JP4520004B2 - 磁気駆動装置および磁気駆動装置を有する遠心分離機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気駆動装置および磁気駆動装置を備えた遠心分離機、特に、生体液、例えば血液を遠心分離するためのスライドシールレス連続遠心分離機（gleitdichtungsfreie Durchflusszentrifuge）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続遠心分離機では、その成分に分離されるべき血液が供給管路を介して、回転する遠心分離室に流入する一方、分離された諸成分は排出管路を介して遠心分離室から排出される。管路案内は遠心分離室と管路の固定接続箇所との間の相対運動の故に問題が多い。従来の連続遠心分離機は、管路の捩れを防止するために回転管継手を利用している。
【０００３】
ＤＥ−Ａ−３２４２５４１に述べられたスライドシールレス遠心分離機では供給管路もしくは排出管路が、遠心分離室の半分の回転数を有する輪として遠心分離室の周りに通される。このために、遠心分離室に比べて半分の回転数で回転する回転フレームに管路は結合されている。この回転フレームが中空軸に結合されており、遠心分離室用駆動は中空軸内に延設される駆動軸で行われる。中空軸・駆動軸にトルクを伝達するためにベルト伝動装置が利用される。
【０００４】
ＷＯ９６／４０３２２に述べられた遠心分離機は構造がきわめてコンパクトである点で優れている。遠心分離室の駆動と、遠心分離室と同じ回転方向に半分の回転数での管路連行子の駆動は、歯車式駆動装置を介して行われる。しかし歯車の動作騒音が比較的大きいのが欠点である。しかも歯車の使用は遠心分離機をごく精確に、従って手間と費用をかけて製造することを要求する。更に、歯車は油をささねばならず、これは整備支出を高めるだけでなく、埃や汚れの集積ももたらす。更に、歯車は恒常的摩耗を受けている。
【０００５】
トルクを伝達するために磁気駆動装置が公知である。ＥＰ０８４９８６９Ａ２に述べられた駆動装置は磁力で協動する相対移動可能な複数の部品を備えており、そのうちの１つは駆動軸に結合するために設けられ、別の１つは固定部品として設けられている。個々の部品は、同心に配置される環状体として構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、比較的僅かな動力において高い回転数と僅かな動作騒音とで遠心分離機の殆ど整備不要な運転を可能とする、遠心分離機、特にスライドシールレス連続遠心分離機用のきわめてコンパクトな磁気駆動装置を提供することである。本発明の他の課題は、磁気駆動装置を備えたこのような遠心分離機を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明により、請求項１もしくは１３に明示された特徴により解決される。
【０００８】
磁気駆動装置が第１及び第２支持体を有し、これらの支持体がそれぞれ多数の磁極を担持しており、これらの磁極が円上に相互に距離を置いて配置されており、Ｎ極とＳ極が交互している。第１及び第２支持体の磁気結合は、導液結合部材を担持した第３支持体を介して行われる。
【０００９】
駆動軸から従動軸にトルクを伝達するために支持体の１つが固定され、他２つの支持体は駆動軸もしくは従動軸に結合される。２つの回転可能な支持体の一方が特定回転数で駆動されると、他方の回転可能な支持体は同じ回転方向または逆回転方向に特定回転数で回転し、回転方向と回転数は磁極と結合部材との構成に依存している。
【００１０】
第１及び第２支持体を磁気結合するために第３支持体は少なくとも２対の導液結合部材を担持しており、理解を深めるために仮定された出発位置のとき、第１対の導液結合部材の第１部分が第１支持体の２つの隣接する磁極の間の各１つの隙間に向き合いかつ第１対の第２部分が第２支持体の２つの隣接する磁極の間の各１つの隙間に向き合う一方、第２対の導液結合部材の第１部分が第１支持体の磁石の各１磁極に向き合いかつ第２対の第２部分が第２支持体の磁石の各１磁極に向き合うように結合部材は配置されている。支持体が相対回転すると、理解を深めるために仮定された出発状態が再び生じ、この出発状態のとき、一方の対の導液結合部材が１つの隙間に向き合い、他方の対は１磁極に向き合っている。これらの出発位置のとき磁石が磁束を発生し、この磁束は導液結合部材を介して閉じる。
