JP2004514090A - ミニチュアモータ - Google Patents

Abstract

マイクロモータはポンプハウジング（１４）内で回転する羽根（１２）を駆動する役割を果たす。マイクロモータの励磁巻線は、各リング（３５）に分割された強磁性材料の包囲磁束線戻し構造（１８）に囲まれている。各リング（３５）は溝（２５）によって互いに分離されている。この溝は連続管をレーザ切断加工することによって生成される。包囲磁束線戻し構造の肉厚は１０分の数ミリメートルと薄い。各リング（３５）はブリッジ（２６）によって互いに連結されている。包囲磁束線戻し構造（１８）はポンプ（１１）のポンプハウジング（１４）と一体的に形成することができる。このマイクロモータは径の小さい小型のものを生産することができる。これは小型化に対応した分高回転速度で高い流量を有している。このマイクロモータは手術によらない侵襲性を最小にした経皮的なやり方で血液ポンプを脈管系内に導入するのに特に適している。

Description

【０００１】
本発明は励磁巻線を有するスリーブと、離間された強磁性体リングの包囲磁束線戻し構造（ｅｎｖｅｌｏｐｉｎｇ ｆｌｕｘ ｒｅｔｕｒｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）とを具備する固定子を有するマイクロモータに関し、詳細には、ポンプ部分と組み合せられ、インペラポンプを形成するマイクロモータに関する。
【０００２】
医療技術の分野においては、心臓の機能を支援するために患者の体内に導入し動脈内または心臓内に据える血液ポンプが必要である。心臓内の手術のために設けられる心臓内血液ポンプがドイツ特許１９８　２１　３０７に記述されている。この血液ポンプは電気マイクロモータを備えた駆動部とポンプ部を具備している。このポンプは最大外形約８ｍｍ、固定長３５ｍｍ未満である。必要な流量を有する小型の血液ポンプは、少なくとも毎分３０，０００回転の高いポンプ回転速度、典型的には毎分６０，０００回転を必要とする。
【０００３】
血液ポンプの手術に適したマイクロモータが国際特許９８／４４６１９に記述されている。このマイクロモータは固定子および永久磁化された回転子を有している。この固定子は包囲磁束線戻し構造に囲まれた励磁巻線を備えている。包囲磁束線戻し構造は、漂遊磁界によって失われる磁束を小さくするために、励磁巻線が発生した磁場線を束ねてこれらを収束させている。包囲磁束線戻し構造は互いに電気絶縁され管状の積層構造に組み立てられたいくつかのシートメタルからなる。
【０００４】
患者の体を手術で切開することを強いられることなくカテーテルを用いて穿刺によって患者の脈管系内へポンプを導入したいという要望から、直径が約４ｍｍの範囲のさらに小型のポンプおよびモータが必要になった。このように小さい寸法では、電気マイクロモータの場合の包囲磁束線戻し構造に対して非常にわずかの空間しか利用できない。そこでは、包囲磁束線戻し構造が有することのできる肉厚は１０分の数ミリメートルに過ぎない。このような肉厚の薄い包囲磁束線戻し構造はいくつかのシートメタルから組み立てることはできない。一方、包囲磁束線戻し構造は磁界漏洩によるエネルギ損失を避けるために有効である。
【０００５】
本発明の目的は高効率で半径の寸法が小さいマイクロモータを提供することである。本発明によれば、この目的は請求項１に示される特徴によって解決される。したがって、包囲磁束線戻し構造は、各隣接するリングが少なくとも１つのブリッジによって連結される一体型のボデーからなる。このことは、包囲磁束線戻し構造が一体の管から作られ、各リングがシートメタル片の場合のように互いに完全に電気絶縁されているわけではないことを意味している。ブリッジにより、一方ではそれらはむしろ相互に接続され、他方では間隔をあけて配置されている。渦電流の形成を抑えるために包囲磁束線戻し構造を各リングに分割する必要がある。従来では、各リングは互いに分離して配置され、絶縁層によって互いに電気的に完全に分離されていた。本発明によるマイクロモータの場合は、各リングは互いに完全分離はしていないが、ブリッジが周辺のいくつかの個所に配置されるだけであり実質的な渦電流の形成を招くことはない。したがって、包囲磁束線戻し構造全体を連続体で作成することができる。包囲磁束線戻し構造は肉厚０．２〜０．４ｍｍ、すなわち、極度に薄い肉厚を有することができ、各リングを相互に接続するブリッジは必要な結合力や必要な強度をもたらしている。包囲磁束線戻し構造の肉厚が薄いために、包囲磁束線戻し構造が磁束全体を受けることができずに磁気的に飽和して動作するということが起きる可能性がある。本発明によるマイクロモータは少なくとも毎分３０，０００回転の回転速度を有し一般には毎分６０，０００回転の回転速度を有する。この包囲磁束線戻し構造は組み立てならびにマイクロモータの運転上必要な所要の構造的強度を有する。複数の薄い層板を一緒に接着した場合は、このような構造的強度は達成できなかったであろう。
【０００６】
本発明の好ましい開発によれば、包囲磁束線戻し構造のブリッジが長手方向に連続なウェブを形成する。このことは各ブリッジが互いに関連して配置されていることを意味している。この配置はモータ軸に平行な線または好ましくはらせん状の線に沿った配置にすることができる。円周上に配分された少なくとも２つのウェブを設けることが好ましい。
【０００７】
