TW202108188A - 具有多層無心線圈之血管內血液幫浦 - Google Patents

具有多層無心線圈之血管內血液幫浦 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於插入患者心臟的血管內血液幫浦。該血液幫浦包一收容在殼體內的無槽式永磁馬達，該馬達具有p 磁極對和n 相，其中p 是大於零的整數，且n 是≥3的整數。該馬達包含一定子，該定子沿著該殼體的一縱軸延伸，並具有2np 纏繞線圈，以形成每磁極對的每相兩線圈。該定子包含內和外繞組，每個繞組包含電連接的np 線圈，使得流過多個線圈的電流沿相同方向，該外繞組的多個線圈配置在該內繞組的多個線圈的外表面上。

Description

具有多層無心線圈之血管內血液幫浦
本技術係有關具有一永磁馬達和一具有多個線圈的定子之血管內血液幫浦系統。
本申請案主張2019年6月28日所申請第62/868,530號美國臨時申請案的優先權，其在此併入本文供參考。
血管內血液幫浦(諸如，位於美國馬薩諸塞州丹佛斯市的Abiomed, Inc.公司的產品Impella® 幫浦)正迅速成為目前的心室輔助裝置的標準。目前，Impella® 幫浦的範圍包含Impella2.5® 幫浦、Impella5.0® 幫浦、Impella CP® 幫浦和Impella LD® 幫浦。這些幫浦通過一單途徑點(例如，橈途徑(radial access)、股途徑(femoral access)、腋途徑(axillary access))透過皮膚插入患者體內，使得幫浦頭部可經由小直徑(6-7Fr)導管置入患者心臟的左心室。幫浦頭部包含一電動馬達，所述電動馬達包括一定子，所述定子構造成與一轉子形成磁性相互作用供其旋轉，藉使導致一定體積的血液流過所述轉子，從而流過患者的心臟。
目前，Impella® 幫浦能夠採用每分鐘介於約1.0至約6.0公升(lpm)之間的流速來輸送血液。然而，隨著越來越多外科手術使用Impella® ，對產生的血流速度增加超過這些位準的需求形成更高需求。此本質上意味著電動馬達需要較高的轉子速度。然而，由於涉及小幾何形狀，因此提高所述轉子轉速會產生某些影響，可能影響此小型幫浦的操作。例如，增加轉子速度可能涉及增加電動馬達內熱量產生(焦耳熱)。當該裝置透過皮膚插入心臟時，任何此增加熱量產生都可能造成災難性後果。另一考慮因素是裝置上的電阻負載，對電動馬達進行任何修改從而實現較高流速可能導致較高的電阻損耗。
各種技術已用來增加馬達的轉矩常數及/或效率，包括增加繞組匝數和馬達內線圈的裝載密度。然而，此佈局受限於馬達的限制，諸如馬達尺寸(例如，直徑及/或長度)。此導致後置處理方法的實施，例如機械擠壓線圈，以符合馬達尺寸限制，然而此方法已損害馬達的可靠性，例如，損壞形成線圈的導線絕緣，形成短路。
鑑於如前述現有技術的缺點，明顯需要在維持或提高電動馬達效率的同時加馬達產生的流速。
如前述，本說明書揭露的裝置係用於解決現有技術的各種問題和缺點。更具體是，本說明書揭露的血管內血液幫浦係用於插入患者心臟。該血液幫浦包含一細長殼體，該殼體具有一連接到導管的近端及一耦接到該幫浦的遠端，該殼體具有一縱軸。該血液幫浦亦包含一收容在該殼體內的無槽式永磁馬達，該馬達具有p 磁極對和n 相，其中p 是大於零的整數，且n 是≥3的整數。該馬達包含一定子，該定子沿著該殼體的一縱軸延伸且具有2np 纏繞線圈，以形成每永磁極對的每相兩線圈。該定子包含一含有np 線圈的內繞組，其中每相的一線圈係採用每極對的相順序以配置相鄰於不同相的一線圈，針對所有極對繞該定子的圓周重複該配置，使得該內繞組的每個線圈繞該定子的橫截面跨360o /(np )機械角度，該內繞組具有一外表面。該定子亦包含一外繞組，該外繞組亦包含配置在所述內繞組的外表面上的np 線圈，該外繞組中每相的多個線圈係與該內繞組中的多個線圈在圓周方向上對齊，該內繞組具有每極對同相，使得該外繞組的每個線圈亦繞該定子的橫截面跨360o /(np )機械角度。在所述定子中，每極對同相的多個線圈係連接，使得流過多個線圈的電流是相同方向。本說明書所述的線圈繞組是利用磁線形成。磁線對於熟習該項技藝者是眾所周知，因此不在本說明書詳細描述。此外，該馬達包含一磁鐵，其係支援用於在與該定子的磁性相互作用時旋轉，藉此促成血液流過幫浦。
在另一實施例中，提供一具有p 磁極對和n 相的無槽式永磁馬達，其中p 是大於零的整數，且n 是 ≥3的整數，該馬達具有一縱軸。該馬達包含一定子，該定子沿著該殼體的一縱軸延伸，並具有2np 纏繞線圈，以形成每永久磁極對的每相兩線圈。該定子包含一含有np 線圈的內繞組，其中每相的一線圈係採用每極對的相順序以配置相鄰於不同相的一線圈，針對所有極對繞該定子的圓周重複該配置，使得該內繞組的每個線圈繞該定子的橫截面跨360o /(np )機械角度，該內繞組具有一外表面。該定子亦包含一外繞組，該外繞組亦包含配置在該內繞組的外表面上的np 線圈，該外繞組中每相的多個線圈係與該內繞組中的多個線圈在圓周方向上對齊，該內繞組具有每極對同相，使得該外繞組的每個線圈亦繞該定子的橫截面跨360/(np )機械角度。在該定子中，每極對同相的多個線圈係連接，使得流過多個線圈的電流方向相同。此外，該馬達包含一磁鐵，該磁鐵支撐在與該定子的磁相互作用時旋轉，藉此促成該轉子的旋轉。
在某些實施中，該外繞組包含至少相同於該內繞組的繞組匝數。在某些實施中，每個線圈包含兩層磁線，每層磁線沿著該定子的長度縱向延伸。在某些實施中，每個線圈中的多個磁線沿著線圈的跨度順序彼此相鄰配置。在進一步實施中，多個線圈的內繞組建立均勻基礎結構，在該基礎結構上重疊線圈的外繞組。在其他實施中，一相的多個線圈採用星形或三角形組態以連接其他相的多個線圈。在某些實施中，每相的多個線圈係串聯或並聯連接。
在某些實施中，該等2np 線圈包含螺旋繞組、菱形繞組、習知繞組和混合繞組之任一者。在進一步實施中，該馬達包含三相單極對機。在其他實施中，該馬達包含六線圈雙極電機，每個線圈繞該定子的橫截面跨120機械角度。在某些實施中，該轉子採用介於約1.0 lpm至約6.0 lpm之間的速率來幫浦式輸送血液。在其他實施中，該幫浦可插入患者心臟的右心室。在進一步實施中，該幫浦可插入患者心臟的左心室。
在一內繞組中包含np 線圈及一外繞組中包含np 線圈的雙繞組中形成每磁極對的每相兩線圈的2np 纏繞線圈之配置，允許更多導線使用在一電動馬達中的可用空間，從而提供更佳利用馬達空間設計。相較於使用單繞組定子的馬達，此提高該馬達的效率。
在一進一步實施中，提供一形成用於無槽式永磁馬達的定子之方法，該馬達具有p 磁極對和n 相，其中p 是大於零的整數，且n 是≥3的整數，該定子沿縱向延伸並包含2np 纏繞線圈，以形成每永久磁極對的每相兩線圈。該方法包含形成一包含np 線圈的內繞組，其中每相的一線圈係採用每極對的相順序以配置相鄰於不同相的一線圈，針對所有極對繞該定子的圓周重複該配置，使得該內繞組的每個線圈繞該定子的橫截面跨360o /(np )機械角度，該內繞組具有一外表面。然後，該方法包含形成亦包含配置在該內繞組的外表面上的np 線圈的外繞組，該外繞組中每相的多個線圈係與該內繞組中的多個線圈在圓周方向上對齊，該內繞組具有每極對同相，使得該外繞組的每個線圈亦繞該定子的橫截面跨360/(np)機械角度。其次，該方法包含電連接每極對同相的多個線圈，使得電流沿相同方向流過多個線圈。
在某些實施中，該方法更包含形成所述外繞組，使得該外繞組包含至少相同於該內繞組的繞組匝數。在某些實施中，該方法亦包含形成多個線圈，使得每個線圈包含兩層磁線，每層磁線沿著該定子的長度縱向延伸。在其他實施中，每個線圈中的多個磁線沿著相對線圈的跨度順序彼此相鄰配置。此提供在該定子的多個線圈中磁線的精確順序和小型配置，從而形成不需要機械擠壓以裝配到電動馬達磁軛中的最小線圈厚度。該定子是多個線圈和磁軛的組合。所述定子厚度是線圈厚度和磁軛厚度的總和。本說明書所述的線圈厚度不包含磁軛厚度。多個線圈的精確順序和小型配置提高該雙繞組定子的可靠性，因為對圍繞形成繞組的導線周圍絕緣完整性沒有風險。此最小線圈厚度亦允許在該電動馬達中使用一較大轉子磁鐵及/或一較厚磁鋼軛，從而使該馬達比所述使用定子的馬達(其中隨機纏繞多層磁線)實現較高效率。
在某些實施中，該方法包含採用星形或三角形組態以連接一相的多個線圈與其他相的多個線圈。在某些實施中，該方法包含串聯或並聯連接的每相的多個線圈。在其他實施中，該方法包含使用一選自螺旋、菱形、習知和混合之任一者的線圈繞組圖案以形成該等2np 線圈。在某些實施中，該定子適合用於具有三相和單極對的馬達。在某些實施中，該定子適合用於六線圈單極對馬達，每個線圈繞該定子的橫截面跨120機械角度。