【００１１】
好ましい１実施態様では、第１及び第２支持体が２つの平行な円板であり、それらの相向き合う側に磁石が配置されている。しかし磁石は円板の周面に配置しておくこともできる。唯一決定的なことは、磁極が円上に相互に距離を置いて配置されており、Ｎ極とＳ極が交互し、磁束が結合部材を介して閉じることである。好ましくは第１及び第２支持体が同じ直径を有しており、磁石は直接に相向き合っている。しかし支持体は異なる直径を有しおよび／または異なる数の磁極を担持することもでき、その結果、一方の磁石列は他方の磁石列に対してずらして配置されている。
【００１２】
好ましい構成では、磁極が第１及び第２支持体上に等間隔に配置されている。その際、磁極の間の距離は好ましくは磁石の幅に等しい。好ましくは、導液結合部材の幅はやはり磁石の間の距離に一致する。こうして、駆動する支持体と駆動される支持体が特別強固に噛み合っており、トルクは十分スムーズに伝達される。
【００１３】
第１及び第２支持体を介して磁束を閉じることができるようにするために、これら両方の支持体は好ましくは軟質磁性材料からなる。しかし支持体はそっくり軟質磁性材料で構成する必要はない。磁束を閉じるために磁石の間にある支持体部分が軟質磁性であれば十分である。
【００１４】
導液結合部材は１つの導液要素かまたは相互に距離を置いて配置される２つの導液要素のいずれかで構成することができる。各結合部材用に２つの導液要素が設けられている場合、１つの支持体の磁石によって発生される磁束が直接に結合部材を介して閉じることは回避することができる。渦電流損を減らすために結合部材の結合要素はそれ自体、相互に絶縁された多数の電気鋼板で構成することができる。
【００１５】
導液結合部材はさまざまに形成しておくことができる。唯一決定的なことは、結合部材の第１及び第２部分が両方の支持体の相向き合う磁石の間を延びて細い空隙を形成することである。導液結合部材の第１及び第２部分は、望ましくは、磁石の近傍に配置されるそれらの末端である。しかし結合部材は両側に磁石を越えて延設することもできる。
【００１６】
この磁気駆動装置を備えた、液を分離するための遠心分離機では、第１支持体が架台上に固定配置されている。第３支持体はこの架台に回転可能に配置される回転フレームとして構成される一方、第２支持体はこの回転フレームに配置される分離装置として構成されている。分離装置を回転させるために回転フレームが駆動される。このために回転フレームは、例えば、固定支持体内に延設される駆動軸に結合しておくことができる。しかし他の駆動方式も可能である。
【００１７】
磁気駆動装置を備えたこの遠心分離機は構造がきわめてコンパクトである点で優れている。それは、殆ど整備不要で高い回転数と僅かな動作騒音と比較的僅かな動力とで作動することができる。
【００１８】
この磁気駆動装置は、分離装置が回転フレームの倍の回転数で回転するように設計されている。これは、支持体としての好ましくは同じ直径の２つの平行な円板で達成することができ、これらの円板上に同数の磁極が等間隔に配置されている。支持体上の磁極の割合が回転数の割合を反映する一方、導液結合部材の位置が回転方向を決定する。
【００１９】
少なくとも１つの液を供給および／または排出するための管路は、望ましくは、固定接続箇所から分離装置の周りに通されて、分離装置の固定接続箇所とは反対の側で分離装置に接続されている。分離装置が回転フレームの倍の回転数で回転するとき、分離装置の捩れは防止される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、遠心分離機と一緒に、磁気駆動装置の幾つかの実施例を、図面を参考に詳説する。
【００２１】
