(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー材料で作製されて固定子（２４）を格納するモータ・ハウジング（２０）を備えた血液ポンプ用の流体冷却式電動モータであって、モータ・ハウジングの長さが当該モータ・ハウジングの外径の少なくとも２倍であり、該モータ・ハウジングの外表面に沿ってポンプ流体を流すポンプ部分（１２）を駆動し、
モータ・ハウジング（２０）のポリマー材料が、該モータ・ハウジングに沿って流れるポンプ流体への該固定子からの熱の放散を容易にするために、熱伝導性で電気絶縁性の充填剤を少なくとも４０重量％の量で含有することを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
充填剤がＡｌ２Ｏ３を含む請求項１に記載の電動モータ。
【請求項３】
固定子（２４）がコイルを含み、コイル間のスペースには熱伝導性充填剤を含むポリマー材料（４２）が充填されている、特に請求項１または２に記載の電動モータ。
【請求項４】
該スペースに充填されるポリマー材料（４２）が、熱伝導的に周囲のヨーク・シート構成（２４ｂ）と接触している請求項３に記載の電動モータ。
【請求項５】
該固定子が、前記ポリマー材料で形成された滑らかな絶縁性の内面（４３）を有する請求項３または４に記載の電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ポリマー材料から射出成形されて固定子を格納するモータ・ハウジングを含む、比出力の高い流体冷却式電動モータに関し、詳細には、身体内に位置している血液ポンプを駆動するために身体の脈管系内に導入することができるマイクロモータに関する。
【０００２】
ＷＯ９８／４４６１９は、患者の身体内に導入される血液ポンプの一部であるマイクロモータについて記述している。マイクロモータは、ポリマー材料から射出成形されてその外径が８．０ｍｍ以下のモータ・ハウジングを有する。このモータは、患者の脈管系内に血液をポンピングする血液ポンプの一部であり、血液がモータ・ハウジングに沿って流れ、それによってモータを冷却するものである。ポリマー材料は熱伝導性が不十分であるので、モータ・ハウジング内には比較的高い温度が生じる。魔法瓶効果が原因となって６０℃の温度が生じる。モータ・ハウジングは、このハウジングに沿って流れる３７℃の温度の血液によって冷却されるが、モータ・ハウジングから延びるシャフトの温度はさらに高い。温度が肝要な媒質である血液は、温度が高すぎるシャフトによってダメージを受ける危険性がある。高温のシャフトを封止する封止材は非常に摩耗し易く、それによってマイクロモータの有効寿命が短くなる。さらに、モータ内の内部温度が高いと効率が低下することを考慮しなければならない。特に、動作させるためにバッテリ電源をしばしば利用するマイクロモータでは、高効率であることが重要である。モータの内部温度が高すぎ、それに伴って効率が低下すると、機械的に利用可能な電力も減少する。
【０００３】
本発明の目的は、熱の放散が改善された流体冷却式マイクロモータを提供することである。
【０００４】
本発明によれば、この目的は、請求項１に述べられている特徴により解決される。本発明のマイクロモータでは、モータ・ハウジングのポリマー材料は、熱伝導性である電気絶縁性の充填剤を含む。この充填剤によりモータ・ハウジングの伝導率が高くなり、その結果、ハウジング内に生じる熱を周囲の血液中に、より良好に伝達することができる。充填剤はセラミック材料が好ましく、特にＡｌ２Ｏ３が好ましい。この材料が、対応充填量で与えられると、熱可塑性樹脂またはデュロプラスチックの導電率を増大させることなくその熱伝導率を、典型的な０．０５Ｗ／ｍＫから最大２Ｗ／ｍＫまで著しく増大させることができる。流体温度が３７℃であると、モータの内部温度を当初の６０℃から４０℃〜４５℃の間に下げることができることが見出された。熱伝導性のモータ・ハウジングが熱をより良好に血液に伝達するので、モータ内では熱の蓄積が生じない。したがって電動モータの構成要素が受ける熱応力はより少なく、そのため摩耗もより少ない。さらに、このモータは、効率が改善された状態で動作することができる。
【０００５】
