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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-11-04
(54)【発明の名称】血液ポンプ
(51)【国際特許分類】
A61M 60/422 20210101AFI20221027BHJP
A61M 60/135 20210101ALI20221027BHJP
A61M 60/237 20210101ALI20221027BHJP
A61M 60/211 20210101ALI20221027BHJP
A61M 60/806 20210101ALI20221027BHJP
A61M 60/81 20210101ALI20221027BHJP
A61M 60/876 20210101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
A61M60/422
A61M60/135
A61M60/237
A61M60/211
A61M60/806
A61M60/81
A61M60/876
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022514168
(86)(22)【出願日】2020-09-01
(85)【翻訳文提出日】2022-04-26
(86)【国際出願番号】 EP2020074371
(87)【国際公開番号】W WO2021043776
(87)【国際公開日】2021-03-11
(31)【優先権主張番号】19194971.8
(32)【優先日】2019-09-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】507116684
【氏名又は名称】アビオメド オイローパ ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ケルクホフス ヴォルフガング
(72)【発明者】
【氏名】グラウヴィンケル マリウス
【テーマコード（参考）】
4C077
【Ｆターム（参考）】
4C077AA04
4C077DD10
4C077EE01
4C077FF04
4C077JJ08
4C077JJ19
4C077KK23
(57)【要約】
本発明は、患者の血管内への経皮挿入のための血管内血液ポンプに関する。血液ポンプは、血流入口２１および血流出口２２を有するポンプケーシング２と、回転軸１０の周りに回転可能となるよう前述のポンプケーシング２内に配置されたインペラ３と、を備える。インペラ３は、血液を血流入口２１から血流出口２２へ運搬するためにサイズ設定および形状設定されたブレード３１を有する。血液ポンプは、インペラ３を回転させるための駆動ユニット４であって、駆動ユニット４が、回転軸１０の周りに配置された複数の柱４０を含む、駆動ユニット４を備える。柱４０の各々は、インペラ３に面する前面４２を有するインペラ３の方に向いたインペラ側端部４２０を有する。コイル巻線４４が、柱４０の各々の前面４２を貫いて延びる磁力線５００を作り出すために柱４０の各々の周りに配設されており、回転磁界を作り出すよう制御可能であり、インペラ３は、インペラ３の回転を生じさせるよう回転磁界と相互作用するように配置された磁石構造３２を含む。柱４０のうちの少なくとも１本の前面４２は、前面４２が、前面４２を貫いて延びる磁力線５００の少なくとも部分を集束させるよう前面４２の中心区域に向かって下方へ傾斜しているくぼみを含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
患者の血管内への経皮挿入のための血管内血液ポンプ（１）であって、血流入口（２１）および血流出口（２２）を有するポンプケーシング（２）と、
回転軸（１０）の周りに回転可能となるよう前記ポンプケーシング（２）内に配置されたインペラ（３）であって、前記インペラ（３）が、血液を前記血流入口（２１）から前記血流出口（２２）へ運搬するためにサイズ設定および形状設定されたブレード（３１）を有する、インペラ（３）と、
前記インペラ（３）を回転させるための駆動ユニット（４）であって、前記駆動ユニット（４）が、前記回転軸（１０）の周りに配置された複数の柱（４０）を含み、前記柱（４０）の各々が、前記インペラ（３）に面する前面（４２）を有する前記インペラ（３）の方に向いたインペラ側端部（４２０）を有する、駆動ユニット（４）と、
前記柱（４０）の各々の前記前面（４２）を貫いて延びる磁力線（５００）を作り出すために前記柱（４０）の各々の周りに配設されており、回転磁界を作り出すよう制御可能であるコイル巻線（４４）と、
を備え、
前記インペラ（３）が、前記インペラ（３）の回転を生じさせるよう前記回転磁界と相互作用するように配置された磁石構造（３２）を含み、
前記柱（４０）のうちの少なくとも１本の前記前面（４２）が、前記前面（４２）が、前面（４２）を貫いて延びる前記磁力線（５００）の少なくとも部分を集束させるよう前記前面（４２）の中心区域に向かって下方へ傾斜しているくぼみを含むことを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項2】
請求項１に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記くぼみが前記前面（４２）の周囲まで広がっていることを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項3】
請求項２に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記くぼみが、前記複数の柱（４０）のうちの隣り合うものに最も接近した前記前面の少なくとも２つまたはちょうど２つの対辺において前記前面（４２）の前記周囲まで広がっていることを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項4】
請求項２または３に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記くぼみの周囲が前記前面（４２）の前記周囲と一致することを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１項に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記くぼみが平らな底部（４２ｂ）を有することを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項6】
請求項５に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記くぼみが、前記前面（４２）を貫いて鉛直に延びる断面平面内で見たときに、直線状の傾斜側壁（４２ａ）を有することを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項7】
請求項５に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記くぼみが、前記前面（４２）を貫いて鉛直に延びる断面平面内で見たときに、湾曲した傾斜側壁（４２ａ）を有することを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項8】
請求項１から４のいずれか１項に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記くぼみが、前記前面（４２）を貫いて鉛直に延びる断面平面内で見たときに、湾曲した底部を有する湾曲した断面を有することを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項9】
請求項１から４のいずれか１項に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記くぼみが、前記前面（４２）を貫いて鉛直に延びる断面平面内で見たときに、三角形断面を有することを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項10】
