JP7019461B2 - Magnetic transmission for blood pump - Google Patents

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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, as a blood circulation device for a heart-lung machine, an increasing number of cases have used a centrifugal blood pump device (magnetically coupled centrifugal blood pump device) that transmits the drive torque of an external motor to an impeller in a blood chamber using a magnetic coupling. is doing. According to the magnetically coupled centrifugal blood pump device, the physical communication between the outside and the blood chamber can be completely eliminated, so that the invasion of bacteria and the like into the blood can be prevented, and an expensive external motor can be prevented. It is possible to make only the pump head that comes into contact with blood into a disposable structure while making it reusable.

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 rotation directions and rotation speed ranges are used, but in most cases, the magnetic coupling method is not compatible. Each disposable pump head requires a dedicated external motor, and even when it is desired to increase the rotation speed and reduce the size of the pump head, the existing external motor cannot be used. Therefore, it is necessary to newly develop an external motor and a drive 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)。 The following Patent Document 1 discloses a transmission for driving a pump head having a different rotation direction and rotation speed by an existing external motor. Specifically, FIG. 12 of Patent Document 1 discloses a configuration in which a disk-shaped multipolar magnetizing magnet is eccentrically coupled rather than concentrically to reverse the rotation direction. FIG. 13 of Patent Document 1 discloses a configuration in which a mechanical gear is used to shift gears (there is also a description that the gears may be reversed).

米国特許第5021048号明細書U.S. Pat. No. 5,210,148

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 disc-shaped multi-pole magnetizing magnet described above is eccentrically coupled to reverse the rotation direction, a large space is required in the lateral direction, and only a part of the magnetic poles is magnetically coupled, so that the transmission torque is transmitted. There is a problem that In the case of a configuration in which shifting (and reversing) is performed using mechanical gears, there are problems of mechanical noise, durability due to wear of the gears, 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 consideration of such problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic transmission for a blood pump, which 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 is a magnetic transmission for a blood pump, which shifts a rotational driving force generated by a driving unit for driving a blood pump and transmits the rotational driving force to the blood pump. A pole piece configured to face the unit-side drive magnet mounted on the unit concentrically with the unit-side drive magnet, and a rotating body rotatably arranged concentrically with the pole piece. , The driven magnet for magnetic gear held by the rotating body and concentrically arranged with the pole piece and opposed to the pole piece, and held by the rotating body and arranged concentrically with the pole piece. A coupling driven magnet provided in the blood pump and a coupling drive magnet capable of magnetic coupling are provided.

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 for a blood pump of the present invention having the above configuration, when the blood pump is attached to the drive unit, the driven magnet for the magnetic gear and the drive magnet for coupling are concentric with the drive magnet on the unit side. Placed in. Therefore, unlike the eccentric coupling method, a large space in the lateral direction is not required, and a compact device can be obtained. Further, unlike the eccentric coupling method, not a part of the magnetic poles but the entire magnetic pole is magnetically coupled, so that a sufficient torque transmission capacity can be obtained. Furthermore, compared to a method of transmitting power using mechanical gears, mechanical noise is small, and durability and reliability are excellent.

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 is smaller than the number of magnetic poles of the unit-side driving magnet, and the magnetic gear driven magnet may rotate at a higher speed than the unit-side driving 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 accelerated 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 driven magnet for magnetic gear is larger than the number of magnetic poles of the driven magnet on the unit side, and the driven magnet for magnetic gear may rotate at a lower speed than the driven magnet on the unit side.

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 magnetizing direction of the driven magnet for the magnetic gear may be the 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 magnetizing direction of the driven magnet for the magnetic gear may be the 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 magnetizing 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 magnetizing direction of the coupling drive magnet may be the 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 magnetizing direction of the coupling drive magnet may be the 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 magnetizing 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 iron 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, it is possible to suppress the generation of eddy currents and reduce energy loss.

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 driven magnet for the magnetic gear may be divided in the axial direction or the 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, it is possible to suppress the generation of eddy currents and reduce energy loss.

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 magnetic coupling surfaces on the inner circumference and the outer circumference, and the heights of the pole pieces may be different from each other.

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 magnetized in the radial direction, it is possible to use a magnetic gear driven magnet having a height higher than that of the unit-side drive magnet and a larger magnetic coupling area.

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.

