KR20160065904A

KR20160065904A - 압축 모터, 이식 구조체, 및 모터의 위치특정 방법

Info

Publication number: KR20160065904A
Application number: KR1020167010993A
Authority: KR
Inventors: 예르크 슈마허
Original assignee: 이씨피 엔트빅클룽스게젤샤프트 엠베하
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2016-06-09
Also published as: JP2017501663A; JP6918054B2; CN109950999B; EP3852245A1; CN109950999A; KR20210135640A; US20220211994A1; CN105612680B; CN105612680A; KR20230116949A; US20180015212A1; CA2925194A1; KR102326181B1; US20160250400A1; JP2019195267A; US10342904B2; US9750860B2; HK1222948A1; EP3055922B1; JP2021101610A

Abstract

본 발명은 고정자(2, 2') 및 회전자 (1, 1')를 포함하는 모터에 관한 것으로서, 상기 고정자 및 회전자는 축방향(4)에 대하여 구동 가능하며, 고정자 및 회전자 중 적어도 하나, 특히 고정자는 전류를 공급받을 수 있는 권선구조를 구비하고, 상기 고정자는 방사상으로 압축 및 팽창가능하게 구성된다.

Description

압축 모터, 이식 구조체, 및 모터의 위치특정 방법{Compressible motor, implantation arrangement, and method for positioning the motor}

본 발명은 기계공학 및 전기공학 영역에 속하며, 특히 마이크로공학(micromechanics) 영역에서 유용하게 사용된다. 그 중에서도 의용공학에서의 응용시 특히 유용하다.

어셈블리(assemblies)를 채널 시스템(channel system)에 도입하거나, 특히 접근이 용이하지 않은 지점에 위치시키고자 하는 경우, 상기 어셈블리를 환자의 체내에 이식할 때와 유사하게 장애가 종종 발생되며, 이는 이러한 종류의 어셈블리를 가급적 작은 크기로 갖는 관통홀(through-openings) 또는 채널을 통해 목표 위치에 도달되도록 하여야 하기 때문이다. 그러나, 상기 어셈블리가 일단 목표 위치에 도달하면, 최대한의 크기(maximal dimensions)로 확대됨으로써 가능한 한 최적의 효과를 발현할 수 있다.

의용공학에서, 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 적합하게 제조된 어셈블리를 환자의 체내에 주입하여 목표 지점에 도달되도록 하기 이전에, 상기 어셈블리를 미리 압축하는 것은 잘 알려진 사실이며, 이 때, 어셈블리가 압축된 상태에서 주입된 후 다시 팽창된다. 팽창가능한 심장보조 카테터 펌프(heart-assist catheter pump) 및 이식가능한 스텐트(implantable stents)에 대해서 이러한 방법을 이미 적용한 바 있다. 비의료 분야에서는, 일 예로서, 검사 장비(inspection cradle)를 튜브를 통하여 이송하여 보다 더 큰 공동(cavities)에 도달하도록 하면 검사 장비를 전술한 바와 유사한 방식으로 팽창시키거나 또는 이를 통해 적절한 도구 또는 센서를 배치하도록 할 수 있다.

의료분야에서 현재까지는, 구동 및 팽창가능한 어셈블리가 이식된 후에, 유동가능한 샤프트(flexible shaft)에 의하여 작동되는 체외 모터에 의하여 이를 구동한다. 심장 보조 혈액 펌프(heart-assist blood pump)의 경우, 예를 들어 펌프 회전자(rotor)는 유동가능한 샤프트에 의하여 체외의 모터에 연결되며, 상기 샤프트는 중공형 카테터를 통하여 혈관내로 연장된다. 예를 들어 유동가능한 샤프트와 같은 이러한 종류의 전달 시스템은 때로는 매우 높은 수준의 요구조건을 충족시켜야 하는데, 이는 상기 전달 시스템이 최적의 윤활 조건이 수반되지 않은 통상적 상태에서 상대적으로 긴 시간동안 심각한 마모없이 모터에 의한 높은 회전속도를 전달할 수 있어야 하기 때문이다. 따라서, 가능한 한 이러한 종류의 전달 시스템을 생략하는 것이 유리하다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점에 대한 대응방안을 제시하고자 하며, 본 발명의 목적은 좁은 채널을 통해서 이송 가능하도록 형상화된 모터를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명의 청구항 제1항에 의하여 달성된다. 청구항 제1항은 본 발명에 따른 모터와 관련되며, 청구항 제2항 내지 제11항은 청구항 제1항의 종속항으로서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 지정한다. 청구항 제12항은 이식 구조체에 관한 것이며, 청구항 제13항 및 제14항은 본 발명에 의한 모터의 위치특정 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르는 모터는 좁은 채널을 통해서 이송 가능한 효과가 있다.