請求項１から９のいずれか１項に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記くぼみ内において、前記前面（４２）が前記回転軸（１０）に対して半径外側方向に下方へ傾斜しており、これにより、前記くぼみ内の前記前面（４２）の半径方向内側領域が前記くぼみ内の前記前面（４２）の半径方向外側領域よりも軸方向に突出していることを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項11】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記くぼみが前記柱（４０）のうちの前記少なくとも１本の側面に向かって開いており、前記側面が前記回転軸（１０）に対して半径方向外方に位置することを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項12】
請求項１１に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記柱（４０）のうちの前記少なくとも１本が、３つの側面を有する三角形断面を有し、前記３つの側面のうちの１つが前記３つの側面のうちの他の２つと比べて前記回転軸（１０）に対して半径方向外方に位置し、前記くぼみが前記３つの側面のうちの前記１つに向かって開いていることを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項13】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記くぼみが０．０５ｍｍ～０．３ｍｍの最大深さを有することを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項14】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記柱（４０）のうちの前記少なくとも１本が長手方向軸（ＬＡ）を有し、そのインペラ側端部（４２０）が前記柱（４０）のうちの前記少なくとも１本の周りに配設された前記コイル巻線（４４）のインペラ側端部（４２４）を越えて半径方向に広がっておらず、ここで、用語「半径方向に」は、前記長手方向軸（ＬＡ）を横切る、好ましくは、それと垂直な方向に関することを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項15】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記柱のうちの少なくとも１本が、前記それぞれの柱（４０）の長手方向軸（ＬＡ）を横切る断面内で電気伝導率に関して不連続である不連続な軟磁性材料を含む、またはそれから成ることを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項16】
請求項１５に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、少なくとも１つの溶接部（８２、８３、８６）が前記不連続な軟磁性材料の表面（８１１）に設けられており、前記溶接部（８２、８３、８６）が前記不連続な軟磁性材料内の電気伝導率に関する少なくとも１つの不連続を橋絡することを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項17】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記柱（４０）の各々が後端部（４５０）を有し、前記駆動ユニット（４）が、前記柱（４０）の前記後端部（４５０）を接続し、中間区域（５９）内で前記柱（４０）の間に広がったバックプレート（５０）を含み、前記柱（４０）のうちの少なくとも１本の材料が前記バックプレート（５０）の前記中間区域（５９）の材料と一体になっていることを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。
【請求項18】
請求項１から１６のいずれか１項に記載の血管内血液ポンプ（１）であって、前記柱（４０）の各々が後端部（４５０）を有し、前記駆動ユニット（４）が、前記柱（４０）の前記後端部（４５０）を接続するバックプレート（５０）を含み、前記柱（４０）の前記後端部（４４５）のうちの少なくとも１つが、前記バックプレート（５０）と接触した後端面（４５）を有することを特徴とする血管内血液ポンプ（１）。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、患者の血管内の血流を支援するための血管内血液ポンプ、特に、患者の血管内への経皮挿入のための血管内血液ポンプに関する。血液ポンプは、改善された駆動ユニットを有する。
【背景技術】
【0002】
軸流血液ポンプ、遠心型（すなわち、半径方向）血液ポンプ、あるいは血流が軸方向力および半径方向力の両方によって引き起こされる、混合型血液ポンプなどの、異なる種類の血液ポンプが知られている。血管内血液ポンプは、カテーテルを用いて大動脈などの患者の血管内に挿入される。血液ポンプは、通例、通路によって接続された血流入口および血流出口を有するポンプケーシングを備える。血流入口から血流出口への通路に沿った血流を生じさせるために、インペラまたはロータがポンプケーシング内において回転可能に支持されており、インペラは、血液を運搬するためのブレードを設けられている。
【0003】
血液ポンプは、通例、電気モータであることができる、駆動ユニットによって駆動される。例えば、国際公開第２０１７／１６２６１９（Ａ１）号は、電気モータに磁気結合されるインペラを有する血管内血液ポンプを開示している。インペラは、電気モータ内の電気的に磁化されたゾーンに隣接して配設された磁石を含む。インペラ内およびモータ内の電気的に磁化されたゾーンの間の引力のゆえに、モータの回転がインペラに伝達される。すなわち、駆動ユニットは、インペラの回転軸の周りに配置された複数の固定した柱を有し、各柱は線材コイル巻線を保持し、磁心の役割を果たす。制御ユニットが電圧をコイル巻線に順次に供給し、磁気結合されたインペラが回転させられる回転磁界を作り出す。
【0004】
より具体的には、国際公開第２０１７／１６２６１９（Ａ１）号における血管内血液ポンプは、血流入口および血流出口を有するポンプケーシングと、インペラと、インペラを回転させるための駆動ユニットとを備える。回転軸の周りの、ポンプケーシングの内部におけるインペラの回転によって、血液はインペラのブレードによって血流入口から血流出口へ運搬され得る。駆動ユニットは、６本の柱、および柱の後端部を接続し、ヨークの役割を果たすバックプレートを含む。柱は、回転軸と垂直である平面内で見たときに、回転軸の周りに円状に配置されており、柱の各々は、前述の回転軸と平行である、長手方向軸を有する。柱は、シャフト、およびインペラの方に向いたシャフトのインペラ側端部における傾斜したヘッド部分を各々有し、ヘッド部分は、柱の各々の周りに配設されたコイル巻線のための軸方向阻止体の役割を果たすことができる肩部を形成するようシャフトを越えて半径方向に広がっている。制御ユニットが電圧をコイル巻線に順次に供給し、回転磁界を作り出す。インペラは、回転磁界と相互作用し、これにより、インペラがその回転に追随するように配置された磁石構造を備える。
【0005】
動作時、隣り合う柱は異なる磁化を有し得る。その結果、柱を貫いて延びる磁束は、インペラを避けて、それらの隣り合う柱の間を流れる傾向を有する。このような磁束はトルクの発生にとって損失になる。現行技術の不利点は、シャフトを越えて半径方向に広がるヘッド部分が互いに対して著しく小さい距離を有することである。したがって、トルクの発生にとって損失になる、ヘッド部分の間の相当な寄生磁束が存在する。このような寄生磁束は、磁石などの、磁気絶縁材料をヘッド部分の間に配置することによって相殺され得るが、利用可能な空間は極めて限られており、適度な絶縁を達成するためには、磁石の分極が周期的に変化しなければならないであろうが、これは困難である。本発明は、この点に関して駆動ユニットを改善することを目的とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の血液ポンプは上述の血液ポンプに対応し得る。したがって、それは、軸流血液ポンプ、あるいは部分的に軸方向に、および部分的に半径方向に圧送する、斜流血液ポンプであり得る（純粋な遠心型血液ポンプの直径は、通常、血管内の適用物にとって大きすぎる）。しかし、本発明の一態様によれば、柱のうちの少なくとも１本の － 好ましくは、柱の各々の － インペラ側端部の前面は、前面が、前面を貫いて延びる磁力線の少なくとも部分を集束させるよう前面の中心区域に向かって下方へ傾斜しているくぼみを含む。
