KR20200057734A - 혈액 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혈관내 혈액 펌프(1)에 관한 것으로, 혈류 입구(21) 및 혈류 출구(22)를 가지는 펌프 케이싱(pump casing)(2); 회전축(10) 주위를 회전하도록 상기 펌프 케이싱(2)에 배치된 임펠러(3) ― 상기 임펠러(3)는, 상기 혈류 입구(21)로부터 상기 혈류 출구(22)로 혈액을 운반하기 위한 크기 및 형상을 갖는 블레이드(31)을 구비함 ―;를 포함한다. 상기 혈액 펌프(1)는 상기 임펠러(3)를 회전시키는 구동 유닛(104) ― 상기 구동 유닛(104)은 상기 회전축(10) 주위에 배치된 복수의 포스트(140)를 포함함 ― 를 포함한다. 상기 포스트 주위에 있는 코일 권선(47)은 회전 자기장을 생성하도록 순차적으로 제어 가능하다. 각각의 상기 포스트(140)의 상기 샤프트부(141)는, 각각의 상기 포스트(140)의 상기 세로축을 가로지르는 단면에서 불연속적인 연 자성 재료를 포함한다.

Description

혈액 펌프

본 발명은 혈액 펌프에 관한 것으로, 특히 환자의 혈관 내 혈류를 돕기 위해 피부를 통해서 환자의 혈관에 삽입하기 위한 혈관내 혈액 펌프에 관한 것이다. 혈액 펌프에는 혈액 펌프의 외경을 줄일 수 있는 개선된 구동 유닛이 있다.

축방향 혈액 펌프, 원심(즉, 방사형) 혈액 펌프, 또는 혼합형 혈액 펌프와 같은 상이한 유형의 혈액 펌프가 알려져 있으며, 여기서 혈류는 축방향 및 방사상의 두 가지 힘에 의해 야기된다. 혈관내 혈액 펌프는 카테터를 통해 대동맥과 같은 환자의 혈관에 삽입된다. 혈액 펌프는 전형적으로 통로로 연결된 혈류 입구와 혈류 출구를 가지는 펌프 케이싱(pump casing)을 포함한다. 통로를 따라 혈류 입구에서 혈류 출구까지 혈액이 순환되도록, 임펠러 또는 로터(rotor)는 펌프 케이싱 내에서 회전 가능하게 지지되며, 임펠러에는 혈액을 나르기 위한 블레이드가 제공된다.

혈액 펌프는 전형적으로 전기 모터일 수 있는 구동 유닛으로 구동된다. 예를 들어, 미국 특허 US 2011/0238172 A1는 전기 모터에 자기로 결합될 수 있는 임펠러를 갖는 체외 혈액 펌프를 개시한다. 임펠러는 전기 모터 내 자석에 인접하여 배치된 자석을 포함한다. 임펠러와 모터 내 자석 간 인력으로 인해 모터의 회전이 임펠러로 전달된다. 회전부의 개수를 줄이기 위해, 미국 특허 US 2011/0238172 A1에서의 회전 자기장을 적용하는 것으로 알려져 있으며, 여기서 구동 유닛은 회전축 주위에 배치된 복수의 정적(static post) 포스트를 가지며, 각 포스트는 와이어 코일 권선을 휘감으며 자심(magnetic core) 역할을 한다. 제어부는 코일 권선에 순차적으로 전압을 공급하여 회전 자기장을 생성한다. 충분히 강한 자기 결합을 제공하기 위해 자기력은 충분히 세야 하고, 이는 구동 유닛에 공급되는 충분히 높은 전류 또는 큰 자석을 제공하면 자기력이 강해질 수 있지만, 이로인해 혈액 펌프의 직경이 전체적으로 커진다. 이에 따라 구동 유닛에서 높은 에너지 소비 및 열 발생이 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 구동 유닛과 임펠러 간 자기 결합을 갖는 혈액 펌프, 바람직하게는 혈관내 혈액 펌프 또는 판막 통과 혈액 펌프(이들 혈액 펌프는 간단한 구조, 특히 혈액 펌프가 혈관 내, 정맥 내, 동맥 내 또는 판막 내로 삽입될 수 있도록 충분히 작은 외경을 가짐)를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 혈액 펌프의 열 및 에너지 소비를 감소시키는 것으로, 혈액 펌프가 배터리로 구동되어 환자에게 이동성을 제공할 수 있어 장기간 적용하는데 특히 유용하다.

이러한 목적은 본 발명에 따라 독립청구항 1의 특징을 갖는 혈액 펌프에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예 및 추가 발전은 독립청구항 1에 종속된 청구항에 특정된다.

본 발명에 따르면, 바람직하게는 혈관내 혈액 펌프이고, 부분적으로 축방향 및 방사상으로 펌프하는, 축방향 혈액 펌프 또는 대각선 혈액 펌프(순수 원심 혈액 펌프의 직경은 일반적으로 혈관 내 적용하기에는 너무 큼)일 수 있는 혈액 펌프는 임펠러를 회전시키기 위한 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛은 회전축 주위에 배치된, 적어도 두 개, 적어도 세 개, 적어도 네 개, 적어도 다섯 개 또는 바람직하게는 여섯 개의 포스트와 같은 복수의 포스트를 포함한다. 여덟 개, 열 개 또는 열두 개 등 포스트 개수는 더 많아질 수 있다. 포스트 개수는 바람직하게는 임펠러를 균형있게 제어하기 위한 것이지만, 세 개 또는 다섯 개와 같이 홀수일 수 있다. 각각의 포스트는 샤프트부 및 헤드부를 포함하고, 헤드부는 임펠러를 향한다. 회전 자기장을 생성하기 위해, 코일 권선은 각각의 포스트의 샤프트부 주위에 배치되고 순차적으로 제어될 수 있다. 임펠러를 회전시키기 위해, 임펠러는 구동 유닛과 자기로 결합하도록, 즉 회전 자기장과 상호작용하도록 배치된 적어도 하나의 자석을 포함한다.

