間で協働し、該リング磁石に、ポンプ羽根車２
２０の方向安定性の維持を助けるために、コイル
巻線２３７および２３９が結合されている。羽根
車を時計方向（第９図に見た場合）に回転させる
ため、複数のＣ字形電磁石２３２−２３５（第９
図）が羽根車２２０の円周面にある相応する永久
磁石２６０−２６３と協働する。電磁石２３２に
関する巻線２３２ａと２３２ｂおよび電磁石２３
４に関する巻線２３４ａと２３４ｂは、それぞれ
の磁石系の反発牽引力を制御し、これによつて羽
根車２２０はポンプハウジング２０２内に磁気的
に懸垂されて、羽根車２２０とポンプハウジング
２０２との間で所望の空間的分離部または間隙２
２２が維持される。羽根車２２０の時計方向の回
転で、羽根の組２５０および２５１が流体に流体
入口２０４および２０６への必要な推進を与え、
流体をうず形室２３０を通して推進する。

第１０図の実施例 とくに第１０図に関し、本発明の新規ポンプ装
置の第５のすぐれた実施例の横断面図は３００で
示され、下記に詳述するようにその中に磁気的に
懸垂されかつ回転される羽根車３２０を有するポ
ンプボデー３０２を包含する。ポンプ３００への
２つの入口は入口３０４および３０６によつて設
けられ、流体はその中へ吸込まれそれぞれ入口の
室３１４および３１６に入る。

羽根車３２０は、ポンプ導転の間、流体を周囲
のうず形室３３０中へ推進する。羽根車３２０
は、それぞれ吐出路３７４ａと３７４ｂおよび吐
出路３７６ａと３７６ｂに分かれる入口部３７４
および３７６を有する中空羽根車として構成され
ている。羽根車３２０内にはフロープロフアイル
ボデー３８０が支持体（図示せず）によつて支持
されている。フロープロフアイルボデー３８０
は、羽根車３２０の中空内部を通る円滑なフロー
プロフアイルを得るために、二重円錐形に構成さ
れている。羽根車３２０の外面は、入口３０４の
側に複数の羽根３５０ａおよび３５０ｂ、入口３
０６の側に羽根３５１ａおよび３５１ｂを有す
る。羽根３５０ａ，３５０ｂ，３５１ａおよび３
５１ｂの組合せは、羽根車３２０の中空センタと
ともに、羽根車３２０に対する実質的に改質され
たフローパターンを生じる。

羽根車３２０の各端部に埋設された永久磁石は
それぞれ、左側の電磁石の組３３６および右側の
電磁石の組３３８と協働し、それぞれの電磁石の
組の各々は巻線３３７および３３９によつてそれ
ぞれ選択的に制御される。永久磁石と相応する電
磁石の組とのこの組合せが、ポンプボデー３０２
中の羽根車３２０のための必要な懸垂系を生じ
る。羽根車３２０の懸垂はセンサーおよび懸垂系
（図示しないが、第１図〜第３図、第５図および
第６図参照）によつて達成されるので、羽根車３
２０はハウジング３０２内に磁気的に懸垂されて
羽根車３２０とハウジング３０２との間の所望の
空間的分離部または間隙３２２を生じる。

複数の永久磁石３６０および３６２は羽根車３
２０の円周の周辺部に埋設され、馬てい形電磁石
３３２および３３４と協働する。電磁石３３２お
よび３３４は、電磁石３３２に関しては巻線３３
２ａおよび３３２ｂにより選択的に駆動され、巻
線３３４ａおよび３３４ｂは電磁石３３４を駆動
する。電磁石３３２および３３４は永久磁石３６
０および３６２と協働して羽根車３２０をポンプ
運転のため適当な方向に駆動する。

第１１図の実施例 とくに第１１図に関し、本発明の新規ポンプ装
置の第６のすぐれた実施例は４００で示されかつ
磁気的に懸垂されかつ回転する羽根車４２０を有
するポンプハウジング４０２を有する。ポンプハ
ウジング４０２の各端における入口４０４および
４０６は、流体が入口の室４１４および４１６に
それぞれ流入するのを許容する。入口４０４およ
び４０６におけるリム４０５および４０７は、そ
れぞれ、ポンプ４００への天然または人工の管
（図示せず）に対する取付個所を提供する。入口
の室４１４および４１６に入る流体は、羽根車４
２０によつて遠心的に推進されて周囲のうず形室
４３０に入る。

羽根車４２０は、一方の側に入口４７４および
その中の複数の案内羽根４７４ａを有し、他方の
側に相応する中空入口４７６とその中の複数の案
内羽根４７６ａを有する中空の羽根車として構成
されている。羽根車４２０の中心部は、羽根車４
２０の中空センタを通る流体が円滑なフロープロ
フアイルを示すようにするため二重頂点円錐部材
として構成されたフロープロフアイルボデー４８
０によつて占められている。案内羽根４７４ａお
よび４７６ａは、支持部材４８１および４８３と
して略示されている支持部材によつて羽根車４２
０の内部に支持されている。羽根車４２０の回転
は、入口側室４１４および４１６から入る流体を
案内羽根４７４ａと４７６ａとの間の通路をそれ
ぞれ通りかつ羽根車４２０とポンプハウジング４
０２との間の間隙４２２を通つて吸込み、遠心力
により流体を周囲のうず形室４３０中へ吐出させ
る。