【0007】
磁性材料で作製された構成要素の表面から出る、およびそれへ入る磁束の磁力線は表面と垂直に延びる。すなわち、それらは表面平面に鉛直に出入りする。柱の前面に、くぼみを、すなわち、前面が前面の中心に向かって下方へ傾斜している区域を有する陥凹を設けることによって、前面を通って柱内へ入る、およびそこから出て行くように延びている磁力線は、柱の中心軸の方により接近して延びるように強制される。その結果、磁力線は決して互いに交差しないため、それらは柱のインペラ側端部の前方で集束させられ、インペラに向けて束として方向付けられる。これにより、隣り合う柱の間の寄生磁束が低減される。
【0008】
くぼみの傾斜は表面平面に対して９０°未満、好ましくは、０°～３０°である。
【0009】
好ましくは、くぼみは前面の周囲まで広がっている。換言すれば、くぼみは前面の外縁から開始し得る。これは、また、最も外側の磁力線もくぼみの傾斜によって影響を受ける効果を有する。最も外側の磁力線は、隣り合う柱へ橋絡する傾向が最も大きいものである。したがって、くぼみは、それが柱の前面の周囲まで広がっている場合に最も効果が高い。
【0010】
くぼみが、前面の少なくとも２つ、好ましくは、ちょうど２つの対辺において、すなわち、隣り合う柱に最も接近したそれらの辺において柱の前面の周囲まで広がっていれば十分であり得る。これは、特に、柱が、例えば、円柱状になっており、それゆえ、断面が円形であるときに有利であり得る。すなわち、磁力線が、隣り合う柱へ橋絡する危険は、柱が互いからわずかな距離を有する場所で最も大きい。したがって、くぼみは、それが、それぞれの隣り合う柱に最も接近して位置付けられた２つの辺においてのみ柱の前面の周囲まで広がっている場合、十分に効果を有する。
【0011】
それにもかかわらず、くぼみの周囲が前面の周囲と一致することが好ましい。このようにすると、くぼみの傾斜のゆえに、最も外側の磁力線が前面の全周囲に沿って前面の中心に向けて方向付けられる。上述のように、最も外側の磁力線は、インペラを避けるように背を向ける傾向が最も大きいものである。したがって、くぼみは、その周囲が前面の周囲と一致する場合に最も効果が高い。
【0012】
最も外側の磁力線を中心に向けて方向付けることで十分になり得るため、くぼみは平らな底部を有してもよい。それゆえ、少なくとも、くぼみの周囲における領域が下方へ傾斜している。この場合には、くぼみは、前面を貫いて鉛直に延びる断面平面内で見たときに、直線状の傾斜側壁を有し得るか、またはそれは、前面を貫いて鉛直に延びる断面平面内で見たときに、湾曲した傾斜側壁を有し得る。くぼみの周囲に向かって増大する傾斜を有する湾曲した傾斜側壁は、最も外側の磁力線に対する結束効果が最大になる効果を有する。
【0013】
代替的に、くぼみは、前面を貫いて鉛直に延びる断面平面内で見たときに、平らな底部でなく、湾曲した底部を有する湾曲した断面を有し得る。このようにすると、磁力線に対するセンタリング効果はくぼみの周囲からその中心に向かって徐々に減少する。
【0014】
さらに代替的に、くぼみは、前面を貫いて鉛直に延びる断面平面内で見たときに、三角形断面を有し得る。このようにすると、くぼみの最大深さが増大させられ得る。くぼみが深いほど、柱の前面のそれぞれの部分とインペラの磁石構造との間の距離は大きくなり、柱とインペラとの間に発生される軸方向磁気力の低減をもたらす。特に、軸方向磁気力を低減することによって磁気トルクと軸方向磁気力との比を増大させることができ、前述の比は磁気駆動式血管内血液ポンプの発展のために重要な数である。発生することができる磁束は概して制約があり、これにより、そのできるだけ多くをトルク発生のために用いることが望まれるため、前述の比は重要である。くぼみの技術的効果は、モータ動力の損失を伴うことのない、ロータに軸方向に作用する軸方向力の低減、または、代替的に、同じ総磁束におけるモータ動力の増大である。
【0015】
この比は、本発明の好ましい態様によれば、（その中心区域に向かって下方へ傾斜していることに加えて）半径外側方向におけるくぼみ内の前面の下方傾斜によって、いっそう増大させることができる。それゆえ、回転軸に対して、くぼみ内の前面の半径方向内側領域はくぼみ内の前面の半径方向外側領域よりも軸方向に突出している。この場合も先と同様に、その結果は、くぼみの最大深さが増大させられることである。上述のように、くぼみが深いほど、柱の前面のそれぞれの部分とインペラの磁石構造との間の距離は大きくなり、柱とインペラとの間に発生される軸方向磁気力の低減をもたらす。それゆえ、磁気トルクと軸方向磁気力との比は、半径外側方向におけるくぼみ内の前面の下方傾斜によってさらに増大させることができる。
【0016】
半径外側方向における前面の下方傾斜によって達成される別の重要な効果は、集束させられた磁力線の束が半径方向外方へ方向付けられ、それゆえ、水平な前面と比べてインペラの磁石構造に同様に半径方向外方で突き当たることである。これは、達成可能な磁気トルクに対する正の効果を有する。この場合も先と同様に、これは磁気トルクと軸方向磁気力との比の改善をもたらす。それゆえ、磁気トルクと軸方向磁気力との比に対する半径外側方向におけるくぼみ内の前面の下方傾斜の正の効果は二重になっている。
【0017】
本発明の好ましい実施形態によれば、中心方向および半径方向外方への、両方の方向におけるくぼみ内の前面の傾斜の組み合わせは、柱の側面に向かって、すなわち、回転軸に対して半径方向外方に位置する側面に向かって開いたくぼみをもたらす。好ましくは、柱は、３つの側面を有する三角形断面を有し、３つの側面のうちの１つは、他の２つの側面と比べると、回転軸に対して半径方向外方に位置する。このような場合には、くぼみは、柱の半径方向外側に位置する３つの側面のうちの１つに向かって開いている。
【0018】
上述の変形の全てにおいて、くぼみは、好ましくは、０．０５ｍｍ～０．３ｍｍの最大深さを有し得る。
【0019】
本発明の別の態様によれば、柱は、そのインペラ側端部が、柱の周りに配設されたそれぞれのコイル巻線のインペラ側端部を越えて半径方向に広がっていない。ここで、用語「半径方向に」は、それぞれの柱の長手方向軸を横切る、好ましくは、それと垂直な方向に関する。換言すれば、柱は特別のヘッド部分を有しない。その代わりに、柱は、好ましくは、少なくともそれらのインペラ側端部領域において、より好ましくは、それらの全長に沿って、一定の断面を有する。
【0020】
ヘッド部分を有しない柱の利点は、隣り合う柱の間の寄生磁束に起因する磁気損失が、柱の間のより大きい距離によって低減されることである。結果は、この場合も先と同様に、柱が、それらのインペラ側端部がそれぞれのコイル巻線のインペラ側端部を半径方向に越えた様態で広がっている、国際公開第２０１７／１６２６１９（Ａ１）号において説明されるポンプと比べて、達成可能な磁気トルクと、駆動ユニットとインペラとの間の磁気軸方向力との比が増大させられることである。
【0021】
本発明のさらなる態様によれば、柱は、それぞれの柱の長手方向軸を横切る、好ましくは、それと垂直な断面内で不連続である軟磁性材料を各々含み得、前述の軸は、好ましくは、国際公開第２０１９／０５７６３６（Ａ１）号においてさらに詳細に説明されるように、回転軸と平行である。本発明の意味における「不連続（ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）」は、軟磁性材料の厳密に分離された区域、または分断されているが、異なる場所で接続されている区域を形成するために、軟磁性材料が、長手方向軸を横切る任意の断面内で見たときに、絶縁材料もしくは他の材料または間隙を用いて分断されている、分離されている、区切られている、または同様の様態になっていることを意味する。換言すれば、柱の軟磁性材料は、柱内のそれぞれのコイル巻線によって生じた磁束の方向を横切る、好ましくは、それと垂直な断面内で不連続である。磁束の方向を横切る断面平面内で不連続な軟磁性材料を提供することは渦電流を低減する。これは血管内血液ポンプの有効性をさらに高める。
