JP2020148131A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のポンプ装置と比べて効率が向上されているポンプ装置を提供する。【解決手段】ポンプ装置１は、第１室２１が内部に設けられている第１ハウジング２０と、第１室２０内において回転するように設けられているインペラ２２とを含むポンプユニット２と、第２室３１が内部に設けられている第２ハウジング３０と、第２室内３１において回転するように設けられているロータ３２とを含む駆動ユニット３とを備える。インペラ２２は第１磁石２４を有し、ロータ３２は、径方向において第１磁石２４と対向するように配置されている第２磁石３６を有している。径方向において対向する第１磁石および第２磁石の各面は、異なる磁極に着磁されている。第２ハウジング３０は、少なくとも径方向において第１磁石２４と第２磁石３６との間に配置されている第１壁部４を有している。第１壁部４を構成する材料は、非導電性を示す材料を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ装置に関する。

従来、インペラを内部に回転自在に収容したポンプユニットと、ポンプユニットに装着されてインペラを回転させる駆動ユニットとを備えたポンプ装置が知られている。このようなポンプ装置では、ポンプユニット内に形成される液体の流通路は、ポンプユニットのハウジングおよび駆動ユニットのハウジングによって、駆動ユニットのステータおよびロータから隔離されている。これにより、ポンプユニット内を流れる流体は、駆動ユニットのステータおよびロータに接触しない。

特許第３０８６００４号公報には、インペラを収容した血液ポンプと、血液ポンプに装着されてインペラを回転させる駆動ユニットとを備えたポンプ装置が開示されている。インペラに固定された従動マグネットは、駆動ユニットの回転軸と同軸に固定された駆動マグネットと、回転軸に沿った方向において対向するように配置されている。インペラを回転駆動するための回転トルクは、駆動ユニットの回転軸と同軸に固定された駆動マグネットから回転体に固定された従動マグネットに伝達される。

特許第３０８６００４号公報

上記のようなポンプ装置では、ポンプユニットは衛生上の観点から使用都度交換されるのに対し、駆動ユニットは環境性または経済性の観点から装置は再利用される。つまり、駆動ユニットは、繰り返し使用され、かつポンプユニットに対して繰り返し着脱される。そのため、駆動ユニットのハウジングは、繰り返される使用および着脱に耐え得る耐久性を実現すべく、一般的に金属により構成されている。

一方で、上記ポンプ装置では、駆動マグネットと従動マグネットとの間が、ポンプユニットのハウジングおよび駆動ユニットのハウジングによって区画されている。そのため、ポンプユニットのハウジングおよび駆動ユニットのハウジングにおいて、駆動マグネットと従動マグネットとの間に配置された部材が例えば金属等の導電性を有する材料で構成されている場合には、当該部分に渦電流損失（鉄損）が生じる。この場合、渦電流損失が駆動ユニットのロータに対し回転を妨げる抗力として作用するため、効率が低下する。

本発明の主たる目的は、従来の上記ポンプ装置と比べて効率が向上されているポンプ装置を提供することにある。

本発明に係るポンプ装置は、第１室が内部に設けられている第１ハウジングと、第１室内に配置されておりかつ回転するように設けられているインペラとを含むポンプユニットと、第１室と区画された第２室が内部に設けられている第２ハウジングと、第２室内に配置されておりかつ回転するように設けられているロータとを含む駆動ユニットとを備える。インペラは、第１磁石を有している。ロータは、インペラの回転軸に対する径方向において第１磁石と対向するように配置されている第２磁石を有している。径方向において対向する第１磁石および第２磁石の各面は、異なる磁極に着磁されている。第２ハウジングは、少なくとも径方向において第１磁石と第２磁石との間に配置されている第１壁部を有している。第１壁部を構成する材料は、非導電性を示す材料を含む。

本発明によれば、従来のポンプ装置と比べて効率が向上されているポンプ装置を提供することができる。

実施の形態１に係るポンプ装置を示す断面図である。 図１中の矢印ＩＩ−ＩＩから視た断面図である。 図１に示されるポンプ装置のポンプユニットと駆動ユニットとが分解された状態を示す断面図である。 図１に示されるポンプ装置の第１壁部の配置を示す部分断面図である。 実施の形態２に係るポンプ装置を示す部分断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を示し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１〜図３に示されるように、実施の形態１に係るポンプ装置１は、ポンプユニット２と、駆動ユニット３とを備える。ポンプ装置１において、ポンプユニット２および駆動ユニット３は、後述するインペラ２２の回転軸Ｏに沿った方向（以下、単に回転軸方向という）において重ねられている。駆動ユニット３は、ポンプユニット２を駆動するように設けられている。ポンプユニット２は、駆動ユニット３によって駆動されたときに、外部から液体を取り込みかつ外部に液体を送り出すように設けられている。