회전 전자기장을 생성하는 구동 유닛은 일반적인 전기 모터에 비해 이동부의 개수를 감소시킴으로써 혈액 펌프의 구조를 단순화할 수 있다. 전기 모터의 접촉 베어링(contact bearing)이 필요 없기 때문에 마모도 줄어든다. 구동 유닛과 임펠러 간 자기 결합은 임펠러의 회전을 야기할 뿐만 아니라 임펠러가 정확히 정렬되도록 도와준다.

각각의 포스트는 세로축을 가지고, 각 포스트의 샤프트부는 각 포스트의 세로축을 따라 연장된다. 바람직하게는, 각 포스트의 세로축은 회전축과 평행하다. 각 포스트의 샤프트부는 각 포스트의 세로축을 가로지르는, 바람직하게는 각 포스트의 세로축에 수직인 단면에서 불연속적인 연 자성 재료를 포함한다. 다시 말해서, 포스트의 연 자성 재료는 샤프트부에서 각 코일 권선에 의해 야기된 자속(magnetic flux) 방향에 대해 가로지르는, 바람직하게는 상기 자속 방향에 수직인 단면에서 불연속적이다. 연 자성 재료를 단면으로 나누거나 차단함으로써, 포스트의 샤프트부 내 와전류(eddy current)가 감소되거나 회피될 수 있어 열 발생 및 에너지 소비를 줄일 수 있다. 에너지 소비를 줄이면 혈액 펌프를 장기간 적용하는데 특히 유용하며, 환자에게 이동성을 제공하기 위해 혈액 펌프는 배터리로 구동되는 것이 바람직하다. 또한, 장기간 적용 시, 혈액 펌프는 퍼지(purge)없이 작동될 수 있으며, 이는 열 발생이 적은 경우에만 가능하다.

본 명세서에서 '불연속적'이란, 차단되지만 다른 위치에서 연결되는 연 자성 재료 또는 영역에 엄격히 분리된 영역을 형성하기 위해, 세로축을 가로지르는 임의의 단면에서 보여지는 연 자성 재료가 절연 재료 또는 기타 재료 또는 틈에 의해 차단, 분리, 교차 등이 되는 것을 의미한다.

자속 방향을 가로지르는 단면 평면에 불연속 연 자성 재료를 제공하면 와전류를 감소시켜 상기 언급한 바와 같이 열 발생 및 에너지 소비를 감소시킬 수 있다. 연속 또는 전신(full body)(즉, 솔리드) 연 자성 재료와 비교해 자기장을 실질적으로 약화시키지 않기 위해서는, 연 자성 재료의 연속 면적을 최소화하면서 연 자성 재료의 총량을 최대화해야 한다. 이는, 예를 들어 전기강판과 같은 연 자성 재료의 복수의 시트 형태로 연 자성 재료를 제공함으로써 달성할 수 있다. 특히, 시트는 한 더미의 시트를 형성할 수 있다. 시트는, 예를 들어 시트 중 인접한 시트 사이에 접착제, 래커(lacquer), 소성 에나멜(baking enamel) 등을 제공함으로써. 바람직하게는 서로 전기적으로 절연된다. 이러한 배치는 슬롯화(slotted)로 나타낼 수 있다. 전신 연 자성 재료와 비교하면, 연 자성 재료의 양은 거의 회수되지 않고, 절연 재료의 양은 적게 유지되어 슬롯화된 포스트에 의해 유발된 자기장은 솔리드 포스트에 의해 야기된 자기장과 실질적으로 동일하다. 다시 말해, 열 발생 및 에너지 소비는 현저하게 감소시킬 수 있지만, 절연 재료로 야기된 자기장의 손실은 미미하다.

시트는 바람직하게는 각 포스트의 세로축에 실질적으로 평행하게 연장된다. 즉, 시트는 자속 방향에 실질적으로 평행하게 연장되어, 샤프트부는 자속 방향으로 가로지르거나 수직인 단면에서 불연속적일 수 있다. 연 자성 재료가 세로축을 가로지르는 단면에서 불연속적인 경우, 시트는 각 포스트의 세로축에 대해 소정의 각도로 연장될 수 있음이 이해될 것이다. 시트는 바람직하게는 약 25 μm 내지 약 350 μm, 보다 바람직하게는 약 50 μm 내지 약 200 μm, 예를 들어 100 μm 의 두께를 갖는다.

와전류를 회피하거나 감소시키기 위해 전기 모터에 전기강판과 같은 슬롯화된 연 자성 재료를 제공하는 것이 일반적으로 잘 알려져 있다. 그러나 이러한 기술은 일반적으로 시트의 두께가 500 μm 이상인 대형 장치에 적용된다. 포스트 중 하나는, 보다 구체적으로 각 샤프트부는, 일반적으로 상기 크기 정도의 직경을 가지며, 전력 입력이 비교적 낮은(예를 들어, 최대 20 와트) 본 발명의 혈액 펌프와 같이 작은 크기에 적용할 때는, 와전류 및 관련 문제는 예상되지 않았다. 의외로, 샤프트부의 작은 직경에도 불구하고, 슬롯화된 샤프트부를 제공함으로써 와전류를 감소시켜 열 발생 및 에너지 소비를 줄일 수 있다. 이는 최대 50,000 μm(분당 회전 수)의 고속으로 작동할 수 있는 혈액 펌프의 작동에 유리하다.

포스트의 샤프트부에 불연속적 연 자성 재료를 제공하기 위한 전술한 슬롯화된 배열 이외 다른 배열이 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 복수의 시트 대신, 복수의 와이어, 섬유, 포스트 또는 다른 장형 요소가 제공되어 구동 유닛의 각 포스트를 형성할 수 있다. 와이어 등은 서로 전기적으로 절연된 와이어와 번들(bundle) 형태로, 예를 들어 와이어가 매립된 절연 매트릭스 또는 각 와이어를 둘러싸는 코팅에 의해 제공되고, 원형, 구형, 직사각형, 사각형, 다각형 등과 같은 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 마찬가지로, 연 자성 재료의 입자, 와이어 울(wire wool), 또는 연 자성 재료의 다른 스펀지형 또는 다공성 구조는, 접착제, 래커, 폴리머 매트릭스(polymer matrix) 등 전기적으로 절연된 재료를 포함하는 연 자성 재료의 영역 간 공간에 제공된다. 연 자성 재료의 다공성의, 이에 따라 불연속적인 구조는 또한 소결 재료 또는 압축 재료로 형성될 수 있다. 이러한 구조에서, 공기에 노출되어 연 자성 재료가 산화되면서 생기는 산화물층에 의해 절연층이 자동으로 형성될 수 있기 때문에, 추가 절연 재료는 생략될 수 있다.