【0022】
好ましくは、少なくとも１つの溶接部が不連続な軟磁性材料の表面（８１１）に設けられており、溶接部は不連続な軟磁性材料内の電気伝導率に関する少なくとも１つの不連続を橋絡する。溶接部は不連続な軟磁性材料からの磁心またはそれの部分の容易な製作を可能にする。すなわち、磁心、または磁心のための柱を不連続な軟磁性材料のより大きい被加工物から分離する際に、不連続な軟磁性材料は、分離プロセスの間に被加工物に対して印加される加工力のゆえに、層間剥離するか、または他の様態でその完全性を失い得る。これは、磁心、および特に、その柱の非常に小さい寸法のゆえに特に重大であり、磁心、またはその柱を被加工物から分離するために、放電加工、特に、ワイヤカットによる放電加工が用いられるときにさえ生じ得る。分離ステップの前に被加工物に適用される、溶接部を用いることで、不連続な材料の機械的安定性が改善される。磁心または柱を被加工物から切り出すために放電加工が用いられる場合には、また、切り出しの場所への電流の流れも改善される。溶接部または溶接部群は後に磁心または柱の部分を形成し得る。具体的には、回転軸を横切るように配向された柱のインペラ側端面は不連続な材料を露出させる。したがって、溶接部または溶接部群は柱のインペラ側表面上に配置され得る。
【0023】
駆動ユニットは、柱の後端部を接続するバックプレートを含み得る。柱と同様に、バックプレートは不連続な軟磁性材料を含み得る。バックプレート内の磁束は、回転軸を実質的に横切る、またはそれと垂直であるため、バックプレートの軟磁性材料は回転軸と平行な断面内で不連続に作製され得る。代替的に、柱およびバックプレートは、バックプレートの軟磁性材料および柱の不連続な軟磁性材料が同じ方向において不連続になるよう、好ましくは、回転軸と垂直な断面内で不連続になるよう、不連続な軟磁性材料のモノブロックから作製され得る。それを除いて、以上において柱の不連続な材料に関して述べられた実質的に全ての特徴および説明はバックプレートにも当てはまる。しかし、バックプレートは、代替的に、連続的、すなわち、中実の軟磁性材料で形成されてもよい。
【0024】
柱の後端部を接続するバックプレートを含む駆動ユニットの１つの好ましい実施形態によれば、柱のうちの少なくとも１本の材料はバックプレートの中間区域の材料と一体になっている。ここで、バックプレートの中間区域は、柱の間に配置されたバックプレートの区域である。好ましくは、全ての柱がこのようにバックプレートに一体的に接続されている。換言すれば、駆動ユニットの少なくとも１本の柱およびバックプレート、好ましくは、磁心全体を、モノブロックとも称され得る、単一の材料ブロックで作製することができる。このような磁心の利点は、柱とバックプレートとの間の移行部における磁気抵抗が最小限に抑えられ、それゆえ、磁束が改善されることである。さらに、柱とバックプレートとの間の移行部の良好な機械的剛性を達成することができる。
【0025】
柱の後端部を接続するバックプレートを含む駆動ユニットの別の好ましい実施形態によれば、柱のうちの少なくとも１本、および好ましくは、柱の全ては、それぞれの柱の後端面をもってバックプレートと接触する。これは、柱とバックプレートとの間の磁気的接続の品質を、バックプレートに対する柱の機械的固着の品質から独立させることができるという利点をもたらす。例えば、柱は、バックプレート内の対応する凹部内でバックプレートに機械的に、または柱の後端部の周りに提供される接着剤を用いて固着され得る。それゆえ、良好な磁気的接続、ひいては、良好な磁束を、柱とバックプレートとの間の機械的接続の機械的特性に関する制約を受け入れるよう強制されることなく、バックプレート内への柱の後端面を介して直接達成することができる。さらに、柱の後端部が、バックプレート内の適切にサイズ設定された凹部内に受容される場合には、磁束の周囲伝達に加えて存在し得る、磁束の伝達のための磁路が確立される。
【0026】
それゆえ、この場合には、柱は、バックプレートの対応する接触平面においてバックプレートに磁気的に接続され得る。接触平面は、好ましくは、柱の後端面と平行に配置されている。好ましくは、それは回転軸と垂直に配置されている。好ましくは、柱の後端面の全表面積がバックプレートと接触している。これは柱とバックプレートとの間の接続の磁気抵抗を大幅に低減する。後端面およびバックプレートの接触平面の非平坦性は、好ましくは、生じる間隙が１０μｍ以下になるようになっている。
【0027】
バックプレートは、柱と同様に、好ましくは、電気鋼（磁性鋼）、または磁束回路を閉じるのに適した他の材料、好ましくは、コバルト鋼などの、軟磁性材料で作製されている。バックプレートの直径は、３ｍｍ～９ｍｍ、例えば、５ｍｍまたは６ｍｍ～７ｍｍなどの範囲内にあり得る。バックプレートの厚さは、０．５ｍｍ～２．５ｍｍ、例えば、１．５ｍｍなどの範囲内にあり得る。血液ポンプの外径は４ｍｍ～１０ｍｍの範囲内にあり得、好ましくは７ｍｍであり得る。複数の柱の構成の外径は、３ｍｍ～８ｍｍ、例えば、４ｍｍ～７．５ｍｍなどの範囲内にあり得、好ましくは、６．５ｍｍであり得る。
【0028】
上述されたように、柱は電気鋼（磁性鋼）などの軟磁性材料で作製されている。柱およびバックプレートは同じ材料で作製され得る。好ましくは、柱およびバックプレートを含む、駆動ユニットの磁心はコバルト鋼で作製されている。コバルト鋼の使用は、ポンプサイズ、特に、直径の低減に寄与する。全ての磁性鋼の中で最も高い透磁率および最も高い飽和磁束密度を有するため、コバルト鋼は同量の使用材料に対して最大量の磁束を生成する。
【0029】
柱の寸法、特に、長さおよび断面積は変化し、様々な因子に依存し得る。血液ポンプの適用物に依存する、血液ポンプの寸法、例えば、外径とは対照的に、柱の寸法は、駆動ユニットの所望の性能を達成するように調整される、電磁特性によって決定される。因子のうちの１つは、柱の最小の断面積を貫いて達成されるべき磁束密度である。断面積が小さいほど、所望の磁束を達成するために必要な電流は高くなる。しかし、電流が高いほど、電気抵抗のゆえにコイルの線材内に多くの熱を発生する。なおさらに重要な点として、柱の断面が小さすぎる場合には、ステータ材料は急速に磁気的に飽和する。それは、全体サイズを低減するには「細い」柱が好ましいが、これは高い電流を必要とし、それゆえ、望ましくない熱を生じさせるであろうことを意味する。線材内に発生される熱はまた、コイル巻線のために用いられる線材の長さおよび直径にも依存する。巻線損失（通常の場合のように、銅線材が用いられる場合には、「銅損」または「銅電力損」と称される）を最小限に抑えるには、短い線材長および大きい線材径が好ましい。換言すれば、線材径が小さい場合には、同じ電流においてより太い線材と比べてより多くの熱が発生される。好ましい線材径は０．０５ｍｍ～０．２ｍｍ、例えば、０．１ｍｍなどである。柱の寸法および駆動ユニットの性能に影響を及ぼすさらなる因子は、コイルの巻線数、および巻線、すなわち、巻線を含む柱の外径である。各柱の周りに多数の巻線が１つを超える層状に配置され得、例えば、２つまたは３つの層が提供され得る。しかし、層数が多いほど、より大きい巻線径を有する外層内の線材の増大した長さのゆえにより多くの熱が発生されることになる。線材の増大した長さは、より短いものと比べて、長い線材のより高い抵抗のゆえにより多くの熱を発生し得る。それゆえ、小さい巻線径を有する巻線の単一の層が好ましいであろうが、必要とされる動力のゆえに、通常は、１つを超える巻線が提供される。
【0030】
柱の長さに次に依存する、典型的な巻線数は、約５０～約１５０、例えば、５６または１３２であり得る。巻線数とは関係なく、コイル巻線は、電気伝導性材料、特に、銅または銀などの、金属で作製される。銀は、銅の電気抵抗よりも約５％小さい電気抵抗を有するため、銀が銅よりも好ましくなり得る。
【0031】