ポンプユニット２は、第１ハウジング２０と、インペラ２２とを含む。第１ハウジング２０には、液体が流出入する第１流出入口２Ａおよび第２流出入口２Ｂと、第１流出入口２Ａと第２流出入口２Ｂとの間を接続する第１室２１とが設けられている。インペラ２２は、第１室２１の内部に配置されており、かつ回転軸Ｏを中心として回転するように設けられている。第１ハウジング２０およびインペラ２２を構成する材料は、例えば樹脂を含む。ポンプユニット２は、例えば射出成形法などによって製造される。

第１ハウジング２０において、インペラ２２の回転軸Ｏに対する径方向（以下、単に径方向という）の中央部は、上記径方向の外周部に対し、上記回転軸方向において駆動ユニット３側に向かって突出している。第１ハウジング２０は、上記回転軸方向において駆動ユニット３側に向かって突出している凸部２０Ａと、凸部２０Ａを囲むように配置されている平坦部２０Ｂとを有している。

凸部２０Ａは、上記回転軸方向に沿って延びる側部２０Ａ１と、上記径方向に沿って延びる頂部２０Ａ２とを有している。側部２０Ａ１の上記回転軸方向の一端は、平坦部２０Ｂに接続されている。側部２０Ａ１の上記回転軸方向の他端は、頂部２０Ａ２に接続されている。凸部２０Ａおよび平坦部２０Ｂの少なくとも一部は、第１室２１に面している。

第１室２１は、例えば第１流出入口２Ａに接続されている第１空間部２１Ａと、第２流出入口２Ｂに接続されている第２空間部２１Ｂと、第１空間部２１Ａと第２空間部２１Ｂとの間を接続している第３空間部２１Ｃとを有している。第１空間部２１Ａは、上記径方向に沿って延びるように配置されており、第１流出入口２Ａに接続されている一方の開口端と、第３空間部２１Ｃの一方の開口端に接続されている他方の開口端とを有している。第２空間部２１Ｂは、上記径方向に沿って延びるように配置されており、第３空間部２１Ｃの他方の開口端に接続されている一方の開口端と、第２流出入口２Ｂに接続されている他方の開口端とを有している。第１空間部２１Ａの上記他方の開口端および第３空間部２１Ｃの上記一方の開口端は、上記回転軸方向に向いて開口しており、かつ回転軸Ｏと重なるように配置されている。第２空間部２１Ｂの上記一方の開口端および第３空間部２１Ｃの上記他方の開口端は、上記径方向に向いて開口している。

第３空間部２１Ｃは、上記回転軸方向において、第３空間部２１Ｃの上記一方の開口端と上記他方の開口端との間に配置された第１空間部分と、第１空間部分と接続されており、かつ第３空間部２１Ｃの上記他方の開口端よりも第３空間部２１Ｃの上記一方の開口端から離れた位置に配置された第２空間部分とを有している。第３空間部２１Ｃの上記第２空間部分は、上記径方向において凸部２０Ａに囲まれた部分である。第２空間部分の上記径方向における最大径は、第１空間部分の上記径方向における最大径よりも短い。第１ハウジング２０の上記凸部２０Ａは、第３空間部２１Ｃの上記第２空間部分と、第１ハウジング２０の外部とを区画するように設けられている。

インペラ２２は、第１室２１の第３空間部２１Ｃの内部に配置されており、かつ回転軸Ｏを中心として回転するように設けられている。インペラ２２は、第３空間部２１Ｃの上記第１空間部分に配置されている第１部分と、第１部分と接続されており、かつ第３空間部２１Ｃの上記第２空間部分に配置されている第２部分とを有している。インペラ２２の上記第２部分の外径は、インペラ２２の上記第１部分の外径よりも短い。

インペラ２２は、第１磁石２４を有している。第１磁石２４は、インペラ２２の上記第２部分に固定されている。第１磁石２４は、例えば回転軸Ｏに対する周方向（以下、単に周方向という）に沿って環状に設けられたリング磁石である。第１磁石２４のＮ極とＳ極とは、上記径方向に並んで配置されており、かつ上記周方向において交互に配置されている。第１磁石２４は、例えば後述する第３磁石３５よりも小さい。

インペラ２２は、回転軸Ｏに対する回転対称性を有している。インペラ２２の上記径方向における中央部には、貫通孔２３が設けられている。貫通孔２３は、上記回転軸方向においてインペラ２２を貫通している。言い換えると、インペラ２２の上記第１部分および上記第２部分は、上記周方向に沿って環状に設けられている。

