JP2019150440A - Blood pump magnetic speed change device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、血液ポンプ用磁気的変速装置に関する。 The present invention relates to a magnetic transmission for a blood pump.
近年、人工心肺装置の血液循環装置として、外部モータの駆動トルクを磁気結合を用いて血液室内のインペラに伝達する遠心式血液ポンプ装置(磁気結合型遠心式血液ポンプ装置)を使用する例が増加している。磁気結合型遠心式血液ポンプ装置によれば、外部と血液室との物理的な連通を完全に排除することができるため、細菌などの血液への侵入を防止することができ、高価な外部モータを再利用可能としながら、血液に接触するポンプヘッドのみを使い捨て構造とすることが可能となる。 In recent years, an example of using a centrifugal blood pump device (magnetic coupling type centrifugal blood pump device) that transmits a driving torque of an external motor to an impeller in a blood chamber by using magnetic coupling is increasing as a blood circulation device of an oxygenator. is doing. According to the magnetically coupled centrifugal blood pump device, physical communication between the outside and the blood chamber can be completely eliminated, so that invasion of blood such as bacteria can be prevented, and an expensive external motor It is possible to make only the pump head in contact with the blood a disposable structure.
現在、様々な回転方向、回転数レンジの磁気結合型遠心式血液ポンプ装置が使用されているが、磁気結合方式に互換性がない場合が大半である。それぞれの使い捨てポンプヘッドには専用の外部モータを必要とし、回転数を高くしてポンプヘッドを小型化したいといった場合においても、既存の外部モータを使用することができなくなる。このため、外部モータ及び駆動装置も新たに開発する必要がある。 Currently, magnetically coupled centrifugal blood pump devices with various rotational directions and rotational speed ranges are used, but in most cases the magnetic coupling systems are not compatible. Each disposable pump head requires a dedicated external motor, and even when it is desired to reduce the size of the pump head by increasing the rotational speed, the existing external motor cannot be used. For this reason, it is necessary to newly develop an external motor and a driving device.
下記特許文献1には、異なる回転方向、回転数のポンプヘッドを既存の外部モータで駆動するための変速装置が開示されている。具体的に、特許文献1の図12では、円板状多極着磁マグネットを同心状ではなく、偏心結合させて、回転方向を逆転させる構成が開示されている。特許文献1の図13では、機械的な歯車を用いて変速する構成が開示されている(逆転させてもよい旨の記載もある)。 Patent Document 1 below discloses a transmission for driving pump heads having different rotational directions and rotational speeds with an existing external motor. Specifically, FIG. 12 of Patent Document 1 discloses a configuration in which the disk-shaped multipolar magnetized magnets are not concentric but eccentrically coupled to reverse the rotation direction. FIG. 13 of Patent Document 1 discloses a configuration in which shifting is performed using a mechanical gear (there is a description that it may be reversed).
上述した円板状多極着磁マグネットを偏心結合させて回転方向を逆転させる構成の場合、横方向に大きなスペースを要し、また、磁極の一部のみが磁気的に結合するため、伝達トルクが低下するという問題がある。機械的な歯車を用いて変速(及び逆転)する構成の場合、機械的な騒音、歯車の摩耗による耐久性、信頼性の問題がある。 In the case of the configuration in which the disk-shaped multi-pole magnetized magnet described above is eccentrically coupled to reverse the rotational direction, a large space is required in the lateral direction, and only a part of the magnetic poles are magnetically coupled. There is a problem that decreases. In the case of a structure that uses a mechanical gear to change speed (and reverse), there are problems of mechanical noise, durability due to gear wear, and reliability.
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、小型で、十分なトルク伝達能力があり、信頼性及び耐久性がある血液ポンプ用磁気的変速装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a magnetic transmission for a blood pump that is small in size, has sufficient torque transmission capability, and is reliable and durable. .
上記の目的を達成するため、本発明は、血液ポンプを駆動するための駆動ユニットが発生する回転駆動力を変速して前記血液ポンプに伝達する血液ポンプ用磁気的変速装置であって、前記駆動ユニットに搭載されたユニット側駆動磁石に対し、該ユニット側駆動磁石と同心状に対向配置されるように構成されたポールピースと、前記ポールピースと同心状に回転可能に配置された回転体と、前記回転体に保持され、前記ポールピースと同心状に配置され、前記ポールピースに対向配置された磁気ギア用従動磁石と、前記回転体に保持され、前記ポールピースと同心状に配置され、前記血液ポンプに設けられた結合用従動磁石と磁気結合可能な結合用駆動磁石と、を備える。 In order to achieve the above object, the present invention provides a magnetic transmission device for a blood pump that shifts and transmits a rotational driving force generated by a drive unit for driving a blood pump to the blood pump. A pole piece configured to be concentrically opposed to the unit side drive magnet with respect to the unit side drive magnet mounted on the unit; and a rotating body arranged to be rotatable concentrically with the pole piece; , Held by the rotating body, arranged concentrically with the pole piece, a magnetic gear driven magnet arranged opposite to the pole piece, held by the rotating body, and arranged concentrically with the pole piece, A coupling driven magnet provided in the blood pump and a coupling driving magnet capable of magnetic coupling.