好ましくは、少なくとも１本の柱、より好ましくは、各柱は、柱の長手方向軸を横切る三角形断面を有する。好ましくは、柱の断面はその全長にわたって三角形である。このような柱は回転軸の周りに高密度に詰めることができるため、三角形の柱はポンプハウジングの内部の利用可能な空間を高い割合まで利用することができる。好ましくは、三角形の１つの辺は、回転軸から見て外方に向いており、湾曲している。湾曲は回転軸の周りに曲がっている。湾曲の半径は、好ましくは、回転軸の周りに配置された複数の柱によって規定される外径の半径に対応する。このような湾曲によって、円筒形ポンプハウジングの内部における空間の利用のさらなる拡大を達成することができる。
【0032】
上述の概要、および好ましい実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むことでより深く理解されるであろう。本開示を例示する目的のために、図面を参照する。しかし、本開示の範囲は、図面において開示される特定の実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】血管内血液ポンプの断面図を示す。
【図2】駆動ユニット－インペラ構成の第１の実施形態の断面図を示す。
【図5A】４つの異なる実施形態に係る柱のインペラ側端部上の側面図を各々示す。
【図5B】４つの異なる実施形態に係る柱のインペラ側端部上の側面図を各々示す。
【図5C】４つの異なる実施形態に係る柱のインペラ側端部上の側面図を各々示す。
【図5D】４つの異なる実施形態に係る柱のインペラ側端部上の側面図を各々示す。
【図12】溶接部を有する柱の端面の正面図を示す。
【図13】駆動ユニット－インペラ構成の第２の実施形態の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0034】
図１を参照すると、血液ポンプ１の断面図が示されている。血液ポンプ１は、血流入口２１および血流出口２２を有するポンプケーシング２を備える。血液ポンプ１は、カテーテルポンプとも呼ばれる、血管内血液ポンプとして設計され、カテーテル２５を用いて患者の血管内へ展開される。血流入口２１は、使用時、大動脈弁などの、心臓弁を貫いて配置され得る可撓性カニューレ２３の端部にある。血流出口２２はポンプケーシング２の側面内に位置し、大動脈などの、心臓血管内に配置され得る。血液ポンプ１は、以下においてより詳細に説明されるように、駆動ユニット４を用いてポンプ１を駆動するべく血液ポンプ１に電力を供給するためのカテーテル２５を通って延びる電気線材２６と電気接続されている。
【0035】
血液ポンプ１が、長期間の適用物内で用いられることを意図されている場合には、すなわち、血液ポンプ１が、数週間、またはさらに、数カ月間、患者に埋め込まれている状況では、電力は、好ましくは、電池を用いて供給される。患者がケーブルによって基地点に接続されないため、これは、患者が移動することを可能にする。電池は患者によって携行され得、電気エネルギーを、例えば、無線で、血液ポンプ１に供給し得る。
【0036】
血液は、血流入口２１および血流出口２２を接続する通路２４に沿って運搬される（矢印によって血流が指示されている）。インペラ３が、血液を通路２４に沿って運搬するために設けられており、第１の軸受１１および第２の軸受１２を用いてポンプケーシング２内で回転軸１０の周りに回転可能になるように装着されている。回転軸１０は、好ましくは、インペラ３の長手方向軸である。軸受１１、１２は両方とも本実施形態では接触型軸受である。しかし、軸受１１、１２のうちの少なくとも一方は、磁気または動圧流体軸受などの、非接触型軸受であることができるであろう。第１の軸受１１は、回転運動およびある程度の枢転運動を可能にする球面軸受面を有するピボット軸受である。軸受面のうちの１つを形成するピン１５が設けられている。第２の軸受１２は、インペラ３の回転を安定させるための支持部材１３内に配設されており、支持部材１３は血流のための少なくとも１つの開口部１４を有する。インペラ３が回転すると血液を運搬するためのブレード３１がインペラ３上に設けられている。インペラ３の回転は、インペラ３の端部部分において磁石３２に磁気結合された駆動ユニット４によって生じる。図示の血液ポンプ１は混合型血液ポンプであり、流れの主方向は軸方向である。血液ポンプ１はまた、インペラ３、特に、ブレード３１の構成によっては、純粋に軸方向の血液ポンプにもなり得るであろうことは理解されるであろう。
【0037】
血液ポンプ１はインペラ３および駆動ユニット４を備える。駆動ユニット４は、６本の柱４０などの、複数の柱４０を含み、そのうちの２本のみが図１の断面図において可視である。柱４０は回転軸１０と平行に配置されており、より具体的には、柱４０の各々の長手方向軸は回転軸１０と平行である。柱４０の一方の端部４２０はインペラに隣接して配設されている。コイル巻線４４が柱４０の周りに配置されている。コイル巻線４４は制御によって、回転磁界を作り出すよう順次に制御される。制御ユニットの部分は、電気線材２６に接続されたプリント配線板６である。インペラは、本実施形態では多ピース磁石として形成された、磁石３２を有する。磁石３２は、駆動ユニット４に面するインペラ３の端部に配設されている。磁石３２は、回転軸１０の周りのインペラ３の回転を生じさせるよう回転磁界と相互作用するように配置されている。
【0038】
磁束経路を閉じるために、バックプレート５０が、柱のインペラ側と反対の柱４０の端部に配置されている。柱４０は磁心の役割を果たし、好適な材料、特に、鋼または好適な合金、特に、コバルト鋼などの、軟磁性材料で作製されている。同様に、バックプレート５０は、コバルト鋼などの、好適な軟磁性材料で作製されている。バックプレート５０は磁束を増強し、これは、血管内血液ポンプにとって重要である、血液ポンプ１の全径の低減を可能にする。同じ目的のために、ヨーク３７、すなわち、追加のインペラバックプレートが、駆動ユニット４から遠ざかる方に面した磁石３２の側でインペラ３内に設けられている。本実施形態におけるヨーク３７は、血流をインペラ３に沿って案内するために円錐形状を有する。ヨーク３７もコバルト鋼で作製され得る。中心軸受１１に向かって延びる１つ以上のウォッシュアウト流路がヨーク３７または磁石３２内に形成され得る。
【0039】
図２は、図１に係る血液ポンプのための駆動ユニット－インペラ構成の第１の好ましい実施形態の断面図を示す。図２において見ることができるように、柱４０のインペラ側端部４２０は巻線４４を越えて半径方向に広がっていない。むしろ、柱４０の断面は柱４０の長手方向軸ＬＡの方向において一定である。かくして、柱４０が互いに接近することが回避されている。なぜなら、これは、部分的な磁気短絡を生じさせ、その結果、血液ポンプの電気モータの動力の低減をもたらし得るからである。
【0040】
図２に係る駆動ユニットは少なくとも２本の柱４０を含み得る。柱の数は、好ましくは、３の倍数であり、それゆえ、３本、９本、または１２本であり得る。代替的に、柱４０の数は、２本、４本、６本、８本、１０本、または１２本などの、２の倍数であり得る。より多数の柱４０も可能であり得る。６本の数の柱４０が好ましい。断面図のゆえに、２本の柱４０のみが可視である。柱４０およびバックプレート５０は、１０ｍｍ未満の直径を有し得る駆動ユニット４の磁心４００を形成する。
【0041】
柱４０は、図示のように、電気伝導率に関して不連続である不連続な軟磁性材料から成り得る。不連続な軟磁性材料は、強磁性材料で作製され、互いに積層された複数のシート８５を含む。積層方向は柱４０の長手方向軸ＬＡの方向に配置されており、矢印ＤＬによって標識されている。図示のように、柱４０は回転軸１０と平行に配置されている。
【0042】
スペーサ７が柱４０の周りに配設されている。それは磁気的に不活性の材料で作製されており、柱４０の、それらのインペラ側端部４２０における距離を一定に保つ目的を有する。スペーサ７は、図６Ａ～図６Ｃに関してさらに詳細に説明されることになる。コイル巻線４４のインペラ側端部４２４はスペーサ７まで広がっている。柱４０の他方の端部に、バックプレート５０が設けられている。図２に示される実施形態によれば、バックプレート５０は、柱４０を内部に受容するための凹部を有する。より具体的には、それは、柱４０の後端部４５０のための開口部５１１を有する第１の層５１を含む。バックプレート５０は、図７Ａ～図７Ｃに関してさらに詳細に説明されることになる。