本発明の第1実施形態に係る血液ポンプ用磁気的変速装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the magnetic transmission for blood pumps which concerns on 1st Embodiment of this invention. ユニット側駆動磁石の平面構成図である。It is a plane block diagram of the unit side drive magnet. ポールピース及び磁気ギア用従動磁石の平面構成図である。It is a plane block diagram of a pole piece and a driven magnet for a magnetic gear. 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の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the magnetic transmission for blood pumps which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る血液ポンプ用磁気的変速装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the magnetic transmission for blood pumps which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

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 suitable embodiments of the magnetic transmission 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 designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be 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。 The magnetic transmission 10 for a blood pump shown in FIG. 1 (hereinafter, abbreviated as “transmission 10”) is used to shift the rotational driving force generated by the drive unit 14 and transmit it to the blood pump 16. It is an adapter. The transmission 10 constitutes a part of the heart-lung machine 18 together with the drive unit 14 and the blood pump 16. The heart-lung machine 18 is used in, for example, heart surgery, oxygenates blood bleeding from a patient, removes foreign substances, and returns the blood to the patient.

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 not shown in detail, the artificial heart-lung machine 18 includes a blood pump 16, a drive unit 14, a transmission 10 and a reservoir for temporarily storing blood (venous blood) bleeding from a patient, and oxygen in the blood. It is equipped with an artificial lung that exchanges gas to remove carbon dioxide while adding blood.

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 blood pump 16 sends blood from the reservoir to the artificial lung. The blood pump 16 includes at least a housing 20 and an impeller 22 rotatably disposed within the housing 20. The housing 20 has an inflow port 24 connected to the outflow port 26 of the reservoir via a first connection line (not shown) and an outflow port 26 connected to the artificial lung via a second connection line (not shown). The blood flowing from the inflow port 24 into the center of the impeller 22 flows to the outer peripheral side of the impeller 22 while being accelerated by the rotation of the impeller 22, and is discharged from the outflow port 26.

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 housing 20 of the blood pump 16 has a base 20a constituting the lower portion, a cover 20b constituting the upper portion, and a side wall portion 20c forming an annular peripheral wall between the base 20a and the cover 20b. An inflow port 24 is provided in the central portion of the cover 20b, and an outflow port 26 is provided in the side wall portion 20c. At the lower part of the base 20a, a mounting convex portion 28 having a circular cross section protruding downward is provided. In the base 20a, an impeller arranging recess 30 is provided on the side opposite to the mounting convex portion 28.

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 impeller support shaft 32 projecting toward the cover 20b is provided at the center of the bottom of the base 20a (specifically, the impeller placement recess 30). The impeller 22 is rotatably supported by the impeller support shaft 32 via the bearing 33, and the seal member 35a held by the holding member 35 prevents blood from entering the bearing 33.

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。 Inside the impeller 22, a plurality of blood taxiways 22b extending radially from the substantially center of the impeller 22 toward the outer peripheral side are provided. In the impeller 22, a coupling multi-pole driven magnet 34 magnetized in the radial direction is arranged on the outer periphery of the back yoke 22a in the impeller 22 with the axis (rotation axis) of the impeller 22 as the center. In the present embodiment, the coupling multi-pole driven magnet 34 is arranged near the lower portion and the outer peripheral portion of the impeller 22. The number, size, and the like of the coupling multi-pole driven magnet 34 are set so that they can be magnetically coupled to the coupling driving magnet 50, which will be described later, with a desired coupling force. The coupling multi-pole driven magnet 34 is a ring-shaped magnet with radial multi-pole magnetization, or a plurality of radial magnetized arcuate magnets in which different magnetic poles are arranged alternately in the circumferential direction. It may be arranged as follows.

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 the present embodiment, the rotation of the impeller 22 is supported by a bearing 33 such as a rolling bearing arranged in the impeller, but such a rotation support method of the impeller does not affect the present invention, and the impeller does not affect the present invention. The rotation of the head may be pivot support in the blood contact surface as shown in Japanese Patent No. 6134702, or support by a dynamic pressure bearing as shown in Japanese Patent No. 2989233.

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 drive unit 14 includes a motor 36, a rotating member 37 (for example, a rotating plate) fixed to the output shaft portion 36a of the motor 36, a unit-side driving magnet 38 attached to the rotating member 37, and a case for accommodating these. It has 40 and. The motor 36 may be either an AC motor or a DC motor, but a variable speed motor is preferable. The rotation speed of the motor 36 is controlled by a control unit (not shown).

