JP2022539363A - 多層空芯コイルを有する血管内血液ポンプ - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2019年6月28日に提出され参照により本明細書に組み入れられる米国特許仮出願第62/868,530号の恩典を主張する。
本技術は、永久磁石モーターとコイルを有するステーターとを備えた血管内血液ポンプシステムに関する。
Danvers, MAのAbiomed, Inc.によるImpella(登録商標)ポンプなどの血管内血液ポンプは、急速に心室補助デバイスの現在の標準になりつつある。Impella(登録商標)ポンプには現在、Impella 2.5(登録商標)ポンプ、Impella 5.0(登録商標)ポンプ、Impella CP(登録商標)ポンプ、およびImpella LD(登録商標)ポンプがある。これらポンプは、小直径(6~7 Fr)のカテーテルを介してポンプヘッドを患者の心臓の左室内に置くことができるよう、単一のアクセスポイント(例えば橈骨アクセス、大腿アクセス、腋窩アクセス)を通って経皮的に患者体内に挿入される。ポンプヘッドは、ローターを回転させるためこれと磁気的に相互作用するよう構成されたステーターを含む電気モーターを具備し、それによって、ローターを通りひいては患者の心臓を通る血液の体積流量をもたらす。
上述した技術的現状のさまざまな問題点および欠点に対処するためのデバイスを本明細書に開示する。より具体的には、患者の心臓内に挿入するための血管内血液ポンプを本明細書に開示する。本発明の血液ポンプは、カテーテルに接続された近位端と、ポンプに連結された遠位端とを有する、細長のハウジングを具備する;ハウジングは縦軸を有する。血液ポンプは、ハウジング内に収容されたスロットレス永久磁石モーターを具備し、モーターはp対の磁極対とn相の位相とを有し、ここでpはゼロより大きい整数であり、かつnは≧3の整数である。ハウジングの縦軸に沿って延在し、かつ永久磁極対あたり位相あたり2つのコイルを形成するよう巻かれた2np個のコイルを有するステーターを、モーターが具備する。ステーターは、np個のコイルを具備する内巻線を具備し、そのnp個のコイルにおいて、極対ごとの位相順に各位相による1つのコイルが異なる位相によるコイルの隣に配置されており、その配置は、内巻線の各コイルがステーターの断面の周りで360/(np)度の機械的角度にわたるよう、全極対についてステーターの円周の周りで繰り返されており、内巻線は外面を有する。ステーターは、内巻線の外面上に配置された同じくnp個のコイルを具備する外巻線もまた具備し、外巻線の各コイルもまたステーターの断面の周りで360/(np)度の機械的角度にわたるよう、外巻線の各位相によるコイルは、極対ごとの同位相を有する内巻線によるコイルと円周方向にアライメントされている。ステーター内において、極対ごとの同位相のコイルは、そのコイルを通って流れる電流が同じ方向になるように接続される。本明細書に説明するコイル巻線はマグネットワイヤーから形成される。マグネットワイヤーは当業者に周知であり、本明細書において詳述はしない。加えて、モーターは、ステーターと磁気相互作用した際に回転しそれによってポンプを通る血液のフローを促進するよう支持された磁石を、具備する。
本開示の諸態様を、図面を参照しながら詳しく説明する;図面において、類似する符番は同様または同一の要素を指す。理解されるべき点として、開示態様は本開示の例にすぎず、さまざまな形態で具現化されうる。不必要な詳細によって本開示を不明瞭にすることを回避するため、周知の機能または構築様式を詳細には説明しない。したがって、本明細書に開示する構造的および機能的な具体的詳細は、限定的なものとして解釈されるべきでなく、特許請求の範囲のための根拠として、および、妥当に詳細な構造であれば事実上任意の構造において本開示をさまざまに使えるよう当業者に教示するための代表的な根拠としてのみ、解釈されるべきである。
式中、
は、ローター150の縦軸105に平行な方向であり、
は、ローター150の縦軸105に垂直な磁束密度Bの放射方向であり、そして×はベクトルのクロス乗積を表す。ゆえに、ステーター400内の電流の流れが縦軸105の周りでローター150の回転を引き起こし、それはひいては、ローターシャフト153の遠位端に連結されたインペラー160の、対応する回転を引き起こす。磁束密度Bのわずかな低減を伴うものの、本明細書に説明するステーター400は、モーター内のトルク生成を増大させるためにLをかなり増大させることを試みる。