上記の構成を備えた本発明の血液ポンプ用磁気的変速装置によれば、血液ポンプを駆動ユニットに装着した状態では、磁気ギア用従動磁石及び結合用駆動磁石が、ユニット側駆動磁石と同心状に配置される。このため、偏心結合方式と異なり、横方向に大きなスペースが必要なく、小型な装置とすることができる。また、偏心結合方式と異なり、磁極の一部ではなく全体が磁気的に結合するため、十分なトルク伝達能力が得られる。さらに、機械的な歯車を用いて動力伝達する方式と比較して、機械的な騒音が小さいとともに、耐久性、信頼性にも優れる。 According to the magnetic transmission device for blood pump of the present invention having the above-described configuration, the magnetic gear driven magnet and the coupling drive magnet are concentric with the unit-side drive magnet when the blood pump is mounted on the drive unit. Placed in. For this reason, unlike the eccentric coupling method, a large space is not required in the lateral direction, and the device can be made small. Further, unlike the eccentric coupling method, not the magnetic pole but a whole is magnetically coupled, so that a sufficient torque transmission capability can be obtained. Furthermore, mechanical noise is small and durability and reliability are excellent as compared with a method of transmitting power using a mechanical gear.
前記磁気ギア用従動磁石の磁極数は、前記ユニット側駆動磁石の磁極数よりも少なく、前記磁気ギア用従動磁石は、前記ユニット側駆動磁石よりも高速で回転してもよい。 The number of magnetic poles of the magnetic gear driven magnet may be less than the number of magnetic poles of the unit side drive magnet, and the magnetic gear driven magnet may rotate at a higher speed than the unit side drive magnet.
この構成により、駆動ユニットの駆動力を増速して血液ポンプへと伝達することができる。 With this configuration, the driving force of the driving unit can be increased and transmitted to the blood pump.
前記磁気ギア用従動磁石の磁極数は、前記ユニット側駆動磁石の磁極数よりも多く、前記磁気ギア用従動磁石は、前記ユニット側駆動磁石よりも低速で回転してもよい。 The number of magnetic poles of the magnetic gear driven magnet may be greater than the number of magnetic poles of the unit side drive magnet, and the magnetic gear driven magnet may rotate at a lower speed than the unit side drive magnet.
この構成により、駆動ユニットの駆動力を減速して血液ポンプへと伝達することができる。 With this configuration, the driving force of the driving unit can be decelerated and transmitted to the blood pump.
前記磁気ギア用従動磁石の着磁方向が径方向であってもよい。 The magnetization direction of the magnetic gear driven magnet may be a radial direction.
前記磁気ギア用従動磁石の着磁方向が軸方向であってもよい。 The magnetization direction of the magnetic gear driven magnet may be an axial direction.
前記磁気ギア用従動磁石の着磁方向が、前記磁気ギア用従動磁石の軸に対して傾斜していてもよい。 The magnetization direction of the magnetic gear driven magnet may be inclined with respect to the axis of the magnetic gear driven magnet.
前記結合用駆動磁石の着磁方向が径方向であってもよい。 The magnetization direction of the coupling drive magnet may be a radial direction.
前記結合用駆動磁石の着磁方向が軸方向であってもよい。 The magnetization direction of the coupling drive magnet may be an axial direction.
前記結合用駆動磁石の着磁方向が、前記結合用駆動磁石の軸に対して傾斜していてもよい。 The magnetization direction of the coupling drive magnet may be inclined with respect to the axis of the coupling drive magnet.
前記ポールピースは、圧粉鉄心もしくはアモルファス鉄心からなってもよい。 The pole piece may be made of a dust core or an amorphous core.
この構成により、渦電流の発生を抑制し、エネルギ損失を低減することができる。 With this configuration, generation of eddy current can be suppressed and energy loss can be reduced.
前記磁気ギア用従動磁石は、軸方向もしくは周方向に分割されていてもよい。 The magnetic gear driven magnet may be divided in an axial direction or a circumferential direction.
この構成により、渦電流の発生を抑制し、エネルギ損失を低減することができる。 With this configuration, generation of eddy current can be suppressed and energy loss can be reduced.
前記ポールピースが内周と外周に磁気結合面を有し、それぞれの高さが異なっていてもよい。 The pole piece may have a magnetic coupling surface on the inner periphery and the outer periphery, and the heights thereof may be different.
この構成により、ユニット側駆動磁石が径方向着磁である場合に、ユニット側駆動磁石より高さが高く、より磁気結合面積が大きな磁気ギア用従動磁石を使用することができる。 With this configuration, when the unit-side drive magnet is radially magnetized, it is possible to use a magnetic gear driven magnet that is higher in height and larger in magnetic coupling area than the unit-side drive magnet.
本発明の血液ポンプ用磁気的変速装置によれば、小型で、十分なトルク伝達能力があり、信頼性及び耐久性がある。 According to the magnetic transmission for a blood pump of the present invention, it is small in size, has sufficient torque transmission capability, and is reliable and durable.