羽根車４２０の一端に埋設された永久磁石４７
０は、ポンプハウジング４０２の中空部中に羽根
車４２０の左側を適当に懸垂するための巻線４３
７により制御される周囲の電磁石の組４３６と協
働する。相応に、永久磁石４７２は、ポンプハウ
ジング４０２内に羽根車４２０の右側を懸垂する
ため巻線によつて制御される周囲の電磁石の組４
３８と協働する。ポンプハウジング４０２内部で
の羽根車４２０の空間的定位を維持するために、
適当なセンサ／懸垂系（第１図〜第３図、第５図
および第６図参照）が設けられている。

羽根車４２０の回転は、羽根車の周面に埋設さ
れている複数の永久磁石４６０および４６２によ
つて与えられている。永久磁石４６０および４６
２は、羽根車４２０の必要な回転運動を与えるた
め、Ｃ字形電磁石４３２および４３４（電磁石４
３２に関して巻線４３２ａおよび４３２ｂにより
かつ電磁石４３４に関して巻線４３４ａおよび４
３４ｂによつて制御される場合）と協働する。電
磁石４３２および４３４のそれぞれの巻線を励磁
するための電気エネルギは、ポンプ駆動回路１２
０（第５図）によつて供給される。羽根車４２０
は羽根と一体化しないことが認められる（たとえ
ば羽根の組３５０および３５１参照、第１０図）。
その代りに、羽根車４２０は羽根車４２０が流体
をうず形室４３０中へ遠心力で推進させるため、
羽根車４２０の内部および外部に延びる表面の間
で、これら表面の比較的狭い空間的分離部と協働
して自然摩擦係合する。

第１２図の実施例 とくに第１２図に関して、本発明の新規ポンプ
装置の第７のすぐれた実施例が５００で示されか
つ入口５０４と周囲のうず形室５３０との間で磁
気的に懸垂されかつ回転される羽根車５２０を有
するポンプハウジング５０２を包含する。入口５
０４におけるリム５０５は、入口５０４に管（図
示せず）を取付けるための取付個所として役立
つ。とくに、ポンプ５００に関して、入口の室５
０６を有する唯１つの入口５０４が設けられてい
ることが認められる。羽根車５２０の回転は、流
入する流体をうず形室５３０中へ吐出させること
が認められる。

羽根車５２０は、その内面に羽根５５０ｃおよ
び５５０ｄを有する中空センタ５７４を包含し、
羽根５５０ａおよび５５０ｃは羽根車５２０の外
部に取付けられている。入口の室５０６中へ入る
流体は、羽根５５０ａおよび５５０ｂによつて推
進されて羽根車５２０の外部を通るか、またはさ
もないときは羽根車の羽根５５０ｃおよび５５０
ｄにより推進されて羽根車５２０の内部を通り、
推進された流体は周囲のうず形室５３０中へ吐出
される。羽根車５２０は、ポンプボデー５０２中
に、羽根車５２０中に埋設された永久磁石５７０
および５７２と、巻線５３７によつて制御される
相応する電磁石の組５３６ならびに、ポンプボデ
ー５０２中に羽根車５２０を磁気的に懸垂するた
め巻線５３９によつて制御される電磁石５３８と
の間の協働によつて懸垂される。巻線５３７およ
び５３９を選択的に制御し、これによつてポンプ
ハウジング５０２内での羽根車５２０の所望の定
位、とくに羽根車５２０とポンプハウジング５０
２との間の空間的分離部または間隙５２２を維持
するため選択的に制御するためのセンサ／懸垂系
（たとえば第１図〜第３図、第５図および第６図
参照）が設けられている。

羽根車５２０の周面には、羽根車５２０に必要
な回転運動を与えるために、永久磁石５６０およ
び５６２が設けられかつＣ字形電磁石５３２（巻
線５３２ａおよび５３２ｂによつて制御される）
と協働する。ポンプ駆動回路（ポンプ駆動回路１
２０、第５図）は、羽根車５２０をポンプハウジ
ング５０２内で回転させるために必要な電気エネ
ルギを巻線５３２ａ，５３２ｂ，５３４ａおよび
５３４ｂに選択的に供給する。

第１３図の実施例 第１３図に関して、本発明の新規ポンプ装置の
第８のすぐれた実施例は６００に示され、その中
に磁気的に懸垂され、回転される羽根車６２０を
有するポンプハウジング６０２を包含する。単一
の入口６０４が流体が入口の室６０６中へ流入す
るのを許容する。入口６０４におけるリム６０５
は、ポンプ６００に取付けられる管（図示せず）
の取付個所とに役立つ。