參考附圖詳細描述本發明的實施例，其中相同元件符號表示類似或相同元件。應瞭解，所揭露的實施例僅是能以各種形式具體實施之本發明的示例。為避免不必要的細節造成本發明模糊，眾所熟知的功能或構造並未詳細描述。因此，本說明書揭露的特定結構和功能細節不應解釋為限制，而僅是作為申請專利範圍的基礎、及作為教示熟習該項技藝者採用實際任何適當詳細結構以變化性採用本發明的代表性基礎。
為提供整個瞭解本說明書描述的裝置，將描述某些說明性實施例。雖然本說明書描述的實施例和特徵特別描述結合血管內血液幫浦使用，但是將瞭解，下面概述的所有組件和其他特徵可採取任何適當方式彼此組合，並可調適及應用於需要有效馬達的其他型式程序。
本說明書所述的裝置和方法有關一用於插入患者心臟的血管內血液幫浦。該血液幫浦包含一細長殼體，該殼體具有一連接到導管的近端和一耦接到該幫浦的遠端，該殼體具有一縱軸。該血液幫浦亦包含一收容在該殼體內的無槽式永磁馬達，該馬達具有p 磁極對和n 相，其中p 是大於零的整數，且n 是≥3的整數。該馬達包含一定子，該定子沿著該殼體的一縱軸延伸，並具有2np 纏繞線圈，以形成每永磁極對的每相兩線圈。該定子包含一內繞組，該內繞組包含np 線圈，其中每一相的一線圈係採用每極對的相順序以配置相鄰於不同相的一線圈，針對所有極對繞該定子的圓周重複該配置，使得該內繞組的每個線圈繞該定子的橫截面跨360o /(np )機械角度，該內繞組具有一外表面。該定子亦包含一外繞組，該外繞組亦包含配置在該內繞組的外表面上的np 線圈，該外繞組中每相的多個線圈係與該內繞組中的多個線圈在圓周方向上對齊，該內繞組具有每極對同相，使得該外繞組的每個線圈亦繞該定子的橫截面跨360/(np )機械角度。在該定子中，每極對同相的多個線圈可串聯或並聯連接，使得流過多個線圈的電流沿相同方向。此外，該馬達包含一磁鐵，該磁鐵係支援用於與該定子的磁相互作用時旋轉，從而促成血液流過馬達。
本發明的血管內血液幫浦採用一具有獨特定子的電動馬達。此一定子包含一雙繞組(或四層)線圈，其導致改善利用馬達設計空間。相較於一含有單繞組(或兩層)線圈的定子，此促成增加馬達的銅線使用，因此明顯提高馬達的轉矩能力。該定子亦使馬達能夠實現較高的馬達常數和較高的馬達效率。應注意，由於馬達的固定幾何形狀，當實施雙繞組定子而不是單繞組定子時，由於定子線圈較厚，因此需要使用一較小磁鐵及/或較薄磁軛。因此，增加該雙繞組定子中的磁線數量，同時折衷用於轉子的較小磁鐵及/或減小磁軛的厚度。此導致一較低的磁通密度。然而，更多磁線的效果大大彌補較小轉子磁鐵和較薄磁軛所導致的磁通密度降低。在某些實施中，為維持與單繞組定子相當的線圈電阻，可在該雙繞組定子中使用較粗的磁線。此一雙繞組定子包含在前述組態中連接的每磁極對的每相兩線圈。相較於採用單繞組定子具有每磁極對的每相單線圈之血液幫浦，此提供增加約20%至約50%的馬達轉矩常數。在某些實施中，該馬達轉矩常數可增加約25%、約30%、約35%、約40%或約45%。
此外，增加電動馬達的定子中的磁線數量的習知嘗試已導致不均勻的多層定子。導線在此定子中的不規則配置會導致隨機纏繞定子過大，特別是厚度過大。此隨機纏繞定子通常需要機械擠壓以通過減小線圈的直徑及/或增加線圈的內徑來減小線圈的厚度，然後將其用於電動馬達。對照下，根據本發明的實施例之雙繞組定子在該定子的每個線圈中提供磁線的循序配置，從而導致定子具有更小型的線圈。由於相較於隨機纏繞多層定子，線圈相對較薄，因此該等雙繞組定子在使用前不需要或只需進行最小機械擠壓，從而保持導線絕緣完整性，以提高馬達的可靠性。
以下包括使用下列術語來描述定子。該定子包含至少一電連接一起的繞組，諸如，例如一內繞組和一外繞組。該等繞組之每一者繞該定子的橫截面跨360°。此外，該等繞組之每一者包含複數個用於三相電動馬達的線圈，諸如，例如線圈(A、B、C)，其均勻沿該定子的整個360°跨度周向配置。例如，線圈(A、B、C)之每一者可繞該定子的橫截面跨120°。每個線圈包含複數個匝N 。例如，每個線圈可包含65個繞組匝。該等N 匝之每匝包含一磁線，該磁線具有一從該繞組的一近端縱向延伸至一遠端的前部、及一從該遠端延伸至該近端的折回部。當完成由線圈(A、B、C)組成的每個繞組(內繞組或外繞組)時，其形成兩層線圈。因此，整體來說，該雙繞組定子形成四層線圈。
圖1示意說明根據本發明的一實施例之用於插入患者心臟的示例性血管內血液幫浦(100)。血液幫浦(100)包含沿著一縱軸(105)配置的一馬達單元(110)和一幫浦單元(120)。該馬達單元(110)包含一電動馬達，該電動馬達包括收容在殼體(112)內的一定子(140)和一轉子(150)。該定子(140)沿著該馬達單元(110)的長度從一近端(142)延伸到一遠端(143)，並包含採用一特定圖案纏繞的線(144)，其細節將在下面提供。該定子(140)係界定一定位所述轉子(150)的中心腔(145)。該定子(140)是無槽式，使得線(144)纏繞在其本身上而不纏繞在一層疊的定子心。饋線(146、147)提供從該血液幫浦(100)到該定子(140)的外部必要電連接，供操作馬達單元(110)。該等線(144)之每一者可具有一絕緣塗層(未顯示)，而且，選擇上，該定子(140)可由一合成環氧樹脂(亦未顯示)所組裝。
在圖1中，該定子(140)和該殼體(112)被描繪為分離組件，然而應瞭解，該定子(140)可封裝在該殼體(112)內以形成一單組件。該殼體(112)包含一近端(114)和一遠端(116)。該殼體(112)的近端(114)耦接到一導管(130)的遠端(134)，該導管可包含一軟管。導管(130)包含一朝向醫師(即是，近端)延伸的內腔(132)，供控制及操作該血液幫浦(100)。
該轉子(150)包含一永磁鐵(152)，該永磁鐵圍繞該定子(140)的中心腔(145)內的一軸(153)旋轉支撐。永磁鐵(152)可包含圓柱形永磁鐵(152)，其圍繞該馬達單元(110)內的軸(153)。軸(153)從該馬達單元(110)延伸入該幫浦單元(120)，並促成一葉輪(160)旋轉供幫浦式輸送血液。在某些實施中，該轉子(150)可包含數個附接到該軸(153)的永磁鐵，或者一具有其自己轉子繞組的電磁磁鐵。此外，雖然圖1示意說明該轉子(150)可在該定子(140)內旋轉，但是該馬達單元(110)可構造成使得該定子(140)繞該軸(153)保持靜止，且該轉子(150)構造為一繞該定子(140)旋轉的圓柱體。軸(153)沿著該馬達單元(110)的長度延伸並延伸入該幫浦單元(120)的圓柱殼體(122)中。在某些實施中，該軸(153)可為中空，且包含例如一用於引導線通過的內腔(154)。
該軸(153)的遠端係耦接到一位於該幫浦殼體(122)內的葉輪(160)。該馬達單元(110)的定子(140)和轉子(150)之間的相互作用在該轉子(150)中產生轉矩，使該軸(153)旋轉，然後使該葉輪(160)在圓柱幫浦殼體(122)中旋轉。當此發生時，血液經由一軸向進入口(124)吸入該幫浦中以沿軸向輸送，血液從開口(126)側向流出並沿著殼體(112)軸向流動。如此，該血液幫浦(100)在患者心臟內產生血液流動。
所述電動馬達亦包含一收容在該殼體(112)內的磁軛(113)。該磁軛(113)承載由該轉子(150)的永磁鐵極產生的磁通量。在某些情況下，該殼體(112)可用作所述磁軛(113)。由於該磁軛(113)是該電動馬達的最外部組件，因此其內徑限制該定子(140)的尺寸。
圖2A-2D示意說明根據本發明的一實施例之示例性繞組圖案(210-213)。在圖2A至圖2D中，顯示不同繞組圖案的個別繞組匝結構，諸如圖1所示的線(144)，然而，應瞭解，整個定子(諸如圖1所示定子(140))將通過軸向與有角度的配置複數個線匝圍繞該馬達單元的縱軸(諸如圖1所示的縱軸(105))旋轉而獲得。圖2E-2H分別示意說明圖2A-2D所示多個線圈繞組類型之每一者的整個定子的多個線圈繞組圖案。圖2E-2H所示的多個繪圖之每一者的水平軸係表示沿著相對定子的圓周的角位置，且垂直軸係表示從該定子的遠端移到近端的相對定子的縱向長度。