図１は生体液、特に血液を遠心分離するためのスライドシールレス遠心分離機を著しく単純化した略示図で示す。遠心分離機が架台１を備えており、直径Ｄの円形円板の態様の第１支持体２がこの架台上に固定配置されている。第１支持体の下方で架台１上に電動駆動装置３が配置されており、その従動軸４は第１支持体２の凹部５内を上方に延びている。電動駆動装置３は、２つの水平要素７、８と２つの垂直要素９、１０とからなる矩形回転フレーム６を駆動するのに役立つ。
【００２２】
回転フレーム６の下側水平要素７が電動駆動装置３の従動軸４に結合されている一方、回転フレーム６の上側要素８では、やはり円形円板の態様の第２支持体１１が回転フレーム６の回転軸線の周りを回転可能に支承されている。第１及び第２支持体２、１１は互いに平行に整列しており、同じ直径Ｄを有する。
【００２３】
第２支持体１１は分離装置として構成されている。こうして例えば従来の遠心分離室１２は第２支持体内に一体化しておくことができる。しかしそれは第２支持体の上方または下方に配置しておくこともできる。
【００２４】
血液もしくは血液成分を分離装置１２内に供給しもしくはそこから排出するための単数または複数のチューブがたわみ管路１４内にまとめられており、このたわみ管路は固定接続箇所１３から遠心分離室の周りに通されて、第２支持体１１の下面で分離装置に接続されている。回転フレーム６の垂直要素９に管路支え１５が取付けられており、この管路支えに管路１４が固定されている。しかし管路は回転フレームに結合することなく緩く通しておくこともできる。
【００２５】
第１及び第２支持体２、１１は、それらの相向き合う内面に多数の磁極１６、１７を担持し、これらの磁極が円上に相互に距離を置いて配置されており、Ｎ極とＳ極が交互している。第１及び第２支持体２、１１の磁気結合は、回転フレーム６に取付けられた導液結合部材１８、１９、２０、２１で行われる。このために横方向支材２２が設けられており、この支材は回転フレームの垂直要素９から水平に突出する棒材の末端に固着されている。第１及び第２支持体と導液結合部材との磁気結合は図２ａ〜図２ｃを参考になお詳しく説明する。
【００２６】
分離装置１２および回転フレーム６の駆動装置は以下の如くに作動する。電動駆動装置３が回転フレーム６を導液結合部材１８、１９、２０、２１と一緒に回転数ｎで駆動する。第２支持体１１は結合部材を介して第１支持体２に磁力で噛み合っており、回転フレームと同じ回転方向に、但し倍の回転数２ｎで回転する。管路１４の捩れがこれによって防止される。
【００２７】
図２ａ〜図２ｃは磁気駆動装置の機能原理を示す。両方の支持体は軟質磁性材料からなる。第１支持体２が固定されている一方、第２支持体１１は回転可能に支承されている。個々の磁石１６、１７はＮ極とＳ極を交互させて等間隔で支持体１１に配置されている。磁極の幅ｂは隣接する磁石の間の隙間の幅ｂに一致する。両方の支持体を磁気結合するために、軟磁性体からなる２対の導液結合部材１８、１９；２０、２１が設けられている。板状結合部材は磁石１６、１７と同じ幅ｂを有する。第１結合部材１８、１９は互いに平行に整列し、回転フレーム６の回転軸線に対して斜めに並べてその横方向支材２２に固着されている。他の結合部材２０、２１も互いに平行に整列させて回転フレームの回転軸線に対して斜めにその支材に固着され、他方向に傾けられている。すべての結合部材は相向き合う磁石の間に延設されており、結合部材と磁石との間には細い空隙２３が残るだけである。一対の結合部材の横方向の間隔は磁石の倍の幅２ｂに相当する。
【００２８】
図２ａは理解を深めるために仮定された出発状態を示しており、この出発状態のとき左側結合部材１８、１９の両方の末端が両方の支持体２及び１１の各１つの隙間２４に向き合う一方、右側結合部材２０、２１の両方は支持体の各１つの磁石１６、１７に向き合っている。結合部材１８、１９が隙間の箇所にある場合、磁石によって発生される磁束は直接に結合部材の末端を介して閉じる。符号２５がこれらの磁気回路である。結合部材２０、２１が磁石の箇所にある場合、磁束は結合部材を介して閉じる。符号２６がこの磁気回路である。
【００２９】