モータ・ハウジングの長さは、このハウジングの外径の少なくとも２倍である。このため、直径が小さい細長いモータ・ハウジングになる。このようなモータ・ハウジングは、その体積に対して表面が大きくなる。ハウジングの壁に含まれる熱伝導性の充填剤により、ハウジング表面が大きいことと相俟って、このハウジングに沿って流れる媒質に効果的に熱を伝達することが可能になる。モータ・ハウジングの長さは少なくともその外径の２．５倍、特に少なくとも３倍であることが好ましい。
【０００６】
充填剤が大量であると、デュロマーの厚さが薄くなり熱伝導性が改善されることからデュロマーの硬化時間が短縮されるので、この充填剤は、射出成形または真空成形によってマイクロモータを製造する際にも有利である。したがって、炉内の熱硬化時間は著しく短縮される。
【０００７】
マトリックス材料の熱伝導性を著しく増大させるために、充填剤の量は、少なくとも４０重量パーセントであるべきである。当初は細粉として存在する充填剤を液体ポリマー材料中に混合したら、射出成形やドレンチングなどによって形成を行う。
【０００８】
マイクロモータ内の重要な絶縁体はワイヤ・コイルによって形成される。巻線間には、空気が充填されたキャビティが存在し、これが理想的な断熱材を形成する。さらに個々のワイヤは、やはり良好な断熱材をもたらす絶縁シースで被覆される。本発明の好ましい実施形態（これは別の点で重要であるが）によれば、固定子コイルのキャビティには、熱伝導性の充填剤を含んだポリマー材料が充填されている。それによって、このコイルは良好な熱伝導体となり、電流により誘導されてコイル内に発生した熱は、熱抵抗がほとんど無いヨークおよび／またはモータ・ハウジングに放散される。キャビティに充填されるポリマー材料によって、モータ・ハウジングに熱を伝えることになる鉄ヨーク・シート構成への熱伝達が改善される。充填剤を配合したポリマー材料をコイルのキャビティ内に導入することは、真空状態と加圧状態を組み合わせてドレンチングによりまたはキャスティングにより適切に行われ、この場合、全てのキャビティには意図的に熱伝導性ポリマー材料が充填される。
【０００９】
以下は、図面と併せて理解される本発明の実施形態の詳細な記述である。
【００１０】
以下に記述される図１は、既にＷＯ９８／４４６１９の対象物を形成する。
【００１１】
図１は、脈管内血液ポンプ１０、すなわち心臓内に届くように患者の血管内を押し進むことができる血液ポンプを示す。一般に、このような血液ポンプの外径は８ｍｍ以下である。
【００１２】
ポンプ１０は、駆動部分１１と、そこに固着されたポンプ部分１２を有する。駆動部分１１は、細長い円筒形ハウジング２０を備えた電動マイクロモータ２１を含む。ハウジング２０の後端部は端部壁によって閉じられ、この壁には、軟性カテーテル１４が密封するような状態で隣接している。電動モータ２１に電力を供給し、かつ電動モータ２１を制御するための電線２３は、血液ポンプ１０のセンサに接続されている別のワイヤ２３ａと共に、カテーテル１４内に延びる。
【００１３】
従来の手法より、モータの固定子２４は、周辺を取り巻くように分布している複数のコイル２４ａ、ならびに金属シートで作製された長手方向に延びる磁気ヨーク２４ｂを有する。この固定子２４には、モータ・ハウジング２０が押出し被覆されている。固定子２４は、モータ・シャフト２５に接続している回転子２６を格納し、これは、動作方向に磁化された永久磁石で構成されている。軸受２７は、モータ・ハウジングまたは端部壁２２内のモータ・シャフトの後端部を支持している。シャフトはモータ・ハウジング２０の全長に沿って延び、そこから前方に突出している。
【００１４】
モータ・ハウジングの前端部は、ハウジング２０との一体化部分である固定ハブ部材３０によって形成される。ハブ部材の外径は前端部に向かって次第に小さくなっており、そこに、モータ・シャフト２５を支持する軸受３３が設けられる。この軸受は、シャフト封止材と同時に設計される。
【００１５】
モータ・シャフト２５はハブ部材３０から前方に突出し、羽根車ホイール３４を保持しており、この羽根車ホイール３４は、シャフト端部上に位置するハブ３５およびそこから突出するブレード３６またはポンプ羽根を有するものであり、羽根車ホイール３４の軸に対して傾いている。羽根車ホイール３４は、ハブ部材３０上のリング３８に接続されている円筒形のポンプ・ハウジング３２内に含まれており、この接続は、周辺を取り巻くように分布された３つのウェブ３９により確立されている。モータ・ハウジング２０とポンプ・ハウジング３２は固着されてその外径が同じであり、ポンプ１０の直径はどの部分でもこの外径を超えることはないことが明白である。