圖2A-2D示意說明用於電動機械的線圈中的個別匝的示例性繞組圖案。圖2A至圖2D所示的多個繞組圖案可用於形成圖1所示該馬達單元(110)的定子(140)。圖2A顯示個別線圈繞組圖案(210)，其中線圈中的每條線(214)沿著該線圈的長度從一近端(221)延伸到一遠端(225)。在遠端(225)處，該線(214)沿著該定子的外邊緣跨180機械角度，並折回到近端(221)。因為該線(214)的端點兩者終結於近端(221)處，使得線圈繞組圖案(210)可能面臨端匝堆疊問題，其中在該線圈繞組(210)的近端(221)處的該等複數個導線之每一者必須電連接到該定子饋線，此然後可能導致擁擠和連接問題。圖2E顯示由具有圖2A所示匝數的線圈形成的整個線圈繞組圖案。圖2B顯示個別菱形線圈繞組圖案(211)，其中每條線(215)採用一彎曲組態配置。不像圖2A所示的線圈繞組圖案(210)，菱形線圈繞組圖案包含一連續線，該連續線纏繞數次，每個完整匝成角度移位以形成如圖2F所示的整個線圈繞組圖案。當在該定子中採用菱形線圈繞組圖案的彎曲組態時，可能需要後置組合每個個別相的多個線圈。
圖2C顯示一個別螺旋線圈繞組圖案(212)，其中每條線(216)採用一橢圓組態配置。該螺旋線圈繞組圖案(212)類似於圖2B所示的菱形線圈繞組圖案(211)，但是沒有彎曲，其簡化線圈繞組處理。該螺旋線圈繞組是一單步繞組，無需任何後置組合步驟即可容易形成。圖2G顯示具有圖2C所示螺旋線圈繞組圖案的整個線圈繞組圖案。圖2D顯示個別混合線圈繞組圖案(213)，其包含如圖2A所示線圈繞組和如圖2B所示菱形線圈繞組的混合之一線圈繞組。此一混合線圈繞組允許通過調整線圈的水平至垂直縱橫比以實現最佳的轉矩與電阻比。圖2H顯示一包含圖2D所示混合線圈繞組圖案的整個線圈繞組。
以下揭露內容在多個個別定子中利用圖2C所示的個別螺旋線圈繞組圖案和圖2G所示的相關整個線圈繞組圖案。然而，將瞭解，本發明中的多個定子可採用如有關圖2A-2D所述繞組圖案之任一者。此外，在本發明的某些實施中，可採用任何其他繞組圖案。
圖3和圖4示意說明用於電動馬達的示例性定子的橫截面，諸如圖1所示馬達單元(110)的定子(140)。圖3和圖4所示的該等定子的橫截面係沿著如圖1所示線條X-X'截取。圖3顯示一定子(300)，該定子包含用於具有單磁極對的三相電動馬達的每磁極對的每相單線圈。通過此配置，定子(300)是一單繞組定子(或兩層線圈定子)。在本發明中，該電動馬達的三相稱為相(A、B、C)。在單繞組定子(300)中，每相包含一線圈，相A的線圈(310)(標示「A」)、相B的線圈(311)(標示「B」)、及相C的線圈(312)(標示「C」)。該等線圈(310-312)之每一者包含一具有複數個N 匝的繞組，其中N 為整數，且N ＞1，其中每個線圈具有相同匝數。該等繞組由採用特定方式纏繞的線形成，諸如有關圖2A-2D所述之類，從而導致每個線圈具有一起點和一終點，如圖3的該等導線(320-325)所示。在某些實施中，該等繞組由絕緣的磁線形成。將針對具有如圖2C和2G所示螺旋線圈的定子以描述本發明的實施例，然而應瞭解，可採用任何繞組類型。
如圖3所示，該等線圈(310-312)的角度分佈使得其繞該定子(300)周圍均勻分佈，其中每個線圈繞該定子(300)的橫截面的圓周跨120機械角度。對於具有n 相和p 磁極對的普通電動馬達而言，當定子(300)用於具有每磁極對單線圈的三相電動馬達時，具有每磁極對單線圈的單繞組定子之每個線圈將繞該定子的橫截面圓周跨360/(np )機械角度。至於多個線圈繞該單繞組定子(300)的縱軸的軸向分佈，該等線圈(310-312)的繞組構造成使得其的每一者從該定子(300)的近端(諸如圖1所示定子(140)的近端(142))纏繞，縱向延伸向遠端(諸如圖1所示定子(140)的遠端(143))，並折回到近端。如此，所述定子(300)的該等線圈(310-312)之每一者有效包含一單繞組。在圖3所示的組態中，該等線圈(310-312)之每一者的導線位於該定子(300)的近端處供連接電動馬達的饋線，諸如如圖1所示的饋線(146、147)。
應注意，由於形成所述單繞組定子的方式，用於每個線圈(310-312)的導線(320-325)位於相對線圈的跨度的任一端上。例如，線圈(A)係通過從一第一端(320)沿著該定子的圓周沿著一第一方向(例如，逆時針)繞該線圈的120°跨度纏繞一磁線直到磁線形成一第二端(321)的線圈跨度的末端為止而形成。此外，在所述單繞組定子(300)中，線圈A係在形成線圈(B、C)之前整體形成。
圖4顯示根據本發明的一實施例之包含用於一具有單極對的三相電動馬達的每磁極對的每相兩線圈之定子(400)。在此配置下，定子(400)是一雙繞組定子(或四層線圈定子)，且當如圖2C所示使用個別螺旋線圈繞組圖案實施時，該定子(400)是一類似於圖2G所示完整繞組的雙螺旋繞組定子。在該定子(400)中，該三相電動馬達的每相(A、B、C)包含兩線圈。因此，相A包含線圈(410)(標示「A1」)和線圈(411)(標示「A2」)；相B包含線圈(412)(標示「B1」)和線圈(413)(標示「B2」)；及相C包含線圈(414)(標示「C1」)和線圈(415)(標示「C2」)。此外，如圖4所示，定子(400)具有一包含線圈(A1、B1、C1)的內繞組、及一包含線圈(A2、B2、C2)的外繞組。
參考圖3所示的單繞組定子(300)，本發明的所述雙繞組定子(400)是一較厚線圈，其可具有比所述單繞組定子(300)較小的內徑及/或較大的外徑。在某些實施中，相較用於所述單繞組定子(300)的磁線，在該雙繞組定子(400)中使用較粗磁線，以維持相當的線圈電阻。因此，如果所述單繞組定子(300)的每個線圈(310-312)包含一具有N 匝的繞組，其中N 是整數且N ≥ 1，則該雙繞組定子(400)中每相(A、B、C)的多個線圈包含具有約1.5N 匝至約2N 匝的繞組，該內繞組中的每個線圈(A1、B1、C1)具有相同匝數，而該外繞組中的每個線圈(A2、B2、C2)具有相同匝數。然而，由於增加該雙繞組定子(400)的直徑，應注意，該外繞組中的該等線圈(A2、B2、C2)之每一者的匝數具有較大於該內繞組中的該等線圈(A1、B1、C1)之每一者的匝數。應注意，該雙繞組定子(400)使用較粗磁線實施以降低線圈電阻，從而導致該雙繞組定子具有約1.5N 匝至約2N 匝。如前述，該等線圈(410-415)之每一者是利用具有一起點和一終點的螺旋繞組形成，如圖4的導線(420-431)所示。
線圈(410-415)的角度分佈使得其在該定子(400)周圍均勻分佈，其中每個線圈繞該定子(400)的橫截面的圓周跨120機械角度。雖然對於一具有n 相和p 磁極對的普通電動馬達而言，定子(400)用於具有每磁極對的每相兩線圈的三相電動馬達中，但是該定子(400)包含一內繞組和一外繞組。該內繞組包含np 線圈，其中每相的一線圈係採用每極對的相順序以配置相鄰於不同相的一線圈，針對所有極對繞該定子的圓周重複該配置，使得該內繞組的每個線圈繞該定子的橫截面跨360o /(np )機械角度。該外繞組的線圈提供一外表面，在該外表面形成所述外繞組的多個線圈。該外繞組亦包含配置在該內繞組的外表面上的np 線圈，該外繞組中每相的多個線圈係與該內繞組中的多個線圈在圓周方向上對齊，該內繞組具有每極對同相，使得該外繞組的每個線圈亦繞該定子的橫截面跨360/(np)機械角度。
該雙繞組定子(400)中的個別線圈(A1、B1、C1)的繞組圖案係相同於所述單繞組定子(300)中的個別線圈(A、B、C)的繞組圖案。然而，在該雙繞組定子(400)中，在形成所述內繞組之後，形成所述外繞組的線圈(411、413、415)的多個繞組之每一者係纏繞在形成該內繞組的線圈(410、412、414)的外表面上，其從該定子(400)的近端縱軸延伸向遠端，然後折回到近端。如此，該內繞組和該外繞組之每一者有效包含兩層導線，因此稱為四層線圈定子。該等線圈(410-415)之每一者的導線係位於該定子(400)的近端，供連接所述電動馬達的該等饋線，諸如如圖1所示的饋線(146、147)。