도 1은 회전자와 고정자를 구비하는 모터를 길이 부분에 대하여 도식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 압축된 형태의 모터로서, 회전자와 고정자가 축방향으로 서로 반대방향으로 당겨진 상태를 나타낸 것이다.
도 3은 나선 또는 물결의 형태를 보유하며 길이를 갖는 권선 구조의 개별 와이어를 변형된 형태로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 4a는 축방향에서 바라본 권선 구조로서 좌측은 나선형의 리드의 압축된 형태를, 우측은 팽창된 형태를 각각 나타낸 것이다.
도 4b는 축방향에서 바라본 권선 구조로서 좌측은 물결형의 리드의 압축된 형태를, 우측은 팽창된 형태를 각각 나타낸 것이다.
도 5는 실질적으로 마름모 형상 또는 사다리꼴 형상을 가지며 감기지 않은 상태에 있는, 복수의 세부 권선을 갖는 권선 구조를 3차원적으로 나타낸 것이다.
도 6은 도 5의 세부 권선 중 개별 권선이 전개되는 양태를 3차원적으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 7은 원주에서 방사상으로 팽창된 상태인 권선 구조의 각 세부 권선들의 상호간 배열을 축방향에서 바라보며 도식화하여 나타낸 것이다.
도 8은 도 7에 따른 세부 권선의 방사상으로 압축된 상태의 배열을 나타낸 것이다.
도 9는 회전자와 고정자를 구비하는 모터의 길이 부분으로서, 회전자가 밀폐되어 있고, 고정자와조립된 상태 및 팽창된 상태임을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 10은 도 9에 따른 모터가 압축된 상태에서 고정자와 회전자가 축방향으로 이격된 상태를 나타낸 것이다.
도 11은 축방향으로 연속하여 배열된 고정자와 회전자로서, 고정자가 방사상으로 압축되며 고정자와 회전자가 조작수단과 연결된 상태를 나타낸 것이다.
도 12는 권선 구조가 그 원주방향으로 4개의 세부 권선으로 분할된 고정자의 단면도는 나타낸 것이다.
도 13은 도 12의 고정자에서 세부 권선이 방사상 압축력에 의하여 기구적으로 방사방향 내측으로 압축된 상태를 나타낸 것이다.
도 14는 도 12 및 13의 고정자가 더 압축된 상태를 나타낸 것이다.
도 15는 두개의 자석을 갖는 회전자를 축방향 시각으로 도식화하여 나타낸 것이다.
도 16은 회전자의 자석이 두개의 자석편으로 분할되어 방사상으로 압축가능한 상태를 나타낸 측면도이다.
도 17은 축방향으로 분할될 수 있는 권선 구조를 갖는 고정자를 나타낸 것이다.
도 18은 회전자가 내장된 고정자 및 회전자상에 배치된 압축 펌프 회전자를 팽창된 상태로 하여 나타낸 것이다.
도 19는 도 18의 장치를 압축된 상태로 하여 나타낸 것이다.
도 20은 펌프 회전자가 축방향으로 이탈된 상태의 고정자를 축방향 시각으로 나타낸 것이다.

본 발명에 의한 모터는 고정자(stator)와 회전자(rotor)를 구비하며, 그 축방향에 대하여 구동될 수 있고, 여기서, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 이들 중 적어도 하나, 특히 고정자는 전류를 공급받는 것이 가능한 권선 구조(winding arrangement)를 구비하며, 방사상으로 압축 및 팽창이 가능하다.

본 발명에서 방사상 압축성(radial compressibility)이란 모터의 회전축과 관련하여 논의되고 있는 요소의 직경이 적어도 부분적으로 감소될 수 있음을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

이는 전반적이고 균일한 직경 감소의 모든 가능성들을 포함하며, 그 경우 형상의 관점에서는 다른 변화는 없고, 단순히 실리더형 몸체의 직경만 변화한다.

그러나, 방사상 압축성은 고정자 및/또는 회전자의 단 하나의 축에 대한 직경 감소를 의미하는 것으로도 이해될 수 있다. 예를 들어 요소(elements, 고정자 및/또는 회전자)가 편평하게 압축된 것이거나, 서로 다른 원형의 디스크들로 구성된 것일 때, 그 디스크들을 회전축에 대하여 비틀어 줌으로써, 단 하나의 축을 기준으로 하였을 때 직경 감소가 구현되는 경우를 들 수 있다. 특정의 예로서, 회전축에 수직인 제1방향으로 직경이 감소되었을 때, 상기 제1방향에 수직인 방향의 직경은 변화하지 않는 경우를 들 수 있다.

전류를 공급받는 것이 가능한 권선 구조를 갖는 이러한 종류의 압축성 고정자는 종래의 기술로는 알려져 있지 않다. 본 발명에 따르면, 권선 구조 그 자체는 특히 방사상으로 압축될 수 있다. 이러한 종류의 권선 구조는 채널을 관통하기 이전에 압축될 수 있으며, 이 때, 고정자에 의해 모터의 외경(outer diameter)이 결정될 수 있는 경우라면 특히 모터의 전체적인 직경이 감소될 수 있다. 예로써, 동작 가능한 상태에서 고정자는 회전자를 동축상에서 에워쌀 수 있다. 이 경우, 고정자의 방사상 압축은 모터의 방사상 압축과 등가이다. 고정자는 하우징에 내장될 수 있는데, 예를 들어 상기 하우징은 탄력이 있을 수 있으며, 고정자와 함께 압축 및 팽창될 수 있다. 예로서, 하우징은 실질적으로 탄성 필름으로 구성될 수 있으며, 고정자에 설치된다. 그러나, 모터는 하우징을 포함하지 않을 수도 있다.

고정자가 회전자를 동축상에서 에워쌀 때, 내부에 배치된 회전자로 인하여 압축이 제한되므로 고정자의 압축성은 작아지는 경향이 있다. 고정자를 좀 더 압축하려면, 예를 들어 회전자와 고정자의 위치가 상호간 축방향으로 변경되도록 하면 된다. 즉, 고정자가 방사상으로 압축되었을 때의 상호간의 제1위치와 고정자가 방사상으로 팽창되었을 때의 상호간의 제2위치가 서로 다르게 되도록 함으로써 고정자를 좀 더 압축가능하게 할 수 있다. 이 경우, 고정자의 압축을 위하여 회전자는 일단 축방향으로 미끄려져 나갈 수 있으며, 그 때 고정자가 예를 들어 회전자의 외경에 대응되는 크기까지 압축될 수 있다. 이로써, 고정자와 회전자는 채널을 통해 축방향으로 교대로 미끄러져 이동함으로써 목표 위치에 도달할 수 있다. 만일 회전자 그 자체가 압축가능하지 않다면, 회전자 외관의 크기보다 더 큰 규모의 추가적인 압축이 이루어지지 않거나, 몇몇의 바람직한 실시예에서는 추가적인 압축이 불가능하다.

고정자와 회전자가 목표 위치에 도달하였다고 하면, 회전자는 다시 팽창되거나 부피가 자동적으로 확대되며, 회전자는 축방향을 따라 고정자로 견인된다.