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-side drive magnet 38 is a disk-shaped magnet magnetized with multiple poles in the axial direction, which is arranged concentrically with the output shaft portion 36a of the motor 36. In the present embodiment, the number of magnetic poles of the unit-side drive magnet 38 is six. That is, the unit-side drive magnet 38 has three magnetic pole pairs composed of an S-pole magnet and an N-pole magnet arranged in the circumferential direction on the side facing the transmission 10. The number of magnetic poles of the unit-side drive magnet 38 may be an even number of 4 or less, or an even number of 8 or more.

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 case 40 has an upper plate 42 facing the unit-side drive magnet 38. The upper plate 42 is close to the unit-side drive magnet 38 and faces the unit-side drive magnet 38 in a non-contact manner. The transmission 10 is configured to be arranged on the upper plate 42. A hook-shaped fixing engaging portion 43 capable of engaging with the transmission 10 and fixing the transmission 10 is provided on the upper portion of the case 40.

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 transmission 10 is detachably configured to be attached to and detached from the drive unit 14, and the blood pump 16 is detachably configured to be attached to and detached from the drive unit 14. The transmission 10 includes a pole piece 44, a rotating body 46 arranged coaxially with the pole piece 44, a driven magnet 48 for magnetic gear held by the rotating body 46 so as to face the pole piece 44, and a magnetic gear. It includes a coupling drive magnet 50 held by the rotating body 46 at a position different from that of the driven magnet 48.

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 transmission 10 further includes a housing 52 that houses a pole piece 44, a rotating body 46, a driven magnet 48 for magnetic gears, and a driving magnet 50 for coupling. At the lower part of the outer circumference of the housing 52, an engaging protrusion 57 that can be engaged with the fixing engaging portion 43 provided in the case 40 of the drive unit 14 is provided.

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 pole piece 44 is configured to be concentrically opposed to the unit-side drive magnet 38 with respect to the unit-side drive magnet 38. The pole piece 44 is preferably made of a soft magnetic material such as a laminated silicon steel plate. As shown in FIG. 3, a plurality of pole pieces 44 (four in the present embodiment) are arranged around the axis a (rotation axis) of the rotating body 46 at intervals in the circumferential direction. That is, a pole piece row 45 composed of a plurality of pole pieces 44 arranged at intervals in the circumferential direction is provided. The plurality of pole pieces 44 are fixed to the lower housing 52a constituting the lower part of the housing 52.

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 the present embodiment, the pole piece 44 has a lower surface 44a perpendicular to the axis a and an inner side surface 44b parallel to the axis, and is formed in a shape close to a triangle as a whole. When the transmission 10 is mounted on the drive unit 14, the lower surface 44a of the pole piece 44 faces the unit-side drive magnet 38 of the drive unit 14 via the case 40 of the drive unit 14 and the housing 52 of the transmission 10. .. The inner side surface 44b of the pole piece 44 is formed in an arc shape centered on the axis a (see FIG. 3). The pole piece 44 is made of a soft magnetic material such as a laminated silicon steel plate, more preferably a dust core or an amorphous iron core.

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 shaft member 54 projecting upward is fixed to the center of the lower housing 52a. The shaft member 54 may be a portion integrally molded with the lower housing 52a. The rotating body 46 is rotatably supported by the shaft member 54 concentrically with the pole piece 44 (pole piece row 45) via the bearing 55.

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。 When the transmission 10 is mounted on the drive unit 14, the axis a of the rotating body 46 is arranged coaxially with the axis of the motor 36. The rotating body 46 has a small diameter portion 58 and a large diameter portion 60. A bearing 55 is arranged on the inner peripheral portion of the small diameter portion 58. A driven magnet 48 for a magnetic gear is arranged on the outer peripheral portion of the small diameter portion 58. Specifically, the small diameter portion 58 is provided with a magnet placement groove 62, and the magnet placement groove 62 holds the magnetic gear driven magnet 48.

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 driven magnet 48 for the magnetic gear is arranged concentrically with the pole piece row 45 and is arranged facing the pole piece row 45. The magnetizing direction of the driven magnet 48 for the magnetic gear is the radial direction. The outer peripheral surface of the driven magnet 48 for a magnetic gear is formed in an arc shape parallel to the axis a and centered on the axis a. The driven magnet 48 for a magnetic gear has a plurality of magnetic poles arranged in the circumferential direction. In the present embodiment, the number of magnetic poles of the driven magnet 48 for the magnetic gear is two. The number of magnetic poles of the driven magnet 48 for the magnetic gear can be arbitrarily set as long as it is an even number different from the number of magnetic poles of the unit-side drive magnet 38.