應注意，由於形成該雙繞組定子(400)的方式，使得分別用於該內繞組的線圈(410、412、414)的導線(420-421、424-425、428-429)、及分別用於該外繞組的線圈(411、413、415)的導線(422-423、426-427、430-431)位於相對線圈的跨度的任一端。例如，通過從一第一端(420)沿著該定子的圓周在一第一方向(例如，逆時針)繞線圈的120°跨度纏繞線圈直到線圈的跨度的末端，從而形成線圈(A1)，其中磁線形成一第二端(421)。在形成線圈(A1)之後，然後形成包含其餘內繞組的多個線圈(即是，線圈(B1、C1))。只要一旦內繞組完全形成後，才開始形成包含外繞組的多個線圈。因此，在形成線圈(A1、B1、C1)之後，形成線圈(A2、B2、C2)。通過從一第一端(422)沿著該定子的圓周沿著一第一方向(例如，逆時針)繞線圈120°跨度纏繞線圈直到線圈跨度的末端，從而形成線圈(A2)，其中磁線形成一第二端(423)。在形成線圈(A2)之後，然後形成該等包含其餘外繞組的多個線圈。本發明的繞組順序導致一繞組，其中將多條線精確排列從而實現盡可能小型化的四層線圈定子。此將保持形成相對線圈的導線完整性，此將在以下有關圖9A-9B的部分中詳細說明。
應注意，該雙繞組定子(400)係至少兩倍於所述單繞組定子(300)的厚度。此意味，該雙繞組定子(400)相較於所述單繞組定子(300)可具有較小的內徑及/或較大的外徑。當在電動馬達中使用該雙繞組定子(400)時，由於該電動馬達內的固定尺寸，使得將需要一較小磁鐵及/或一較薄磁軛。所述較小磁鐵及/或一較薄磁軛兩者降低磁通密度，因此損害馬達轉矩常數和馬達效率。然而，相較於所述單繞組定子(300)，該雙繞組定子(400)內的線圈繞組匝數增加的好處超過所述較小磁鐵及/或一較薄磁軛，從而導致明顯增加馬達轉矩常數和馬達效率。
圖5示意說明在三相雙極電動馬達中採用該雙繞組定子(400)的圖1所示血液幫浦(100)的電動馬達(110)的示​​例性橫截面(500)。為清楚起見，圖5省略形成線圈(410-415)的繞組。將參考圖5描述在操作期間在定子(400)的多個線圈中的流動電流與該雙極轉子的磁通密度的相互作用。如有關圖1的描述，轉子(150)在使用時處於恆定旋轉。圖5描述當該轉子如圖所示定位時的瞬間該轉子(150)的位置。在所示的位置，該永磁鐵轉子(150)產生一磁通密度B ，且該等線圈(410-415)之每一者承載可縱向導引(進入頁面或離開頁面)的電流。根據勞侖茲力(Lorentz force)定律，在垂直於磁通量密度B 的方向上，所述磁通量密度B 和載流線L 的縱向長度之間的相互作用在該轉子(150)內產生一供其旋轉的轉矩T ，如下列公式所示：
Figure 02_image001
(1) 其中
Figure 02_image003
是平行於該轉子(150)的縱軸(105)之方向，
Figure 02_image005
是垂直於該轉子(150)的縱軸(105)的磁通密度B 的徑向，且x表示向量外積(Vector cross product)。因此，定子(400)中的電流流動引起該轉子(150)繞縱軸(105)旋轉，然後使耦接該轉子軸(153)的遠端的葉輪(160)的對應旋轉。隨著磁通密度B 的邊際減少，本說明書的所述定子(400)試圖明顯增加L ，以增加馬達中的轉矩產生。
相較於單繞組定子，本發明的所述雙繞組定子(400)通過加倍每一相的線圈數量而增加電動馬達的繞組匝數。然而，如將有關圖9A-9B的討論，本發明的所述雙繞組定子不僅有關加倍每相的線圈數量。而是，本發明的所述雙繞組定子(400)使用一獨特繞組順序形成，其中形成該內繞組的多個線圈的線係先順序形成，然後順序在該內繞組的外表面上形成用於形成該外繞組的多個線圈的線。此一纏繞順序增加該轉子(150)的外徑與該磁軛(113)的內徑之間的多個線圈的裝載密度。因此，本發明的所述雙繞組定子(400)相當增加公式(1)的L 組分，因為該定子(400)的載流線數量增加，且不需要減小磁鐵尺寸和磁軛的厚度。
如有關圖1的簡要討論，該血液幫浦(100)的外徑受限於用來將該幫浦定位在患者心臟內的導管內徑。目前，用於Impella®幫浦的導管的最大內徑約為14 Fr。因此，如圖5所示，該電動馬達的尺寸x +y +z 受到所述導管內徑的限制，其中x 是該轉子(150)的半徑、y 是該定子線圈的厚度、且z 是該磁軛(113)的厚度。為增加該馬達中的磁通密度B ，(i)可使用較大的永磁鐵(即是較大x )；(ii)可較薄製成該線圈(即是較小y )；及(iii)可使用較厚磁軛(即是較大z )。
關於該雙繞組定子(400)的設計，當相較於所述單繞組定子(300)時，由於導管內的空間限制，而需要較厚的雙繞組定子線圈(較大y )及產生的較小永磁鐵(較小x )及/或較薄的磁軛(較小z )，因此減小馬達的磁通密度B 。此降低公式(1)中的B 組分。然而，為了前述原因，由於線圈的繞組匝數更多，使得L 增加大於B減少。淨效果在於該轉子(150)中產生的轉矩增加。
所述單繞組定子(300)中的線圈(310-312)和本發明的所述雙繞組定子(400)中的線圈(410-415)可採用電動馬達的任何組態進行電連接，諸如，例如星形連接或三角形連接。圖6A顯示採用一示例性星形組態(600)連接的圖3所示單繞組定子(300)的該等線圈(310-312)。線圈(310-312)分別表示為其電阻(RA、RB、RC)。在圖6A(及接續的圖6B和6C)中，「s」表示一線圈的起始導線，而「e」表示一線圈的終止導線。在所述星形組態(600)中，線圈(310)的端點「Ae」、線圈(311)的端點「Be」、和線圈(330)的端點「Ce」係連接在一起。線圈(310)的起點「As」、線圈(311)的起點「Bs」、和線圈(312)的起點「Cs」係連接到一饋線，諸如圖1所示該血液幫浦(100)的饋線(146、147)。如此，所述星形組態(600)的每個分支包含一單負載，該負載對應於所述單繞組定子(300)中每相的多個線圈。
圖6B顯示根據本發明的一實施例之雙繞組定子(400)中的多個線圈的示例性電連接。圖6B顯示採用星形組態連接的該定子(400)的多個線圈，其中每相A、B和C的多個線圈係串聯連接。在本說明書中，線圈(410-411)分別表示為相A的電阻(RA1、RA2)；線圈(412-413)分別表示為相B的電阻(RB1、RB2)；線圈(414-415)分別表示為相C的電阻(RC1、RC2)。如前述，定子(400)包含配置在一內繞組和一外繞組中的線圈。該內繞組的多個線圈(410、412、414)之每一者包含N 匝，而所述外繞組的多個線圈(411、413、415)之每一者包含至少N 匝，其中N 是該定子(300)的每個線圈中的匝數。因此，該雙繞組定子(400)中每相的繞組總匝數可為所述單繞組定子(300)中每相的繞組總匝數的1.5至2.0倍。因此，該雙繞組定子(400)的每相電阻係較高於所述單繞組定子(300)的每相電阻。應注意，在某些實施中，相較於所述單繞組定子(300)，該雙繞組定子(400)中使用較粗的磁線以實現一等效電阻。
眾所熟知，馬達常數Km 可表示馬達效率，其定義如下：
Figure 02_image007
,             (2) 其中kT 為轉矩常數，R是線圈電阻。此外，已知道，轉矩常數kT 是每單位電流I 的轉矩T ，因此可使用下列關係式來決定所述轉矩常數：
Figure 02_image009
,                (3) 其中B 是磁通密度，L 是載流線在垂直於磁通密度方向上的長度。
如有關圖5的討論，本發明的所述雙繞組定子(400)將L 的作用增加約1.5倍至約2倍，同時相較於所述單繞組定子(300)，由於較大y (較厚線圈)、較小x (較小磁鐵)及/或較小z (較薄磁軛)，使得明顯減小B 對該轉子(150)中所產生轉矩T 的作用。根據公式(1)和(3)，此增加馬達轉矩常數kT 約20%至約50%。在其他實施中，所述馬達轉矩常數可增加約25%、約30%、約35%、約40%或約45%。此外，相較於一單繞組定子(300)，由於增加該雙繞組定子(400)中每相的匝數，因此較粗線用來實現相當於單繞組定子(300)的線圈電阻。因此，根據公式(2)，可預期到，本發明的所述雙繞組定子(400)將馬達常數Km 增加超過所述單繞組定子(300)的馬達常數。此導致馬達效率增加。
如圖6B的連接圖所示，星形組態(650)的每個分支包含兩串聯連接的線圈，使得流過同相的多個線圈的電流沿相同方向，即是，該等兩線圈採用一線圈的端點連接到另一線圈的起點之方式連接。例如，對於相A而言，分別由電阻(RA1、RA2)表示的線圈(410-411)連接成使得端點「A1e」連接到起點「A2s」。同樣是，分別由電阻(RB1、RB2)所表示的相B的線圈(413)的端點「B1e」和線圈(414)的起點「B2s」係連接在一起，且分別由電阻(RC1、RC2)所表示的相C的線圈(414)的端點「C1e」和線圈(415)的起點「C2s」係連接在一起。相A的線圈(410)的電阻(RA1)的起點「A1s」、相B的線圈(412)的電阻(RB1)的起點「B1s」、和相C的線圈(414)的電阻(RC1)的起點「C1s」連接到一饋線，諸如圖1所示血液幫浦(100)的饋線(146、147)。此外，相A的線圈(411)的電阻(RA2)的端點「A2e」、相B的線圈(413)的電阻(RB2)的端點「B2e」、和相C的線圈(415)的電阻(RC2)的端點「C2e」係連接在一起。