회전자의 위치가 변경되거나 고정자로 견인되면, 회전자는 이러한 위치변경 동작과정에서 방사상으로 팽창되므로 고정자 또한 방사상으로 팽창될 수 있다. 이를 위하여, 회전자는 적어도 일부분이 원뿔형태로 체감되도록(conically tapering manner) 형상화될 수 있다.

본 발명의 보다 바람직한 변형예에 따르면, 회전자는 방사방향으로 압축가능하다. 만일 회전자도 방사방향으로 압축가능하다면, 변형예에서 회전자는 고정자 내에 잔류할 수 있고, 고정자와 회전자 모두 방사상으로 함께 압축될 수 있다. 또는 회전자가 고정자로부터 인출되어 위치변경 되도록 하고 이들 각각을 방사상으로 압축하는 것도 고려할 수 있다.

예로서, 이러한 목적의 회전자는 자석 요소(magnet elements)라고 칭하는 복수의 자석을 구비할 수 있으며, 이들은 특히 축방향 기준으로 서로 역방향으로 이동 가능하게 배치된다. 회전자는 예로서, 영구자석 또는 강자성의 코어를 갖는 전자석을 구비하며, 이들 각각을 자석 요소라고 지칭한다. 이들 자석들은 자석편들(magnet segments)로 분할될 수 있으며, 그 결과, 개별적인 자석편들은 서로간에 위치변동이 가능하여 자석들의 방사방향으로의 크기를 줄임으로써 회전자의 직경을 감소시킬 수 있다.

예로서, 적어도 하나의 자석은 쐐기 모양의 자석편들(wedge-shaped segments)로 구성될 수 있으며, 상기 자석편들은 동시에 가압될 수 있고, 이로써 서로 축방향으로 이격되며, 서로 이격되었을 때, 그렇지 않을 때에 비하여 대체로 작은 공간을 점유한다. 그러나, 자석편들은 그 밖의 다른 평면으로 분리될 수도 있는데, 개별적 자석편들이 회전자의 원주방향(circumferential direction)으로 분리되거나 및/또는 모터의 방사방향으로 분리될 수 있다. 자석편들을 자석요소로 칭할 수도 있는 바, 자석요소라는 용어는 자석편 및 모든 자석들을 모두 포함하는 것이다.

본 발명에서 기술된 자석들 또는 자석편들의 작동형태로부터 직경이 감소되는 것은 가역적 현상이며, 따라서, 간단한 동작에 의해서 직경이 감소된 회전자를 다시 팽창시킬 수 있다는 점은 매우 중요한 사실이다.

가능한 한 가장 단순한 방법으로 고정자를 방사상으로 압축할 수 있도록 하기 위하여, 예를 들어 적어도 하나의 세부 권선(sub-winding arrangement)을 구비하는 권선 구조인 것이 바람직하며, 상기 권선 구조는 가역적으로 변형 가능하다. 예로서, 이러한 종류의 세부 권선들은 탄성이 있으며, 예를 들어, 리드(lead) 형태의 탄성체가 될 수 있고, 이로써, 세부 권선의 일시적 변형이 가능하다. 이러한 종류의 변형은 탄성과 소성(plastic)에 의한 변형을 모두 포함한다.

권선 구조는 적어도 두 개의 세부 권선을 가지며, 이들을 서로 가역적으로 위치 변경될 수 있도록 하는 것이 가능하다. 이러한 종류의 세부 권선은 예를 들어 캐스트(cast)에 의하지 않고 제조되거나, 비탄성(rigid) 또는 탄성 물질로 캐스팅될 수 있고, 겹쳐지는 방식으로(shingle-like manner) 배열하여 하나의 세부 권선이 다른 하나의 세부 권선 위에 미끄러짐 이동되도록 할 수 있으며, 특히 고정자가 방사상으로 압축될 때, 고정자의 원주방향으로 이러한 이동이 가능하도록 할 수 있다. 그러나, 만일 회전자가 고정자로부터 이탈완료 되었다면, 세부 권선들이 선회하거나(pivoting) 회전하는 것을 고려할 수 있다.

권선 구조의 변형가능성을 보다 개선하기 위하여, 권선 구조는 예를 들어 탄성재료로 캐스팅된 적어도 하나의 세부 권선을 구비할 수 있다. 예로서, 세부 권선은 예를 들어 실리콘 탄성중합체(silicone elastomer)와 같은 탄성중합체 또는 고무를 사용하여 캐스팅할 수 있다. 권선 구조의 상당부분 또는 예를 들어 전체를 이러한 종류의 탄성 물질을 사용하여 캐스팅할 수도 있다.

효과를 높이기 위하여 특별히, 권선 구조의 외부에 강자성 필러(ferromagnetic filler)를 구비하는 탄성 매트릭스를 더 마련할 수도 있다.

권선 구조의 개별적 부분은 각각 개별적으로 캐스팅되며, 즉 예를 들어 세부 권선이 리드 형태의 탄성체를 구비하거나 및/또는 탄성재료로 캐스팅될 때, 탄성 변형가능성 뿐만 아니라 위치이동가능성도 갖추게 된다.

예로서, 권선 구조는 적어도 부분적으로 형상기억합금을 포함하는 리드(leads)를 구비할 수 있다. 이 경우, 세부 권선 또는 권선 구조 전체는 예를 들어 목표 온도를 선택적으로 정함으로써, 목표 위치에서 바람직한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 의료용인 경우, 예를 들어 일단 환자의 체온이 특정되었을 때, 그 온도에서 권선 구조가 바람직한 목표 형상을 가지도록 상기 합금을 맞춤 제작할 수 있다.

서로간에 이동가능하도록 마련되는 복수의 세부 권선들로 구성되는 권선 구조의 경우, 반복적인 압축과 팽창 및 이러한 동작의 재현가능성을 확보할 수 있도록 하기 위하여, 예를 들어 권선 구조가 구부러짐 및/또는 비틀림 영역을 갖도록 하되, 상호 이동가능한 요소들 사이에만 제한적으로 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 종류의 구부러짐 및/또는 비틀림 영역은 예를 들어 리드의 길이방향의 일부분을 꼬인 와이어로 제작하거나 특별히 얇은 영역을 형성함으로써 연성 및/또는 유동성 리드의 형태로 마련될 수 있다.