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 driven magnet 48 for magnetic gear are sufficient for transmitting the rotational driving force accompanied by shifting from the driving magnet 38 on the unit side to the driven magnet 48 for magnetic gear. It is set so that the torque transmission capacity can be obtained. A back yoke 65 made of a soft magnetic material such as a laminated silicon steel plate is arranged on the inner circumference of the driven magnet 48 for a magnetic gear. The back yoke 65 has the effect of increasing the outer peripheral magnetic flux density of the driven magnet 48 for the magnetic gear and blocking the inward magnetic flux, and suppresses heat generation due to the eddy current generated in the bearing 55 arranged inside due to this effect. be able to. In the present embodiment, the driven magnet 48 for a magnetic gear is a stack of magnets divided into a plurality of magnets in the axial direction as shown in FIG. With such a divided structure, it is possible to suppress heat generation due to eddy currents that may occur in the magnet. The driven magnet 48 for the magnetic gear may be an integral magnet (not divided in the axial direction) in the axial direction.

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-diameter portion 60 of the rotating body 46 is configured concentrically with the small-diameter portion 58, and has an outer diameter larger than that of the small-diameter portion 58. The large diameter portion 60 is provided above the small diameter portion 58. A coupling drive magnet 50 is arranged on the large diameter portion 60. Specifically, the large diameter portion 60 is provided with a magnet placement groove 64. The coupling drive magnet 50 is held inside the back yoke 49 concentrically with the shaft a in the magnet placement groove 64. The coupling drive magnet 50 is a ring-shaped magnet in which radial multipolar magnetism is applied, or a plurality of radial magnetized arcuate magnets so that different magnetic poles are arranged alternately in the circumferential direction. It may be arranged.

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 rotating body 46 faces the ceiling portion 53 of the upper housing 52b of the housing 52. Specifically, the ceiling portion 53 of the upper housing 52b is provided with a protruding portion 66 projecting downward toward the inside of the housing 52. The protrusion 66 is inserted inside the large diameter portion 60 of the rotating body 46. In the ceiling portion 53, a mounting recess 68 is provided on the opposite side of the protruding portion 66. The mounting protrusion 28 of the blood pump 16 can be inserted into the mounting recess 68.

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 actual embodiment, the coupling drive magnet 50 having a diameter larger than that of the coupling driven magnet 34 is arranged outside the coupling driven magnet 34, but the diameter is smaller than that of the coupling driven magnet 34 for coupling. The structure may be such that the driving magnet is arranged inside the coupling driven magnet. In this case, the protruding portion 66 of the housing 52 is projected upward (pump side) instead of downward, a coupling drive magnet is arranged inside the protrusion 66, and the impeller 22 and the housing 20 are provided with recesses recessed on the pump inflow side, respectively. , The structure may be such that the driven magnet for coupling is arranged on the outer peripheral portion of the recess.

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 magnetizing direction of the coupling driven magnet is the axial direction, the coupling drive magnet may be magnetized in the axial direction. In this case, the protruding portion 66 in the housing 52 can be omitted. Further, when the magnetizing direction of the coupling driven magnet is tilted with respect to the pump rotation axis, the magnetism direction of the coupling drive magnet may be tilted at the same angle with respect to the rotation axis of the pump drive magnet.

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 blood pump 16 is attached to the transmission 10, the coupling drive magnet 50 provided in the transmission 10 and the coupling multi-pole driven magnet 34 provided in the blood pump 16 are formed in the housing 52 and the housing 20. Facing each other through. As a result, the coupling drive magnet 50 provided in the transmission 10 and the coupling multi-pole driven magnet 34 provided in the blood pump 16 are magnetically coupled. Therefore, when the rotating body 46 is rotated, the rotational driving force is transmitted from the coupling driving magnet 50 to the coupling multi-pole driven magnet 34. When the blood pump 16 is attached to the transmission 10, the impeller 22 is arranged coaxially with the rotating body 46.