本發明的所述雙繞組定子(400)的該等線圈(410-415)連接的方式很重要，因為其決定該等線圈(410-415)在電動馬達操作期間如何與該轉子(150)產生的磁通密度相互作用。隨著如圖6B所示的星形組態(650)，流過定子(400)的線圈(A1)的電流方向係相同於流過線圈(A2)的電流方向。同樣是，流過定子(400)的線圈(B1)的電流方向係相同於流過線圈(B2)的電流方向，且流過定子(400)的線圈(C1)的電流方向係相同於流過線圈(C2)的電流方向。此意味，具有流過其的相同電流方向的線圈(A1、A2)兩者與該轉子的相同極相互作用。此外，具有流過其的相同電流方向的線圈(B1、B2)兩者與該轉子的相同極相互作用。此外，具有流過其的相同電流方向的線圈(C1、C2)兩者與該轉子的相同極相互作用。實際上，本發明的所述雙繞組定子(400)中的每相的多個線圈在該轉子的每極對中具有磁鐵相同極性。
圖6C顯示根據本發明的一實施例之雙繞組定子(400)中的多個線圈的進一步示例性電連接。在圖6C中，該定子(400)的多個線圈採用一星形組態(660)連接，其中每個相(A、B、C)的多個線圈係並聯連接，使得流過多個線圈的電流沿相同方向。此可參考圖6C，其中對於相A而言，分別由電阻(RA1、RA2)表示的線圈(410-411)連接成使得端點「A1e」和「A2e」連接到中央參考端子，而起點「A1s」和「A2s」連接到一饋線。同樣是，對於相B而言，分別由電阻(RB1、RB2)表示的線圈(412-413)連接成使得端點「B1e」和「B2e」連接到中央參考端子，而起點「B1s」和「B2s」連接到一饋線，且對於相C而言，分別由電阻(RC1、RC2)表示的線圈(414-415)連接成使得端點「C1e」和「C2e」連接到中央參考端子，而起點「C1s」和「C2s」連接到一饋線。
正如圖6B所示的組態(650)，在如圖6C所示的星形組態(660)中，流過定子(400)的線圈(A1)的電流方向係相同於流過線圈(A2)的電流方向。同樣是，流過定子(400)的線圈(B1)的電流方向係相同於流過線圈(B2)的電流方向，且流過定子(400)的線圈(C1)的電流方向係相同於流過線圈(C2)的電流方向。此意味，線圈(A1、A2)具有流過其的相同電流方向，且兩者都與該轉子的相同極相互作用。此外，線圈(B1、B2)具有流過其的相同電流方向，且兩者都與該轉子的相同極相互作用。此外，線圈(C1、C2)具有流過其的相同電流方向，且兩者都與該轉子的相同極相互作用。實際上，本發明的所述雙繞組定子(400)中的每相的多個線圈在該轉子的每極對中具有相同磁鐵極性。
圖7示意說明根據本發明的一實施例之用於具有三相A、B和C、及兩永磁極對(N1-S1、N2-S2)的電動馬達中的一雙繞組定子(700)的橫截面的另一示例。根據前述一般定義，使用雙繞組定子(700)的所述馬達具有n = 3和p =2。如有關圖4所示定子(400)的討論，雙繞組定子(700)亦包含每磁極對的每相兩線圈，形成總計12個線圈(710-721)。在定子(700)中，由於電動馬達中存在兩磁極對，使得三相電動馬達的每個相(A、B、C)包含兩線圈。因此，相A包含線圈(710-73)(分別標示「A1」、「A2」、「A3」和「A4」)、相B包含線圈(714-717)(分別標示「B1」、「B2」、「B3」和「B4」)、及相C包含線圈(718-721)(分別標示「C1」、「C2」、「C3」和「C4」)。如圖7所示，雙繞組定子(700)包含多個線圈的一內繞組和多個線圈的一外繞組。該內繞組包含六個線圈，其中每相的一線圈係採用每極對的相順序以配置相鄰於不同相的一線圈，針對所有極對繞該定子的圓周重複該配置，使得該內繞組的每個線圈繞該雙繞組定子(700)的橫截面跨360o /(np ) ＝ 360°/(3)(2)＝ 60°，該內繞組具有一外表面。該外繞組亦包含配置在該內繞組的外表面上的六個線圈，該外繞組中每相的多個線圈與具有每極對同相的內繞組中的多個線圈在圓周上對齊，使得該外繞組的每個線圈亦繞該雙繞組定子(700)的橫截面跨60°。此外，每極對同相的多個線圈可串聯或並聯連接，使得流過多個線圈的電流沿相同方向。
正如定子(400)的多個線圈，線圈(710-721)可採用星形或三角形組態電連接，其中(i)相A的線圈(710-713)係串聯或並聯連接沿著所述星形或三角形連接的相A分支連接到下一線圈的末端之一線圈的起始端子；(ii)相B的線圈(714-717)係串聯或並聯連接沿著所述星形或三角形連接的相B分支連接到下一線圈的末端之一線圈的起始端子；及(iii)相C的線圈(718-721)係串聯或並聯連接沿著所述星形或三角形連接的相C分支連接到下一線圈的末端之一線圈的起始端子。通過此一電連接，(i)流過線圈(A1、A3)的電流方向係相同於流過線圈(A2、A4)的電流方向；(ii)流過線圈(B1、B3)的電流方向係相同於流過線圈(B2、B4)的電流方向；及(iii)流過線圈(C1、C3)的電流方向係相同於流過線圈(C2、C4)的電流方向。簡而言之，無論同相的多個線圈是否串聯或並聯連接，流過同相的多個線圈的電流都沿相同方向流動。
在此配置中，線圈(A1-A4)具有電流流過其的相同方向，其中，例如，線圈(A1、A3)與極(S1)相互作用，而且，例如，線圈(A2、A4)與相同於極(S1)的極性的對應極(S2)相互作用，以使該轉子旋轉。同樣是，線圈(B1-B4)具有電流流過其的相同方向，其中，例如，線圈(B1、B3)與極(N1)相互作用，而且，例如，線圈(A2、A4)與相同於極(N1)的極性的對應極(N2)相互作用，以使該轉子旋轉。此外，線圈(C1-C4)具有電流流過其的相同方向，例如，其中線圈(C1、C3)與極(S2)相互作用，而且，例如，線圈(C2、C4)與相同於極(S2)的極性的對應極(S1)相互作用，以使該轉子旋轉。應注意，線圈(710-721)可由例如六步波直流控制器驅動，其在任何一次可兩相成對的方式交替對該等線圈(710-721)提供電流。因此，每相的多個線圈依次在該轉子中產生轉矩，從而使該轉子連續旋轉。
圖8示意說明根據本發明的一實施例之用於具有五相A、B、C、D和E、及一永磁極對N-S的電動馬達之一雙繞組定子(800)的橫截面的進一步示例。根據前述的一般定義，使用定子(800)的電動馬達具有n ＝ 5且p ＝ 1。如有關定子(400、700)所討論，雙繞組定子(800)亦包含每磁極對的每相兩線圈，從而產生總共10個線圈(810-819)。相A包含線圈(810-811)(分別標示「A1」和「A2」)；相B包含線圈(812-813)(分別標示「B1」和「B2」)；相C包含線圈(814-815)(分別標示「C1」和「C2」)；相D包含線圈(816-817)(分別標示「D1」和「D2」)；及相E包含線圈(818-819)(分別標示「E1」和「E2」)。如圖8所示，雙繞組定子(800)包含線圈的一內繞組和線圈的一外繞組。該內繞組包含五個線圈，其中每相的一線圈係採用每極對的相順序以配置相鄰於不同相的一線圈，針對所有極對繞該定子的圓周重複該配置，使得該內繞組的每個線圈繞該雙繞組定子(800)的橫截面跨360o /(np ) ＝ 360°/(5)(1)＝ 72°，該內繞組具有一外表面。該外繞組亦包含配置在該內繞組的外表面上的五個線圈，該外繞組中的每相的多個線圈係周向對齊具有每極對同相的該內繞組的多個線圈，使得該外繞組的每個線圈亦繞該雙繞組定子(800)的橫截面跨72°。此外，每極對同相的多個線圈係串聯或並聯連接，使得流過多個線圈的電流沿相同方向。