以下、本発明に係る血液ポンプ用磁気的変速装置について好適な複数の実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。なお、第2実施形態、及び第3実施形態において、第1実施形態と同一又は同様な要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。 Hereinafter, a plurality of preferred embodiments of a magnetic transmission device for a blood pump according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the second embodiment and the third embodiment, the same or similar elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図1に示す血液ポンプ用磁気的変速装置10(以下、「変速装置10」と略称する)は、駆動ユニット14が発生する回転駆動力を変速して血液ポンプ16に伝達するために使用されるアダプタである。変速装置10は、駆動ユニット14及び血液ポンプ16とともに、人工心肺装置18の一部を構成する。人工心肺装置18は、例えば、心臓手術等において使用され、患者から脱血された血液の酸素化、異物の除去等を行い、血液を患者に戻すものである。
A blood pump magnetic transmission device 10 (hereinafter, abbreviated as “
詳細は図示しないが、人工心肺装置18は、血液ポンプ16、駆動ユニット14及び変速装置10の他に、患者から脱血された血液(静脈血)を一時的に貯留するリザーバと、血液に酸素を添加するとともに二酸化炭素を除去するガス交換を行う人工肺とを備える。
Although details are not shown, the
血液ポンプ16は、リザーバからの血液を人工肺に送血する。血液ポンプ16は、少なくとも、ハウジング20と、ハウジング20内に回転可能に配置されたインペラ22とを備える。ハウジング20は、図示しない第1接続ラインを介してリザーバの流出ポート26と接続される流入ポート24と、図示しない第2接続ラインを介して人工肺と接続される流出ポート26とを有する。流入ポート24からインペラ22の中心部に流入した血液は、インペラ22の回転に伴って加速されながらインペラ22の外周側へと流れ、流出ポート26から吐出される。
The
血液ポンプ16のハウジング20は、下部を構成するベース20aと、上部を構成するカバー20bと、ベース20aとカバー20bとの間で環状の周囲壁を構成する側壁部20cとを有する。カバー20bの中央部に流入ポート24が設けられ、側壁部20cに流出ポート26が設けられている。ベース20aの下部には下方に突出した断面円形状の装着用凸部28が設けられている。ベース20aにおいて、装着用凸部28と反対側には、インペラ配置用凹部30が設けられている。
The
ベース20a(具体的には、インペラ配置用凹部30)の底部中央には、カバー20b側に向かって突出したインペラ支持軸32が設けられている。インペラ支持軸32に、軸受33を介してインペラ22が回転可能に支持され、保持部材35により保持されるシール部材35aにより、血液の軸受33への侵入が防止されている。
An
インペラ22内には、インペラ22の略中央から外周側に向かって放射状に延在する複数の血液誘導路22bが設けられている。インペラ22には、インペラ22の軸(回転軸)を中心に、径方向に着磁された結合用多極従動磁石34が、インペラ22内のバックヨーク22aの外周に配置されている。本実施形態において、結合用多極従動磁石34は、インペラ22の下部近傍且つ外周部近傍に配置されている。結合用多極従動磁石34は、後述する結合用駆動磁石50と所望の結合力で磁気結合できるように、個数、大きさ等が設定されている。結合用多極従動磁石34は、リング状の磁石に径方向多極着磁を施したもの、もしくは複数の径方向に着磁された円弧状の磁石を、周方向に異なる磁極が交互に並ぶように配置したものでもよい。
In the
なお、本実形態ではインペラ22の回転はインペラ内に配置された転がり軸受等の軸受33によって支持されているが、このようなインペラの回転支持方法は本発明に影響を与えることはなく、インペラの回転は、特許第6134702号公報に示されるような、血液接触面内のピボット支持や、特許第2989233号公報に示されるような動圧軸受による支持でもよい。
In this embodiment, the rotation of the
駆動ユニット14は、モータ36と、モータ36の出力軸部36aに固定された回転部材37(例えば、回転板)と、回転部材37に取り付けられたユニット側駆動磁石38と、これらを収容するケース40とを有する。モータ36は、ACモータ、DCモータのいずれでもよいが、可変速モータが好適である。モータ36は図示しない制御部によって、回転速度が制御される。
The
図2に示すように、ユニット側駆動磁石38は、モータ36の出力軸部36aと同心状に配置される、軸方向に多極着磁された円盤状磁石である。本実施形態において、ユニット側駆動磁石38の磁極数は、6個である。すなわち、ユニット側駆動磁石38は、変速装置10に対向する側でS極の磁石及びN極の磁石からなる磁極対が、周方向に3個配置されている。なお、ユニット側駆動磁石38の磁極数は、4個以下の偶数、あるいは、8個以上の偶数であってもよい。
As shown in FIG. 2, the unit-
図1に示すように、ケース40は、ユニット側駆動磁石38と対向する上部プレート42を有する。上部プレート42は、ユニット側駆動磁石38に近接して、ユニット側駆動磁石38に非接触に対向している。上部プレート42上に、変速装置10が配置されるように構成されている。ケース40の上部には、変速装置10と係合して、変速装置10を固定可能なフック状の固定用係合部43が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