연 자성 재료의 시트 또는 다른 구조는 균등하게 형성될 수 있지만, 즉 모든 포스트 또는 포스트 중 하나 내 시트는 동일한 두께를 가지거나 와이어의 직경이 동일할 수 있지만, 불균등한 배열이 제공될 수 있다. 예를 들어, 시트의 두께는 다양하거나 와이어의 직경도 다양하게 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 특히 한 더미의 시트와 관련하여, 하나 이상의 중앙 시트는 더 큰 두께를 가질 수 있는 반면, 상기 더미의 단부에 인접한 시트는 더 적은 두께를 가질 수 있는데, 즉 시트의 두께는 중심부에서 더미의 단부, 즉 더미의 가장 바깥쪽 시트 쪽으로 감소한다. 이와 유사하게, 와이어의 번들 내 하나 이상의 중앙 와이어는 큰 직경을 가지고, 포스트의 샤프트부의 끝에 있는 와이어는 더 작은 직경을 가질 수 있는데, 즉 와이어의 직경은 중심부에서 번들의 끝, 즉 번들의 가장 바깥쪽 와이어 쪽으로 감소한다. 세로축을 가로지르는 단면에 대해 샤프트부의 중심부에 있는 연 자성 재료의 더 큰 연속적인 영역을 제공하면 유리할 수 있는데, 이는 각 포스트의 세로축을 따라 중심부를 통해 자속을 증진시켜 중심부의 와전류는 포스트 측면의 와전류보다 덜 상응하기 때문이다. 즉, 샤프트부의 측면 영역의 와전류가 더 결정적이고, 측면 영역의 얇은 시트나 와이어에 의해 감소될 수 있기 때문에 이러한 배열이 유리할 수 있다.

일 실시예에서, 각 포스트의 헤드부는 각 포스트의 세로축에 수직인 단면에서 불연속적인 연 자성재료를 포함한다. 실질적으로 상기 언급한대로 샤프트부의 불연속 재료에 관한 특징과 설명은 모두 헤드부에 해당된다. 예를 들어, 샤프트부와 같이, 헤드부가 슬롯화(slotted)될 수 있고, 헤드부의 시트는 서로 전기적으로 절연되는 것이 바람직하다. 헤드부의 자속은 회전축 또는 각 포스트의 세로축과 실질적으로 평행하기 때문에, 특히 헤드부가 후술하는 바와 같이 경사면을 갖지 않는 경우, 헤드부의 연 자성 재료는 각 포스트의 세로축 또는 회전축과 평행하게 연장되는 복수의 시트 형태로 제공될 수 있다. 다시 말해서, 헤드부의 시트는 샤프트부의 시트와 동일한 방향으로 실질적으로 연장될 수 있다. 전술한 바와 같이, 와전류 및 이에 따른 열 발생 및 전력 소비를 줄일 수 있다. 그러나 헤드부의 와전류는 일반적으로 낮기 때문에, 솔리드 재료와 비교하여 불연속 재료의 효과는 샤프트부에서 만큼 중요하지 않다. 따라서 헤드부는 대안적으로 연속적인, 즉 솔리드의 연 자성 재료로 형성될 수 있다.

구동 유닛은, 헤드부와 서로 반대편에 위치하는 단부와 맞물릴 수 있는 백 플레이트(back plate)를 더 포함한다. 일 실시예에서, 백 플레이트는 샤프트부의 단부를 수용하는 회전축 주위에, 바람직하게는 정(正)각거리에서, 배치된 복수의 구멍을 포함할 수 있다. 그러나 포스트가 영구적으로 또는 해제 가능하게 다른 수단을 통해 백 플레이트에 부착, 연결 또는 고정될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 백 플레이트는 특히 자속 회로를 폐쇄하여 자속 발생을 촉진 및 증가시키고, 결합력을 증진시킨다. 백 플레이트에 의해 자속이 증가하므로, 혈액 펌프의 전체 직경은 감소될 수 있으며, 이는 혈관내 혈액 펌프에 특히 유리하다. 백 플레이트를 갖는 포스트를 포함하는 배열은 혈액 펌프의 고주파를 허용해, 즉 혈액 펌프가 고속, 가령 최대 50,000 rpm으로 작동할 수 있게 한다. 또한, 백 플레이트가 포스트와 맞물리면 포스트 조립체가 구조적으로 안정된다.

샤프트부, 아마도 포스트부의 헤드부와 같이, 백 플레이트는 불연속적인 연 자성 재료를 포함한다. 백 플레이트에서의 자속이 실질적으로 회전축에 대해 횡방향 또는 수직이기 때문에, 백 플레이트의 연 자성 재료는 바람직하게는 회전축과 평행한 단면에서 불연속적이다. 그 외에도, 샤프트부의 불연속적인 재료에 대해 상술한 실질적으로 모든 특징 및 설명은 백 플레이트에도 해당된다. 예를 들어, 샤프트부와 같이 백 플레이트는 슬롯화, 즉 복수의 적층된 시트로 형성될 수 있으며, 백 플레이트의 시트는 바람직하게도 서로 전기적으로 절연된다. 백 플레이트의 시트는 샤프트부의 시트에 실질적으로 수직으로, 그리고 헤드부의 시트에 실질적으로 평행하게 연장될 수 있다. 전술한 바와 같이, 와전류 및 이에 따른 열 발생과 전력 소비는 줄어들 수 있다. 그러나 백 플레이트는 대안적으로 연속적인, 즉 솔리드의 연 자성 재료로 형성될 수 있다.