正如定子(400、700)的多個線圈，線圈(810-819)可採用星形或三角形組態電連接，其中(i)相A的線圈(810-811)係串聯或並聯連接一線圈的起始端子，該線圈沿著所述星形或三角形連接的相A的分支連接到下一線圈的末端；(ii)相B的線圈(812-813)係串聯或並聯連接一線圈的起始端子，該線圈沿著所述星形或三角形連接的相B的分支連接到下一線圈的末端；(iii)相C的線圈(814-815)係串聯或並聯連接一線圈的起始端子，該線圈沿著所述星形或三角形連接的相C的分支連接到下一線圈的末端；(iv)相D的線圈(816-817)係串聯或並聯連接一線圈的起始端子，該線圈沿著所述星形或三角形連接的相D的分支連接到下一線圈的末端；及(v)相E的線圈(818-819)係串聯或並聯連接一線圈的起始端子，該線圈沿著所述星形或三角形連接的相E的分支連接到下一線圈的末端。使用此一電連接，(i)流過線圈(A1)的電流方向係相同於流過線圈(A2)的電流方向；(ii)流過線圈(B1)的電流方向係相同於流過線圈(B2)的電流方向；(iii)流過線圈(C1)的電流方向係相同於流過線圈(C2)的電流方向；(iv)流過線圈(D1)的電流方向係相同於流過線圈(D2)的電流方向；及(v)流過線圈(E1)的電流方向係相同於流過線圈(E2)的電流方向。
在此配置中，線圈(A1-A2)具有流過其中的電流相同方向，其中線圈(A1-A2)在瞬間與極N相互作用。同樣是，其他相B-E之每一者的線圈在任何時刻與來自轉子的磁通量的相同極性相互作用，每相的多個線圈在所述瞬間具有流過其中的電流相同方向。線圈(810-819)由一馬達控制器驅動，該馬達控制器在任何時候對多相的多個線圈提供電流。因此，每相的多個線圈依序在該轉子中產生轉矩，從而使該轉子連續旋轉。
表1顯示具有分別含有單螺旋繞組和雙螺旋繞組定子的電動馬達之兩血液幫浦的代表性資料。尤其是，所述單螺旋繞組定子係類似於如前述的單繞組定子(300)，其使用如圖2C所示的螺旋繞組類型實施。該雙螺旋繞組定子係類似於如前述的該雙繞組定子(400)，其亦如圖2C所示的螺旋繞組類型實施。如圖所示，相較於所述單螺旋繞組定子，該雙螺旋繞組定子導致電動馬達的線圈電阻增加每相5.40 Ω (Ω /phase)，且轉矩常數增加1.236 x 10-3 N‧m/A，即是比所述單螺旋形定子增加40.5%。表1所示的結果確認根據本發明的實施例之所述雙繞組定子將線圈焦耳熱降低40%，而相較於使用一單雙繞組定子的馬達，則採用此一雙繞組定子的馬達產生相同轉矩來驅動該等幫浦。應注意，採用前述包含每磁極對的每相兩線圈的定子之血液幫浦構造成採用約1.0 lpm和約6.0 lpm的流動速率工作，其中「lpm」表示每分鐘公升數。
定子線圈類型 雙層螺旋組態 4層螺旋組態
轉矩常數(N‧m/A) x 10-3 0.88 1.236
每相的線圈電阻(Ω) 4.60 5.40
平均電流 (mA) 898 639
線圈熱量 (W) 7.42 4.41
[表1] 具有各種定子線圈組態的血液幫浦性能
如前述，增加從一單繞組定子至一雙繞組定子的磁線數量可減少相同輸出轉矩的線圈焦耳熱，因此提高馬達的整體效率。然而，將參考圖9A描述增加繞組匝數的習知實施。圖9A顯示一具有多層磁線的示例性定子(900)，其中該定子(900)中的導體數量從一雙層定子增加。定子(900)適用於具有相A、B和C的三相電動馬達。如前述的定子，相A包含一線圈「A」，相B包含一線圈「B」，且相C包含一線圈「C」。如圖所示，通過採用隨機方式僅增加每個線圈中的磁線匝數來增加該定子的每個線圈中的導體數量。在本說明書，在沒有任何精度或規律性下纏繞多個線。例如，如圖9A所示，線圈(A、B、C)之每一者是根據如開始於匝數1且結束於匝數65所示的數目而隨機置放磁線匝數形成。隨機置放每個線圈匝，而沒有任何順序，因為目標是在每個線圈中組裝特定數量的磁線。例如，當匝1-4配置形成相對線圈時，該等匝彼此間隔開。此導致每個線圈中隨機聚集磁線，此對空間導致不良利用，因為隨機置放導致例如當形成線圈時形成較大間隙(910)，然後可能在纏繞順序中被隨後纏繞的匝佔用。相對線圈內的此空間低效使用導致一厚且過大的定子(900)。
圖10A示意說明使用有關圖9A所述繞組順序形成的一示例性隨機纏繞多層定子(900)。圖10A顯示形成該定子(900)的磁線隨機配置，其中磁線是不規則且過度重疊。如圖10A所示定子的外表面的本質，此導致該定子的外表面的不規則繞組圖案。
過大的隨機纏繞多層定子(900)引發數個問題。首先，必須機械擠壓該定子，以滿足馬達定子的尺寸限制。機械擠壓可減小該定子(900)的厚度，使得其將裝配到具有固定內徑的馬達磁軛中。此機械擠壓是在形成該多層定子(900)之後需要的額外後置處理步驟。其次，機械擠壓使該定子(900)的每個線圈內的磁線的電絕緣之完整性造成風險。此是因為施加於機械擠壓該多層定子的力可能損壞每個磁線周圍的絕緣層。此磁線絕緣的損壞可能導致在操作期間的線圈內及/或線圈之間的短路。應明白，在沒有擠壓所述隨機纏繞多層定子(900)的情況下，將必須減小磁鐵的尺寸及/或磁軛的厚度，從而減小通過電動馬達的磁通密度B 。
圖9B示意說明根據本發明的一實施例之具有形成均勻纏繞線圈的四層磁線之示例性定子(950)。所述四層線圈定子(950)類似於圖4和5所示的雙繞組定子(400)。如前述，本發明的定子包含一內繞組(960)和一外繞組(965)。所述內繞組和外繞組之每一者包含如圖4和5所示的線圈。此外，所述內繞組和外繞組之每一者包含形成線圈的兩層磁線。在本說明書，如圖9B所示，每個線圈(A1、A2、B1、B2、C1、C2)是沿著繞該定子的近端之間的該定子的橫截面的相對線圈的120°跨度順序纏繞磁線形成，該等磁線縱軸延伸向遠端，並折回到近端，其為使用圖2E-2H所示的多個線圈繞組圖案之任一者。
當纏繞一磁線以在從該定子的近端到遠端的該內繞組的多個線圈之每一者中形成一第一匝(例如，所示匝1)時，匝1的磁線的前向部分形成在一第一層中，且當纏繞磁線從遠端折回到近端時，匝1的磁線的折回部分(標示「X」)形成在徑向向外相鄰所述第一層的一第二層中。在本說明書，相鄰是指「徑向緊鄰」(即是，其間沒有任何介入物)。因此，該第一匝由從該定子的近端到該定子的遠端(配置在所述第一層中的前向線部分)、及從該定子的遠端到該定子的近端(配置在所述第二層中標示「X」的折回線部分)的一連續銅纏繞線形成。此顯示在圖9B所示的橫截面中，其中匝1的前向線部分具有從前向線部分直接徑向向外緊鄰配置的一對應折回線部分X。此形成在該定子(950)的內繞組(960)和外繞組(965)之每一者內具有一第一層和一第二層的線圈，如圖9B的橫截面所示。磁線的此配置可在圖9B所示的定子(950)的橫截面中看到，其中內繞組(960)中的多個匝係針對該等線圈(A1、B1、C1)之每一者，沿著從0°至120°的相對線圈的跨度沿逆時針方向中採用從匝1至匝31的順序精確置放。由於每匝的前向線部分位於該第一層中，因此對應折回線部分自動置放在從前向線部分徑向向外緊鄰的所述第二層中。因此，對於每匝而言，在形成其餘線圈的後續匝之前，形成所述前向線部分(在所述第一層)和所述對應折回線部分(在所述第二層)。每個線圈中的每匝係緊鄰於先前形成匝而形成，即是，每匝係緊鄰先前匝形成，而其間沒有任何介入物。
定子(950)中匝的精確配置導致該內繞組(960)形成均勻的外表面，外繞組(965)的多個線配置在該外表面上。因此，在形成該內繞組的所有線圈(A1、B1、C1)之後，採取形成該內繞組的類似方式，在該內繞組的均勻外表面上形成該外繞組的該等線圈(A2、B2、C2)。對於該外繞組的多個線圈之每一者，從該定子的近端到遠端形成一第一匝(例如，所示匝32，其中該第一匝32的一磁線的前向部分形成在一第三層，且當纏繞的磁線從遠端折回到近端時，該第一匝32的磁線(標示「Y」)的折回部分形成在徑向向外相鄰於所述第三層的一第四層中。因此，該外繞組的第一匝32由從該定子的近端到該定子的遠端(配置在所述第三層中的前向線部分)、及從該定子的遠端到該定子的近端(配置在所述第四層中標示「Y」的折回線部分)纏繞的一連續磁線形成。
磁線的此配置可參考在圖9B所示定子(950)的橫截面，其中外繞組(965)中的多個匝係針對該等線圈(A2、B2、C2)之每一者，沿著該等相對線圈的120°跨度，在逆時針方向上精確採用匝32至匝65的順序配置。如此，該外繞組的匝32與內該繞組的匝1徑向對準，且該線繞組的匝65與該內繞組的匝31徑向對準。應注意，由於相較於所述內繞組，該外繞組有較大直徑，使得本發明的定子具有一比所述內繞組更多匝數的外繞組。例如，在圖9B中，在雙繞組定子(950)中，該外繞組具有34匝，且該內繞組具有31匝。相較於在所述隨機纏繞多層繞組定子(900)的不規則配置磁線，此導致一定子(950)包含採用緊密堆積配置排列的磁線。該雙繞組定子(950)更小型，因此相較於所述隨機纏繞多層定子(900)，其具有一較小厚度。