変速装置10は、駆動ユニット14に着脱可能に構成されるとともに、血液ポンプ16が着脱可能に構成されている。変速装置10は、ポールピース44と、ポールピース44と同軸に配置された回転体46と、ポールピース44に対向するように回転体46に保持された磁気ギア用従動磁石48と、磁気ギア用従動磁石48とは異なる位置で回転体46に保持された結合用駆動磁石50とを備える。
The
変速装置10は、さらに、ポールピース44、回転体46、磁気ギア用従動磁石48及び結合用駆動磁石50を収容するハウジング52を備える。ハウジング52の外周下部には、駆動ユニット14のケース40に設けられた固定用係合部43に係合可能な係合用突起57が設けられている。
The
ポールピース44は、ユニット側駆動磁石38に対し、該ユニット側駆動磁石38と同心状に対向配置されるように構成されている。ポールピース44は、積層ケイ素鋼板等の軟磁性体からなることが好ましい。図3に示すように、ポールピース44は、回転体46の軸a(回転軸)を中心に、周方向に間隔を置いて複数(本実施形態では、4個)配置されている。すなわち、周方向に間隔を置いて配置された複数のポールピース44からなるポールピース列45が設けられている。複数のポールピース44は、ハウジング52の下部を構成する下部ハウジング52aに固定されている。
The
本実施形態において、ポールピース44は、軸aに対して垂直な下面44aと、軸と平行な内側面44bとを有し、全体として三角形に近い形状に形成されている。変速装置10が駆動ユニット14に装着された状態では、駆動ユニット14のケース40及び変速装置10のハウジング52を介して、ポールピース44の下面44aが駆動ユニット14のユニット側駆動磁石38と対向する。ポールピース44の内側面44bは、軸aを中心とする円弧状に形成されている(図3参照)。ポールピース44は、積層ケイ素鋼板等の軟磁性体、より好ましくは、圧粉鉄心もしくはアモルファス鉄心からなる。
In this embodiment, the
下部ハウジング52aの中央には上方に向かって突出する軸部材54が固定されている。軸部材54は、下部ハウジング52aと一体成形された部分であってもよい。回転体46は、軸受55を介して、ポールピース44(ポールピース列45)と同心状に軸部材54に回転可能に支持されている。
A
変速装置10が駆動ユニット14に装着された状態では、回転体46の軸aは、モータ36の軸と同軸上に配置される。回転体46は、小径部58と大径部60とを有する。小径部58の内周部に軸受55が配置されている。小径部58の外周部に磁気ギア用従動磁石48が配置されている。具体的に、小径部58には磁石配置用溝62が設けられており、磁石配置用溝62に磁気ギア用従動磁石48が保持されている。
In a state where the
磁気ギア用従動磁石48は、ポールピース列45と同心状に配置されるとともに、ポールピース列45に対向配置されている。磁気ギア用従動磁石48の着磁方向は、径方向である。磁気ギア用従動磁石48の外周面は、軸aと平行であり且つ軸aを中心とする円弧状に形成されている。磁気ギア用従動磁石48は、周方向に配置された複数の磁極を有する。本実施形態では、磁気ギア用従動磁石48の磁極数は、2つである。磁気ギア用従動磁石48の磁極数は、ユニット側駆動磁石38の磁極数と異なる偶数である限り、任意に設定され得る。
The magnetic gear driven
磁気ギア用従動磁石48の大きさ(外径、軸方向長さ)及び磁束密度は、ユニット側駆動磁石38から磁気ギア用従動磁石48への変速を伴った回転駆動力の伝達に際し、十分なトルク伝達能力が得られるように設定される。磁気ギア用従動磁石48の内周には積層ケイ素鋼板等の軟磁性体からなるバックヨーク65が配置されている。バックヨーク65は、磁気ギア用従動磁石48の外周磁束密度を高めるとともに、内側への磁束を遮断する効果を有し、この効果により内側に配置される軸受55に生じる渦電流による発熱を抑制することができる。本実施形態では、磁気ギア用従動磁石48は図1に示されるように軸方向に複数に分割された磁石を積層したものである。このような分割構造とすることで、磁石内に発生しうる渦電流による発熱を抑制することができる。なお、磁気ギア用従動磁石48は、軸方向に亘って一体の(軸方向に分割されてない)磁石であってもよい。
The size (outer diameter, axial length) and magnetic flux density of the magnetic gear driven
回転体46の大径部60は、小径部58と同心状に構成されるとともに、小径部58よりも大きい外径を有する。大径部60は、小径部58の上部に設けられている。大径部60には、結合用駆動磁石50が配置されている。具体的に、大径部60には磁石配置用溝64が設けられている。当該磁石配置用溝64に、軸aと同心状にバックヨーク49の内側に結合用駆動磁石50が保持されている。結合用駆動磁石50は、リング状の磁石に径方向多極着磁を施したもの、もしくは複数の径方向に着磁された円弧状の磁石を、周方向に異なる磁極が交互に並ぶように配置したものでもよい。
The large-
回転体46の上部(大径部60)は、ハウジング52の上部ハウジング52bの天井部53と対向している。具体的に、上部ハウジング52bの天井部53には、ハウジング52内に向かって下方に突出する突出部66が設けられている。突出部66は、回転体46の大径部60の内側に挿入されている。天井部53において、突出部66の反対側には、装着用凹部68が設けられている。装着用凹部68に、血液ポンプ16の装着用凸部28が挿入可能である。
The upper portion (large diameter portion 60) of the
なお、本実形態では、結合用従動磁石34より径が大きい結合用駆動磁石50が結合用従動磁石34の外側に配置される構造となっているが、結合用従動磁石より径が小さい結合用駆動磁石が結合用従動磁石の内側に配置される構造でもよい。この場合、ハウジング52の突出部66を下方ではなく、上方(ポンプ側)に突出させ、その内側に結合用駆動磁石を配置し、インペラ22及びハウジング20にはポンプ流入側に凹む凹部をそれぞれ設け、当該凹部の外周部に結合用従動磁石を配置する構造とすればよい。