전술한 종류의 모터의 경우, 목표 위치에서 회전자와 고정자를 상호 위치변동 가능하도록 함은 물론 심지어 원격에서도 가능하도록 구성하기 위하여 본 발명에서 바람직하게는 연결 부재를 마련하였으며, 상기 연결부재는 모터로부터 길게 연장되며, 이로써 상기 회전자와 고정자는 축방향으로 상호 변위가능하다. 상기 연결 부재는 예를 들어 바우든 케이블(Bowden cable) 등과 같은 방식의 전형적인 작동 부재일 수 있으며, 여기서 연결 부재의 각 부분들 중 어느 한 지점은 고정자에, 또 다른 지점은 회전자에 각각 연결될 수 있다.

연결 부재를 이용하면, 고정자와 회전자의 상대적 위치 변동과 목표 위치에서 회전자를 고정자에 인입하는 것이 가능하다. 이 때, 상기 고정자는 미리 팽창되어 있거나, 회전자가 고정자에 인입됨으로써 방사상으로 팽창된다.

또한, 본 발명은 중공형 카테터 및 그 내부에 압축된 상태로 배치되는 고정자와 회전자를 구비하는 이식 구조체에 관한 것이다. 이러한 형태의 이식 구조체의 범위 내에서, 방사상으로 압축가능한 모터는 단순한 형상으로 중공형 카테터에 인입될 수 있으며, 상기 모터는 대개 압축된 형태로 상기 중공형 카테터에 수용된다. 중공형 카테터는 예를 들어 포트(port)에 의하여 환자의 혈관에 삽입될 수 있으며, 혈관을 통하여 이동하여 목표 위치에 도달할 수 있는데, 예를 들어 대동맥궁(aortic arch)에 삽입되어 심장판막(cardiac valve) 또는 심실(ventricle)에 도달한다. 이후, 중공형 카테터로부터 모터가 인출되면 이를 다시 회수될 수 있으며, 상기 모터는 인출과정에서 방사상으로 팽창되거나, 인출과정 완료 후 팽창된다.

또한, 본 발명은 전술한 형태의 모터와 이식 구조체 및 전술한 형태의 모터의 위치 특정 방법에 관한 것이다. 상기 고정자와 회전자는 채널을 통하여 위치 이동하여 목표 위치에 도달하며, 적어도 고정자는 방사상으로 압축되고, 그 후 적어도 고정자는 방사상으로 팽창된다.

본 발명의 방법에 의한 바람직한 실시예에 따르면, 고정자와 회전자가 목표 위치로 이동되고 나면, 고정자와 회전자는 축 방향으로 서로 위치 변동된다.

또한, 본 발명은 펌프, 특히 혈액 펌프에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 펌프는 축방향에 대하여 구동가능한 고정자와 회전자를 구비하는 모터를 포함한다. 여기서, 이들 중 적어도 하나, 특히 고정자는 전류를 공급받을 수 있는 권선구조를 포함하며 방사상으로 압축 및 팽창 가능하다. 여기서, 모터와 펌프는 바람직하게는 서로 강하게 결합된다. 따라서 특별히 작은 구조의 펌프를 제조할 수 있다. 특히 바람직하게는 펌프가 사용 지점에 도달할 수 있도록 매우 작은 방사직경을 가지며, 상기 펌프는 실질적인 펌프 기능을 수행하기 위하여 방사상으로 팽창된다.

여기서, 일 실시예에 따르면, 회전자는 펌프 회전자와 연결되며, 상기 펌프 회전자는 유체를 이송하기 위한 블레이드 구동과정(blading)를 구비한다. 예로서, 펌프 회전자는 실제로 자기 회전자(magnetic rotor)에 장착되거나, 이를 방사상으로 둘러쌀 수 있다. 그러나, 이들이 다른 방법으로, 예를 들어 자기 회전자가 펌프 회전자 내에 캐스팅되거나 수용(embedded) 됨으로써 서로 연결되는 것도 가능하다.

다른 실시예에 따르면, 작동상태에서의 펌프 회전자는 적어도 부분적으로 고정자 내에 위치된다. 작동상태에서의 방사상 적층구조(radial layered arrangement)는 방사방향 외측에서 시작하여 중심을 향하여 다음과 같이 구성된다.; 1. 고정자, 2. 펌프 회전자, 3. 자기 회전자. 펌프 회전자와 자기 회전자가 다른 형태로 서로 연결되는 경우에는 상기 구조는 다를 수도 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 펌프 회전자는 방사상으로 압축가능하며, 특히 펌프 회전자는 방사상으로 탄력적으로 압축 가능하다. 여기서, 일 예에 따르면, 펌프 회전자의 블레이드는 주로 탄력적으로 압축가능하며, 예를 들어 펌프 회전자의 중심부(hub)에 의하여 지지된다.

본 발명에 따른 펌프의 다른예도 가능하며, 본 발명에 따른 예시된 모든 모터는 펌프에 적용될 수 있다.

본 발명을 다양한 도면들을 통하여 나타낼 수 있으며, 이하에서는 바람직한 실시예를 기초로 설명하기로 한다.