【0043】
３つの上述の特徴：柱のインペラ側端部４２４が巻線４４のインペラ側端部を越えて半径方向に広がっていないこと、柱４０の間に磁気的に不活性のスペーサ７を提供すること、および柱４０の後端部４５０を受容するための凹部を有するバックプレート５０、の任意の組み合わせを有する血液ポンプ１の実施形態を実現することが想到可能である。
【0044】
図３Ａおよび図３Ｂは、図１および図２に係る駆動ユニット－インペラ構成の駆動ユニット４の磁心４００の側面図および斜視図を示す。磁心４００の柱４０およびバックプレート５０は、インペラ３の磁石構造３２まで距離を有するように示されている。図から分かるように、柱４０のインペラ側端部４２０の各々の前面４２はくぼみを設けられている。この特定の実施形態において、および以下に説明される全ての実施形態において、くぼみは、くぼみの周囲が前面４２の周囲と一致するよう前面４２全体にわたって広がっている。
【0045】
それゆえ、くぼみの傾斜は前面４２の周囲まで広がっている。くぼみは、前面４２を貫いて鉛直に延びる断面平面内で見たときに、三角形断面を有し、前述の平面は、図示の実施形態では、それぞれの柱４０の長手方向軸と垂直である。これは、国際公開第２０１７／１６２６１９（Ａ１）号において説明されるように、柱４０の前面４２の各々が、磁心４００の円錐形の前方側を共に形成するよう傾斜している実施形態では、異なるであろう。すなわち、国際公開第２０１７／１６２６１９（Ａ１）号では、柱は、シャフト、およびシャフトのインペラ側端部における傾斜したヘッド部分を各々有する。また、それらのヘッド部分の前面も、傾斜しているものの、前面が前面の中心区域に向かって下方へ傾斜しており、前面を貫いて鉛直に延びる断面平面内で見たときに、三角形断面を有する上述のくぼみを設けられ得る。
【0046】
前面の中心区域に向かう下方へのくぼみ内の前面４２の傾斜は、以下において図４に関して説明されるように、前面を貫いて延びる磁力線を集束させ、かくして、それらを束ねる役割を果たす。しかし、くぼみの内部において、前面４２は前面４２の中心区域に向かって下方へ傾斜しているだけでなく、回転軸１０に対して半径外側方向に下方へさらに傾斜している。換言すれば、くぼみ内の前面４２の半径方向内側領域はくぼみ内の前面４２の半径方向外側領域よりも軸方向に突出している。半径方向外方への下方傾斜の目的は、磁力線をインペラの磁石構造３２の外周縁に向けて方向付け、これにより、インペラ３が回転させられるレバーアームを増大させ、それゆえ、トルクを増大させるという目的を含む。したがって、くぼみの傾斜が前面４２の中心に向かい、半径方向外方にも向かっていることは、三角形断面を有する柱４０にとって、くぼみが、回転軸に対して半径方向外方に位置する柱４０の側面に向かって開いているという結果をもたらす。それゆえ、前面４２の最大深さの地点はそれぞれの柱４０の外周に位置しており、０．０５ｍｍ～０．３ｍｍ、好ましくは、０．１ｍｍ～０．２ｍｍの範囲に及び得、最も好ましくは、約０．２ｍｍである。
【0047】
図４は、図３Ａおよび図３Ｂに示される磁心４００などの、磁心４００の６本の柱４０ａ、４０ｂの巻きを開いたものを概略的に示す。回転磁界を作り出すためには、２つの面が重要である。第１に、柱のうちの一部は正の方向に磁化されなければならず、その一方で、他のものは負の方向に磁化され、それゆえ、磁束の磁気流体線が、磁化された柱による正から、インペラ３２の磁石構造を通って、負に磁化された柱内に入り、さらに、バックプレート５０を通って、正に磁化された柱内へ戻るように延び、これにより、閉じた磁界を作り出すようにする。第２に、柱の磁化方向は、インペラ３の磁石構造３２を回転軸１０の周りに回転牽引するために、円周方向に柱から柱へと順次に変更されなければならない。これを達成するために、隣り合う柱は、柱４０の各々の周りに設けられたコイル巻線４４を流れる適切に方向付けられた電流によって反対方向に磁化される。例えば、第１の柱は正に、第２の隣り合う柱は負に、第３の隣り合う柱は正に、第４の隣り合う柱は再び負に、などのように磁化され得る。しかし、好ましい実施形態では、インペラ３の磁石構造３２を牽引するために一方の方向に磁化された２本の隣り合う柱が常に存在し、次の後続の柱のうちの１本のみが反対に磁化される。６本の柱の場合には、６本の柱の巻きを開いたものが概略的に表示された図４において指示されるように、４本の柱４０ｂが一方の方向に磁化され、２本の柱４０ａが反対方向に磁化される。図４からさらに分かるように、くぼんだ前面４２を貫いて延びる磁力線５００は、くぼみ内の傾斜した表面のおかげで、磁力線が束を形成するよう集束させられる。それゆえ、磁力線５００が、隣り合う柱４０ａおよび４０ｂの間を橋絡するという意味での短絡の危険が最小限に抑えられる。
【0048】
図５Ａ～図５Ｄは、４つの異なる実施形態に係る柱のインペラ側端部４２０上の側面図を各々示す。図５Ａに示される実施形態は、以上において説明されたように、前面の周囲と一致する周囲を有し、前面４２の中心区域に向かって下方へ傾斜するとともに、回転軸に対して半径方向外方へも傾斜した２つの傾斜側壁４２ａを有するくぼみを有する上述の実施形態に対応する。その結果、くぼみは、前面４２を貫いて鉛直に延びる任意の断面平面内で見たときに、三角形断面を有し、柱の半径方向外側で開いている。
【0049】
図５Ｂに示される実施形態は、それが平らな底部４２ｂを有することを除いて、図５Ａの実施形態に実質的に対応する。それゆえ、くぼみの三角形断面は回転軸に対して柱の半径方向内側に限定される。さらに半径方向外方では、断面は台形である。それゆえ、底部４２ｂは平らであり、前面４２の一般面と平行であり、それに対して、側壁４２ａは、反対に配向された傾斜を有する直線状の側壁である。
【0050】
図５Ｃに示される実施形態では、くぼみは、くぼみの傾斜が前面４２の周囲において最大になるよう、湾曲した傾斜側壁４２ａを有する。
【0051】
【0052】
図６Ａ～図６Ｃは、スペーサ７の斜視図、正面図、および側面図をそれぞれ示す。スペーサ７は、概して、中央に貫通孔７５を有する円板または車輪の形態を有する。スペーサ７は柱の各々のための開口部７１を含む。６本の柱４０を有する実施形態については、図示のように、６つの開口部７１が存在する。開口部７１の間に、離間スポーク７２が配置されている。柱４０が開口部７１内に挿入されているときに、離間スポーク７２は柱４０の間の距離を一定に保つ。さらに、スペーサ７は、隣り合う離間スポーク７２を接続し、スペーサを安定させる外側リム７３および内側リム７４を含む。スペーサ７は、柱４０のインペラ側端部４２０の間に配置されたときに磁気短絡を回避する常磁性材料であるチタンで作製されている。チタンは高い機械的強度をもたらし、これにより、それはわずかな厚さのスペーサ７の製作を可能にする。これは構築空間の消費の点で有利である。また、チタンは、渦電流損失が最小限になるよう低い電気伝導率を有し、チタンは機械加工が容易である。しかし、任意の他の非磁性材料が、それが安定しており、高精度で機械加工可能であり、電気を容易に伝導しないことを条件として、同様に用いられ得る。また、反磁性材料の使用も、それが外部磁界を相殺するため、可能である。
【0053】
図７Ａはバックプレート５０の第１の層５１上の斜視図を示す。第１の層５１は、中心孔５１５を有する円板または車輪の全体的形状を有する。第１の層５２は、柱４０の後端部４５０が配置されることになる開口部５１１を含む。第１の層５１は、開口部５１１の間の離間スポーク５１２を含む。離間スポーク５１２の１つの目的は、柱４０の後端部４５０の間の距離を一定に保つことである。さらに、第１の層５１は、それぞれ、開口部５１１の外側半径方向端部および内側半径方向端部において離間スポーク５１２を接続する外側リム５１３および内側リム５１４を含む。第１の層５１は、電気伝導率に関して不連続である不連続な軟磁性材料で作製され得る。それは、いくつかの強磁性シート８５、特に、図７Ａに示されるように、３枚のシートを含み得る。シート８５は電気的非伝導性材料を用いて互いに積層され、不連続な軟磁性材料を形成する。積層方向ＤＬはシート８５と概ね平行であり、シートの主たる広がりの方向が積層平面を規定する。バックプレート５０内において、シート８５は回転軸１０と垂直である。第１の層５１の中心において、孔５１５が配置されている。それは、第１の層５１および第２の層５２の組み立てを容易にする目的を有し、例えば、それは、第１および第２の層５１、５２を中心合わせする役割を果たし得る。