In this embodiment, the
また、結合用従動磁石の着磁方向が軸方向である場合は、結合用駆動磁石を軸方向着磁とすればよく、この場合、ハウジング52内の突出部66は省略することができる。またさらに、結合用従動磁石の着磁方向がポンプ回転軸に対して傾いている場合は、結合用駆動磁石の着磁方向をポンプ駆動磁石の回転軸に対して同じ角度で傾ければよい。
When the magnetization direction of the coupling driven magnet is the axial direction, the coupling drive magnet may be axially magnetized, and in this case, the
血液ポンプ16が変速装置10に装着された状態では、変速装置10に設けられた結合用駆動磁石50と、血液ポンプ16に設けられた結合用多極従動磁石34とが、ハウジング52及びハウジング20を介して、互いに対向する。これにより、変速装置10に設けられた結合用駆動磁石50と、血液ポンプ16に設けられた結合用多極従動磁石34とが磁気結合する。従って、回転体46の回転時には、結合用駆動磁石50から結合用多極従動磁石34へと回転駆動力が伝達される。血液ポンプ16が変速装置10に装着された状態では、インペラ22は、回転体46と同軸上に配置される。
When the
本実施形態では、磁気ギア用従動磁石48の磁極数は、ユニット側駆動磁石38の磁極数よりも少ない。従って、磁気ギア用従動磁石48は、ユニット側駆動磁石38よりも高速で回転する。すなわち、本実施形態に係る変速装置10は、駆動ユニット14の回転駆動力を増速して血液ポンプ16へと伝達する増速ギア機構として構成されている。ユニット側駆動磁石38の磁極数をNa、磁気ギア用従動磁石48の磁極数をNbとした場合、磁気ギア用従動磁石48は、ユニット側駆動磁石38のNa/Nb倍の速度で回転する。本実施形態の場合、Na/Nb=3であるため、磁気ギア用従動磁石48は、ユニット側駆動磁石38の3倍の速度で回転する。
In the present embodiment, the number of magnetic poles of the magnetic gear driven
なお、磁気ギア用従動磁石48の磁極数は、ユニット側駆動磁石38の磁極数よりも多くてもよい。この場合、磁気ギア用従動磁石48は、ユニット側駆動磁石38よりも低速で回転する。すなわち、この場合、変速装置10は、駆動ユニット14の回転駆動力を減速して血液ポンプ16へと伝達する減速ギア機構として構成される。
The number of magnetic poles of the magnetic gear driven
ポールピース44の数は、任意に設定され得るが、ユニット側駆動磁石38の磁極数Naと、磁気ギア用従動磁石48の磁極数Nbと、伝達トルクが最大になるポールピース数Ncとは、Nc=(Na+Nb)/2の関係を有する。従って、ユニット側駆動磁石38の磁極数Naが6、磁気ギア用従動磁石48の磁極数Nbが2である場合、伝達トルクが最大になるポールピース数Ncは4である。本実施形態では、伝達トルクが最大になるようにポールピース44の数が設定されている。
The number of
次に、上記のように構成された変速装置10の作用を説明する。
Next, the operation of the
図1に示すように、駆動ユニット14により血液ポンプ16を駆動するために、駆動ユニット14に変速装置10が装着されるとともに、変速装置10に血液ポンプ16が装着される。このように、駆動ユニット14に変速装置10が装着され、且つ変速装置10に血液ポンプ16が装着された状態では、モータ36の出力軸部36aと、変速装置10の軸(回転体46の軸a)と、血液ポンプ16の軸(インペラ22の軸)とが、同軸上に配置される。
As shown in FIG. 1, in order to drive the
モータ36の回転に伴って、ユニット側駆動磁石38が回転する。変速装置10内のポールピース44は、ユニット側駆動磁石38と同心状に対向配置されており、ユニット側駆動磁石38の磁力が、ポールピース44を介して、当該ポールピース44と同心状に対向配置された磁気ギア用従動磁石48へと作用する。これにより、磁気ギア用従動磁石48及び回転体46は、ユニット側駆動磁石38の回転方向とは逆方向に、且つユニット側駆動磁石38とは異なる回転速度(本実施形態では、ユニット側駆動磁石38よりも高速)で回転する。
As the
回転体46の回転に伴い、結合用駆動磁石50も磁気ギア用従動磁石48と一体的に回転する。このため、結合用駆動磁石50と磁気結合している結合用多極従動磁石34が回転し、結合用多極従動磁石34を保持しているインペラ22が、磁気ギア用従動磁石48と同一方向及び同一速度で回転する。インペラ22の回転により、血液が、図示しないリザーバから流入ポート24を介して血液ポンプ16内に導入され、流出ポート26を介して図示しない人工肺へと送り出される。
As the
この場合、本実施形態に係る変速装置10は、以下の効果を奏する。
In this case, the
変速装置10によれば、血液ポンプ16を駆動ユニット14に装着した状態では、磁気ギア用従動磁石48及び結合用駆動磁石50が、ユニット側駆動磁石38と同心状に配置される。このため、偏心結合方式と異なり、横方向に大きなスペースが必要なく、小型な装置とすることができる。また、偏心結合方式と異なり、磁極の一部ではなく全体が磁気的に結合するため、十分なトルク伝達能力が得られる。さらに、機械的な歯車を用いて動力伝達する方式と比較して、機械的な騒音が小さいとともに、耐久性、信頼性にも優れる。
According to the
磁気ギア用従動磁石48の磁極数は、ユニット側駆動磁石38の磁極数よりも少なく、磁気ギア用従動磁石48は、ユニット側駆動磁石38よりも高速で回転する。この構成により、駆動ユニット14の駆動力を増速して血液ポンプ16へと伝達することができる。なお、磁気ギア用従動磁石48の磁極数が、ユニット側駆動磁石38の磁極数よりも多い場合には、駆動ユニット14の駆動力を減速して血液ポンプ16へと伝達することができる。
