JP4159992B2 - 呼吸補助装置用遠心式タービン - Google Patents

Description

本発明は連続した空気流を生成するための電動式タービンに関し、特に、呼吸補助装置を備えたタービンに関する。

このような呼吸補助装置は無呼吸疾患を治療する際に利用される。
この疾患に苦しむ患者は就寝中に無呼吸状態に陥りがちであり、その間に呼吸が停止して目が覚めてしまう。

この疾患を治療するために、呼吸マスクを備えた装置が存在する。呼吸マスクは使用者の就寝中に鼻及び／又は口に当てられる。そしてこのマスクに加圧空気が供給されることにより、使用者は無呼吸状態に陥ることがない。

加圧空気を呼吸マスクへ供給するために、周知の呼吸補助装置は概して、電動モータにより回転駆動されるタービンを介して調節或いは未調節の連続空気流を供給するように構成される。この空気流は管によりマスクへ搬送される。マスクは更に調整漏気孔を備えており、これにより所望する圧力が維持される。

例えば、特許文献１はこのような装置を開示している。
この文献では、呼吸ガスの加圧を連続供給する装備について引用している。この装備は調整孔を備えた呼吸マスクと、管によりマスクと接続された加圧ガス供給ユニットを有する。

加圧ガス供給ユニット内には電動モータにより制御される遠心式タービンが設けられており、吐出空気を発生させる。
このような従来技術の装置はその大きさに関して欠点が存在する。

なぜならば、呼吸補助装置は殆どの時間について家庭において使用されるものである。従って、容易に搬送することができるとともに、ベッドの脚下或いはベッドサイドテーブル上に配置することができるようにそれ程大型でないものでなければならない。

時間の経過に伴い、初期の装置は技術的発展の結果として一層小型化されてきている。にもかかわらず、前述した特許に記載されているように、従来の要素配置を備えた呼吸補助装置に関しては目下限界に達しているようである。
フランス特許第２６６万３５４７号

これは、モータ／タービンアセンブリが２部品構造であるために、加圧ガス供給ユニット内において大きな空間を占有することに部分的に起因する。
本発明の目標は、より小型のモータ／タービンアセンブリを提供し、小型化された呼吸補助装置を完成させることにより、上記のような従来技術の欠点を解消することにある。

このような目標を受けて、本発明の目的はタービンロータと、タービンステータと、ロータをステータに対して回転駆動する電動モータ部材を含む電動式タービンであって、タービンは以下の特徴を有する。

タービンステータはステータ本体を含み、ステータ本体は環状の開口を備えた概して円環状の圧縮室を画定する。
タービンロータは一組の翼を含み、翼は環状の吸入ダクトにより形成された中央吸気口からタービンステータに設けられた圧縮室の環状開口まで概して径方向に延出する。一組の翼は軸に固定される。軸はタービンステータ本体内において回転するように同軸上に取り付けられる。

電動モータ部材は円環状のモータステータとモータロータを含む。モータステータは円環状の圧縮室の中央においてタービンステータのモータハウジングに収容及び固定される。モータロータはモータステータと軸対称となるようにタービンロータ軸に配置及び固定される。

モータステータ及びロータの一方は永久磁石であってもよい。同様に、モータステータ及びロータの少なくとも１個は円環状の巻線であってもよい。
更に、タービンロータ軸は環状の吸入ダクトと同軸上にある少なくとも１個の軸受に取り付けられるとともに、モータハウジング内に配置された少なくとも１個の軸受に取り付けられる。

タービンのステータ本体は相互に協働して円環状の圧縮室を画定する２個の部品を含む。
翼はタービンロータ軸上にスリーブを形成するオーバーモールドホイールにより支持されてもよい。スリーブはモータロータを軸方向に支持するための肩部を備えていてもよい。

翼を支持するホイールはまた、先端の切り取られた円錐形状を有していてもよい。
ホイールにより支持されるこれらの翼は平坦な壁から形成されてもよい。壁はホイールの表面と直角に固定される。この壁は概して台形形状を有するとともに、ホイールの中央部において周縁部よりも高くされている。

また、特定の翼はホイールの中央部に配置された部分に突出端を含んでいてもよい。突出端は環状吸入ダクトの形状に従うように構成される。
一実施形態において、２個の翼の一方はそのような突出端を備える。

別の実施形態では、特定の翼は、翼の端部が通るホイールの半径に対して、ホイールの周縁部において５〜６０度の角度を形成する。
本発明のその他の特別な構成及び効果は、非限定的な例として挙げられた添付の図面に対応する以下の記載から一層明らかにされる。

以下の詳述において、上方の、下方の、上に、下に、垂直の、水平のというような用語は、図１〜図３に示す位置にあるタービンを対象とする。
図１、図２及び図３に示すタービン１は、下本体３と組み付けられる上本体２と、垂直軸４と、円環状磁石５と、円環状コイル６と、翼支持ホイール７を含む。垂直軸４は両本体の間において画定された容積内に配置されて、２個の転がり軸受１３，１４に取り付けられる。