インペラ２２の上記第２部分の内部には、環状に連なる空間２５が設けられている。第１磁石２４は、空間２５の内部に配置され、固定されている。第１磁石２４の上記外周面２４Ｂは、例えば空間２５の外周面に接している。第１磁石２４の上記内周面２４Ａは、例えば空間２５の内周面よりも外周側に配置されている。インペラ２２の上記第２部分の外周面には、例えば動圧溝が形成されている。

ポンプユニット２は、第４磁石２６をさらに含む。第４磁石２６は、第１ハウジング２０の凸部２０Ａの上記頂部２０Ａ２に固定されている。第４磁石２６は、例えば凸部２０Ａの頂部２０Ａ２に埋設されている。第４磁石２６のＮ極とＳ極とは、上記回転軸方向に並んで配置されている。第４磁石２６は、例えば上記径方向における頂部２０Ａ２の中央に、回転軸Ｏと重なるように配置されている。第４磁石２６および第４磁石２６を覆うように設けられている頂部２０Ａ２の中央部分は、例えば上記径方向において該中央部分を囲むように設けられている頂部２０Ａ２の外周部分に対して駆動ユニット３側に突出するように設けられている。

駆動ユニット３は、第２ハウジング３０、ステータコイル３２、軸受３３、およびロータ３４を含む。第２ハウジング３０の内部には、第２室３１が設けられている。第２室３１は、例えば上記周方向に沿って環状に設けられている。

第２ハウジング３０において、上記径方向の中央部は、上記径方向の外周部に対し、上記回転軸方向においてポンプユニット２とは反対側に凹んでいる。第２ハウジング３０は、上記回転軸方向においてポンプユニット２とは反対側に向かって凹んでいる凹部３０Ａと、凹部３０Ａを囲むように配置されている平坦部３０Ｂとを有している。

凹部３０Ａは、第１ハウジング２０の上記凸部２０Ａを収容するように設けられている。凹部３０Ａは、例えば第１ハウジング２０の上記凸部２０Ａと嵌め合うように設けられている。平坦部３０Ｂは、第１ハウジング２０の上記平坦部２０Ｂと接するように設けられている。

凹部３０Ａは、上記回転軸方向に沿って延びる側部３０Ａ１と、上記側部３０Ａ１と接続されておりかつ上記径方向に沿って延びる底部３０Ａ２，３０Ａ３とを有している。凹部３０Ａの上記側部３０Ａ１は、凸部２０Ａの上記側部２０Ａ１と接するように設けられている。凹部３０Ａの上記底部３０Ａ２，３０Ａ３は、凸部２０Ａの上記頂部２０Ａ２と接するように設けられている。底部３０Ａ２は、上記径方向における底部３０Ａ２，３０Ａ３の外周端部から、上記回転軸方向において軸受３３と重なる領域まで、上記径方向に沿って延びるように設けられている。底部３０Ａ３は、底部３０Ａ２よりも上記径方向の中央に配置されており、上記回転軸方向において第４磁石２６と重なる領域に配置されている。底部３０Ａ３を構成する材料は、磁性体である。

底部３０Ａ３において第２ハウジング３０の凹部３０Ａ内に露出している面には、例えば溝部が形成されている。該溝部は、上記径方向において底部３０Ａ３の中央に配置されている。該溝部は、第４磁石２６および第４磁石２６を覆うように設けられている頂部２０Ａ２の上記中央部分と嵌め合うように設けられている。言い換えると、底部３０Ａ３は、上記回転軸方向および上記径方向において、第４磁石２６と対向するように設けられている。

底部３０Ａ３の上記径方向の外周面は、環状に設けられた第２室３１の上記径方向の内周面を構成している。第２室３１は、凹部３０Ａの上記側部３０Ａ１および上記底部３０Ａ２，３０Ａ３に面している。

ステータコイル３２は、第２室３１の内部に配置されており、かつ第２ハウジング３０の上記径方向の外周部に固定されている。好ましくは、ステータコイル３２は、コアレス構造を有する空芯コイルである。ステータコイル３２は、上記回転軸方向に沿って延在する中空部を有している。ステータコイル３２は、第２室３１に向けて突出している。

軸受３３は、第２ハウジング３０に対してロータ３４を支持している。軸受３３は、第２室３１の内部に配置されており、かつ第２ハウジング３０の上記径方向の中央部に固定されている。具体的には、軸受３３の内輪は、第２ハウジング３０の上記径方向の中央部に固定されている底部３０Ａ３に嵌め合わされている。軸受３３の外輪は、ロータ３４に嵌め合わされている。軸受３３は、転がり軸受であり、例えば深溝玉軸受である。