図２ｂは、回転フレーム６が回されて、左側結合部材１８、１９の末端は隣接する磁石１６、１７に部分的に重なり、右側結合部材２０、２１の末端は磁石の間にある隙間２４の上に押し進められている際の図２ａの配置を示している。この中間位置のとき左側では結合部材１８、１９を介して閉じられる磁気回路が生じ、右側では結合部材２０、２１の末端を介して閉じられる磁気回路が生じ、これらの磁気回路が符号２５、２６とされている。磁束はもちろん比較的弱い。それ故にこれらの磁気回路は破線で示してある。この中間位置のとき第２支持体１１は回転フレーム６の回転運動にまだ追従しない。
【００３０】
回転フレーム６が更に回されて、いまや左側結合部材１８、１９が磁石１６、１７の箇所に、また右側結合部材２０、２１が第１支持体２の隙間２４の箇所にくると、第２支持体１１は磁気結合に基づいて第１支持体によって連行される。第２支持体１１は、左側結合部材が支持体の磁石の箇所にあり、右側結合部材が支持体の隙間の箇所にある位置を再び占める。いまや左側で磁束が結合部材を介して閉じる一方、右側では磁束は直接に結合部材の末端を介して閉じる。回転フレームが回転数ｎで連続して回転運動するとき第２支持体は同じ回転方向に回転数２ｎで回転する。
【００３１】
図３ａ〜図３ｄは変更された磁気駆動装置の機能原理を示す。図３ａ〜図３ｄに示す磁気駆動装置は、互いに平行に整列した２つの板状結合要素１８′、１８″；１９′、１９″；２０′、２０″；２１′、２１″で結合部材がそれぞれ構成されている点で、図２ａ〜図２ｃを参考に述べた駆動装置と相違している。各結合部材の両方の結合要素の間の距離は磁石もしくは隙間の幅ｂに一致する。図２ａ〜図２ｃのものに一致する図３ａ〜図３ｄの部品には同じ符号が付けてある。
【００３２】
図３ａ〜図３ｄの実施例でも第２支持体は回転フレームの倍の回転数で同じ回転方向に回転する。図３ａが示す安定出発位置のとき磁束は磁石の箇所にある結合要素２０′、２０″；２１′、２１″を介して閉じる。符号２７、２８がこれらの磁気回路である。それに対して、隙間の箇所にある結合要素１８′、１８″；１９′、１９″の末端を介して磁束は閉じることができない。
【００３３】
回転フレーム６が回されると、図３ｂと図３ｃとに示した中間状態がまず生じ、これらの中間状態のとき磁束は結合要素を介して閉じる。強い磁束線は実線、弱い磁束線は破線で示してある。しかしこの場合第２支持体１１はまだ連行されない。
【００３４】
左側結合要素１８、１９が磁石１６、１７の箇所に、また右側結合要素２０、２１が第１支持体２の隙間２４の箇所にきてはじめて、理解を深めるために仮定された出発状態が再び生じる（図３ｄ）。第２支持体１１が回転フレーム６の回転運動に追従して、支持体の磁石１７は左側結合要素１８、１９の上方、また支持体の隙間２４は右側結合要素２０、２１の上方にくることになる。磁束はいまや左側で閉じる。結合要素のこのような配置できわめて均一な動作が達成される。
【００３５】
図４は単純化した略示図で磁気駆動装置の第１及び第２支持体２、１１を導液結合部材１８、１９；２０、２１と一緒に示しており、ここでは第２支持体が図示しない回転フレームの倍の回転数で逆回転方向に回転する。相対応する部品にはやはり同じ符号が付けてある。両方の結合部材対２０、２１の一方が支持体１１の隙間２４もしくは磁石から、これらに直接に向き合う他方の支持体２の隙間２４′もしくは磁石へと延びないで、それから１磁極だけずれた隙間２４もしくは磁石へと延びることから、この逆回転方向は帰結する。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気駆動装置を有する遠心分離機を著しく単純化した略示図で示す。
【図２】２ａ〜２ｃは、図１の遠心分離機の磁気駆動装置の機能原理を示す。
【図３】３ａ〜３ｄは、図１の遠心分離機の磁気駆動装置変更実施例の機能原理を示す。
【図４】逆方向に作動する磁石歯車を有する磁気駆動装置のもう一つの実施例を示す。
【符号の説明】
１ 架台
２ 第１支持体
６ 第３支持体（回転フレーム）
１１ 第２支持体
１２ 分離装置
１３ 固定接続箇所
１４ 管路
１６、１７ 磁石
１８、１９、２０、２１ 導液結合部材
１８′、１８″、１９′、１９″ 導液要素
２４ 隙間

Claims (15)