백 플레이트는, 포스트와 같이, 전기강판(자석강) 또는 자속 회로를 폐쇄하는데 적합한 다른 재료, 바람직하게는 코발트 강과 같은 연 자성 재료로 만들어진다. 백 플레이트의 직경은 약 3 mm 내지 9 mm, 가령 5 mm 또는 6 mm 내지 7 mm일 수 있다. 백 플레이트의 두께는 약 0.5 mm 내지 약 2.5 mm, 가령 1.5 mm 일 수 있다. 혈액 펌프의 외경은 약 4 mm 내지 약 10 mm, 바람직하게는 약 6 mm 일 수 있다. 복수의 포스트의 배열의 외경은, 특히 포스트의 헤드 부분에서 측정되는 복수의 포스트의 배열의 최대 외경은 3 mm 내지 8 mm, 가령 4 mm 내지 6 mm, 바람직하게는 5 mm 일 수 있다.

전술한 바와 같이, 포스트는 전기강판(자석강)과 같은 연 자성 재료로 만들어진다. 포스트 및 백 플레이트는 동일한 재료로 만들어진다. 바람직하게는, 포스트 및 백 플레이트를 포함하는 구동 유닛은 코발트 강으로 만들어진다. 코발트 강을 사용하면 펌프 크기, 특히 직경을 줄이는데 도움이 된다. 코발트 강은 모든 자기강판 중에서 가장 높은 자기 투과성 및 가장 높은 자기포화 선속밀도(magnetic saturation flux density)로 동일한 양의 재료에 대해 최대 자속을 생성한다.

포스트의 치수, 특히 길이 및 단면적은 다양하며 다양한 인자에 따라 결정된다. 혈액 펌프의 치수와는 달리, 예를 들어 혈액 펌프의 적용에 따라 결정되는 직경의 경우, 포스트의 치수는 전자기 특성에 의해 결정되며, 이는 구동 유닛의 바람직한 성능을 달성하도록 조정된다. 인자 중 하나는 포스트의 최소 단면적을 통해 달성되는 자속밀도이다. 단면적이 작을수록, 바람직한 자속을 획득하는데 필요한 전류가 더 높아진다. 그러나 전류가 더 높아지면 전기 저항으로 인해 코일의 와이어에 더 많은 열이 발생한다. 즉,'가는'포스트는 전체 크기를 줄이는 데는 좋지만, 전류가 높아야 하므로, 원하지 않는 열이 발생하게 된다. 와이어에 발생되는 열은 또한 코일 권선에 사용되는 와이어의 길이와 직경에 따라 다르다. 권선 손실(일반적인 경우인 구리선을 사용하는 경우, "구리 손실" 또는 "구리 전력 손실"이라 불림)을 최소화 하기 위해서는, 와이어의 길이는 짧고, 직경은 커야 좋다. 다시 말해, 와이어 직경이 작은 경우, 동일한 전류에서 두꺼운 와이어에 비해, 더 많은 열이 발생하는데, 바람직한 와이어 직경은 0.05 mm 내지 0.2 mm, 가령 0.1 mm이다. 구동 유닛의 성능 및 포스트 치수에 영향을 미치는 다른 요인은 코일 권선의 개수 및 권선의 외경, 즉 권선을 포함하는 포스트이다. 다수의 권선은 각 포스트 주위에 하나 이상의 층으로 배치될 수 있는데, 예를 들어 두 개 또는 세 개의 층이 제공될 수 있다. 그러나 층의 수가 많을수록, 더 큰 권선 직경을 가지는 외부 층에서 와이어의 길이가 늘어나 더 많은 열이 발생될 것이다. 와이어가 길어지면, 길이가 짧을 때와는 달리 길어진 와이어에 대한 더 높은 저항으로 인해 더 많은 열이 발생할 수 있다. 따라서 권선 직경이 작은 권선 단일층이 바람직할 것이다.

포스트의 길이에 따라 결정되는 전형적인 와인딩의 개수는 약 50 내지 약 150일 수 있는데, 예를 들어 56 내지 132 일 수 있다. 와인딩 수에 관계없이, 코일 권선은 도전성 재료, 특히 구리 또는 은과 같은 금속으로 만들어진다. 은은 구리보다 전기저항이 약 5% 더 작기 때문에 구리보다 더 바람직할 수 있다.

일 실시예에서, 임펠러는 임펠러의 적어도 하나의 자석에, 바람직하게는 구동 유닛쪽을 향하지 않은 임펠러의 측면에, 예를 들어 임펠러의 블레이드와 자석 사이에, 부착되는 요크(yoke) 또는 백 플레이트를 또한 포함할 수 있다. 포스트의 샤프트부 단부에 부착되는 백 플레이트와 같이, 임펠러의 백 플레이트 또는 요크는 자속 회로를 폐쇄해 자속 발생을 증진하고 결합력을 강화시킨다. 임펠러의 백 플레이트 또는 요크는 전기강판, 바람직하게는 코발트 강으로 제조될 수 있다.

임펠러의 자석과 구동 유닛 간 자기결합의 밀도를 높이기 위해, 여러 개의 포스트를 동시에 활성화시키는 것이 유리할 수 있는데, 여기서 '활성화'는 각각의 극 자석을 생성하기 위해 전력을 각각의 코일 권선에 공급하는 것을 의미한다. 예를 들어, 임펠러 내 자석의 수와 포스트의 수에 따라 포스트의 절반 이상이, 예를 들어 여섯 개의 포스트 중 네 개가 동시에 활성화될 수 있다. 바람직하게는, 활성화된 포스트와 비활성화된 포스트의 배열은 회전 대칭이며, 포스트는 바람직하게는 정반대에 위치한 포스트의 쌍으로 제어된다.