上本体２は皿形状を有しており、内側環状スカート１６を（下本体３側に）含むとともに半円環状壁２２を含む。スカート１６は皿と同軸上にあるとともに、モータハウジングを形成するように構成される。壁２２は皿の周縁に位置する。

下本体３は中空形状を有しており、第１環状壁１７により区切られている。第１環状壁１７は第２円錐状壁１８と接続されている。第２円錐状壁１８は上方へ向かうに従い拡張されるとともに、円形断面の円弧を備えた接続壁１９と接続される。

環状壁１７は転がり軸受１３を取り付けるためのハブ２０を包囲しており、ハブ２０は３個の固定翼２１を介して環状壁１７と同軸上にあるように強固に配置される。固定翼２１は環状壁１７の内側とハブの外側を接続するとともに、相互に１２０°の角度で配置される。

上本体２及び下本体３は組み付けられると遠心式タービンに特有な内容積を構成するように形成される。特に、上本体２及び下本体３の壁１９，２２は円環状の圧縮室１２を画定する。

この室１２は略円柱状の接線方向ダクト２５により外に（使用者のマスクへ向けて）開口する。接線方向ダクト２５の長手軸は水平である。
上本体２及び下本体３の組み付けは接合面８における固着方法により実施される。下本体３の接合面８から現れる植込みボルト９は、上本体２に形成された孔の対応するものに差し込むように配置されており、従って、一方の本体の他方に対する配置を真直にすることができる。アセンブリの保持は接合面の周囲に規則的に配置された一連のねじ１０により行われる。

前述したように、下本体３はハブ２０を含み、ハブ２０は環状壁１７の内側において同軸上にあるように配置される。また、垂直軸４を支持するための第１転がり軸受１３は、ハブ２０に強固に固定されるようにハブ２０と嵌合する。

同様に、上本体２は同様なハウジングを含み、ハウジングはスカート１６により画定されるとともに垂直軸４を支持する第２転がり軸受１４を収容する。しかし、第１転がり軸受１３を備えたハウジングとは異なり、このハウジングは第２転がり軸受１４を半径方向に固定するとともに、第２転がり軸受１４の垂直方向における並進運動に関しては自由に行うように嵌合される。

ばね１５は第２転がり軸受１４のハウジング内に設けられるとともに、第２転がり軸受１４と上本体２の間で力を作用させることにより、転がり軸受１４に対する下方への圧力を継続させる。

垂直軸４はその両端に２個の転がり軸受１３、１４が取り付けられており、従って、垂直軸４は上本体２及び下本体３の間に配置されると、環状吸入ダクト１１と同軸上にあるとともに、上本体２及び下本体３のアセンブリにより形成される円環状圧縮室１２と同軸上にある。

翼支持ホイール７はまた、垂直軸４と共に回転駆動されるように垂直軸４に取り付けられる。翼支持ホイール７は垂直軸４に例えばオーバーモールド、接着或いは圧入されてもよい。

詳述する実施形態では、翼支持ホイール７は略円錐形状を有しており、下本体３の環状壁１７及び円錐状壁１８の内側形状に従う。翼は垂直軸４の回転中に空気を動かすようにホイール７に取り付けられており、環状壁１７により画定された容積と円環状圧縮室１２の間において空気が循環させられる。

また、環状スカート１６はその内壁に強固に固定された水平プレート２３を収容し、これら２要素は前述したモータハウジングを形成する。
モータハウジングは円環状コイル６を収容するとともに、コイル６を本体２に対して固定させる。

コイル６が接着或いは嵌合により所定位置とされる時には以下のように位置させられるように、ハウジングは配置される。
垂直方向における配置に関しては、垂直軸４の上側転がり軸受１４と翼支持ホイール７の間。

水平面での配置に関しては、コイル６は垂直軸４を同軸上にあるように包囲する。
垂直軸７はまた、以下のように強固に固定及び配置される円環状磁石５を支持する。
垂直方向における配置に関しては、コイル６により包囲されるようにコイル６と略対向する。

水平面での配置に関しては、円環状磁石は垂直軸４を同軸上にあるように包囲する。
円環状磁石５は垂直軸４に直接的に嵌合或いは接着されてもよい。そうでなければ、図１〜図３に示すように、翼支持ホイール７が垂直軸４を包囲することにより垂直軸４に圧入或いは接着され、次に磁石５がこのケースに嵌合或いは接着される。

垂直軸４、コイル６及び磁石５が上本体２及び下本体３により形成された容積内の所定位置に配置されると、これらの３要素は同軸上にあるとともに、磁石５がコイル６に対して回転させられる時には軸４はその長手軸周りを回転可能とされる。

上本体２と下本体３及びホイール７により画定される容積は環状吸入ダクト１１を備え、ダクト１１は外側に開口し、垂直軸４と同軸上にあるとともに、環状壁１７の内側とハブ２０の外壁により画定される。