ロータ３４は、第２室３１の内部に配置されており、かつ回転軸Ｏを中心として回転するように設けられている。ロータ３４は、環状に設けられている。ロータ３４は、軸受３３を介して第２ハウジング３０の底部３０Ａ３に接続されている上記径方向の内周端部を有している。ロータ３４の上記内周端部は、例えば上記回転軸方向に並んで配置された複数の軸受３３を介して底部３０Ｃと接続されている。ロータ３４の上記内周端部は、上記回転軸方向において凹部３０Ａの底部３０Ａ２と重なる領域に配置されている。

ロータ３４は、上記回転軸方向においてステータコイル３２を挟んで互いに対向するように設けられた対向部分を有している。ロータ３４の上記対向部分は、ロータ３４の上記内周部分よりも、上記回転軸方向においてポンプユニット２側に配置されかつ上記径方向において外周側に配置されている。ロータ３４の上記対向部分は、上記回転軸方向において平坦部３０Ｂと重なる領域であって、上記径方向において凹部３０Ａの側部３０Ａ１と重なる領域に配置されている。

ロータ３４は、上記対向部分に固定された複数の第３磁石３５を有している。複数の第３磁石３５は、複数対の第３磁石３５を有している。各対の第３磁石３５は、上記回転軸方向においてステータコイル３２を挟んで対向するように配置されている。各第３磁石３５のＮ極とＳ極とは、上記回転軸方向に並んで配置されている。各第３磁石３５は、上記回転軸方向に多極着磁されたリング磁石である。各対の第３磁石３５のうち、一方の第３磁石３５のＮ極は、他方の第３磁石３５のＳ極と上記回転軸方向において対向するように配置されている。上記回転軸方向における第３磁石３５とステータコイル３２との間の距離は、上記径方向における第１磁石２４と第２磁石３６との間の距離以下である。

このようなステータコイル３２およびロータ３４は、アキシャルギャップ型モータを構成している。ステータコイル３２およびロータ３４は、例えば３相２４極１８スロットのモータを構成している。

ロータ３４は、上記回転軸方向において上記内周端部よりもポンプユニット２側に設けられており、かつ上記径方向において上記内周端部よりも外周側であって上記対向部分よりも内周側に設けられている内周部分を有している。ロータ３４の上記内周部分は、上記回転軸方向において平坦部３０Ｂと重なる領域であって、上記径方向において凹部３０Ａの側部３０Ａ１と重なる領域に配置されている。

ロータ３４は、上記内周部分に固定された第２磁石３６を有している。第２磁石３６は、上記周方向に沿って環状に設けられたリング磁石である。第２磁石３６は、上記径方向において第１磁石２４と対向するように配置されている。第２磁石３６のＮ極とＳ極とは、上記径方向に並んで配置されており、かつ上記周方向において交互に配置されている。上記径方向において対向する第１磁石２４の外周面２４Ｂおよび第２磁石３６の内周面３６Ａは、異なる磁極に着磁されている。例えば、上記径方向の内周面２４Ａの磁極がＳ極であって外周面２４Ｂの磁極がＮ極である第１磁石２４の上記周方向の一部分（扇状部分）は、上記径方向の内周面３６Ａの磁極がＳ極であって外周面３６Ｂの磁極がＮ極である第２磁石３６の上記周方向の一部分（扇状部分）と、上記径方向に対向して配置されている。第２磁石３６は、例えば第３磁石３５よりも小さい。

図１〜図４に示されるように、第２ハウジング３０は、上記径方向において第１磁石２４と第２磁石３６との間に配置されている第１壁部４を有している。本実施の形態において、第１壁部４は、凹部３０Ａの側部３０Ａ１の一部を構成している。

図２に示されるように、第１壁部４は、上記周方向に沿って環状に設けられている。第１壁部４は、上記径方向において第２磁石３６と間隔を隔てて配置されている。第１壁部４は、上記径方向において第１ハウジング２０の凸部２０Ａの側部２０Ａ１に接するように設けられている。

第１壁部４を構成する材料は、非導電性を示す材料を含む。具体的には、第１壁部４を構成する材料は、樹脂、ゴム、セラミックス、およびガラスからなる群から選択される少なくとも１つを含む。好ましくは、第１壁部４を構成する材料は、非磁性体である。

第２ハウジング３０において第１壁部４以外の他の部分を構成する材料は、駆動ユニット３の耐久性および堅牢性を確保する観点から、第１ハウジング２０の上記他の部分を構成する材料よりも比強度が高い任意の材料を含み、好ましくは金属を含む。異なる観点から言えば、第１壁部４を構成する材料は、第２ハウジング３０において第１壁部４以外の他の部分を構成する材料と比べて、導電率が低い材料を含む。第２ハウジング３０において第１壁部４以外の上記他の部分は、凹部３０Ａの側部３０Ａ１の第１壁部４以外の部分、凹部３０Ａの底部３０Ａ２，３０Ａ３、および平坦部３０Ｂを含む。