도 1은 전기 모터의 고정자(2)와 회전자(1)를 길이 부분에 대하여 도식화하여 나타낸 것이다. 본 발명을 보다 명확히 설명하기 위하여, 그 밖의 부분 및 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 고정자(2)는 실리더 형태의 권선 구조로 도식화되며, 상기 권선 구조(winding arrangement)는 하나 또는 그 이상의 세부 권선들(sub-windings)을 갖는다. 회전자(1)는 적어도 하나의 영구 자석과 중심부(hub)를 가지며, 샤프트(3)에 연결된다. 회전자(1) 또는 여기에 구비되는 자석/자석들의 자극은 회전자(1)의 자장안에서 구동가능하다. 샤프트(3)는 대개 평면 베어링(plain bearing) 또는 볼 베어링(ball bearing)상의 하나 이상의 지점에 접하여 회전가능하게 장착된다. 베어링은 예를 들어 고정자(2) 또는 고정자(2)의 외부몸체(housing, 미도시) 또는 모터에 전체적으로 고정연결될 수 있다. 도 1에서는 회전자(1)를 이와 동축상에서 동심을 이루면서(concentrically) 감싸는 고정자(2)를 확인할 수 있다. 상기 고정자(2)는 도시된 바와 같이 방사상으로 팽창된 상태에서 D의 직경을 갖는다.

도 2는 도 1에 도시된 모터의 요소(elements)들이며, 특히 회전자(1) 및 고정자(2)의 권선 구조로서, 상기 회전자(1)와 고정자(2)는 축방향(4)으로 서로 이격된 상태를 나타내고 있다. 이 상태에서는 고정자(2)와 회전자(1)는 축방향으로 서로 겹치지 않는다. 고정자(2)는 권선구조 전체에 대한 방사상 압축력에 의해 방사상으로 압축되어 직경 d가 되고, 직경 d는 회전자(1)의 외경과 동일하거나 더 작다.

따라서, 모터의 분리가능성과 회전자(1)에 대한 고정자(2)의 위치변동 가능성에 의하여, 회전자(1)가 고정자(2)로부터 이탈되는 즉시 고정자(2)는 방사상으로 압축 가능하다.

게다가, 이와 관계없이 회전자(1) 또한 방사방향으로 압축 가능할 수 있다. 이 경우, 고정자(2)와 회전자(1) 또한 결합된 상태에서 함께 방사상으로 압축 가능하거나, 또는 서로 축방향으로 이격되어 둘 다 독립적으로 방사상 압축 가능하도록 할 수도 있다. 고정자(2)와 회전자(1)가 모두 그 외경이 대략적으로 동일하도록 압축가능할 때, 후자의 경우가 유용할 수도 있다.

도 3의 상부 도면은 본 발명에 따른 모터의 압축상태에서의 권선 구조의 제1리드(5, a first lead)를 도시한 것으로서, 상기 리드는 나선형태를 형성하고 있다. 권선 구조 또는 세부 권선이 이러한 나선형태로 형성된 리드로 구성되는 경우 상기 권선 구조 또는 세부 권선은 권취된 와이어(5)의 길이가 연장될 때 방사상으로 팽창되며, 다시 방사상으로 압축될 수 있다. 도 3의 하부 도면은 압축상태에서 물결형태를 갖는 리드(6)를 나타낸 것으로서, 팽창상태로 전환되었을 때 길이가 연장될 수 있다.

도 4a는 좌측 도면에서 압축상태에서 나선형태를 이루는 제1리드(5)를 도식화하여 나타내었으며, 압축 상태에서 권선 구조를 상징하는 환형 링(circular ring)의 형태를 이룬다. 도 4a의 우측 도면에서는 고정자(2)의 팽창된 형태를 축방향 시각으로 나타낸 것으로서, 권취된 리드(들)는 권선 구조 및/또는 세부 권선이 동일하게 팽창될 때 그 길이가 연장된다. 도 4a의 우측 도면의 고정자(2)는 확대된 직경 D를 가지는 반면, 도 4a의 좌측 도면의 압축된 상태에서는 직경은 d로 감소된다.

도 4b에서는 압축된 상태에서 축방향으로 물결형태를 이루는 리드(6)를 나타내었으며, 회전링의 형태로 배열되어 고정자(2)의 권선 구조를 상징한다. 상기 권선 구조는 압축된 외경 d를 갖는다. 도 4b의 우측 도면은 좌측도면과 동일한 고정자(2)로서, 방사상으로 팽창된 상태를 나타내며, 권취된 리드(들)는 길이방향으로 연장되거나, 적어도 압축상태인 경우 보다 그 길이가 더 신장된다.

고정자(2)의 압축상태와 팽창상태간 전환은 예를 들어 외력의 인가에 의하여 가능하며, 고정자(2)는 방사상의 외력에 의하여 압축된 형태를 이루고, 그리고 위 방사상의 외력이 제거되었을 때 다시 탄성에 의하여 자력으로 팽창된다.

이와는 반대로, 고정자(2)는 외력의 인가 없이 직경이 감소되고 외력의 인가에 의하여 팽창될 수도 있다.

또 다른 대안으로서, 권선 구조가 공지의 형상기억합금(memory alloys)으로 제조되는 리드를 구비할 수 있는데, 상기 리드는 예를 들어 온도 변화가 감지되면 그 형상이 변화되며, 한정된 온도 범위에서 각 리드는 재현성 있는(reproducible) 형태를 갖는다. 이러한 형상기억합금은 예를 들어 NiTi(nickel-titanium; nitinol), CuZn(copper-zinc), NiTiCu(nickel-titanium-copper), CuZn(copper-zinc), CuZnAl(copper-zinc-aluminium), CuAlNi(copper-aluminium-nickel), FeNiAl(iron-nickel-aluminium), 또는 FeMnSi(iron-manganese-silicon) 등이 있다. 이러한 종류의 합금은 초탄성 합금(hyperelastic alloys)이라고 칭한다.

권선 구조의 기재된 물성에 더하여, 모든 권선 구조 또는 개별적 세부 권선들을 실리콘 탄성중합체 또는 고무 등 탄성체를 이용하여 캐스팅할 수 있는데, 이로써 상기 권선 구조 또는 개별적 세부 권선들은 그 자체로 탄력적으로 변형가능한 물성을 갖는다. 그러나, 권선 구조를 캐스팅하지 않을 수도 있고, 또는 비탄성 물질을 이용하여 캐스팅하는 것도 가능하다. 여기서, 개별적 세부 권선들의 캐스팅은 각각 독립적으로 수행되며, 캐스팅 물질을 포함하는 각 세부 권선들은 서로에 대해 위치 이동 가능하다. 이하에서는 이러한 형태에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 5는 실질적으로 중공의 실린더 형상을 가지며, 복수의 세부 권선을 갖는 권선 구조의 사시도이다. 각 세부 권선은 권취된 복수의 리드로 구성되며, 외부로부터 전압을 인가하고 전류를 공급하기 위한 두개의 전기적 터미널(terminal)을 구비한다.