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 driven magnet 48 for magnetic gear is smaller than the number of magnetic poles of the unit-side drive magnet 38. Therefore, the driven magnet 48 for the magnetic gear rotates at a higher speed than the unit-side drive magnet 38. That is, the transmission 10 according to the present embodiment is configured as a speed-increasing gear mechanism that accelerates the rotational driving force of the drive unit 14 and transmits it to the blood pump 16. When the number of magnetic poles of the unit-side drive magnet 38 is Na and the number of magnetic poles of the magnetic gear driven magnet 48 is Nb, the magnetic gear driven magnet 48 rotates at a speed Na / Nb times that of the unit-side drive magnet 38. In the case of this embodiment, since Na / Nb = 3, the driven magnet 48 for the magnetic gear rotates at a speed three times that of the unit-side drive magnet 38.

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 driven magnet 48 for the magnetic gear may be larger than the number of magnetic poles of the unit-side drive magnet 38. In this case, the driven magnet 48 for the magnetic gear rotates at a lower speed than the unit-side drive magnet 38. That is, in this case, the transmission 10 is configured as a reduction gear mechanism that decelerates the rotational driving force of the drive unit 14 and transmits it to the blood pump 16.

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 pole pieces 44 can be arbitrarily set, but the number of magnetic poles Na of the unit-side drive magnet 38, the number of magnetic poles Nb of the driven magnet 48 for magnetic gears, and the number of pole pieces Nc that maximizes the transmission torque are It has a relationship of Nc = (Na + Nb) / 2. Therefore, when the number of magnetic poles Na of the unit-side drive magnet 38 is 6 and the number of magnetic poles Nb of the driven magnet 48 for the magnetic gear is 2, the number of pole pieces Nc that maximizes the transmission torque is 4. In this embodiment, the number of pole pieces 44 is set so that the transmission torque is maximized.

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 transmission 10 configured as described above will be described.

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 blood pump 16 by the drive unit 14, the transmission 10 is attached to the drive unit 14, and the blood pump 16 is attached to the transmission 10. In this way, when the transmission 10 is attached to the drive unit 14 and the blood pump 16 is attached to the transmission 10, the output shaft portion 36a of the motor 36 and the shaft of the transmission 10 (the shaft of the rotating body 46) are attached. a) and the axis of the blood pump 16 (the axis of the impeller 22) are arranged coaxially.

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 motor 36 rotates, the unit-side drive magnet 38 rotates. The pole piece 44 in the transmission 10 is concentrically arranged to face the unit-side drive magnet 38, and the magnetic force of the unit-side drive magnet 38 faces the pole piece 44 concentrically via the pole piece 44. It acts on the arranged magnetic gear driven magnet 48. As a result, the driven magnet 48 for magnetic gear and the rotating body 46 have a rotation speed opposite to the rotation direction of the unit-side drive magnet 38 and different from the unit-side drive magnet 38 (in this embodiment, the unit-side drive magnet). Rotates at a speed (faster than 38).

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 rotating body 46 rotates, the coupling drive magnet 50 also rotates integrally with the magnetic gear driven magnet 48. Therefore, the coupling multi-pole driven magnet 34 that is magnetically coupled to the coupling drive magnet 50 rotates, and the impeller 22 holding the coupling multi-pole driven magnet 34 is in the same direction as the magnetic gear driven magnet 48. And rotate at the same speed. The rotation of the impeller 22 introduces blood from a reservoir (not shown) into the blood pump 16 via the inflow port 24 and is pumped through the outflow port 26 into an artificial lung (not shown).

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 transmission 10 according to the present embodiment has the following effects.

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 transmission 10, when the blood pump 16 is attached to the drive unit 14, the driven magnet 48 for magnetic gear and the drive magnet 50 for coupling are arranged concentrically with the drive magnet 38 on the unit side. Therefore, unlike the eccentric coupling method, a large space in the lateral direction is not required, and a compact device can be obtained. Further, unlike the eccentric coupling method, not a part of the magnetic poles but the entire magnetic pole is magnetically coupled, so that a sufficient torque transmission capacity can be obtained. Furthermore, compared to a method of transmitting power using mechanical gears, mechanical noise is small, and durability and reliability are excellent.

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 magnet 48 is smaller than the number of magnetic poles of the unit-side driving magnet 38, and the magnetic gear driven magnet 48 rotates at a higher speed than the unit-side driving magnet 38. With this configuration, the driving force of the driving unit 14 can be accelerated and transmitted to the blood pump 16. When the number of magnetic poles of the driven magnet 48 for the magnetic gear is larger than the number of magnetic poles of the unit-side drive magnet 38, the driving force of the drive unit 14 can be decelerated and transmitted to the blood pump 16.