羽根車６２０は、羽根車６２０が内部に６８１
で示される間隔を置いて存在する取付ブラケツト
上に取付けられた複数の案内羽根６８２を有する
ことを除き、実質的に羽根車５２０（第１２図）
と類似に構成されている。羽根車６２０の内部
は、案内羽根６８２により複数の細流路６７４ａ
に分割された流路６７４を備え、これによつて過
度の乱流、逆流および類似の、さもないときに羽
根車６２０の回転の際に経験されるものを実質的
に除去する。

羽根車６２０はポンプハウジング６０２中に、
それに埋設されかつ相応する電磁支持系と協働す
る複数の永久磁石６７２および６７４によつて懸
垂されている。電磁支持系は、羽根車６２０をポ
ンプハウジング６０２内に懸垂するため永久磁石
６７２および６７４とそれぞれ協働する電磁石の
組６３６（巻線６３７により制御される）および
電磁石６３８（巻線６３９によつて制御される）
によつて設けられる。羽根車６２０をポンプハウ
ジング６０２内に適当な空間的分離部または間隙
６２２を有して選択的に懸垂するためにセンサ／
懸垂回路（たとえば第１図〜第３図、第５図およ
び第６図参照）が設けられている。

また羽根車６２０は、外周面に埋設された永久
磁石６６０および６６２を有する。引続き、永久
磁石６６０および６６２は、Ｃ字形電磁石６３２
（巻線６３２ａおよび６３２ｂにより制御される）
ならびにＣ字形電磁石６３４（巻線６３４ａおよ
び６３４ｂによつて制御される）とそれぞれ協働
する。ポンプ駆動回路（ポンプ駆動回路１２０、
第５図）は、ポンプハウジング６０２内で羽根車
６２０を回転させるために巻線６３２ａ，６３２
ｂ，６３４ａおよび６３４ｂに対し必要な電気エ
ネルギを選択的に供給する。

第７図〜第１３図に前述した実施例のそれぞれ
において、ポンプ装置は、流体の同軸的流入が回
転する羽根車によつて外部へ周囲のうず形室中へ
推進され、出口２０８（第７図および第９図）の
ような相応する出口を通して接線方向に吐出され
る。第７図〜第１１図のポンプ装置は羽根車の各
端部に２つの入口を示し、その中の羽根車は二重
円錐形部材として構成されている。２つの入口は
有利に、液体が羽根車により外部へ推進される場
合に、それぞれの羽根車に対する軸方向の力をつ
りあわせる。この力のつりあいが、磁気懸垂系の
エネルギ消費を著しく減小する。第１０図および
第１１図のポンプ装置は、それを通る改良された
フロープロフアイルに対する、中空の羽根車装置
の変更形を示す。

第１２図および第１３図のポンプ装置は、その
中に懸垂された羽根車の中心を通る流れ図形に変
更を有する単一入口ポンプに関する。第１２図お
よび第１３図の羽根車は、流動路が存在しなかつ
た場合に起きるような、羽根車の背後における流
体のよどみを阻止するための流出路を有して構成
されている。

重要なことに、各羽根は適当な材料から製造す
ることができるので、羽根車の比重をポンプ輸送
される特別な流体の比重に適合させることができ
る。この比重の適合は、運転の間羽根車を磁気的
に懸垂するのに必要なエネルギおよびポンプ全体
の突然の運動の際に外部の加速力を磁気的に克服
するのに必要なエネルギをも減小する点でとくに
望ましい。構成材料の選択は、血液相容性材料
（その多数は当業界に周知）の自由な選択にも向
けられている。

各実施例においては、各羽根車の設計は、とく
に運動する羽根車と定置のハウジングとの間の間
隙中で、血液に与えられる臨界的剪断応力による
血液の溶血現象が最小になるように調整される。
明らかに、必要な間隙の寸法は、羽根車の直径お
よび回転速度によつて定められる、羽根車の半径
方向速度の関数である。大ていの血液ポンプ運転
のためには、この間隙は約１mmである。

それぞれの羽根車を回転するための駆動系は、
非同期モータのような適当なタイプのもの、殊に
誘導うず電流を使用するものであつてもよい。ま
た、駆動系および磁気懸垂系は、同時に同じ成分
を使用するように構成することができることは明
らかである。回転速度は、磁気懸垂系の位置セン
サの信号または誘導される起電力を使用する閉ル
ープ系によつて制御することができる。センサの
組３４および３５（第１図および第２図）、セン
サの組６４および６５（第３図）、またはセンサ
の組１６４または１６５（第６図）に類似のセン
サがポンプ２００（第７図〜第９図）、ポンプ３
００（第１０図、ポンプ４００（第１１図）、ポ
ンプ５００（第１２図）およびポンプ６００（第
１３図）のいずれかに選択的に包含させることが
できる。

本発明は、その思想または重要な特徴から逸脱
することなく他の形に実施することができる。記
載された実施例は、すべての点で、たんに例示的
で非限定的なものと考えるべきものであり、従つ
て本発明の範囲は前記の記載によるよりもむしろ
請求の範囲によつて指示される。請求の範囲の均
等の意味および範囲に入るすべての変化は、その
範囲内に包含さるべきである。