도시된 권선 구조의 각 세부 권선은 롤링되지 않은 상태에서는 마름모꼴의 기본 형태를 갖는다. 개별적인 세부 권선은 권선 구조의 원주 방향에서 서로 겹치도록 배열된다. 도 5에 따른 권선 구조의 개별적인 세부 권선들(7, 8)은 전기적 터미널(9, 10)을 가지며, 이를 통하여 고정자(2)의 권선 구조에 전류를 공급한다.

도 6에서는 개별적인 세부 권선(7)을 도시하였는데, 이는 도면부호 11가 부여된 권취되는 리드의 개별적인 권취 과정을 표현한 것이다. 세부 권선(11)은 두개의 전기적 연결부(12, 13)를 구비하며, 이를 통하여 전류를 공급한다. 도 6에서는 중공형 실린더(hollow cylinder)를 도식적으로 나타내었는데, 그 원주 전체에 대하여 부분적으로 실린더 형태인 세부 권선들이 서로 겹쳐서 분포되며, 원주방향으로 서로 오프셋(offset) 관계에 있다.

도 7에서는 권선 구조에서 복수의 세부 권선들(7, 8)을 축방향 시각에서 도식적으로 나타내었다. 개별적인 세부 권선들(7, 8)은 각각 방사상 기준으로 외측부(7a)와 내측부(7b)를 가지며, 각 내측부는 후속의 세부 권선(8), 특히 그 외측부와 중첩된다. 이와 같이, 고정자(2)의 원주선을 따라서 세부 권선들이 내포화(nesting)된 지붕-타일 형태를 이룬다.

세부 권선들이 서로 이동 가능한 경우라면, 이들 서로간에 겹쳐지는 방식으로 미끄러짐 이동이 더 이루어질 수 있으며, 따라서 전체 구조에서의 직경과 권선구조의 둘레(원주)는 감소된다. 압축 거동과 같은 압축된 상태의 예시로는 도 8에 도시된 바와 같이, 두 개의 세부 권선들(7, 8) 각각은 서로간에 미끄럼 이동되는 관계에 있으며, 이로써 권선 구조의 원주방향으로 서로 완전히 겹쳐진다. 이러한 개별적인 세부 권선들의 상호 이동가능성은 캐스팅되지 않은 세부 권선들과 캐스팅된 세부 권선들 모두에 있어서 가능하다. 만일 개별적인 세부 권선들이 캐스팅된 것이라면, 캐스팅 물질이 이를 재질로 하는 개체들간에 서로 쉽게 미끄러지도록 하는 성질을 발현하는 물질인 것이 유리하다.

도 9는 방사상으로 팽창된 고정자(2)와 회전자(1)를 구비하는 모터를 길이 부분에 대해서 도시한 것으로서, 상기 모터는 중공형 실린더 형태의 캡슐(encapsulation, 14)을 구비하며, 상기 캡슐(14)은 회전자(1)의 자성체(magnet body)를 둘러싸고, 예를 들어 베어링들(15, 16)을 수용한다. 회전자(1)에 장착된 샤프트(3)는 평면 베어링 또는 볼 베어링의 형태인 베어링들(15, 16)에 의해서 마찰력이 완화되어 구동된다. 도 9에 따른 모터의 구동가능한 팽창 상태 및 결합 상태(assembled state)에서의 전체 직경은 D로 표현된다.

이와 반대로 동일한 요소, 즉 캡슐(14) 내에 봉인된 회전자(1)와 권선 구조의 고정자(2)를 구비하는 도 9와 동일한 모터의 압축된 상태를 도 10에 나타내었는데, 여기서 고정자(2)는 회전자(1)에 대하여, 회전자(1)가 고정자(2)의 외측으로 위치되도록 하는 만큼의 변위로써 축 방향으로 위치이동된다. 이후 고정자(2)는 회전자(1)의 외경에 해당되는 정도까지 독립적으로 방사상 압축이 가능하다.

도 11은 회전자(1')와 고정자(2')를 구비하는 모터를 나타낸 것으로서, 압축된 상태에서 회전자(1')와 고정자(2')가 축방향으로 서로 이격되어 있는 상태를 나타낸 것이다. 상기 회전자(1')는 캡슐에 내장되어 있고, 상기 캡슐내에는 회전자(1')를 위한 일련의 자석이 위치되며, 두개의 베어링에 의해 지지되고, 회전가능하게 구성된다. 회전자(1')의 캡슐은 원뿔형태로 체감되는(tapered) 영역을 구비하고, 실모양(strand-shaped)의 작동부재(18)에 연결된다. 상기 작동부재(18)는 캡슐 또는 베어링에 연결되어 고정자(2')에 대한 회전자(1')의 축방향으로의 이동을 가능하도록 한다. 동시에, 고정자(2')는 예를 들어 튜브나 호스(tube or hose)의 형상인 제2 작동부재(19)에 연결되며, 이를 통하여 예를 들어 작동부재(18)가 가이드될 수 있다. 모터에 대한 공동의 연결부재를 구비하는 작동부재들(18, 19)은 원격으로 작동되며, 이로써 고정자(2')와 회전자(1')의 상대적 위치 변동이 가능하다. 예를 들어 회전자(1')의 캡슐을 고정자(2')의 권선 구조에 삽입함으로써 이들을 방사상으로 팽창시킬 수 있다.