式中、kT はトルク係数であり、Rはコイル抵抗である。さらに、公知のこととして、トルク係数 kT は単位電流IあたりのトルクTであり、ゆえにトルク係数は次の関係を用いて定義できる:
式中、Bは磁束密度であり、Lは磁束密度に垂直な方向における導電ワイヤーの長さである。
Claims (28)
- 患者の心臓内に挿入するための血管内血液ポンプであって、
カテーテルに接続された近位端と、該ポンプに連結された遠位端とを有する細長のハウジングであって、縦軸を有する、ハウジングと;
該ハウジング内に収容されたスロットレス永久磁石モーターであって、該モーターが、p対の磁極対とn相の位相とを有し、pがゼロより大きい整数でありかつnが≧3の整数であり、該モーターが、
該ハウジングの縦軸に沿って延在し、かつ磁極対あたり位相あたり2つのコイルを形成するよう巻かれた2np個のコイルを有するステーターであって
極対ごとの位相順に各位相による1つのコイルが異なる位相によるコイルの隣に配置されたnp個のコイルを具備する内巻線であって、該内巻線の各コイルが該ステーターの断面の周りで360/(np)度の機械的角度にわたるように、該配置が全極対について該ステーターの円周の周りで繰り返されており、該内巻線が外面を有する、内巻線と、
該内巻線の該外面上に配置された同じくnp個のコイルを具備する外巻線であって、該外巻線の各コイルもまた該ステーターの該断面の周りで360/(np)度の機械的角度にわたるように、該外巻線における各位相によるコイルが、極対ごとの同位相を有する該内巻線によるコイルと円周方向にアライメントされている、外巻線と
を具備する、ステーター
を具備する、モーターと
を具備し、極対ごとの同位相のコイルは該コイルを通って流れる電流が同じ方向になるように電気接続されており、かつ
該ステーターと磁気相互作用した際に回転するよう支持された磁石
をさらに具備する、ポンプ。 - 内巻線の各コイルと外巻線の各コイルとが、ステーターの長さに沿ってそれぞれ縦方向に延在している2つのマグネットワイヤー層を具備する、請求項1記載の血管内血液ポンプ。
- 各コイル内のマグネットワイヤーが、該コイルのスパンに沿って順番に互いの隣に配置されている、請求項2記載の血管内血液ポンプ。
- コイルの内巻線が、該コイルの外巻線がその上に重ねられる均一な表面を確立する、前記請求項のいずれか一項記載の血管内血液ポンプ。
- 1つの位相のコイルが、星形構成またはデルタ形構成のいずれかで他の位相のコイルに電気接続される、前記請求項のいずれか一項記載の血管内血液ポンプ。
- 各位相のコイルが直列または並列のいずれかで接続される、請求項5記載の血管内血液ポンプ。
- 2np個のコイルの各コイルが、螺旋巻線パターン、菱形巻線パターン、およびハイブリッド巻線パターンからなる群より選択されるコイル巻線パターンを有する、前記請求項のいずれか一項記載の血管内血液ポンプ。
- モーターが、3相1極対の機械を具備する、前記請求項のいずれか一項記載の血管内血液ポンプ。
- モーターが、各コイルがステーターの断面の周りで120度の機械的角度にわたる、6コイル2極の機械を具備する、前記請求項のいずれか一項記載の血管内血液ポンプ。
- ローターが、約1 lpm~約6 lpmの流量で血液をポンプ送りする、前記請求項のいずれか一項記載の血管内血液ポンプ。
- p対の磁極対とn相の位相とを有するスロットレス永久磁石電気モーターであって、pがゼロより大きい整数でありかつnが≧3の整数であり、該モーターが縦軸を有し、かつ
ハウジングの縦軸に沿って延在し、かつ磁極対あたり位相あたり2つのコイルを形成するよう巻かれた2np個のコイルを有するステーターであって
極対ごとの位相順に各位相による1つのコイルが異なる位相によるコイルの隣に配置されたnp個のコイルを具備する内巻線であって、該内巻線の各コイルが該ステーターの断面の周りで360/(np)度の機械的角度にわたるように、該配置が全極対について該ステーターの円周の周りで繰り返されており、該内巻線が外面を有する、内巻線と;
該内巻線の該外面上に配置された同じくnp個のコイルを具備する外巻線であって、該外巻線の各コイルもまた該ステーターの該断面の周りで360/(np)度の機械的角度にわたるように、該外巻線における各位相によるコイルが、極対ごとの同位相を有する該内巻線によるコイルと円周方向にアライメントされている、外巻線と