一用於形成定子(950)的示例性繞組順序可具有下列順序：(1)形成線圈(A1)的匝1-31、(2)形成線圈(B1)的匝1-31、(3)形成線圈(C1)的匝1-31、(4)在線圈(A1)的外表面上形成線圈(A2)的匝32-65、(5)在線圈(B1)的外表面上形成線圈(B2)的匝32-65、(6)在線圈(C1)的外表面上形成線圈(C2)匝32-65。如前述，每匝包含一前向線部分和一自動徑向配置相鄰於所述前向線部分的折回線部分。
一伺服馬達用於確保沿著多個相對定子的跨度精確順序置放匝。應注意，該定子(950)的內繞組和外繞組中的每個線圈具有一對用於連接血液幫浦(100)的饋線(146-147)之導線(諸如，圖4所示用於線圈(A1)的導線(420-421))。
在某些實施中，為了相較於所述單繞組定子而減少該雙繞組定子的線圈電阻增加，可將較粗的線用於形成所述內和外繞組的線圈，以實現如同所述單繞組定子的電阻。
圖10B示意說明根據本發明的多個實施例之使用如有關圖9B描述的繞組順序形成的示例性定子。如圖所示，圖10B所示的該定子包含多個線，該等線係精確配置導致沿著該定子的長度具有均勻外徑。當將電動馬達與圖9B所示的四層線圈定子組裝一起時，將需要最小程度機械擠壓該定子。由於需要最小程度機械擠壓，因此將損壞形成線圈(A1、A2、B1、B2、C1、C2)的電線絕緣的風險降至最低，從而提高該雙繞組定子(950)的可靠性。
應注意，對於圖9A所示的隨機纏繞多層定子(900)，機械擠壓只能在有限程度上減小該定子的厚度。因此，在機械擠壓之後，相較於該雙繞組定子(950)，對用於電動馬達的磁軛而言，所述隨機纏繞多層定子(900)可能仍太厚。為減輕此問題，在某些實施例中，相較於該雙繞組定子(950)，一較薄磁軛可配合使用所述隨機纏繞多層定子(900)，以保持該馬達的外徑，以與配合馬達操作使用的其他組件(諸如，例如透過Impella®移動的14 Fr導管)整合在一起。此外，相較於該雙繞組定子(950)，一使用較小磁鐵的轉子可能必須與所述隨機纏繞多層定子(900)一起使用。
相較於一具有雙繞組定子(950)的電動馬達，較薄磁軛及/或較小磁鐵減小在具有一隨機纏繞多層定子(900)的電動馬達內的磁通密度B 。如圖9A和9B所示，所述隨機纏繞多層定子(900)和該雙繞組定子(950)兩者具有相同繞組匝數。此意味，根據等式(1)，該等定子(900、950)兩者對馬達轉矩T 具有相同L 作用。相較於一具有雙繞組定子(950)的電動馬達，使用相同長度的載流線L 但較低磁通密度B 導致在具有隨機纏繞多層定子(900)的電動馬達中的降低馬達轉矩和降低馬達效率。
圖11示意說明根據本發明的一實施例之形成雙繞組定子(諸如，如前述中所描述定子(400))的示例性方法(1100)。方法(1100)適用於形成一雙繞組定子，該雙繞組定子用於一具有p 磁極對和n 相的無槽式永磁馬達，其中p 為大於零的整數，且n 是≥3的整數。所述方法(1100)是從步驟(1110)開始，其中形成一包含np 線圈的內繞組(例如，諸如圖9B所示的內繞組(960))。在所述內繞組中，每相的一線圈係採用每極對的相順序以配置相鄰於不同相的一線圈，針對所有極對繞該定子的圓周重複該配置，使得該內繞組的每個線圈繞該雙繞組定子的橫截面跨360/(np )機械角度。在某些實施中，每個繞組包含兩層線，每層線沿著該定子的長度縱向延伸，其中每個繞組中的多個線沿著每個繞組的跨度順序彼此緊鄰配置。一旦完成，該內繞組具有一外表面。
在完成內繞組之後，該方法前往步驟(1120)，其中纏繞外繞組，例如，諸如圖9B所示的外繞組(965)。類似所述內繞組，該外繞組亦包含配置在該內繞組的外表面上的np 線圈，該外繞組中每相的多個線圈係與該內繞組中的多個線圈在圓周方向上對齊，該內繞組具有每極對同相，使得該外繞組的每個線圈亦繞該雙繞組定子的橫截面跨360/(np)機械角度。正如所述內繞組，在某些實施中，每個繞組包含兩層線，每層線沿著該定子的長度縱向延伸，其中每個繞組中的多個線沿著每個線圈的跨度順序彼此緊鄰配置。隨著如前述的配置，該雙繞組定子(950)的內和外繞組共用相同角邊界。
一旦完成所述內和外繞組，電連接每極對同相的多個線圈，使得電流沿相同方向流過同相的多個線圈，步驟(1130)。
總而言之，由於轉子磁鐵的尺寸、磁軛厚度與相對定子中的繞組匝數之間的權衡，因此當相較於所述單繞組定子(例如定子(300))時，本發明的所述雙繞組定子(例如定子(400))提高馬達的效率。通過增加馬達轉矩常數約20%至約50%的範圍內，同時獲得相當的定子電阻，則可實現提高馬達效率。在本發明的某些實施中，該馬達轉矩常數可增加約25%、約30%、約35%、約40%或約45%。此外，相較於一隨機纏繞多層定子(例如，定子(900))，本發明的所述雙繞組定子(例如，定子(950))提高馬達的可靠性，因為由於該雙繞組定子中的導線小型化配置而需要最小的機械擠壓後置處理。由於需要最小機械擠壓，因此該雙繞組定子中不會導致線絕緣損壞，不像需要過多機械擠壓的隨機纏繞多層定子。
從前述內容及參考各種圖式，熟習該項技藝者將明白，在不悖離本發明的範疇的情況下，亦可對本發明進行某些修改。應瞭解，雖然顯示有關用於血液幫浦之電動馬達的雙繞組定子，但是本說明書描述的裝置可應用於期望具有增大轉矩和高馬達效率的電動馬達之其他系統。雖然附圖已顯示本發明的數個實施例，但是不意圖將本發明侷限於此，而是意圖使本發明的範疇相同於本領域所允許的範疇，且相同於所閱讀的說明書。因此，前述不應解釋為限制，而只是特定實施例的示例。熟習該項技藝者將可展望在文後申請專利範圍的範疇和精神內的其他修改。
在前述揭露中，將瞭解，用語「約」應理解為表示所述值的±20%範圍內。此外，術語「電動馬達」應理解為與如本領域中眾所熟知的術語電動機同義。此外，用詞「相鄰」應理解為表示緊接在其後，其間沒有任何中間介入物。例如，當在P和Q之間沒有中間物件時，物件/特徵P是相鄰物件/特徵Q。除非另有說明，否則所有度數(以°(度)為單位)應視為機械角度。在前述實施例中，所述用於該定子的繞組之導線可包含任何材料，諸如，例如銅。在某些實施中，所述線可被絕緣。
在審查本發明之後，熟習該項技藝者將可變更和修改。所揭露的特徵可使用本說明書描述的一或多個其他特徵的任何組合和子組合(包括多個從屬組合和子組合)來實施。上面描述或示意說明的各種特徵(包括其任何組件)可組合或整合在其他系統中。而且，可省略或不實現某些特徵。
熟習該項技藝者明白各種改變、替換和變更的示例，且可不悖離本說明書所揭露資訊的範疇情況下進行改變。本說明書引用的所有參考文獻是整個引用併入本文供參考，並成為本申請案的一部分。
100:血液幫浦 105:縱軸 110:馬達單元 112:殼體 113:磁軛 114:近端 116:遠端 120:幫浦單元 122:殼體 124:進入口 126:開口 130:導管 132:內腔 134:遠端 140:定子 142:近端 143:遠端 144:線 145:中心腔 146、147:饋線 150:轉子 152:永磁鐵 153:軸 154:內腔 160:葉輪 210、 211、 212、 213:繞組圖案 214、215、216:線 221:近端 225:遠端 300:單繞組定子 310、311、312:線圈 320、321、322、 323、324、325:導線 400:雙繞組定子 410、411、412、413、414、415:線圈 420、421、422、423、424、425、426、427、428、429、430、431:導線 500:橫截面 600、650、660:星形組態 700:雙繞組定子 710、711、712、713、714、715、716、717、718、719、720、721:線圈 800:雙繞組定子 810、811、812、813、814、815、816、817、818、819:線圈 900:定子 910:間隙 950:定子 960:內繞組 965:外繞組 A、B、C:相 A1、A2、A3、A4:線圈 B1、B2、B3、B4:線圈 C1、C2、C3、C4:線圈 N1、N2:極 RA、RB、RC:電阻 RA1、RA2:電阻 RB1、RB2:電阻 RC1、RC2:電阻 S1、S2:極
結合下列實施方式連同附圖將明白前述及其他目的和優點，其中相同參考編號在附圖中代表類似部件，且其中：
圖1顯示根據本發明的一實施例之血管內血液幫浦的示意性橫截面；
圖2A-2D顯示可用於圖1所示血液幫浦的技藝中所已知線圈中個別匝的示例性繞組圖案；
圖2E至圖2H顯示由具有圖2A至圖2D所示個別匝的線圈所形成的示例性完整線圈繞組圖案；