第１壁部４と、第２ハウジング３０において第１壁部４以外の上記他の部分とは、任意の方法により接続されていればよいが、例えば接着されている。また、第１壁部４と、第２ハウジング３０において第１壁部４以外の上記他の部分とは、接着剤によらない任意の接続方法、例えばネジ止め、スナップフィット、レーザ処理または化学処理による直接接合により接続されていてもよい。

より好ましくは、凹部３０Ａの側部３０Ａ１の第１壁部４以外の部分、凹部３０Ａの底部３０Ａ２、および平坦部３０Ｂを構成する材料は、非磁性体（すなわち強磁性体でない）であって、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）またはステンレス鋼を含む。底部３０Ａ３を構成する材料は、強磁性体を含む。

上記回転軸方向において、第１壁部４の長さは、例えば第２磁石３６の軸方向の長さと同等あるいはそれ以上である。上記回転軸方向において凹部３０Ａの底部３０Ａ２側に位置する第１壁部４の一端は、上記回転軸方向において底部３０Ａ２側に位置する第１磁石２４および第２磁石３６の各一端を結ぶ第１仮想線分よりも、上記回転軸方向において底部３０Ａ２側に配置されている。上記回転軸方向において底部３０Ａ２とは反対側に位置する第１壁部４の他端は、上記回転軸方向において底部３０Ａ２とは反対側に位置する第１磁石２４および第２磁石３６の各他端を結ぶ第２仮想線分よりも、上記回転軸方向において底部３０Ａ２とは反対側に配置されている。

なお、第１壁部４の上記一端は、上記第１仮想線分上に配置されていてもよい。第１壁部４の上記他端は、上記第２仮想線分上に配置されていてもよい。

ポンプ装置１が静止された状態にあるとき、インペラ２２は第１磁石２４と第２磁石３６との間に作用する磁気吸引力により凸部２０Ａの内壁に接触している。上記ポンプ装置１が駆動されると、インペラ２２と凸部２０Ａとの間を流れる液体に流体動圧力が発生し、回転速度が上昇することによって上記流体動圧力が上昇する。上記流体動圧力が上記磁気吸引力を上回った時点で、インペラ２２は凸部２０Ａの内壁から浮上して上記径方向において支持される。一方、インペラ２２は、第１磁石２４と第２磁石３６との間で上記回転軸方向に作用する復元力により、上記回転軸方向においても支持される。ポンプ装置１は、第１流出入口２Ａから取り込まれた液体が遠心力により第２流出入口２Ｂから吐出される。

ポンプ装置１では、図１に示されるポンプユニット２の凸部２０Ａと駆動ユニット３の凹部３０Ａとが嵌め合わされた状態が、主に第４磁石２６と底部３０Ａ３との間に作用する磁気吸引力によって保持される。例えば上記磁気吸引力よりも大きな力が、ポンプユニット２に対し、上記回転軸方向において駆動ユニット３とは反対側に向けて作用すると、図３に示されるようにポンプユニット２と駆動ユニット３とが分離される。

＜作用効果＞
本実施の形態に係るポンプ装置１は、ポンプユニット２と、駆動ユニット３とを備える。ポンプユニット２は、第１ハウジング２０と、第１ハウジング２０内に配置されておりかつ回転するように設けられているインペラ２２とを含む。駆動ユニット３は、第２ハウジング３０内に配置されておりかつ回転するように設けられているロータ３４を含む。インペラ２２は、第１磁石２４を有している。ロータ３４は、第２磁石３６を有している。第２磁石３６は、インペラ２２の回転軸Ｏに対する径方向において第１磁石２４と対向するように配置されている。上記径方向において対向する第１磁石２４および第２磁石３６の各面は、異なる磁極に着磁されている。第２ハウジング３０のうち、上記径方向において第１磁石２４と第２磁石３６との間に配置されている第１壁部４を構成する材料は、非導電性を有する材料を含む。

上記ポンプ装置１では、第２ハウジング３０において第１壁部４以外の上記他の部分を構成する材料は、第１壁部４を構成する材料と比べて、導電率が高い材料を含む。この場合、第２ハウジング３０において第１壁部４以外の上記他の部分が金属で構成されるとともに、第１壁部４が樹脂で構成され得る。第２ハウジング３０において第１壁部４以外の上記他の部分が金属で構成されていることにより、第２ハウジング３０において第１壁部４以外の上記他の部分の耐久性および堅牢性は、第２ハウジング３０の全体が樹脂で構成されている場合と比べて、向上されている。