【0054】
図７Ｂに、バックプレート５０の第２の層５２の斜視図が示されている。第２の層５２は、実質的に、第１の層５１内の孔５１５に対応する中心における孔５２５を有する円板の形態を有する。第２の層５２は柱４０の後端部のための開口部を全く有しない。代わりに、第２の層５２は、柱４０の後端部４５０に面した接触平面５２６を提供する。柱の後端部４５０は、駆動ユニットの組み立てられた状態において、バックプレート５０の第２の層５２の接触平面５２６と接触しており、柱４０の後端部４５０とバックプレート５０との間で磁束を伝達する。柱４０の後端部４５０の全てが接触平面５２６と接触しているため、柱４０の間で磁束を交換することができ、磁気的ゼロ点が第２の層５２内に生じ得る。これを可能にするために、第２の層５２は軟磁性材料で作製されている。軟磁性材料は、電気伝導率に関して不連続である不連続な軟磁性材料であり得、以上において第１の層５１に関して説明されたとおりの構造と同様の、互いに積層されたシート８５を含み得る。一例として、図７Ｂに示されるとおりの３枚のシート８５が第２の層５２を形成し得る。第２の層５２内において、積層方向Ｄは回転軸１０と垂直である。シート８５は強磁性かつ電気的に伝導性であり、それに対して、明示的に示されていない、シート８５の間の中間層は非強磁性かつ電気的に非伝導性である。この種の不連続な軟磁性材料は、さもなければ磁束の変化によってより大量に発生されるであろう渦電流を低減する。第２の層５２の中央における孔５２５は、第１の層５１および第２の層５２の組み立てを容易にする目的を有し、例えば、それは、第１および第２の層５１、５２を中心合わせする役割を果たし得る。
【0055】
図７Ｃはバックプレート５０の断面を示す。それは、最も大きい広がりを有するそれらの主表面において互いに接合された第１の層５１および第２の層５２で構成されている。バックプレート５０の第１の層５１と第２の層５２との間の接合は第１および第２の層５１、５２のシート８５の間と同じ仕方で確立され得る。第１の層５１および第２の層５２の貫通孔５１５および５２５は、第１および第２の層５１、５２を中心合わせするために互いに整列させられる。第１および第２の層５１、５２を積み重ねることによって、開口部５１１は第２の層５２によって一方の端部において閉じられ、これにより、凹部５０１が柱４０の後端部４５０の収容のために形成される。凹部５０１の底部は接触平面５２６を形成する。柱４０が凹部５０１内に挿入されたときに、その後端部４５０は接触平面５２６と接触する。さらに、柱４０の位置は、柱４０の各々を共に包囲する、離間スポーク５１２によって、ならびに外側および内側リム５１３、５１４によって固定される。このように、接触平面５２６において第２の層５２と柱４０の後端面４５との間で磁気的接続が確立され、加えて、柱４０と第１の層５１の上述の包囲する部分との間で第２の磁気的接続が確立される。しかし、磁束の主要部分は接触平面５２６を介して伝えられる。好ましくは、柱４０の後端部４５０における表面、および接触平面５２６は両方とも既定の平坦性を有する。このように、柱４０の後端部４５０における表面４５と接触平面５２６との間の間隙は、好ましくは１０μｍ未満の特定の値未満に維持され得る。これは柱４０とバックプレート５０との間の磁束の伝達を改善する。好ましくは、柱４０の後端部４５０における表面４５と接触平面５２６との間に追加の材料は存在しない。本発明の本実施形態では、表面４５およびバックプレート５０を介した磁束の伝達は、柱４０をバックプレート５０に留める仕方とは無関係である。
【0056】
【0057】
図８Ａにおいて、プレート８に、被加工物棒材８１をプレート８から切り取るための幅Ｗが標識されている。被加工物棒材８１の幅Ｗは、被加工物棒材８１から製作されることになる柱４０の長さと同一である。図８Ｂに、図８Ａにおいて長方形Ｒによって標識された部分の拡大図が示されている。ここでは、不連続な軟磁性材料の積み重ねられたシート８５が視認できる。積層方向ＤＬはプレート８の主平面に沿って広がり、それゆえ、積層平面を形成する。
【0058】
図８Ｃは、プレート８から不連続な材料の個片として切り取られた被加工物棒材８１を示す。図８Ｄに、図８Ｃにおいて長方形Ｒによって標識された部分の拡大図が示されている。被加工物棒材８１のシート８５がこの図において視認できる。
【0059】
図９Ａは、棒材８１からの柱４０の切り出しに備えた溶接ステップのための基盤を形成する図８Ｃおよび図８Ｄの被加工物棒材８１を示す。図９Ａにおいて左側に向いた棒材８１の側面上に、棒材８１から製作されるべき柱４０の複数の断面８４が示されている。柱４０は、これらの断面８４を棒材８１から切り出すことによって製作される。棒材８１の幅Ｗが柱４０の長さに対応するため、棒材８１の側面８１１および８１２は柱４０のインペラ側端部４２０および後端部４５０における端面になる。
【0060】
図９Ｂは、柱４０を切り出す前の次の準備ステップを示す。２つの溶接継ぎ目８２および８３が、棒材８１の面８１１上に、互いに距離を置いて、および切り出されるべき柱４０の断面８４の各々を横切るように溶接される。溶接継ぎ目８２および８３はシート８５の積層方向ＤＬと垂直に延びている。このように、不連続な材料のシートが互いに接続される。２つの溶接継ぎ目の代わりに、単一の溶接継ぎ目が設けられてもよい。加えて、同様の溶接継ぎ目が棒材８１の反対の側面８１２上に設けられてもよい。シート８５は溶接継ぎ目８２および８３のゆえに互いに対してより良好な機械的接続を有し、さらに、電気接続される。後者は、電流が、柱４０になる予定の不連続な軟磁性材料の任意の位置から、例えば、放電加工のために必要とされ得る、棒材８１の電気接続の各位置へ流れることができるという利点を有する。このように、放電加工が大幅に促進される。さらに、切り出された柱４０が層間剥離し得ないため、より高いプロセスの信頼性が達成される。好ましくは、レーザ溶接が適用される。溶接パワーを同じ溶接部に２回、またはさらに多数回、印加することが有利であり得る。図９Ｃに、長方形Ｒによって標識された棒材８１の部分が拡大されて示されている。
【0061】
それゆえ、図９Ｃは、棒材８１から切り出されることになる柱４０の複数の断面８４を示す。断面８４は実質的に三角形の形状を有する。図示のように、角部は丸みを有し得る。図９Ｃにおける断面８４の左側に示された三角形の凸状の辺８４２は凸状の形を有する。この種の断面８４は、円筒形のポンプハウジング２の内部の利用可能な構築空間を十分に利用するために有利である。断面８４の凸状の辺８４２と反対側にある断面８４の角部８４１の二等分線は積層方向ＤＬとそろっている。このように、シート８５は断面８４を貫いて対称に延びている。
【0062】
図１０は、棒材８１から切り出された柱４０を示す。図から分かるように、溶接継ぎ目８２および８３は棒材８１の後端部４５０における表面４５上に依然として存在する。柱４０はその全長に沿って一定の断面８４を有する。必要とされる場合には、溶接継ぎ目８２および８３は、柱４０を切り出した後にばりが取り除かれ得る。同時に、またはその後のステップにおいて、図５Ａ～図５Ｄのうちの任意のものに示されるとおりの構造を有する、または異なる構造を有するくぼみが柱４０の反対端部における表面内に切り込まれ、該表面は柱４０のインペラ側端部４２０の前面４２を後に形成することになる。代替的に、くぼみは、溶接部を提供し、ワイヤ放電加工によるなどして、柱４０を棒材８１から切り出す前に形成され得る。
【0063】
図１１は被加工物棒材８１の側面８１１上の２つの断面８４の別の構成を示す。図９Ａ～図９Ｃに示される被加工物棒材８１とは対照的に、図１１の被加工物棒材８１の側面８１１は、２つの断面８４を積層方向ＤＬと垂直な方向に互いに隣同士に配設することを可能にするサイズを有する。断面８４は積層方向ＤＬに対して、断面８４の各々の、そのそれぞれの凸状の辺８４２と反対側の角部の二等分線Ｂが積層方向ＤＬとそろうように配向されている。断面８４を棒材８１に沿って配設するこの仕方は材料を節約する。生じる廃棄材料が少なくなる。棒材８１の厚さおよび柱４０の所要断面寸法によっては、柱４０のさらにより多くの断面８４を積層方向ＤＬと垂直な方向に積み重ねることが想到可能である。