The number of magnetic poles of the magnetic gear driven
ポールピース44は、積層ケイ素鋼板等の軟磁性体、より好ましくは、圧粉鉄心もしくはアモルファス鉄心からなる。この構成により、渦電流の発生を抑制し、エネルギ損失を低減することができる。
The
ユニット側駆動磁石38、磁気ギア用従動磁石48、結合用駆動磁石50及び結合用多極従動磁石34の少なくとも1つは、ハルバッハ配列を形成するように配置されるとよい。ハルバッハ配列は、磁気の方向を最適化することにより特定の方向への磁場強度を最大化する磁気回路である。このようなハルバッハ配列が適用されることにより、トルク伝達能力を良好に増大させることが可能となる。
At least one of the unit-
図4に示す本発明の第2実施形態に係る血液ポンプ用磁気的変速装置10a(以下、「変速装置10a」と略称する)は、駆動ユニット14に着脱可能に構成されるともに、血液ポンプ16aが着脱可能に構成されている。血液ポンプ16aのハウジング80内に回転可能に配置されたインペラ70には、インペラ70の軸を中心に、複数の結合用従動磁石72が周方向に配置されている。結合用従動磁石72は、血液ポンプ16aの下部に設けられた装着用凸部28よりも径方向外側に配置されている。結合用従動磁石72の着磁方向は軸方向である。
A blood pump
変速装置10aは、ポールピース74と、ポールピース74と同軸に配置された回転体76と、ポールピース74に対向するように回転体76に保持された磁気ギア用従動磁石77と、磁気ギア用従動磁石77とは異なる位置で回転体76に保持された結合用駆動磁石78と、これらを収容するハウジング80とを備える。磁気ギア用従動磁石77及び結合用駆動磁石78は、リング状の磁石に軸方向多極着磁を施したもの、もしくは複数の軸方向に着磁された円柱状、もしくは円弧状等の磁石を、周方向に異なる磁極が交互に並ぶように配置したものでもよい。
The
ポールピース74は、回転体76の軸aを中心に、周方向に複数配置されている。すなわち、周方向に間隔を置いて配置された複数のポールピース74からなるポールピース列75が設けられている。ポールピース74は、ユニット側駆動磁石38に対し、該ユニット側駆動磁石38と同心状に対向配置されるように構成されている。ポールピース74は、ユニット側駆動磁石38に対し軸方向に対向する下面74aと、磁気ギア用従動磁石77に対し軸方向に対向する上面74bとを有する板状体である。
A plurality of
回転体76は、ハウジング80の中央部に設けられた軸部材82に軸受84を介して回転可能に支持されている。回転体76は、小径部86と大径部88とを有する。小径部86の下部に磁気ギア用従動磁石77が保持されている。磁気ギア用従動磁石77の着磁方向は、軸方向である。磁気ギア用従動磁石77は、ポールピース74(ポールピース列75)に対し、軸方向に対向している。
The rotating
本実施形態では、磁気ギア用従動磁石77の磁極数は、ユニット側駆動磁石38の磁極数よりも多い偶数である。従って、磁気ギア用従動磁石77は、ユニット側駆動磁石38よりも低速で回転する。すなわち、変速装置10aは、駆動ユニット14の回転駆動力を減速して血液ポンプ16aへと伝達する減速ギア機構として構成されている。
In the present embodiment, the number of magnetic poles of the magnetic gear driven
ポールピース74の数は、磁気ギアでの伝達トルクが最大になるように設定されるのがよい。例えば、ユニット側駆動磁石38の磁極数Naが10、磁気ギア用従動磁石77の磁極数Nbが12である場合、伝達トルクが最大になるポールピース74の数Ncは、11である。
The number of
回転体76の大径部88には、複数の結合用駆動磁石78が回転体76の軸aを中心に周方向に配置されている。結合用駆動磁石78の着磁方向は軸方向である。血液ポンプ16aが変速装置10aに装着された状態では、変速装置10aに設けられた結合用駆動磁石78と、血液ポンプ16aに設けられた結合用従動磁石72とが、ハウジング80を介して軸方向に互いに対向する。これにより、変速装置10aに設けられた結合用駆動磁石78と、血液ポンプ16aに設けられた結合用従動磁石72とが磁気結合する。
In the large-
第2実施形態に係る変速装置10aによれば、第1実施形態に係る変速装置10と同様に、小型で、十分なトルク伝達能力が得られ、機械的な騒音が小さいとともに、耐久性、信頼性にも優れる。また、第2実施形態では、磁気ギア用従動磁石77の着磁方向が軸方向であり、磁気ギア用従動磁石77が、ポールピース74に対して軸方向に対向しているため、第1実施形態に係る変速装置10と比較して、軸方向の高さ寸法を小さくしやすい。
According to the
第2実施形態では、結合用駆動磁石78及び結合用従動磁石72の着磁方向が軸方向であり、結合用駆動磁石78と結合用従動磁石72とは、軸方向に互いに対向する。このため、結合用駆動磁石78と結合用従動磁石72の軸方向寸法を大きくすることなく、磁気結合面積を大きくとることができる。従って、血液ポンプ16a及び変速装置10aを大型化することなく、血液ポンプ16aと変速装置10aとの間の磁気結合力を大きくすることができる。
In the second embodiment, the magnetization direction of the
第2実施形態のうち、第1実施形態と共通する部分については、第1実施形態と同一又は同様の作用及び効果が得られる。 Of the second embodiment, the same or similar operations and effects as those of the first embodiment can be obtained with respect to the portions common to the first embodiment.