圖3顯示用於圖1所示血液幫浦中的三相單繞組定子的示意性截面圖，每相都由一單螺旋線圈實施；
圖4顯示用於圖1所示血液幫浦之根據本發明的一實施例之三相雙繞組定子的示意性截面圖，每相都由一雙螺旋線圈實施；
圖5顯示根據本發明的一實施例之用於圖1所示血液幫浦中的圖4所示定子的示意性橫截面；
圖6A顯示示意說明圖3所示單繞組定子中的導線連接之示意性電路圖；
圖6B顯示示意說明根據本發明的一實施例之圖4所示雙繞組定子中的導線連接 之示意性電路圖，其中同相的多個線圈係串聯連接；
圖6C顯示示意說明根據本發明的一實施例之圖4所示雙繞組定子中的導線連接 之示意性電路圖，其中同相的多個線圈係並聯連接；
圖7顯示根據本發明的一實施例之使用一雙繞組定子的圖1所示血液幫浦的示例性橫截面，該雙繞組定子用於具有三相和雙極對的電動馬達；
圖8顯示根據本發明的一實施例之使用一雙繞組定子的圖1所示血液幫浦的示例性橫截面，該雙繞組定子用於具有五相和單極對的電動馬達；
圖9A顯示示例性隨機纏繞多層定子，所述定子具有其形成中使用的一線繞組順序；
圖9B顯示根據本發明的一實施例之圖4所示示例性雙繞組定子，所述定子具有其形成中使用的一線繞組順序；
圖10A顯示使用圖9A所示線繞組順序形成的隨機纏繞多層定子的圖像；
圖10B顯示根據本發明的一實施例之使用圖9B所示線繞組順序形成的雙繞組定子的圖像；及
圖11顯示根據本發明的一實施例之形成圖4和圖9B所示雙繞組定子的方法之示意性流程圖。
100:血液幫浦
105:縱軸
110:馬達單元
112:殼體
113:磁軛
114:近端
116:遠端
120:幫浦單元
122:殼體
124:進入口
126:開口
130:導管
132:內腔
134:遠端
140:定子
142:近端
143:遠端
144:線
145:中心腔
146、147:饋線
150:轉子
152:永磁鐵
153:軸
154:內腔
160:葉輪

Claims (28)

  1. 一種用於插入患者心臟的血管內血液幫浦，該幫浦包含： 一細長殼體，其具有一連接到導管的近端和一耦接到該幫浦的遠端，該殼體具有一縱軸；及 一無槽式永磁馬達，其收容在該殼體內，該馬達具有p 磁極對和n 相，其中p 是大於零的整數，且n 是≥3的整數，該馬達包含： 一定子，其係沿著該殼體的該縱軸延伸，並具有2np 纏繞線圈，以形成每磁極對的每相兩線圈，該定子包含： 一內繞組，其包含np 線圈，其中每一相的一線圈係採用每極對的相順序以配置相鄰於不同相的一線圈，針對所有極對圍繞該定子的圓周重複該配置，使得該內繞組的每個線圈圍繞該定子的橫截面跨360/(np )機械角度，該內繞組具有一外表面；及 一外繞組，其亦包含配置在該內繞組的外表面上的np 線圈，每個極對中，該外繞組中每一相的多個線圈係與該內繞組中同相的多個線圈在圓周方向上對齊，使得該外繞組的每個線圈亦圍繞該定子的橫截面跨360/(np)機械角度； 其中每極對同相的多個線圈電連接，使得流過多個線圈的電流方向相同，且更包含： 一磁鐵，其支援用於在與該定子發生磁相互作用時旋轉。
  2. 如請求項1所述之血管內血液幫浦，其中該內繞組的每個線圈和該外繞組的每個線圈包含兩層磁線，每層磁線沿著該定子的一長度縱向延伸。
  3. 如請求項2所述之血管內血液幫浦，其中每個線圈中的多個磁線沿著該線圈跨度順序彼此相鄰配置。
  4. 如先前請求項中任一項所述之血管內血液幫浦，其中該內繞組的線圈建立一均勻表面，其表面上重疊該外繞組的線圈。
  5. 如先前請求項中任一項所述之血管內血液幫浦，其中一相的多個線圈採用星形或三角形組態以電連接到其他相的多個線圈。
  6. 如請求項5所述之血管內血液幫浦，其中每一相的多個線圈採用串聯或並聯連接。
  7. 如先前請求項中任一項所述之血管內血液幫浦，其中該等2np 線圈的每個線圈具有選自由螺旋繞組圖案、菱形繞組圖案、和混合繞組圖案所組成群組的一線圈繞組圖案。
  8. 如先前請求項中任一項所述之血管內血液幫浦，其中該馬達包含三相單極對機。
  9. 如先前請求項中任一項所述之血管內血液幫浦，其中該馬達包含六線圈雙極機，每個線圈繞該定子的橫截面跨120機械角度。
  10. 如先前請求項中任一項所述之血管內血液幫浦，其中該血液幫浦採用介於約1 lpm和約6 lpm之間的速率進行幫浦式輸送血液。
  11. 一種具有p 磁極對和n 相的無槽式永磁電動馬達，其中p 是大於零的整數，且n 是≥3的整數，該馬達具有一縱軸且包含： 一定子，其沿著一殼體的縱軸延伸，並具有2np 纏繞線圈，以形成每磁極對的每相兩線圈，該定子包含： 一內繞組，其包含np 線圈，其中每一相的一線圈係採用每極對的相順序以配置相鄰於不同相的一線圈，針對所有極對圍繞該定子的圓周重複該配置，使得該內繞組的每個線圈圍繞該定子的橫截面跨360/(np )機械角度，該內繞組具有一外表面；及 一外繞組，其亦包含配置在該內繞組的外表面上的np 線圈，每個極對中，該外繞組中每一相的多個線圈係與該內繞組中同相的多個線圈在圓周方向上對齊，使得該外繞組的每個線圈亦圍繞該定子的橫截面跨360/(np )機械角度； 其中每極對同相的多個線圈係電連接，使得流過多個線圈的電流方向相同，並更包含： 一磁鐵，其支援用於在與該定子發生磁相互作用時旋轉。
  12. 如請求項11所述之電動馬達，其中該內繞組的每個線圈和該外繞組的每個線圈包含兩層磁線，每層磁線沿著該定子的一長度縱向延伸。
  13. 如請求項11至12中任一項所述之電動馬達，其中每個線圈中的多個磁線沿著該線圈的跨度順序彼此相鄰配置。
  14. 如請求項11至13中任一項所述之電動馬達，其中該內繞組的線圈建立一均勻表面，其表面上重疊該外繞組的線圈。
  15. 如請求項11至14中任一項所述之電動馬達，其中一相的多個線圈採用星形或三角形組態以電連接到其他相的多個線圈。
  16. 如請求項15所述之電動馬達，其中每相的該等兩線圈採用串聯或並聯連接。
  17. 如請求項11至16中任一項所述之電動馬達，其中該等2np 線圈的每個線圈具有選自由螺旋繞組圖案、菱形繞組圖案、和混合繞組圖案所組成群組的一線圈繞組圖案。
  18. 如請求項11至17中任一項所述之電動馬達，其中該馬達包含三相雙極機。
  19. 如請求項11至18中任一項所述之電動馬達，其中該馬達包含六線圈雙極機，每個線圈繞該定子的橫截面跨120機械角度。
  20. 如請求項11至19中任一項所述之電動馬達，其中該馬達包括在一血液幫浦中，其係採用介於約1 lpm和約6 lpm之間的速率進行幫浦式輸送血液。
  21. 一種形成用於無槽式永磁馬達的定子之方法，該馬達具有p 磁極對和n 相，其中p 是大於零的整數，且n 是≥3的整數，該定子係縱向延伸且包含2np 纏繞線圈，以形成每磁極對的每相兩線圈，該方法包含： 形成一包含np 線圈的內繞組，其中每相的一線圈係採用每極對的相順序以配置相鄰於不同相的一線圈，針對所有極對繞該定子的圓周重複該配置，使得該內繞組的每個線圈繞該定子的橫截面跨360/(np )機械角度，該內繞組具有一外表面； 形成一亦包含配置在該內繞組的外表面上的np 線圈的外繞組，該外繞組中每相的多個線圈係與該內繞組中的多個線圈在圓周方向上對齊，該內繞組具有每極對同相，使得該外繞組的每個線圈亦繞該定子的橫截面跨360/(np )機械角度；及 電連接每極對同相的多個線圈，使電流沿相同方向流過多個線圈。
  22. 如請求項21所述之方法，其包含： 在該內繞組和該外繞組上形成多個線圈，使得每個線圈包含兩層磁線，每層磁線沿著該定子的一長度縱向延伸。
  23. 如請求項22所述之方法，其中每個線圈中的該等磁線沿著該線圈的跨度順序彼此緊鄰配置。
  24. 如請求項21至23中任一項所述之方法，其包含： 採用星形或三角形組態以連接一相的多個線圈與另一相的多個線圈。
  25. 如請求項21至24中任一項所述之方法，其包含： 串聯或並聯連接每相的多個線圈。
  26. 如請求項21至25中任一項所述之方法，其包含： 使用選自螺旋繞組圖案、菱形繞組圖案、和混合繞組圖案所組成群組的一線圈繞組圖案以形成該等2np 線圈之每一者。
  27. 如請求項21至26中任一項所述之方法，其中該定子適合用於一具有三相和單磁極對的馬達。
  28. 如請求項21至27中任一項所述之方法，其中該定子適合用於六線圈單極對馬達，每個線圈繞該定子的橫截面跨120機械角度。
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