【0064】
溶接継ぎ目８２および８３の各々は断面８４の各々を横切って延びている。溶接継ぎ目８２、８３は、積層方向ＤＬと垂直な方向に棒材８１の側面８１１全体を横切って延びている。このように、棒材８１の不連続な軟磁性材料の全てのシート８５が互いに接続されている。
【0065】
図１２は、溶接された棒材８１から切り出された柱４０の一例、すなわち、柱４０の後端面４５上の正面図を示す。図１２に示されるように、三角形断面８４の高さの約３分の１超を覆い得る、相当な幅の単一の溶接継ぎ目８６が断面８４の凸状の辺８４２に沿って延びている。溶接継ぎ目８６は、その全てのシートを接続するよう積層方向ＤＬと垂直に延びている。しかし、図１１に示されるとおりの２つの溶接継ぎ目が単一の継ぎ目よりも好ましい。この場合も先と同様に、凸状の辺８４２と反対側の角部８４１の二等分線Ｂは積層方向ＤＬとそろっている。
【0066】
図１３は、図１に係る血液ポンプ１のための駆動ユニット－インペラ構成の第２の実施形態を示す。図２に示される第１の実施形態と同様に、インペラ側端部４２０の前面４２は、半径外方方向にインペラ３の磁石構造３２から遠ざかるよう先細りになったくぼみを有する。加えて、柱４０のインペラ側端部４２０は巻線４４を越えて半径方向に広がっていない。むしろ、柱４０の断面は柱４０の長手方向軸ＬＡの方向において一定である。かくして、柱４０が互いに接近することが回避されている。なぜなら、これは、部分的な磁気短絡を生じさせ、それゆえ、血液ポンプの電気モータの動力を低減し得るからである。
【0067】
この場合も先と同様に、図１３に係る駆動ユニットは少なくとも２本の柱４０を含み得る。柱の数は、好ましくは、３の倍数であり、それゆえ、３本、９本、または１２本であり得る。代替的に、柱の数は、２本、４本、６本、８本、１０本、または１２本などの、２の倍数であり得る。より多数の柱４０も可能であり得る。６本の数の柱４０が好ましい。断面図のゆえに、２本の柱４０のみが可視である。柱４０およびバックプレート５０は、１０ｍｍ未満の直径を有し得る駆動ユニット４の磁心４００を形成する。
【0068】
この第２の実施形態は、磁心の異なる構造によって、図２に示される第１の実施形態とは異なる。ここでは、磁心４００は、柱４０およびバックプレート５０である、駆動ユニット４の磁石構成要素を１つの単一部品またはモノブロックとして含む。モノブロックは不連続な軟磁性材料から成る。不連続な軟磁性材料は電気伝導率に関して不連続である。図示のように、それは、互いに積層され、図１４Ｃに示されるとおりのモノブロック９を形成する強磁性材料の複数のシート８５を含む。積層方向ＤＬは回転軸１０と平行である。
【0069】
コイル巻線４４は柱４０のインペラ側端部４２０まで延びている。これは、起磁力が柱４０全体に沿って発生され得るという利点を有する。磁心４００は、柱４０から遠ざかる方に半径方向に突出した柱４０の後端部４５０における突出部４０１を含む。この突出部４０１は、バックプレート５０に向かうコイル巻線４４のためのストッパを形成する。一体化した磁心４００はバックプレート５０および柱４０を、高い剛性をもって接続するため、柱のインペラ側端部４２０における柱４０の間のスペーサが省略され得る。一体化した磁心４００は、柱４０とバックプレート５０との間の最適の磁気的接続が達成されるという利点をもたらす。磁心４００は１０ｍｍ未満の直径を有し得る。
【0070】
図１４Ａ～図１４Ｃは、図１３に示されるとおりの駆動ユニット－インペラ構成の駆動ユニット４のための磁心４００を製作するステップを示す。図１４Ａは、磁心４００を製作するための被加工物を形成する立方体形状のモノブロック９の斜視図を示す。モノブロック９は、電気伝導率に関して不連続である不連続な軟磁性材料から成る。それは、シート８５の主平面に沿って延びる積層方向ＤＬに配向されたシート８５を含む。シート８５は各々、図１４Ａ～図１４Ｃに明示的に示されていない、電気的非伝導性材料の接合層によってそれらのそれぞれの隣り合うシートに接合されている。
【0071】
図１４Ｂは、磁心４００を、それが立方体状のモノブロック９から実質的に円柱状の本体９４に加工された、半製品状態で示す。この加工ステップにおいて、突出部４０１が製作される。磁心４００の柱４０の周囲面を形成する、本体９４の低減した直径の区分４０４は、柱４０の最も外側の凸状の側面８４２の外半径に対応する直径を有するように製作される。
【0072】
次に、本体９４は、図１４Ｃに示されるとおりの磁心４００を生成するようにさらに製作される。この生成ステップのために、放電加工を用いることができる。例えば、柱４０を互いに分離する溝穴４９を生成するために、ワイヤカットによる放電加工を適用することができる。溝穴の内部に、コイル巻線４４のための空間が提供される。溝穴４９の底部において、一体的バックプレート５０の中間区域５９が柱４０の後端部の間に広がっている。中間区域５９は柱４０およびバックプレート５０と一体になっている。それゆえ、磁心全体がモノブロック９によって形成されている。
【0073】
磁心４００内の積層方向ＤＬは、それが回転軸１０と平行であるようになっている。ベースプレート５０内の積層方向ＤＬがベースプレート５０内の柱４０の間の磁流に対して平行でないことは許容され得る。また、電気的に非伝導性の層によって分離されたコイル状の軟磁性シート材料から磁心４００を製作することも可能である。このとき、ベースプレート５０内の積層方向ＤＬは常に、ベースプレート５０内の磁束内の渦電流を回避するために有利である周方向になる。
【0074】
図１５Ａ～図１５Ｃは、図１４Ａ～図１４Ｃに従って製作されるとおりの一体化磁心表面上に１つ以上の溶接部がどのように設けられ得るのかを示す。したがって、図示の実施形態では、３つの溶接継ぎ目８２、８３が立方体状のモノブロック９の一方の側の面上に設けられている。溶接継ぎ目８２、８３は、互いに距離を置いて、およびモノブロック９から切り出されるべき本体９４の断面を横切って溶接される。溶接継ぎ目８２、８３はシート８５の積層方向ＤＬと垂直に延びている。このように、不連続な軟磁性材料のシートが互いに接続される。３つの溶接継ぎ目の代わりに、より多くの溶接継ぎ目または単一のより幅の広い溶接部が設けられてもよい。加えて、同様の溶接継ぎ目がモノブロック９の反対側に設けられてもよい（図示せず）。反対側の面上の溶接部の代替として、またはそれらに加えて、１つ以上の溶接継ぎ目がバックプレート５０のレベルにおいてモノブロック９の側面上に、バックプレート５０を完全に、または少なくとも部分的に包囲するように設けられてもよい。シート８５は溶接継ぎ目８２、８３のゆえに互いに対してより良好な機械的接続を有し、さらに、電気接続される。後者は、電流が、不連続な軟磁性材料の任意の位置から、例えば、放電加工のために必要とされ得る本体９４内の電気接続の各位置へ流れることができるという利点を有する。このように、放電加工が大幅に促進される。さらに、本体９４から切り出されるバックプレート－柱ユニットが層間剥離し得ないため、より高いプロセスの信頼性が達成される。好ましくは、レーザ溶接が適用される。溶接パワーを同じ溶接部に２回、またはさらに多数回、印加することが有利であり得る。
【0075】
その後、本体９４は、図１５Ｃに示されるとおりの磁心４００を形成するように機械加工される。この第２の実施形態では、柱４０の前面４２内のくぼみは、全てが、前面の中心に向かう下方傾斜を有する、２つでなく、３つの傾斜側壁を有する。くぼみの外周は柱４０の前面４２の外周と一致する。しかし、くぼみは柱４０のいずれの側面へも開いていない。特に、２つの傾斜側壁のみを有する図１４Ｃに示されるとおりの実施形態がより効果が高く、したがって、好ましい。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A-8B】
【図8C-8D】
【図9A】
【図9B-9C】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【国際調査報告】