포스트가 서로 자기로 절연된다면 구동 유닛의 성능 및 효율성에 더 유리할 수 있다. 따라서, 포스트를 서로 분리하고, 각각의 자기장을 각각의 포스트 내 유지하기 위해서는, 자기 절연 재료는 인접한 포스트의 헤드부 사이에 배치될 수 있다. 자기 절연 재료는 자성 재료 일 수 있으며, 이 자기장은 코일 권선에 의해 발생된 전자기장을 각각의 포스트 내에서 유지시킨다. 포스트 사이 단락(short-circuit)을 방지하기 위해, 포스트의 헤드부 사이에 공기 틈 또는 다른 절연성, 즉 비전도성 재료가 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 포스트의 적어도 하나의, 바람직하게는 각각의 포스트의 헤드부는 회전축에 수직인 평면에 대해 비스듬히 경사지는 상부면을 가진다. 경사면의 방사상 방향에 있는 중심부와 회전축 간 거리는, 각 포스트의 샤프트부의 단면적의 방사상 방향에 있는 중심부와 회전축 간 거리보다 작거나 같을 수 있다. 표면 또는 영역의 방사상 방향에 있는 중심부는 표면 또는 영역의 방사상으로 가장 안쪽 지점과 가장 바깥쪽 지점의 중심이다. 다시 말해, 임펠러를 향하는 표면인 헤드부의 경사진 상부면은 비스듬히 연장되거나, 회전축에 대해 비스듬히 경사질 수 있고, 경사면의 절반 이상은 샤프트부의 중심부에서 안쪽으로 비스듬히 위치할 수 있다. 이로 인해 구동 유닛 및 혈액 펌프의 외경은 구동 유닛을 임펠러에 자기로 결합하는데 필요한 최소값으로 유지될 수 있다. 감소된 직경 디자인은 펌프가 작동되는 동안 환자의 혈관 내 위치해 카테터를 통해 배치될 수 있는 혈관내 혈액 펌프에 특히 유리하다. 또한 경사진 결합면은 임펠러의 방사상 중심부를 가능하게 한다. 상기 언급된 각도는 회전축에 수직인 면에 대해 바람직하게는 45°이지만, 약 0°과 약 90° 사이일 수 있고, 바람직하게는 약 30° 과 약 60° 사이일 수 있으며, 보다 바람직하게는 약 40° 내지 약 50° 일 수 있다. 포스트의 경사면은 바람직하게는 방사상으로 바깥쪽을 향할 수 있는데, 예를 들어 경사면은 볼록형태(convex shape)를 형성한다. 대안적으로 경사면은 안쪽을 향해 볼록형태를 만들 수 있다.

다른 실시예에서, 포스트의 헤드부의 상부면은 회전축에 수직일 수 있다. 다시 말해, 헤드부의 상부면은 전술한 실시예와 비교하여 경사가 없어서 헤드부는 원뿔형태를 형성하지 않고, 편평한 면을 형성하게 된다. 따라서 본 실시예의 자석은 경사지지 않고, 헤드부의 상부면에 의해 형성된 면에 평행한 평면을 형성한다.

모든 포스트는 바람직하게는 동일해 구동 유닛이 회전축에 대칭이 된다. 그러나 포스트는 본 발명에 따른 구동 유닛을 형상하기에 적합하다면 정확히 동일할 필요는 없다. 그러나 샤프트부의 길이는 동일하고, 헤드부의 경사면은 동일한 경사각을 갖는 것이 바람직하다. 다른 포스트는 대안적 방법으로 구동 유닛을 형성하도록 불규칙적 또는 규칙적으로 배치될 수 있다.

헤드부의 상부면, 바람직하게는 각각의 헤드부의 상부면은, 상술한 바와 같이 경사지든 아니든 간에, 방사상으로 가장 바깥쪽에 있는 각 포스트의 코일 권선의 표면에 대해 방사상으로 가장 안쪽 또는 바깥쪽에 위치하거나 방사상으로 정렬될 수 있다. 상부면은 바람직하게는 자기 베어링(magnetic bearing)의 표면을 최대로 하기 위해, 구동 유닛의 외경을 최소화하면서 회전축 쪽으로 각각의 샤프트부를 너머 방사상으로 안쪽으로 연장된다. 예를 들어, 축의 돌출부에서, 즉 축 방향으로 평면도에서 보여지는 것처럼, 헤드부의 상부면은 코일 권선 내 위치할 수 있거나, 축 방향으로 샤프트 또는 코일 권선과 정렬될 수 있다. 또 다른 실시예에서는 헤드부는 방사상 및/또는 원주 방향으로 코일 권선의 외주를 너머 연장될 수 있다. 헤드부는, 바람직하게는 적어도 방사상으로 헤드부를 너머 연장되지 않는 각각의 코일 권선과 함께, 회전축과 수직인 평면에서 각각의 샤프트부보다 큰 단면 치수를 가질 수 있다. 다시 말해, 헤드부는 솔더를 형성할 수 있으며, 이는 코일 권선을 위한 축방향 멈춤부(axial stop) 및 반경 제한으로 작용될 수 있다.

헤드부의 상부면이 비스듬하거나 경사지는 경우, 헤드부 중 적어도 하나는, 바람직하게는 모든 헤드부는 회전축을 포함한 면을 따라 단면에서 실질적으로 삼각형이거나 사다리꼴일 수 있다. 조립된 상태에서, 헤드부의 비스듬하거나 경사면은 원뿔면(conical surface) 또는 실질적으로 원뿔면, 예를 들어 다면체를 가지지만 대략 원뿔면을 가지는 면을 형성할 수 있다. 일반적으로 형성된 표면의 형상은 볼록할 수 있다. 예시적으로 말하면, 헤드부는 파이 조각처럼 함께 놓여 원뿔형 상부면을 가지는 원뿔형 배열을 형성할 수 있다. 임펠러의 적어도 하나의 자석은, 포스트의 헤드부에 의해 형성된 원뿔면에 크기 및 형태적으로 실질적으로 대응하는 원뿔형이거나 실질적으로 원뿔형 볼록 부분을 형성할 수 있다. 일반적으로 자석은 자석 결합성을 증진하기 위해 포스트에 의해 형성된 볼록면을 향하는 오목면(concave surface)을 형성할 수 있다. 또 다른 일 실시예에서, 오목면의 배열과 볼록면의 배열은 반대일 수 있는데, 즉 자석이 볼록한 원뿔면을 형성하는 반면, 포스트의 헤드부는 원뿔형의 오목부(recess)을 형성할 수 있다.