1. 磁力で協動する相対回転可能な複数の支持体を有する磁気駆動装置において、第１及び第２支持体（２、１１）がそれぞれ多数の磁極（１６、１７）を担持しており、円上に相互に距離を置いてＮ極とＳ極が交互に配置されており、第３支持体（６）が少なくとも２対の導液結合部材（１８、１９；２０、２１）を担持しており、支持体の或る回転位置のとき第１対の導液結合部材（１８、１９）の第１部分が第１支持体（２）の２つの隣接する磁極の間の各１つの隙間に向き合いかつ第１対の第２部分が第２支持体（１１）の２つの隣接する磁極の間の各１つの隙間に向き合う一方、第２対の導液結合部材（２０、２１）の第１部分が第１支持体の各１磁極（１６）に向き合いかつ第２対の第２部分が第２支持体（１１）の各１磁極（１７）に向き合うように結合部材は配置されていることを特徴とする磁気駆動装置。
2. 第１及び第２支持体（２、１１）が２つの平行な円板であり、それらの相向き合う側に磁石（１６、１７）が配置されていることを特徴とする、請求項１記載の磁気駆動装置。
3. 第１及び第２支持体（２、１１）が同じ直径を有することを特徴とする、請求項２記載の磁気駆動装置。
4. 磁石（１６、１７）が第１及び第２支持体（２、１１）上に等間隔に配置されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項記載の磁気駆動装置。
5. 第１及び第２支持体（２、１１）上の磁極（１６、１７）の数が同じであることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項記載の磁気駆動装置。
6. 第１及び第２支持体（２、１１）の磁石（１６、１７）の間の距離が磁石の幅に等しいことを特徴とする、請求項２乃至５のいずれか１項記載の磁気駆動装置。
7. 導液結合部材（１８、１９；２０、２１）の幅が磁石（１６、１７）の間の距離に一致することを特徴とする、請求項２乃至６のいずれか１項記載の磁気駆動装置。
8. 第１及び第２支持体（２、１１）が軟質磁性材料からなることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項記載の磁気駆動装置。
9. 導液結合部材（１８、１９；２０、２１）が、それぞれ、軟質磁性材料からなるヨークであることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項記載の磁気駆動装置。
10. 導液結合部材（１８、１９）が、それぞれ、相互に距離を置いて配置される２つの導液要素（１８′、１８″；１９′、１９″）からなることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項記載の磁気駆動装置。
11. 導液結合部材（１８、１９；２０、２１）の第１及び第２部分が、磁石（１６、１７）もしくは隙間（２４）の近傍に配置されるそれらの末端であることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項記載の磁気駆動装置。
12. 第２及び第３支持体（１１、６）が回転可能に配置され、第１支持体（２）が固定配置されていることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項記載の磁気駆動装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項記載の磁気駆動装置を有する、液を分離するための遠心分離機。
14. 第１支持体（２）が架台（１）上に固定配置されており、第３支持体はこの架台に回転可能に配置される回転フレーム（６）として構成され、第２支持体（１１）はこの回転フレームに配置される分離装置（１２）として構成されていることを特徴とする、請求項１３記載の遠心分離機。
15. 少なくとも１つの液を供給および／または排出するための管路（１４）が固定接続箇所（１３）から分離装置（１２）の周りに通されて、分離装置の固定接続箇所とは反対の側で分離装置に接続されていることを特徴とする、請求項１４記載の遠心分離機。

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