図1に示される第1実施形態及び図4に示される第2実施形態の駆動ユニット14内のユニット側駆動磁石38はいずれも軸方向着磁であるが、径方向着磁の場合は、ポールピース44、74の駆動ユニット14側の磁気結合面をモータ回転軸に平行な、径方向の外周面、もしくは内周面とすればよい。
The unit-
図5に示す第3実施形態に係る血液ポンプ用磁気的変速装置10b(以下、「変速装置10b」と略称する)では、ユニット側駆動磁石90が内周側に磁気結合面90aを有する径方向着磁である。また、変速装置10bでは、ポールピース92が外周にユニット側駆動磁石90と同じ高さ(同一軸方向長さ)の磁気結合面92a、内周にユニット側駆動磁石90の磁気結合面90aより高さの高い(軸方向長さが長い)磁気結合面92bを有する。
In the blood pump
このような構成により、ユニット側駆動磁石90の限られた空間内により大きな磁気ギア用従動磁石48を配置することが可能となり、軸方向着磁であるユニット側駆動磁石38を有する第1実施形態の駆動ユニット14に比べて磁気ギア用従動磁石48を配置する空間が限られる径方向着磁のユニット側駆動磁石90を有する駆動ユニット14aに適応する場合において、十分なトルク伝達能力を得ることができる。
With such a configuration, it is possible to dispose a larger magnetic gear driven
なお、外周側に磁気結合面を有する径方向着磁であるユニット側駆動磁石を備えた駆動ユニットを用いる場合は、ポールピースの内周の磁気結合面をユニット側駆動磁石と同じ高さとし、当該ポールピースの外周をユニット側駆動磁石より高さの高い磁気結合面とすればよい。 When using a drive unit including a unit-side drive magnet that is radially magnetized having a magnetic coupling surface on the outer peripheral side, the magnetic coupling surface on the inner periphery of the pole piece is the same height as the unit-side drive magnet, What is necessary is just to make the outer periphery of a pole piece into a magnetic coupling surface higher than a unit side drive magnet.
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、磁気ギア用従動磁石の着磁方向が、磁気ギア用従動磁石の軸に対して傾斜していてもよい。すなわち、磁気ギア用従動磁石の着磁方向が、磁気ギア用従動磁石の軸に対して0°より大きく且つ90°より小さくてもよい。結合用駆動磁石の着磁方向が、結合用駆動磁石の軸に対して傾斜していてもよい。すなわち、結合用駆動磁石の着磁方向が、結合用駆動磁石の軸に対して0°より大きく且つ90°より小さくてもよい。 For example, the magnetization direction of the magnetic gear driven magnet may be inclined with respect to the axis of the magnetic gear driven magnet. That is, the magnetization direction of the magnetic gear driven magnet may be larger than 0 ° and smaller than 90 ° with respect to the axis of the magnetic gear driven magnet. The magnetization direction of the coupling drive magnet may be inclined with respect to the axis of the coupling drive magnet. That is, the magnetization direction of the coupling drive magnet may be greater than 0 ° and less than 90 ° with respect to the axis of the coupling drive magnet.
血液ポンプは、インペラを内蔵したポンプ本体と、ポンプ本体に接続されたフレキシブルシャフトとを有し、当該フレキシブルシャフトが、血液ポンプ用磁気的変速装置と接続可能であり、フレキシブルシャフトに設けられた結合用従動磁石が血液ポンプ用磁気的変速装置に設けられた結合用駆動磁石と磁気結合可能であってもよい。 The blood pump has a pump body incorporating an impeller and a flexible shaft connected to the pump body, and the flexible shaft is connectable to a blood pump magnetic transmission, and is provided on the flexible shaft. The follower magnet may be magnetically coupled to the coupling drive magnet provided in the blood pump magnetic transmission.