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 pole piece 44 is made of a soft magnetic material such as a laminated silicon steel plate, more preferably a dust core or an amorphous iron core. With this configuration, it is possible to suppress the generation of eddy currents and reduce energy loss.

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-side drive magnet 38, the magnetic gear driven magnet 48, the coupling drive magnet 50, and the coupling multi-pole driven magnet 34 may be arranged so as to form a Halbach array. The Halbach array is a magnetic circuit that maximizes the magnetic field strength in a particular direction by optimizing the direction of magnetism. By applying such a Halbach array, it becomes possible to satisfactorily increase the torque transmission capacity.

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。 The magnetic transmission 10a for a blood pump (hereinafter, abbreviated as "transmission 10a") according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 4 is detachably configured on the drive unit 14 and the blood pump 16a. Is configured to be removable. In the impeller 70 rotatably arranged in the housing 80 of the blood pump 16a, a plurality of coupling driven magnets 72 are arranged in the circumferential direction around the axis of the impeller 70. The coupling driven magnet 72 is arranged radially outside the mounting convex portion 28 provided at the lower part of the blood pump 16a. The magnetizing direction of the coupling driven magnet 72 is the axial direction.

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 transmission 10a includes a pole piece 74, a rotating body 76 arranged coaxially with the pole piece 74, a driven magnet 77 for magnetic gear held by the rotating body 76 so as to face the pole piece 74, and a magnetic gear. A coupling drive magnet 78 held by the rotating body 76 at a position different from that of the driven magnet 77, and a housing 80 for accommodating these are provided. The driven magnet 77 for magnetic gear and the driving magnet 78 for coupling are ring-shaped magnets subjected to axial multi-pole magnetization, or magnets such as columnar magnets or arc-shaped magnets magnetized in a plurality of axial directions. , The magnets may be arranged so that different magnetic poles are arranged alternately in the circumferential direction.

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 pole pieces 74 are arranged in the circumferential direction around the axis a of the rotating body 76. That is, a pole piece row 75 composed of a plurality of pole pieces 74 arranged at intervals in the circumferential direction is provided. The pole piece 74 is configured to be concentrically opposed to the unit-side drive magnet 38 with respect to the unit-side drive magnet 38. The pole piece 74 is a plate-like body having a lower surface 74a that faces the unit-side drive magnet 38 in the axial direction and an upper surface 74b that faces the driven magnet 77 for magnetic gears in the axial direction.

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 body 76 is rotatably supported by a shaft member 82 provided at the center of the housing 80 via a bearing 84. The rotating body 76 has a small diameter portion 86 and a large diameter portion 88. A driven magnet 77 for a magnetic gear is held in the lower part of the small diameter portion 86. The magnetizing direction of the driven magnet 77 for the magnetic gear is the axial direction. The driven magnet 77 for a magnetic gear faces the pole piece 74 (pole piece row 75) in the axial direction.

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 driven magnet 77 for magnetic gear is an even number larger than the number of magnetic poles of the unit-side drive magnet 38. Therefore, the driven magnet 77 for the magnetic gear rotates at a lower speed than the unit-side drive magnet 38. That is, the transmission 10a is configured as a reduction gear mechanism that decelerates the rotational driving force of the drive unit 14 and transmits it to the blood pump 16a.

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 pole pieces 74 should be set so that the transmission torque in the magnetic gear is maximized. For example, when the number of magnetic poles Na of the unit-side drive magnet 38 is 10 and the number of magnetic poles Nb of the driven magnet 77 for magnetic gear is 12, the number Nc of the pole pieces 74 that maximizes the transmission torque is 11.

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。 On the large-diameter portion 88 of the rotating body 76, a plurality of coupling driving magnets 78 are arranged in the circumferential direction about the axis a of the rotating body 76. The magnetizing direction of the coupling drive magnet 78 is the axial direction. When the blood pump 16a is attached to the transmission 10a, the coupling drive magnet 78 provided in the transmission 10a and the coupling driven magnet 72 provided in the blood pump 16a are axially oriented via the housing 80. Facing each other. As a result, the coupling drive magnet 78 provided in the transmission 10a and the coupling driven magnet 72 provided in the blood pump 16a are magnetically coupled.