구동 유닛과 임펠러의 각각의 볼록면과 오목면은 각각 틈을 형성하여 표면 간 거리를 일정하게 할 수 있다. 그러나, 바람직하게는 틈 거리는 일정하지 않지만 선택할 수 있어, 원주 방향으로 보이는, 틈의 단면적은 방사상 방향으로 일정하다. 후자의 경우, 표면 간 거리는 회전축 쪽으로 증가한다. 결합 또한 구상될 수 있다. 임펠러와 구동 유닛 간 틈의 형상 및 치수는 유체 역학적 베어링 역량에 도움이 된다. 이와 유사하게, 헤드부의 상부면이 경사지지 않으면 이러한 틈이 제공된다.

임펠러의 자석은 전술한 바와 같이 거리가 다른 틈을 포함하는, 포스트의 헤드부의 샤프트부에 대응하는 원뿔형 또는 실질적으로 원뿔형인 오목부(recess)을 가지는 단일 조각으로서 형성될 수 있다. 그러나 두 개 이상의, 예를 들어 네 개의, 바람직하게는 여섯 개의 자석 또는 심지어 여덟, 열 또는 열두 개의 자석 등 복수의 자석이 제공되어, 회전축 근처 임펠러에 위치해 원뿔형 오목부를 형성할 수 있다. 복수의 자석, 바람직하게는 짝수, 보다 바람직하게는 포스트의 개수에 대응하는 개수의 자석을 제공하면, 자석이 불감대(dead zones) 없이 자기장의 북/남 방향을 교체하도록 배치되기 때문에 유리하다. 자석이 단일 조각으로 제공되는 경우, 불감대는 서로 다른 방향의 자기장이 전환될 때 생성된다. 상술한 구조는 헤드부의 자석 또는 헤드부의 자석 및 상부면이 경사지지 않고 회전축에 수직인 면에 놓인 경우에 적용될 수 있다.

임펠러가 복수의 자석을 포함하는 경우, 자석은 자성 재료의 양을 증가시키기 위해 개별 자석 사이에 실질적으로 틈이 없이 배열될 수 있다. 그러나 자석이 틈으로 분리된다면, 특히 방사상으로 틈이 연장된다면, 자기 결합의 효율은 감소하지 않는다. 이는 자기장의 특성과 구동 유닛과 임펠러 사이의 틈 때문이다. 임펠러의 자석이 서로 가까이 있는 경우, 하나의 자석(북쪽)에서 인접한 자석(남쪽)까지 아치형으로 연장되는 가장 안쪽의 자기장선은 구동 유닛과 임펠러 간 틈을 너머 연장되지 않고, 따라서 구동 유닛에 도달하지 않는데, 즉 자기장선은 임펠러의 구동에 기여하지 않는다. 따라서 임펠러의 자석 사이에 틈이 있으면 효율성에 손실이 없다. 구동의 효율성의 손실없이 제공되는 임펠러의 자석 사이에 있는 틈의 크기는, 당업자가 계산할 수 있는 임펠러와 구동부 사이의 틈의 크기에 영향을 받는다. 임펠러와 자석 사이의 틈은, 예를 들어 채널(channel)을 중단시킬 때 사용된다.

일반적으로 말하면 헤드부가 원뿔면을 형성하는지 여부와 관계없이, 임펠러의 자석은 포스트의 헤드부를 향하는 면을 가지고, 헤드부의 경사면의 각에 실질적으로 대응하는 각으로 경사질 수 있다. 예를 들어, 이러한 배열은 전술한 배열의 정반대일 수 있는데, 다시 말해, 포스트의 헤드부는 오목면, 예를 들어 원뿔형 오목부를 형성할 수 있고, 임펠러의 자석은 볼록면, 예를 들어 원뿔면을 형성할 수 있다. 이는 표면이 경사지지 않을 때, 즉 전술한 각이 회전축에 대해 90도일 때 적용된다.

각각의 표면의 경사 여부와 관계없이 자석 또는 임펠러의 자석은 포스트의 헤드부와 방사상으로 정렬될 수 있다. 그러나 다른 실시예에서 자석 또는 임펠러의 자석은 포스트의 헤드부에 대해 방사상으로, 즉 방사상으로 안쪽으로 또는 방사상으로 바깥쪽으로 한쪽으로 치우칠 수 있다. 이렇게 방사상으로 치우치게 되면, 자석이 포스트의 헤드부와 방사상으로 정렬되는 경우 자기력은 단지 실질적으로 축방향으로 있게 되는 반면, 임펠러와 구동 유닛 간 자기력이 방사상 요소를 가질 수 있어 임펠러의 안전화 및 방사상으로의 센터링(centering)을 개선할 수 있다.

일 실시예에서, 임펠러는 적어도 부분적으로 구동 유닛, 특히 포스트의 헤드부 가까이에 연장된다. 다시 말해, 임펠러는 원주 방향으로 구동 유닛과 중첩되는 연장부를 가질 수 있다. 즉, 자기 결합은 포스트의 헤드부의 경사면의 영역뿐만 아니라 상기 헤드부의 방사상의 외부 측면에서도 발생한다. 임펠러는 증가된 직경, 특히 구동 유닛보다 더 큰 직경을 가져, 포스트의 헤드부의 영역 가까이 연장될 수 있다. 임펠러는 전술한 대로 원뿔부를 가지는 오목부 및 원통부를 가진다. 임펠러와 구동 유닛은 방사상으로 결합될 뿐만 아니라 자기장선이 방사상 방향으로 연장되기 때문에, 자기 결합은 이러한 임펠러의 디자인으로 개선될 수 있다. 여기에서는 가장 큰 직경으로 인해 임펠러를 구동하는 강력한 회전력이 생성될 수 있다.