10、10a…血液ポンプ用磁気的変速装置 14…駆動ユニット
16、16a…血液ポンプ 34、72…結合用従動磁石
38…ユニット側駆動磁石 44、74…ポールピース
46、76…回転体 48、77…磁気ギア用従動磁石
50、78…結合用駆動磁石
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記駆動ユニットに搭載されたユニット側駆動磁石に対し、該ユニット側駆動磁石と同心状に対向配置されるように構成されたポールピースと、
前記ポールピースと同心状に回転可能に配置された回転体と、
前記回転体に保持され、前記ポールピースと同心状に配置され、前記ポールピースに対向配置された磁気ギア用従動磁石と、
前記回転体に保持され、前記ポールピースと同心状に配置され、前記血液ポンプに設けられた結合用従動磁石と磁気結合可能な結合用駆動磁石と、を備える、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 A magnetic transmission for a blood pump that shifts and transmits a rotational driving force generated by a drive unit for driving a blood pump to the blood pump,
A pole piece configured to be concentrically opposed to the unit side drive magnet with respect to the unit side drive magnet mounted on the drive unit,
A rotating body arranged so as to be rotatable concentrically with the pole piece;
A magnetic gear driven magnet held by the rotating body, arranged concentrically with the pole piece, and opposed to the pole piece;
A coupling drive magnet that is held by the rotating body and is arranged concentrically with the pole piece and is magnetically coupled to a coupling driven magnet provided in the blood pump;
A magnetic transmission for a blood pump.
前記磁気ギア用従動磁石の磁極数は、前記ユニット側駆動磁石の磁極数よりも少なく、
前記磁気ギア用従動磁石は、前記ユニット側駆動磁石よりも高速で回転する、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 The magnetic transmission for a blood pump according to claim 1,
The number of magnetic poles of the magnetic gear driven magnet is less than the number of magnetic poles of the unit side drive magnet,
The magnetic gear driven magnet rotates at a higher speed than the unit-side drive magnet.
A magnetic transmission for a blood pump.
前記磁気ギア用従動磁石の磁極数は、前記ユニット側駆動磁石の磁極数よりも多く、
前記磁気ギア用従動磁石は、前記ユニット側駆動磁石よりも低速で回転する、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 The magnetic transmission for a blood pump according to claim 1,
The number of magnetic poles of the magnetic gear driven magnet is greater than the number of magnetic poles of the unit side drive magnet,
The magnetic gear driven magnet rotates at a lower speed than the unit side drive magnet.
A magnetic transmission for a blood pump.
前記磁気ギア用従動磁石の着磁方向が径方向である、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 The magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 3,
The magnetization direction of the magnetic gear driven magnet is a radial direction,
A magnetic transmission for a blood pump.
前記磁気ギア用従動磁石の着磁方向が軸方向である、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 The magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 3,
The magnetization direction of the magnetic gear driven magnet is an axial direction.
A magnetic transmission for a blood pump.
前記磁気ギア用従動磁石の着磁方向が、前記磁気ギア用従動磁石の軸に対して傾斜している、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 The magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 3,
The magnetization direction of the magnetic gear driven magnet is inclined with respect to the axis of the magnetic gear driven magnet.
A magnetic transmission for a blood pump.
前記ポールピースが内周と外周に磁気結合面を有し、それぞれの高さが異なっている、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 The magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 3,
The pole piece has a magnetic coupling surface on the inner periphery and the outer periphery, and the respective heights are different.
A magnetic transmission for a blood pump.
前記結合用駆動磁石の着磁方向が径方向である、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 The magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 6,
The magnetization direction of the coupling drive magnet is a radial direction,
A magnetic transmission for a blood pump.
前記結合用駆動磁石の着磁方向が軸方向である、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 The magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 6,
The magnetization direction of the coupling drive magnet is an axial direction.
A magnetic transmission for a blood pump.
前記結合用駆動磁石の着磁方向が、前記結合用駆動磁石の軸に対して傾斜している、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 The magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 6,
The magnetization direction of the coupling drive magnet is inclined with respect to the axis of the coupling drive magnet.
A magnetic transmission for a blood pump.
前記ポールピースは、圧粉鉄心もしくはアモルファス鉄心からなる、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 The magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 9,
The pole piece is made of a dust core or an amorphous core.
A magnetic transmission for a blood pump.
前記磁気ギア用従動磁石が軸方向もしくは周方向に分割されている、
ことを特徴とする血液ポンプ用磁気的変速装置。 The magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 10,
The driven magnet for the magnetic gear is divided in an axial direction or a circumferential direction;
A magnetic transmission for a blood pump.
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US12029890B2 (en) | 2020-12-29 | 2024-07-09 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Magnetic drives having flux enhancers for blood pumps |
Citations (2)
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---|---|---|---|---|
US5021048A (en) * | 1989-08-04 | 1991-06-04 | Medtronic, Inc. | Blood pump drive system |
JP2012205348A (en) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Mitsubishi Electric Corp | Magnetic gear |
-
2018
- 2018-03-06 JP JP2018039717A patent/JP7019461B2/en active Active
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