さらに、インペラ２２とロータ３４との間でのトルクの伝達が第１磁石２４と第２磁石３６との間の磁気カップリングによって非接触で行われるため、インペラ２２は、ステータコイル３２およびロータ３４が収容された第２室３１とは、第１ハウジング２０および第２ハウジング３０によって区画された第１室２１内に収容されている。そのため、インペラ２２が回転することによってポンプユニット２内を流れる流体は駆動ユニット３のステータコイル３２およびロータ３４に接触しない。

また、上記構成を備えるポンプ装置１では、第１磁石２４と第２磁石３６との間の上記径方向の距離が比較的長くなるため、第１磁石２４および第２磁石３６の周囲には漏洩磁束が存在する。そのため、第２ハウジング３０において第１磁石２４と第２磁石３６との間に配置される第１壁部４を構成する材料が導電性を有する場合には、当該部分を流れる渦電流によって鉄損（渦電流損失）が生じる。また、渦電流は、発熱の要因にもなる。

これに対し、上記ポンプ装置１では、第１壁部４が第２ハウジング３０において第１壁部４以外の上記他の部分よりも導電率の低い材料である樹脂で構成されるため、第１壁部４において生じる渦電流損失は、第１壁部４を含む第２ハウジング３０の全体が金属で構成されている場合と比べて低減されている。その結果、ポンプ装置１では、第２ハウジングの全体が同一の材料により構成されている従来のポンプ装置と比べて、駆動ユニット３に投入されるエネルギーのうち発熱によって消費されるエネルギー量が少ないため、効率が向上されている。

このように、上記ポンプ装置１は、第２ハウジングの全体が同一の材料により構成されている従来のポンプ装置と比べて、繰り返される使用および着脱に耐え得る高い耐久性を有しながらも効率が向上されており、さらに発熱が抑制されている。そのため、上記ポンプ装置１は、例えば人口心肺装置の血液循環装置に好適である。血液循環装置は、血液中のタンパク質が変異（凝固等）することを防ぐため、血液の温度上昇を抑制する必要がある。上記ポンプ装置１は、発熱を抑制できるため、血液循環装置に適用された場合には上記変異を抑制できる。

さらに、上記ポンプ装置１では、第２ハウジングの全体が金属により構成されている従来のポンプ装置と比べて、第１壁部４が軽量化されている。そのため、上記ポンプ装置１は、例えば人口心肺装置の血液循環装置に好適である。従来、人口心肺装置は、手術室に静置されて開心術時に使用されていた。しかし近年、人口心肺装置は、例えばインフルエンザ感染時に緊急的な呼吸補助手段、または肺移植までの一時的な呼吸補助手段としても、使用されている。このように使用される人口心肺装置には、患者の活動を阻害しないように、手術室に静置される従来の人口心肺装置よりも小型化かつ軽量化が要求されている。上記ポンプ装置１は、従来のポンプ装置よりも軽量化されているため、上記のように使用される人口心肺装置の血液循環装置にも好適である。

上記ポンプ装置１において、第１壁部４を構成する材料は、非導電性かつ非磁性を示す材料である。このようにすれば、第１壁部４を構成する材料が導電性および強磁性を有する材料である場合と比べて、第１壁部４での渦電流損失が低減されている。

上記ポンプ装置１において、第１ハウジング２０は、上記径方向における第１ハウジング２０の中央部に配置されており、かつ上記径方向における第１ハウジング２０の外周部に対して回転軸Ｏに沿った方向において突出している凸部２０Ａを有している。第２ハウジング３０は、上記径方向における第２ハウジング３０の中央部に配置されており、かつ上記径方向における第２ハウジング３０の外周部に対して回転軸Ｏに沿った方向において凹んでいる凹部３０Ａを有している。凸部２０Ａは、凹部３０Ａに収容されている。インペラ２２の上記第２部分は凸部２０Ａ内に配置されている。ロータ３４の上記対向部分および上記内周部分は凹部３０Ａを囲むように配置されている。第１壁部４は、凹部３０Ａにおいて上記回転軸方向に延在する側部３０Ａ１の一部として構成されている。

このようなポンプ装置１では、インペラ２２の上記第２部分が第２ハウジング３０の凹部３０Ａ内に配置されており、インペラ２２およびロータ３４の各一部が上記径方向において重なるように配置されている。そのため、上記ポンプ装置１は、インペラおよびロータの各一部が上記径方向において重なるように配置されておらず、インペラおよびロータが上記回転軸方向にのみ重なるように配置されている従来のポンプ装置と比べて、上記回転軸方向において小型化されている。言い換えると、上記ポンプ装置１は、上記従来のポンプ装置と比べて、扁平化されている。よって、上記ポンプ装置１は、従来のポンプ装置よりも扁平化されているため、上記のように使用される人口心肺装置の血液循環装置にも好適である。