도 12는 탄성물질로 각각 캐스팅된 4개의 세부 권선들(20, 21, 22, 23)로 구성되는 특수한 권선 구조를 나타낸 것이다. 이들 세부 권선들 각각은 중공형 실린더의 일부를 구성하며, 세부 권선들은 캐스트 바디(cast bodies)들과 조합됨으로써 전체적으로 중공형인 실린더를 형성할 수 있다.

권선 구조에 외력이 인가되면, 도 13에서 도시된 바와 같은 짜임관계(constellation)가 형성되며, 여기서 개별적인 캐스트 바디(cast bodies)들과 세부 권선들은 방사상 내측으로 변형된다. 세부 권선들의 개별적인 캐스트 바디들은 예를 들어 작동 힌지(living hinges)들과 같은 수단에 의하여 서로 유동가능하도록 연결될 수 있다. 도 13에서와 같은 상태에서의 권선 구조는 도 12에 도시된 형태와 비교하여 방사방향으로 훨씬 작은 공간을 차지한다. 방사방향으로 더 큰 압축력을 가함으로써 개별적 세부 권선들은 방사상 내측으로 보다 더 압축되는데, 이는 변형 가능성을 갖는 캐스트 바디에 의하여 부가적으로 가능하게 되는 현상이다. 완전히 압축되면, 도 14에서와 같은 형상이 된다. 방사상 내측으로 작용하는 압축력이 제거되면 도 12에서 도시된 바와 같이 자동적으로 다시 팽창되는데, 여기서 복원력은 예를 들어 캐스트 바디의 탄성적 변형에 의해서 뿐만 아니라 권취된 리드 자체에 의해서 작용되거나, 두 가지 요인이 병행하여 작용된다. 개별적인 세부 권선들이 캐스팅된 것이 아닌 경우에는, 권취된 리드들의 상응하는 변형은 각 세부 권선 자체 탄성 범위내에서 가역적으로 일어날 수도 있다.

도 15에서는 상호 직각으로 배치되어 권선 구조에 인가되는 자기장에 의해 구동되는 2개의 자석들(24, 25)을 축방향 시각으로 나타내었다. 상기 자석들(24, 25)은 회전자의 샤프트(3)에 고정 연결된다.

도 16은 자석(24)이 경계면(26)을 따라서 두 개의 자석편들(24a, 24b)로 분할되는 과정을 도시하였으며, 이들은 각각 자석요소가 된다. 굵은 선으로 표시된 상태에서의 자석(24)은 장방형(cuboid)을 이룬다. 또한, 자석편(24a)이 자석편(24b)에 대하여 경계면(26)을 따라서 축방향(4)으로 위치변동되는 짜임관계를 점선으로 나타내었다. 자석(24)이 축방향으로 연장되고, 도 16의 우측부분에서 특정된 바와 같이 직경 D는 직경 d로 감소되는 방향으로 방사상 압축이 일어난다. 회전자가 도시된 바와 같이 구조 변화된 결과, 회전자 역시 방사상으로 압축 가능하고, 따라서 모터는 회전자와 고정자의 동반 압축에 의해 조립된 상태에서도 압축가능하거나, 또는 고정자와 회전자가 축방향으로 충분히 이격된 상태에서 고정자의 방사상 압축력에 의해 단순히 압축가능한 상태가 될 수도 있다.

따라서 모터는 사용지점까지 이동되도록 압축될 수 있다. 예를 들어, 혈액 펌프(blood pump)를 위한 구동장치로서 이식될 수 있으며, 환자의 체내에서 압축된 상태로 혈관을 통해 사용지점까지 위치 이동될 수 있다. 여기서, 예를 들어 마치 혈액 펌프와 같이 모터가 팽창될 수 있고, 모터는 팽창된 상태에서 필요한 회전력(torque) 또는 펌프를 구동하기 위하여 필요한 에너지를 향상시킬 수 있다.

도 17에서는 권선구조가 복수의 세부 권선들(27, 28)로 분할된 상태의 디자인 예를 나타내었다. 여기서, 세부 권선들(27, 28)은 환형 고리(circular ring) 모양을 이루고 있으며, 연속하여 축방향으로 배열됨으로써 중공형 실린더 형태의 권선 구조를 이룬다. 이러한 구조에서 환형 고리 모양인 세부 권선들이 기울어지면, 단면이 타원형을 이룬다. 다만, 축(29)의 방향에서의 직경은 기울어지지 않은 상태와 비교하여 감소된다. 축(30)에 대하여 직각인 상태에서 보았을 때에는 세부 권선들의 직경은 변동이 없다. 그럼에도 불구하고, 모터의 위치 특정을 위한 더욱 바람직한 형태는 기울어진 배열이다. 기울어짐은 모터의 위치특정에 따라서 어느 순간이라도 원상태로 복원될 수 있다.

도 18은 도 7을 통하여 이미 언급된 것으로서 세부 권선들(7, 8)을 구비하는 고정자가 포함된 장치를 나타낸 것이다. 방사상으로 압축가능한 펌프 회전자(29)와 동축에서 함께 회전가능하게 연결되는 자기 회전자(1")가 고정자내에 위치된다. 바람직한 실시예에서 펌프 회전자(29)는 탄성체로 제작되며, 바람직하게는 초탄성 플라스틱 물질로 제작되고, 이로써 펌프 회전자(29)는 고정자의 압축시 형태가 변화되며(collapse), 고정자의 팽창시 탄성 또는 초탄성에 의하여 최초의 형태로 팽창 복원될 수 있다.

도 19는 도 8과 유사하게 고정자가 압축되는 과정을 도식적으로 나타낸 것으로서, 펌프 회전자(29)는 고정자와 마찬가지로 압축된 형태를 이룬다. 여기서, 펌프 회전자의 날(blades)들은 회전자의 축 주변을 둘러싸며(fold), 펌프 회전자의 중심부(hub)에 의하여 지지된다.