この環状吸入ダクト１１は全周囲を介して圧縮ダクト２４と連通する。圧縮ダクト２４は円錐状壁１８の内側と翼支持ホイール７の表面により画定される。従って、この圧縮ダクト２４は先端が切り取られた円錐形状容積であり、吸入ダクト１１から外側へ拡張された２個の同軸上にある円錐により画定される。

圧縮ダクト２４自体は全周囲を介して前述の円環状圧縮室１２と接続される。
この円環状圧縮室１２は上本体２の壁２２及び環状突起により画定されるとともに、下本体３の壁１９により画定される。これらの要素は円形溝を備えた円環状内容積を構成するように配置される。円形溝は環状開口を形成しており、圧縮ダクト２４と連通する。

ホイール７がタービン１に取り付けられると、翼２６、２７は主として圧縮ダクト２４の高さにおいて、そしてまた部分的には環状吸入ダクト１１の高さにおいて空気に作用する。

これはホイール７が２種類の翼２６、２７を支持することに起因する。
第１種類の翼２６は平坦な壁から形成されており、壁はホイールの表面と直角に固定される。壁は基本的に台形形状を有するとともに、ホイール７の中央部において周辺部よりも高くされている。

第２種類の翼２７は第１種類の翼２６と同様であるが、より長くされており、ホイール７の中央部まで延出する。また、ホイール７の中央部に配置された翼の部分は突出端を有しており、吸入ダクト１１及び圧縮室２４の接合部の形状に従うように構成されている。

これら２種類の翼はまた、翼の端部が通るホイール７の半径に対して、ホイール７の周縁部において５〜６０度の角度を形成するように配置される。各種類の翼は可能であればそれぞれ異なる角度で配置される。

本発明に係るタービンの直径方向断面を示す斜視図。 図１のタービンの直径方向断面を示す正面図。 図１のタービンの分解図。 図１のタービンのホイールを示す側面図。 図４のホイールを示す斜視図。

Claims (13)

1. タービンロータ（４，７）と、タービンステータ（２，３）と、ロータ（４，７）をステータ（２，３）に対して回転駆動する電動モータ部材（５，６）とを備えた電動式タービンであって、
   タービンステータ（２，３）はステータ本体を含み、ステータ本体は環状開口を備えた基本的に円環状の圧縮室（１２）を画定し、
   タービンロータ（４，７）は一組の翼（２６，２７）を含み、翼（２６，２７）は環状の吸入ダクト（１１）によって形成された中央吸気口からタービンステータ（２，３）に設けられた圧縮室（１２）の環状開口まで概して半径方向に延出しており、この一組の翼（２６，２７）は軸（４）に固定されており、軸（４）はタービンステータ本体内において回転するように同軸上に取り付けられており、
   電動モータ部材（５，６）は円環状のモータステータ（６）とモータロータ（５）を含み、モータステータ（６）は円環状圧縮室（１２）の中央部においてタービンステータ（２，３）のモータハウジング（１６，２３）に収容及び固定されており、モータロータ（５）はモータステータ（６）と軸対称となるようにタービンロータ軸（４）に配置及び固定される
   ことを特徴とするタービン。
2. モータステータ（６）及びロータ（５）の一方は永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載のタービン。
3. モータステータ（６）及びロータ（５）の少なくとも一方は円環状の巻線であることを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン。
4. タービンロータ軸（４）は環状吸入ダクト（１１）と同軸上にある少なくとも１個の軸受（１３，２０）に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタービン。
5. タービンロータ軸（４）はモータハウジングに配置された少なくとも１個の軸受（１４）に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタービン。
6. ステータ本体（２，３）は相互に協働して円環状の圧縮室（１２）を画定する２個の部品を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のタービン。
7. 翼（２６，２７）はオーバーモールドホイール（７）により支持され、オーバーモールドホイール（７）はタービンロータ軸（４）のスリーブを形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のタービン。
8. スリーブはモータロータ（５）を軸方向に支持するための肩部を含むことを特徴とする請求項７に記載のタービン。
9. 翼（２６，２７）は先端が切り取られた円錐形状のホイール（７）により支持されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のタービン。
10. 翼（２６，２７）ホイール（７）の表面に直角に固定される平坦な壁から形成されており、この壁は基本的に台形形状を有するとともに、ホイール（７）の中央部において周辺部よりも高くされることを特徴とする請求項９に記載のタービン。
11. 翼（２６，２７）の少なくとも一方（２７）はホイールの中央部に配置される部分に突出
    端を備えており、突出端は環状吸入ダクト（１１）の形状に従うように構成されることを特徴とする請求項１０に記載のタービン。
12. ２個の翼の一方はホイール（７）の中央部に配置される部分に突出端を備えており、突出端は環状吸入ダクト（１１）の形状に従うように構成されることを特徴とする請求項１１に記載のタービン。
13. 翼（２６，２７）の一方は、翼の端部が通るホイール（７）の半径に対して、ホイール（７）の周縁部において５〜６０度の角度を形成することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のタービン。

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