【００１６】
羽根車ホイール３４の回転中、血液は、ポンプ・ハウジング３２の取込み用ポート３７を通して取り込まれ、ポンプ・ハウジング３２内を軸方向に沿って後部へと導かれる。ポンプ・ハウジング３２とモータ・ハウジング２０の間の環状ギャップを通り、血液は、ハブ部材３０に沿って外部に流れ、さらにモータ・ハウジング２０に沿って流れる。このため、駆動機構内で発生した熱の放散が保証され、モータ・ハウジング２０での高すぎる表面温度（４１℃よりも高い）によって引き起こされるいかなるダメージも血液に与えられない。
【００１７】
供給方向を逆にしたポンプ部分１２も可能であり、その場合、血液はモータ・ハウジングに沿って引き出され、前端部開口３７から軸方向に出ていく。
【００１８】
モータ・ハウジング２０の周壁内には圧力センサ６８が埋め込まれ、ライン２３ａに連絡している。このライン２３ａは、モータ・ハウジング２０内に封入され、前部壁２２を通してカテーテル１４内に延びている。カテーテルの近位端では、ライン２３ａとワイヤ２３を、ポンプ１０の動作を制御する体外制御装置に接続することができる。
【００１９】
マイクロモータ２１は、マンドレルが挿入される射出成形用金型を使用する射出成形によって製造され、そこに固定子構成要素２４ａ、２４ｂが保持されることになる。次いでポリマー材料を金型に射出する。その後、射出成形用金型およびマンドレルをモータ・ハウジング２０から取り外し、最後にハブ部材３０の開口３１を通して回転子２６を取り付ける。
【００２０】
使用されるポリマー材料は、充填剤を少なくとも４０重量％の割合で含む液体エポキシ樹脂が好ましい。使用される充填剤はＡＬ２Ｏ３細粉である。
【００２１】
電流により誘導されて固定子２４のコイル２４ａ内で発生した熱は、まずヨーク構成２４ｂに伝達され、その後、熱伝達によって、そこからモータ・ハウジング２０に伝達される。モータ・ハウジング２０の熱伝導率は良好であるので、３７℃の温度でモータ・ハウジング周辺を流れる血液に対する温度勾配が小さい。
【００２２】
図２は、コイル２４ａのワイヤ巻線４０を示しており、各ワイヤには絶縁シース４１が設けられている。ワイヤ巻線の間またはその絶縁体の間のスペースには、充填剤としてＡｌ２Ｏ３を含有するポリマー材料４２が充填される。この場合も、充填剤の量は少なくとも４０重量％である。キャビティに充填されるポリマー材料４２は、ヨーク・シート構成２４ｂの全面に接触しており、この構成２４ｂは、モータ・ハウジング２０の全面に接触している。
【００２３】
冷却が改善されたことにより、ｕ＝３０，０００ｒｐｍで５Ｗという高度な機械的出力を実現することができる。全てのモータ構成要素の熱伝導率が実質上改善され、コイルとヨークとモータ・ハウジングとの間で遷移する際の熱の結合が実質上改善されたので、モータ内の温度を著しく低下させることができる。
【００２４】
したがって記述した構造では、モータ内から外部へ１０Ｗの熱を伝達させるのに必要な駆動温度差は、充填剤を加えないポリマーを使用する場合がΔδ＝１８〜２５Ｋであるのに対してわずかΔδ＝５〜８Ｋである。
【００２５】
全ての巻線のキャビティにポリマー材料４２を完全に充填することにより、コイルの内面に、滑らかで絶縁性のあるコイル被覆４３を設けることがさらに可能になる。モータがブラシレス同期機として設計される場合、コイルが内部に完全に封入されているならば、内側に液体が充填されたモータを駆動することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  マイクロモータおよびそれに接続されているポンプの縦断面図である。
【図２】  図１の細部ＩＩの拡大図である。
【図１】
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【図２】
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