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 transmission 10a according to the second embodiment, as with the transmission 10 according to the first embodiment, the transmission device 10a is small in size, has sufficient torque transmission capability, has low mechanical noise, and is durable and reliable. It is also excellent in sex. Further, in the second embodiment, the magnetizing direction of the magnetic gear driven magnet 77 is the axial direction, and the magnetic gear driven magnet 77 faces the pole piece 74 in the axial direction. Compared with the transmission 10 according to the embodiment, it is easy to reduce the height dimension in the axial direction.

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 magnetizing directions of the coupling drive magnet 78 and the coupling driven magnet 72 are in the axial direction, and the coupling drive magnet 78 and the coupling driven magnet 72 face each other in the axial direction. Therefore, the magnetic coupling area can be increased without increasing the axial dimensions of the coupling driving magnet 78 and the coupling driven magnet 72. Therefore, the magnetic coupling force between the blood pump 16a and the transmission 10a can be increased without increasing the size of the blood pump 16a and the transmission 10a.

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 actions and effects as those of the first embodiment can be obtained with respect to the portion 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-side drive magnet 38 in the drive unit 14 of the first embodiment shown in FIG. 1 and the second embodiment shown in FIG. 4 is axially magnetized, but in the case of radial magnetism, a pole is used. The magnetic coupling surface on the drive unit 14 side of the pieces 44 and 74 may be a radial outer peripheral surface or an inner peripheral surface parallel to the motor rotation axis.

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 magnetic transmission 10b for a blood pump (hereinafter, abbreviated as "transmission 10b") according to the third embodiment shown in FIG. 5, the unit-side drive magnet 90 has a magnetic coupling surface 90a on the inner peripheral side in the radial direction. It is magnetized. Further, in the transmission 10b, the pole piece 92 is higher than the magnetic coupling surface 92a having the same height (same axial length) as the unit-side driving magnet 90 on the outer periphery and the magnetic coupling surface 90a on the inner circumference of the unit-side driving magnet 90. It has a high magnetic coupling surface 92b (long axial length).

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 becomes possible to arrange a larger driven magnet 48 for magnetic gear in the limited space of the unit side drive magnet 90, and the first embodiment having the unit side drive magnet 38 which is axially magnetized. In the case of adapting to the drive unit 14a having the unit-side drive magnet 90 of radial magnetism in which the space for arranging the driven magnet 48 for magnetic gear is limited as compared with the drive unit 14 of the above, it is possible to obtain sufficient torque transmission capability. can.

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 equipped with a unit-side drive magnet that is radially magnetized with a magnetic coupling surface on the outer peripheral side, the magnetic coupling surface on the inner circumference of the pole piece shall be the same height as the unit-side drive magnet. The outer circumference of the pole piece may be a magnetic coupling surface having a height higher than that of the drive magnet on the unit side.

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 embodiment, 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 magnetizing direction of the driven magnet for magnetic gear may be inclined with respect to the axis of the driven magnet for magnetic gear. That is, the magnetizing direction of the driven magnet for magnetic gear may be larger than 0 ° and smaller than 90 ° with respect to the axis of the driven magnet for magnetic gear. The magnetizing direction of the coupling drive magnet may be inclined with respect to the axis of the coupling drive magnet. That is, the magnetizing direction of the coupling drive magnet may be larger than 0 ° and smaller 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 having a built-in impeller and a flexible shaft connected to the pump body, and the flexible shaft can be connected to a magnetic transmission for a blood pump, and a coupling provided on the flexible shaft is provided. The driven magnet may be magnetically coupled to the coupling drive magnet provided in the magnetic transmission for the blood pump.

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
10, 10a ... Magnetic transmission for blood pump 14 ... Drive unit 16, 16a ... Blood pump 34, 72 ... Coupling driven magnet 38 ... Unit side drive magnet 44, 74 ... Pole piece 46, 76 ... Rotating body 48, 77 ... Driven magnets for magnetic gears 50, 78 ... Drive magnets for coupling

Claims (9)