を具備する、ステーター
を具備し、極対ごとの同位相のコイルは該コイルを通って流れる電流が同じ方向になるように電気接続されており、かつ
該ステーターと磁気相互作用した際に回転するよう支持された磁石
をさらに具備する、モーター。 - 内巻線の各コイルと外巻線の各コイルとが、ステーターの長さに沿ってそれぞれ縦方向に延在している2つのマグネットワイヤー層を具備する、請求項11記載の電気モーター。
- 各コイル内のマグネットワイヤーが、該コイルのスパンに沿って順番に互いの隣に配置されている、請求項11~12のいずれか一項記載の電気モーター。
- コイルの内巻線が、該コイルの外巻線がその上に重ねられる均一な基礎部を確立する、請求項11~13のいずれか一項記載の電気モーター。
- 1つの位相のコイルが、星形構成またはデルタ形構成のいずれかで他の位相のコイルに電気接続される、請求項11~14のいずれか一項記載の電気モーター。
- 位相あたり2つの前記コイルが直列または並列のいずれかで接続される、請求項15記載の電気モーター。
- 2np個のコイルの各コイルが、螺旋巻線パターン、菱形巻線パターン、およびハイブリッド巻線パターンからなる群より選択されるコイル巻線パターンを有する、請求項11~16のいずれか一項記載の電気モーター。
- モーターが、3相2極の機械を具備する、請求項11~17のいずれか一項記載の電気モーター。
- モーターが、各コイルがステーターの断面の周りで120度の機械的角度にわたる、6コイル2極の機械を具備する、請求項11~18のいずれか一項記載の電気モーター。
- ローターが、約1 lpm~約6 lpmの流量で血液をポンプ送りする、請求項11~19のいずれか一項記載の電気モーター。
- スロットレス永久磁石モーターにおいて使用するためのステーターを形成するための方法であって、
該モーターがp対の磁極対とn相の位相とを有し、pがゼロより大きい整数でありかつnが≧3の整数であり、
該ステーターが縦方向に延在し、かつ磁極対あたり位相あたり2つのコイルを形成するよう巻かれた2np個のコイルを具備し、
該方法が、
極対ごとの位相順に各位相による1つのコイルが異なる位相によるコイルの隣に配置されたnp個のコイルを具備する内巻線を形成する段階であって、該内巻線の各コイルが該ステーターの断面の周りで360/(np)度の機械的角度にわたるように、該配置が全極対について該ステーターの円周の周りで繰り返されており、該内巻線が外面を有する、段階;
該内巻線の該外面上に配置された同じくnp個のコイルを具備する外巻線を形成する段階であって、該外巻線の各コイルもまた該ステーターの該断面の周りで360/(np)度の機械的角度にわたるように、該外巻線における各位相によるコイルが、極対ごとの同位相を有する該内巻線によるコイルと円周方向にアライメントされている、段階;および
電流が同じ方向にコイルを通って流れるように、極対ごとの同位相のコイルを電気的に接続する段階
を含む、方法。 - ステーターの長さに沿ってそれぞれ縦方向に延在する2つのマグネットワイヤー層を各コイルが具備するように、内巻線および外巻線上のコイルを形成する段階
を含む、請求項21記載の方法。 - 各コイル内のマグネットワイヤーが、該コイルのスパンに沿って順番に互いのすぐ隣に配置されている、請求項22記載の方法。
- 1つの位相のコイルを、星形構成またはデルタ形構成のいずれかで別の位相のコイルと接続する段階
を含む、請求項21~23のいずれか一項記載の方法。 - 各位相のコイルを直列または並列のいずれかで接続する段階
を含む、請求項21~24のいずれか一項記載の方法。 - 2np個のコイルの各々を、螺旋巻線パターン、菱形巻線パターン、およびハイブリッド巻線パターンからなる群より選択されるコイル巻線パターンを用いて形成する段階
を含む、請求項21~25のいずれか一項記載の方法。 - ステーターが、3つの位相と1対の極対とを有するモーターにおいて使用するのに好適である、請求項21~26のいずれか一項記載の方法。
- ステーターが、各コイルがステーターの断面の周りで120度の機械的角度にわたる、6コイル1極対のモーターにおいて使用するのに好適である、請求項21~27のいずれか一項記載の方法。
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