上記ポンプ装置１において、駆動ユニット３は、第２ハウジング３０に固定されているステータコイル３２を含む。ステータコイル３２は、空芯コイルとして構成されている。ロータ３４は、上記回転軸方向においてステータコイル３２を挟むように対向して配置された複数の第３磁石３５をさらに有している。ステータコイル３２および複数の第３磁石３５は、上記径方向において第２磁石３６よりも外周側に配置されており、かつ凹部３０Ａを囲むように配置されている。

上記ポンプ装置１では、ステータコイル３２が空芯コイルとして構成されているため、ステータコイル３２がコアを有する構成と比べて、コギングトルクが低減されており、振動および騒音が低減されている。このようなポンプ装置１は、上記のように使用される人口心肺装置の血液循環装置にも好適である。

さらに、上記回転軸方向において複数の第３磁石３５がステータコイル３２を挟むように対向して配置されているため、ステータコイル３２が空芯コイルで構成されているが複数の第３磁石３５が上記回転軸方向においてステータコイル３２の一方のみに配置されている場合と比べて、界磁磁束が高密度化され、トルクが高められている。

また、一般的に、モータのステータとロータとの間の距離（エアギャップ）と磁気カップリングを構成する１対の磁石間の距離（エアギャップ）とが同等である場合、後者の１対の磁石間で伝達され得るトルクは、前者のモータで発生するトルクよりも大きくなる。上記ポンプ装置１では、上記径方向における第１磁石２４と第２磁石３６との間の距離が上記回転軸方向における第３磁石３５とステータコイル３２との間の距離と等しく設けられている場合、第１磁石２４と第２磁石３６との間で伝達され得るトルクは、ステータコイル３２とロータ３４との間で発生するトルクよりも大きくなる。そのため、上記ポンプ装置１では、例えば上記径方向における第１磁石２４と第２磁石３６との間の距離が上記回転軸方向における第３磁石３５とステータコイル３２との間の距離と等しく設けられている場合に、第１磁石２４が第３磁石３５よりも小型化され得る。この場合、インペラ２２が軽量化され得るため、インペラ２２の耐外乱性が高められる。

本実施の形態に係るポンプ装置１において、ポンプユニット２は第４磁石２６を有している。駆動ユニット３は、磁性体により構成された底部３０Ａ３を有している。第４磁石２６と底部３０Ａ３とは、回転軸Ｏに沿った方向において対向するように配置されている。

上記ポンプ装置１では、ポンプユニット２および駆動ユニット３が比較的容易に着脱される。そのため、例えば血液などの液体に触れるポンプユニット２はディスポーザブルとし、駆動ユニット３は再利用され得る。また、ポンプユニット２が患者に接続された状態で、駆動ユニット３のみが取り外されて駆動ユニット３に対する定期検査や交換が容易に行われ得る。

（実施の形態２）
実施の形態２に係るポンプ装置１は、実施の形態１に係るポンプ装置１と基本的に同様の構成を備えるが、第１壁部４が凹部３０Ａの上記側部３０Ａ１以外の部分にも延びるように形成されている点で異なる。

実施の形態２に係るポンプ装置１において、第１壁部４は、第１部分４Ａと、第２部分４Ｂと、第３部分４Ｃとを有している。

第１部分４Ａは、実施の形態１に係るポンプ装置１において底部３０Ａ２が設けられていた領域に形成されている。第１部分４Ａは、上記回転軸方向において第１磁石２４と重なる領域を有している。第１部分４Ａは、上記径方向における底部３０Ａ２，３０Ａ３の外周端部から、上記回転軸方向において軸受３３と重なる領域まで、上記径方向に沿って延びるように設けられている。

第２部分４Ｂは、実施の形態１に係るポンプ装置１において平坦部３０Ｂの一部が設けられていた領域に形成されている。第２部分４Ｂは、上記回転軸方向において第２磁石３６と重なる領域を有している。第２部分４Ｂは、上記径方向における平坦部３０Ｂの内周端部から、上記回転軸方向において第３磁石３５と重ならない領域まで、上記径方向に沿って延びるように設けられている。

第３部分４Ｃは、第１部分４Ａと第２部分４Ｂとの間を接続するように設けられている。第３部分４Ｃは、凹部３０Ａの側部３０Ａ１の全体を構成している。

第２ハウジング３０において第１壁部４以外の上記他の部分は、凹部３０Ａの底部３０Ａ３、および平坦部３０Ｂのうち第２部分４Ｂよりも外周側に位置する部分を含む。

実施の形態２に係るポンプ装置１は、実施の形態１に係るポンプ装置１と基本的に同様の構成を備えているため、実施の形態１に係るポンプ装置１と同様の効果を奏することができる。