本発明の好ましい開発によれば、包囲磁束線戻し構造が一体的にポンプハウジング内に通っている。マイクロモータの領域で各リングに分割された包囲磁束線戻し構造はポンプハウジングの領域内で連続している。ポンプハウジングおよび包囲磁束線戻し構造が一体であるため、ポンプハウジングのマイクロモータに対する特に正確な芯合わせが達成される。マイクロモータに関する組み立てや精度の要求が簡単になった。
【０００８】
また、本発明はマイクロモータの製造方法に関する。この方法では、マイクロモータの包囲磁束線戻し構造は、レーザ切断加工法によって強磁性体の管から製造され、その加工過程でブリッジによって一部が遮られた溝が管の周辺に形成される。
【０００９】
以下において、図を基準にして本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１０】
各図に示されるポンプは、軸方向にポンプ部分１１が続いているマイクロモータ１０を備えている。ポンプ部分１１は、軸１３に取り付けられ管状のポンプハウジング１４内で回転する羽根１２を備えている。
【００１１】
マイクロモータ１０は固定子１５および軸１３に連結された回転子１６を備えている。固定子１５は管状スリーブ１７およびこのスリーブ１７を密着して囲む包囲磁束線戻し構造１８からなる。回転子１６は、北極Ｎと南極Ｓが周縁の直径上反対の位置に配置された磁石１９を含んでいる。磁石１９は軸１３上に固定されている。軸１３はボールベアリング２０によって後方端がスリーブ１７内に支持され、羽根１２に面した前方端がシールベアリング２１内に支持されている。
【００１２】
固定子１５の後端にはカテーテル（図示してない）に連結するように構成された移行部品２２が続いている。スリーブ内部の励磁巻線２４に接続された電線２３が移行部品２２を通って伸張している。外部制御された交流が励磁巻線２４を通って流れ、この交流の周波数がモータの回転速度を決定する。スリーブ１７はワイヤを埋め込んだ厚さ約０．２ｍｍのプラスチック層からなり励磁巻線２４を備えている。このワイヤは所定の形状に対応して２層に巻かれている。固定子１５と回転子１６の間には、１０分の１ミリメートルの寸法範囲の狭い隙間がある。
【００１３】
包囲磁束線戻し構造１８は、管周辺に複数の溝２５が切られた一体の管状ボデーからなる。この溝２５が各リング３５の境界を定めている。各々の溝２５は３６０度未満の範囲に及んでいる。本発明の場合は、各々の溝は直径上対向する位置にある２つのブリッジ２６によって一部が遮られている。隣接する各溝のブリッジが長手方向に連続なウェブ２７を形成している。ここでは、このウェブはらせん状に伸びている。これに対応するウェブ２７は、図１に示されていない反対側に配置されている。
【００１４】
隣接する各リング３５を連結する溝２５は強磁性体管のレーザ切断加工によって製造され、溝を切った幅は１０分の１ミリメートル未満であり、具体的には約０．０５ｍｍである。一般に、各リングの幅をできるだけ狭くするために溝２５の数はできるだけ多くすべきである。各リングの幅は０．２〜０．３ｍｍが好ましい。
【００１５】
溝２５は合成樹脂材２８で満たされており（図３）、その結果包囲磁束線戻し構造１８の外面が連続的に滑らかになっている。同時に、この包囲磁束線戻し構造１８はマイクロモータの外皮を形成している。必要に応じ、合成樹脂層の塗膜を追加することができる。
【００１６】
図３に示すように、合成樹脂材２８で満たされた溝２５が包囲磁束線戻し構造の肉厚全体にわたって伸びている。包囲磁束線戻し構造１８は励磁巻線２４を含むスリーブ１７を密着して囲んでいる。
【００１７】
包囲磁束線戻し構造の肉厚は約０．２５ｍｍになり、その外径は４ｍｍにまた内径は３．４５ｍｍになる。この包囲磁束線戻し構造１８の長さは１２ｍｍである。
【００１８】
包囲磁束線戻し構造１８は、マイクロモータの前方端から前方へ突出しポンプハウジング１４の壁内へ一体的に通っているウェブ３０に続く。したがって、ポンプハウジング１４は、包囲磁束線戻し構造１８と一体的に形成され、同じ材料からなる。このことは、ポンプハウジング１４が包囲磁束線戻し構造１８と同じ外径および同じ内径を有することを意味する。本実施形態においては、ウェブ３０はマイクロモータの軸に平行には伸張しておらず、らせん形の羽根１２によって発生される流れのコースに従ってらせんに伸張している。ポンプハウジングを包囲磁束線戻し構造と一体的に形成する場合、別法としてポンプハウジング領域内の肉厚を包囲磁束線戻し構造領域内の肉厚より薄くする方法がある。したがって、全体にわたって外径が同じのままで、ドリル加工や中ぐり加工によってポンプハウジング領域内よりも包囲磁束線戻し構造領域内のほうを大きくした内径を均一な管に設けることができる。
【００１９】
各ウェブ３０の間に形成された開口部３１はポンプ出口を形成し、ポンプハウジング１４の開口端３２はポンプ入口を形成する。このポンプは、開口部３１が入口を形成し開口部３２が出口を形成するように逆方向を逆で駆動することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
マイクロモータを備えたポンプの側面図である。
【図２】
図１の長手方向断面図である。
【図３】
図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿ってみた断面図である。

Claims (6)

1. 励磁巻線（２４）を有するスリーブ（１７）と、離間された強磁性体リング（３５）の包囲磁束線戻し構造（１８）とを具備する固定子（１５）を有するマイクロモータであって、
   包囲磁束線戻し構造（１８）は、各隣接するリング（３５）が少なくとも１つのブリッジ（２６）によって連結される一体型のボデーからなることを特徴とするマイクロモータ。
2. ブリッジ（２６）が長手方向に連続なウェブ（２７）を形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロモータ。
3. 包囲磁束線戻し構造（１８）が一体的にポンプハウジング（１４）内に通っていることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロモータ。
4. 各リング間の隙間が合成樹脂材（２８）で満たされており、包囲磁束線戻し構造（１８）がモータハウジングの外壁を形成していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロモータ。
5. 包囲磁束線戻し構造（１８）の外径が４ｍｍ超にならず、また内径は少なくとも３．３ｍｍになることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロモータ。
6. 励磁巻線（２４）を有するスリーブ（１７）と、離間された強磁性体リング（３５）の包囲磁束線戻し構造（１８）とを具備するマイクロモータの製造方法であって、ブリッジ（２６）により一部が遮られた管周辺の溝（２５）がレーザ切断加工法によって切られた強磁性体の管から包囲磁束線戻し構造（１８）が製造されることを特徴とする方法。