일 실시예에서, 혈관내 혈액 펌프는 구동 유닛을 둘러싸는 하우징을 더 포함할 수 있고, 하우징은 복수의 포스트의 외부 윤곽의 크기와 형상에 바람직하게 대응한다. 특히, 하우징은 포스트의 헤드부의 경사면에 의해 형성된 면의 형상에 대응하는 원뿔형 축방향 단부면을 가질 수 있다. 반대측 단부는 개방될 수 있고, 하우징을 폐쇄하기 위해 백 플레이트와 맞물릴 수 있다. 하우징은 포스트 조립체를 보호, 특히 혈액 접촉에 대해 보호하는 역할을 하는데, 이는 특히 코일 권선에 유용하다. 바람직하게 하우징은 펌프 케이싱 내 배치된다. 이러한 하우징의 유무와 관계없이, 구동 유닛은 바람직하게는 펌프 케이싱 내부에 배치된다. 하우징은 바람직하게는 비자성 및 비전도성(즉, 전기 절연성) 재료로 만들어져 열 전도성이 좋다. 하우징의 재료는 예를 들어 알루미늄일 수 있다.

코일 권선은 전기적 비전도성(즉, 전기 절연성)인 열전도성 매트릭스에 내장될 수 있다. 매트릭스는 권선 코일을 보호하고, 코일 권선이 생성하는 열을 전달한다. 열전도성 매트릭스의 재료는 열전도성 특성을 높이기 위해 첨가제를 가지는 플라스틱 재료일 수 있다. 예를 들어, 매트릭스는 알루미늄 첨가제를 가지는 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 매트릭스는 코일 권선 주위 및 코일 권선 사이의 재료를 몰딩하고 순차적으로 경화시키면서 형성될 수 있다.

구동 유닛은 회전축을 따라 연장되는 중앙 개구부를 가질 수 있다. 중앙 개구부는 포스트의 헤드부에 의해 형성될 수 있고, 핀의 축방향 단부 표면이 임펠러의 베어링 표면을 형성하도록 크기 및 치수를 갖는 긴 핀 또는 샤프트를 수용하도록 구성될 수 있다. 이러한 배열은 포스트 간 공간이 핀에 사용되기 때문에 간단한 혈액 펌프 디자인을 가능하게 한다. 핀의 다른쪽 단부는 펌프 케이싱에 의해 지지된다. 중앙 개구부는 또한 가이드 와이어 등을 삽입하는데 제공될 수 있고 유체 통로를 형성할 수 있다. 혈액 펌프가 구동 유닛을 통해 완전히 연장되는 샤프트를 갖지 않는 또 다른 실시예에서는 이러한 중앙 개구부는 생략될 수 있다.

임펠러와 구동 유닛 간 틈을 통한 세출식 유동(wash-out flow)을 강화하기 위해, 2차 블레이드 세트가 임펠러에 제공될 수 있다. 특히 2차 블레이드는 자석 측면 또는 구동 유닛을 향하는 자석, 즉 임펠러와 구동 유닛 간 틈에 위치하는 자석에 제공될 수 있다. 세출식 유동은, 구동 유닛을 향하는 자석의 표면에 오목한 채널에 의해 추가로 또는 대안적으로 증가할 수 있다. 채널은, 예를 들어 방사상 또는 나선형으로 연장될 수 있다.

일 실시예에서, 임펠러를 지지하기 위해 하나 이상의 유체역학 베어링이 제공될 수 있다. 예를 들어, 전술한 2차 블레이드와 채널은, 전술한 대로 임펠러와 구동 유닛 간 틈의 크기와 형상에 대한 유체역학 지지력을 형성하거나 지지할 수 있다. 반대로, 임펠러를 향하는 구동 유닛의 표면, 특히 구동 유닛을 둘러싸는 하우징의 단부 표면은 유체역학 베어링 역량을 형성하도록 구성될 수 있다. 유체역학 베어링은 축방향 또는 방사상이거나 둘 다에 해당될 수 있다. 특히, 임펠러와 구동 유닛 간 접점의 원뿔형 형상으로 인해 축방향 및 방사상 방향으로 유체역학 베어링이 형성될 수 있다. 방사상 유체역학 베어링은 펌프 케이싱의 내부 표면과 임펠러의 외부 표면 사이에 형성될 수도 있다. 특히, 임펠러와 펌프 케이싱 사이에 틈이 형성될 수 있으며, 여기서 유체역학 베어링에 충분한 양의 혈액이 틈을 통해 흐르고, 추가의 혈류 출구를 통해 펌프 케이싱이 빠져나간다. 주 혈류는 혈류 출구를 통해 펌프 케이싱을 빠져나가고 틈을 통해 흐르지 않는다. 비접촉식 베어링인 유체역학 베어링은 마찰력을 감소시켜 구동 유닛이 작용하는데 도움을 줄 수 있다.

본 발명은 구동 유닛과 임펠러 간 자기 결합을 갖는 혈액 펌프, 바람직하게는 혈관내 혈액 펌프 또는 판막 통과 혈액 펌프(이들 혈액 펌프는 간단한 디자인, 특히 혈액 펌프가 혈관 내, 정맥 내, 동맥 내 또는 판막 내로 삽입될 수 있도록 충분히 작은 외경을 가짐)를 제공하는 효과가 있다. 본 발명은 혈액 펌프의 열 및 에너지 소비를 감소시키는데, 이는 혈액 펌프가 배터리로 구동되어 환자에게 이동성을 제공할 수 있어 장기간 적용에 특히 유용한 또 다른 효과가 있다.