さらに、実施の形態２に係るポンプ装置１では、実施の形態１に係るポンプ装置１と比べて、第１壁部４が第１磁石２４および第２磁石３６の周囲のより広範な領域に形成されているため、渦電流損失がさらに低減されており、かつ渦電流に起因した発熱がさらに抑制されている。

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。

１ ポンプ装置、２ ポンプユニット、２Ａ 第１流出入口、２Ｂ 第２流出入口、３ 駆動ユニット、４ 第１壁部、４Ａ 第１部分、４Ｂ 第２部分、４Ｃ 第３部分、２０ 第１ハウジング、２０Ａ１，３０Ａ１ 側部、２０Ａ２ 頂部、２０Ａ 凸部、２０Ｂ，３０Ｂ 平坦部、２１ 第１室、２１Ａ 第１空間部、２１Ｂ 第２空間部、２１Ｃ 第３空間部、２２ インペラ、２３ 貫通孔、２４ 第１磁石、２４Ａ，３６Ａ 内周面、２４Ｂ，３６Ｂ 外周面、２５ 空間、２６ 第４磁石、３０ 第２ハウジング、３０Ａ２，３０Ａ３，３０Ｃ 底部、３０Ａ 凹部、３１ 第２室、３２ ステータコイル、３３ 軸受、３４ ロータ、３５ 第３磁石、３６ 第２磁石。

Claims (7)

1. 第１室が内部に設けられている第１ハウジングと、前記第１室内に配置されておりかつ回転するように設けられているインペラとを含むポンプユニットと、
   前記第１室と区画された第２室が内部に設けられている第２ハウジングと、前記第２室内に配置されておりかつ回転するように設けられているロータとを含む駆動ユニットとを備え、
   前記インペラは、第１磁石を有し、
   前記ロータは、前記インペラの回転軸に対する径方向において前記第１磁石と対向するように配置されている第２磁石を有し、
   前記径方向において対向する前記第１磁石および前記第２磁石の各面は、異なる磁極に着磁されており、
   前記第２ハウジングは、少なくとも前記径方向において前記第１磁石と前記第２磁石との間に配置されている第１壁部を有し、
   前記第１壁部を構成する材料は、非導電性を示す材料を含む、ポンプ装置。
2. 前記第２ハウジングにおいて前記第１壁部以外の部分を構成する材料は、前記第１壁部を構成する材料と比べて、導電率が高い材料を含む、請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記第１壁部を構成する材料は、非磁性を示す、樹脂、ゴム、セラミックス、およびガラスからなる群から選択される少なくとも１つを含み、
   前記第２ハウジングにおいて前記第１壁部以外の部分を構成する材料は、非磁性を示す金属を含む、請求項２に記載のポンプ装置。
4. 前記第１ハウジングは、前記径方向における前記第１ハウジングの中央部に配置されており、かつ前記径方向における前記第１ハウジングの外周部に対して前記回転軸に沿った方向において突出している凸部を有し、
   前記第２ハウジングは、前記径方向における前記第２ハウジングの中央部に配置されており、かつ前記径方向における前記第２ハウジングの外周部に対して前記回転軸に沿った方向において凹んでいる凹部を有し、
   前記凸部は、前記凹部に収容されており、
   前記第１磁石は前記凸部内に配置されており、
   前記第２磁石は前記凹部を囲むように配置されており、
   前記第１壁部は、前記凹部において前記回転軸に沿った方向に延在する側部の一部を有している、請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプ装置。
5. 前記駆動ユニットは、前記第２ハウジングに固定されている空芯コイルを含み、
   前記ロータは、前記回転軸に沿った方向において前記空芯コイルを挟むように対向して配置された複数の第３磁石をさらに有し、
   前記空芯コイルおよび前記複数の第３磁石は、前記径方向において前記第２磁石よりも外周側に配置されており、かつ前記凹部を囲むように配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のポンプ装置。
6. 前記第１壁部は、前記回転軸に沿った方向において前記第１磁石と重なる第１部分と、前記回転軸に沿った方向において前記第２磁石と重なる第２部分、前記第１部分と前記第２部分との間を接続している第３部分とを有している、請求項１〜５のいずれか１項に記載のポンプ装置。
7. 前記ポンプユニットおよび前記駆動ユニットの一方は、第４磁石を有し、
   前記ポンプユニットおよび前記駆動ユニットの他方は、磁性体を有し、
   前記第４磁石と前記磁性体とは、対向するように配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のポンプ装置。

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