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、着磁方向が径方向である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
前記ポールピースは、
前記回転体の軸線に対して垂直に形成されるとともに、前記ユニット側駆動磁石と軸方向に対向する下面と、
前記軸線と平行に形成されるとともに、前記磁気ギア用従動磁石と径方向に対向する内側面と、を有する、
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 the rotational driving force generated by the drive unit for driving the blood pump and transmits it to the blood pump.
A pole piece configured to face the unit-side drive magnet mounted on the drive unit concentrically with the unit-side drive magnet.
A rotating body rotatably arranged concentrically with the pole piece,
A driven magnet for a magnetic gear, which is held by the rotating body, is arranged concentrically with the pole piece, is arranged opposite to the pole piece, and has a magnetizing direction in the radial direction .
It is held by the rotating body, arranged concentrically with the pole piece, and includes a coupling driven magnet provided in the blood pump and a coupling drive magnet capable of magnetic coupling .
The pole piece is
A lower surface that is formed perpendicular to the axis of the rotating body and that faces the unit-side drive magnet in the axial direction.
It is formed parallel to the axis and has an inner surface that is radially opposed to the driven magnet for the magnetic gear .
A magnetic transmission for a blood pump characterized by that.
請求項1記載の血液ポンプ用磁気的変速装置において、
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。
In the magnetic transmission for a blood pump according to claim 1,
The number of magnetic poles of the driven magnet for the magnetic gear is smaller than the number of magnetic poles of the unit-side drive magnet.
The driven magnet for the magnetic gear rotates at a higher speed than the unit-side drive magnet.
A magnetic transmission for a blood pump characterized by that.
請求項1記載の血液ポンプ用磁気的変速装置において、
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。
In the magnetic transmission for a blood pump according to claim 1,
The number of magnetic poles of the driven magnet for the magnetic gear is larger than the number of magnetic poles of the unit-side drive magnet.
The driven magnet for the magnetic gear rotates at a lower speed than the unit-side drive magnet.
A magnetic transmission for a blood pump characterized by that.
請求項1~3のいずれか1項に記載の血液ポンプ用磁気的変速装置において、
前記回転体は、小径部と大径部とを有し、
前記小径部に前記磁気ギア用従動磁石が配置され、
前記大径部に前記結合用駆動磁石が配置され、
前記血液ポンプ用磁気的変速装置は、前記ポールピース、前記回転体、前記磁気ギア用従動磁石及び前記結合用駆動磁石を収容するハウジングを備え、
前記ハウジングの天井部には、下方に向かって突出した突出部が設けられ、
前記突出部の反対側には、前記血液ポンプの装着用凸部が挿入可能な装着用凹部が設けられ、
前記突出部は、前記大径部の内側に挿入されている、
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 3.
The rotating body has a small diameter portion and a large diameter portion, and has a small diameter portion and a large diameter portion.
The driven magnet for the magnetic gear is arranged in the small diameter portion, and the driven magnet is arranged.
The coupling drive magnet is arranged in the large diameter portion, and the coupling drive magnet is arranged.
The magnetic transmission for a blood pump includes a housing for accommodating the pole piece, the rotating body, the driven magnet for the magnetic gear, and the driving magnet for coupling.
The ceiling of the housing is provided with a downwardly projecting portion.
On the opposite side of the protrusion, a mounting recess into which the mounting protrusion of the blood pump can be inserted is provided.
The protrusion is inserted inside the large diameter portion.
A magnetic transmission for a blood pump characterized by that.
請求項1~のいずれか1項に記載の血液ポンプ用磁気的変速装置において、
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。
In the magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 4 .
The magnetizing direction of the coupling drive magnet is the radial direction.
A magnetic transmission for a blood pump characterized by that.
請求項1~のいずれか1項に記載の血液ポンプ用磁気的変速装置において、
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。
In the magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 4 .
The magnetizing direction of the coupling drive magnet is the axial direction.
A magnetic transmission for a blood pump characterized by that.
請求項1~のいずれか1項に記載の血液ポンプ用磁気的変速装置において、
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。
In the magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 4 .
The magnetizing 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 characterized by that.
請求項1~のいずれか1項に記載の血液ポンプ用磁気的変速装置において、
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。
In the magnetic transmission for a blood pump according to any one of claims 1 to 7 .
The pole piece is made of a dust core or an amorphous iron core.
A magnetic transmission for a blood pump characterized by that.
請求項1~のいずれか1項に記載の血液ポンプ用磁気的変速装置において、
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 8 .
The driven magnet for the magnetic gear is divided in the axial direction or the circumferential direction.
A magnetic transmission for a blood pump characterized by that.
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