이론적으로, 상기 장치는 도 20에서와 같은 방법으로 회전자(1")가 펌프 회전자(29)와 함께 회전자로부터 축방향으로 제거될 수 있도록 제작될 수 있다. 따라서 펌프 회전자(29)와 고정자는 동축에서 연속하여 배열된다. 이와 같은 상태에서, 상기 고정자와 펌프 회전자는 동시에 압축될 수 있으며, 이로써 도 19의 실시예와 비교하여, 압축된 직경이 보다 더 축소될 수 있다.

펌프 회전자는 이론적으로 매우 다양하게 제작될 수 있다. 도 18 및 19에서 도시된 바와 같이 탄성 또는 초탄성 플라스틱 물질로 제조된 실시예 이외에도 예를 들어, US 4,753,221; US 5,749,855; US 7,393,181; US 2009/0062597 A1; EP 2047873 A1; US 2011/0275884 A1; EP 2229965 A1; WO 2010 149393 A1; EP 2299119 A1; EP 2338540 A1; EP 2338541 A1; EP 2363127; EP 2407185 A1; EP 2407187 A1, EP 2407186 A1 등과 같은 종래의 기술에 의하여 또 다른 다양한 실시예들이 공지되어 있다.

Claims

축방향(4)에 관하여 구동될 수 있는 고정자(2, 2') 및 회전자 (1, 1')를 구비하는 모터로서, 이들 중 적어도 하나, 특히 고정자는 전류를 공급받을 수 있는 권선 구조(7, 8, 20, 21, 22, 23, 27, 28)를 구비하며, 방사상으로 압축 및 팽창가능한 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 회전자 (1, 1') 및 고정자(2, 2')는, 고정자(2, 2')가 방사상으로 압축상태일 때의 제1지점과 고정자가 방사상으로 팽창되었을 때의 제2지점 사이에서 축방향으로 상호 위치변동될 수 있는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 회전자(1, 1')는 방사상으로 압축가능한 것을 특징으로 하는 모터.
제3항에 있어서,
상기 회전자(1, 1')는 복수의 자석요소들(24, 24a, 24b, 25)을 구비하며, 상기 자석요소들은 상호 가역적으로 이동가능하되, 특히 축방향(4)으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 모터.
제1항 또는 제1항을 인용하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
권선 구조(7, 8, 20, 21, 22, 23, 27, 28)는 가역적으로 변형가능한 적어도 하나의 세부 권선(7, 8, 20, 21, 22, 23, 27, 28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항 또는 제1항을 인용하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
권선 구조(7, 8, 20, 21, 22, 23, 27, 28)는 상호 가역적으로 위치변동 가능한 적어도 둘의 세부 권선들(7, 8, 20, 21, 22, 23, 27, 28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제6항에 있어서,
상기 세부 권선들은 그 중 어느 하나가 다른 하나에 겹쳐지는 방식으로(shingle-like manner) 미끄러짐 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항 또는 제1항을 인용하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
권선 구조(7, 8, 20, 21, 22, 23, 27, 28)는 탄성 물질로 캐스팅된 적어도 하나의 세부 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항 또는 제1항을 인용하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
권선 구조의 서로 다른 세부 권선들(7, 8, 20, 21, 22, 23, 27, 28)은 세부 개체들로 분리된 상태로 캐스팅되며, 이들은 상호 이동 가능한 것을 특징으로 하는 모터.
제1항 또는 제1항을 인용하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
권선 구조(7, 8, 20, 21, 22, 23, 27, 28)는 적어도 부분적으로 형상기억합금(memory alloy)으로 구성된 리드들(5, 6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항 또는 제1항을 인용하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
권선 구조(7, 8, 20, 21, 22, 23, 27, 28)는 상호 이동가능한 요소들 사이에 한정하여 구부러짐 및/또는 비틀림 영역이 마련된 것을 특징으로 하는 모터.
제1항 또는 제1항을 인용하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
모터로부터 길게 연장형성되며, 회전자 (1, 1') 및 고정자(2, 2')가 축방향으로 상호 위치변동 가능하도록 하는 수단인 연결 부재(18, 19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
중공형 카테터 및 그 내부에 압축된 상태로 배열된 제1항 또는 제1항을 인용하는 항들 중 어느 한 항에 따른 모터를 포함하는 이식 구조체.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 모터의 위치 특정 방법에 있어서,
고정자(2, 2') 및 회전자 (1, 1')는 채널을 통하여 목표 위치로 이동되며, 여기서 적어도 고정자는 방사상으로 압축되고, 이후 적어도 고정자는 방사상으로 팽창되는 것을 특징으로 하는 모터의 위치 특정 방법.
제14항에 있어서,
고정자(2, 2') 및 회전자 (1, 1')가 일단 목표 위치로 이동되면, 고정자와 회전자는 축방향으로 상호 위치변동되는 것을 특징으로 하는 모터의 위치 특정 방법.
축방향(4)에 대하여 구동될 수 있는 고정자(2, 2') 및 회전자 (1, 1')를 구비하는 모터가 포함되며, 상기 고정자 및 회전자 중 적어도 어느 하나, 특히 고정자는 방사상으로 압축 및 팽창 가능하고, 상기 고정자는 전류를 공급받을 수 있는 권선 구조(7, 8, 20, 21, 22, 23, 27, 28)를 구비하며, 특히 혈액 펌프인 것을 특징으로 하는 펌프.
제16항에 있어서,
상기 회전자는 펌프 회전자에 연결되며, 상기 펌프 회전자는 유체를 이송하기 위한 블레이드 구동과정(blading)을 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프.
제17항에 있어서,
상기 펌프 회전자는 구동 상태에서 적어도 부분적으로 고정자 내부에 위치되는 것을 특징으로 하는 펌프.
제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 펌프 회전자는 방사상으로 압축가능한 것을 특징으로 하는 펌프.
제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펌프 회전자는 방사상으로 탄력적으로 압축가능한 것을 특징으로 하는 펌프.
압축가능한 펌프 회전자를 포함하며, 상기 펌프 회전자는 제1항 내지 제12항에 따른 모터에 내장되는 것을 특징으로 하는 펌프.