전술한 요약 및 바람직한 실시예에 대한 하기 설명은 첨부된 도면을 보면 더 잘 이해가 될 것이다. 본 발명을 설명하기 위해 도면이 참조된다. 그러나 본 발명의 범위는 도면에 개시된 특정 실시예로 제한되지 않는다.
도1은 본 발명에 따른 혈액 펌프의 단면도를 도시한다.
도2a는 도1의 혈액 펌프에 대한 세부사항을 도시한다.
도2b는 대안적 실시예에 따른 도2a와 동일한 도면을 도시한다.
도3은 구동 유닛의 포스트의 사시도를 도시한다.
도4a 내지 4d는 포스트의 또 다른 실시예에 대한 다른 도면을 도시한다.
도5는 여섯 개의 포스트를 포함하는 배열을 도시한다.
도6은 백 플레이트와 함께 도5의 배열을 도시한다.
도7은 코일 권선과 함께 도6의 배열을 도시한다.
도8은 하우징과 함께 도7의 배열을 도시한다.
도9a 내지 9c는 백 플레이트의 다른 도면을 도시한다.
도 10a 내지 10c는 임펠러의 자석의 다른 도면을 도시한다.
도11은 구동 유닛의 또 다른 실시예를 도시한다.
도12는 혈액 펌프의 또 다른 실시예를 도시한다.
도13a 및 도13b는 또 다른 실시예에 따른 구동 유닛 및 임펠러 자석에 대한 다른 도면을 도시한다.
도14a 및 14b는 임펠러의 자석 간 자기장선을 개략적으로 도시한다.
도15는 또 다른 실시예에 따른 구동 유닛과 임펠러 자석의 단면도를 도시한다.
도16은 구동 유닛의 작동 모드를 개략적으로 도시한다.
도17은 구동 유닛의 또 다른 실시예를 도시한다.
도18은 도17의 구동 유닛의 백플레이트를 도시한다.
도19a는 도17의 구동 유닛의 포스트의 측면도를 도시한다.
도19b는 포스트의 또 다른 실시예를 도시한다.
도19c는 포스트의 또 다른 실시예의 사시도를 도시한다.
도19d는 포스트의 또 다른 실시예의 사시도롤 더 도시한다.
도20a 및 도20b는 자석이 다른 도17의 구동 유닛을 도시한다.
도21a 내지 도 21j는 다양한 실시예에 따른 포스트의 샤프트부를 통해 단면도를 도시한다.

도1을 참조하면, 혈액 펌프(1)의 단면도가 도시되어 있다. 도2는 혈액 펌프(1) 내부의 확대도를 도시한다. 혈액 펌프(1)는 혈류 입구(21) 및 혈류 출구(22)를 가지는 펌프 케이싱(pump casing)(2)을 포함한다. 혈액 펌프(1)는 카테터 펌프라 불리는 혈관내 펌프로 설계되고, 카테터(25)를 통해 환자의 혈관 안에 배치된다. 혈류 입구(21)는, 사용 중, 대동맥 판막과 같은 심장 판막을 통해 위치되는 가요성　캐뉼라(flexible cannula) 끝에 위치한다. 혈류 출구(22)는 펌프 케이싱(2)의 측면에 위치하고, 대동맥과 같은 심장 혈관에 배치될 수 있다. 혈액 펌프(1)는, 하기 보다 상세히 설명될 구동 유닛(4)을 통해 펌프(1)를 구동하기 위해 혈액 펌프(1)에 전력을 공급하도록 카테터(25)를 통해 연장되는 전기선(26)으로 카테터(25)에 연결된다.

혈액 펌프(1)가 장기간 적용, 즉 혈액 펌프(1)가 수주 또는 수개월 동안 환자에게 이식되는 상황에 사용되도록 의도된 경우, 전력은 바람직하게는 배터리를 통해 공급된다. 환자가 케이블을 통해 기지국에 연결되지 않기 때문에 환자는 이동할 수 있다. 배터리는 환자에 의해 운반될 수 있고, 예를 들어 혈액 펌프(1)에 전력을 무선으로 공급할 수 있다.

혈류 입구(21)와 혈류 출구(22)를 연결하는 통로(24)를 따라 혈액이 이송된다(혈류는 화살표로 표시됨). 임펠러(3)는 통로(24)를 따라 혈액을 전달하기 위해 제공되며, 제1 베어링(11)과 제2 베어링(12)을 통해 펌프 케이싱(2) 내 회전축(10)을 중심으로 회전 가능하게 장착된다. 회전축(10)은 바람직하게는 임펠러(3)의 세로축이다. 본 실시예에서, 베어링(11,12)는 둘 다 접촉식 베어링이다. 그러나 베어링(11,12) 중 적어도 하나는 자기 또는 유체역학 베어링 같은 비접촉식 베어링일 수 있다. 제1 베어링(11)은 어느 정도 축 운동뿐만 아니라 회전 운동이 가능한 구형 베어링 표면을 가지는 피봇(pivot) 베어링이다. 베어링 표면 중 하나를 형성하는 핀(15)이 구성된다. 제2 베어링(12)은, 혈류를 위한 적어도 하나의 개구부(14)를 갖는 지지 부재(13)에 배치되어 임펠러(3)가 안정적으로 회전할 수 있도록 한다. 블레이드(31)는 임펠러(3)가 회전할 때 혈액을 운반하기 위해 임펠러(3)에 제공된다. 임펠러(3)는 임펠러(3)의 단부에서 자석(32)에 자기로 연결된 구동 유닛(4)에 의해 회전된다. 도시된 혈액 펌프(1)는 주요 유동 방향이 축방향인 혼합형 혈액 펌프이다. 혈액 펌프(1)는 또한 임펠러(3), 특히 블레이드(31)의 배열에 따라 순수 축방향 혈액 펌프일 수 있음이 이해될 것이다.

도2a는 혈액 펌프(1)의 내부, 특히 임펠러(3) 및 구동 유닛(4)을 보다 상세하게 도시한다. 구동 유닛(4)은 여섯 개의 포스트(40)와 같은 복수의 포스트(40)를 포함하며, 그 중 두 개의 포스트만이 도2의 단면도에 도시되어 있다. 포스트(40)는 샤프트부(41)과 헤드부(42)를 가진다. 헤드부(42)는 자기로 구동 유닛(4)을 임펠러(3)에 연결하기 위해 임펠러(3)에 인접하게 배치된다. 이를 위해, 임펠러(3)는 자석(32)을 가지며, 상기 자석은 도10a 내지 도10c를 참조로 하여 일 실시예에서 상세히 설명한 대로 다수의 자석으로 형성된다. 자석(32)은 구동 유닛(4)을 향하는 임펠러(3)의 단부에 배치된다. 포스트(40)는, 혈액 펌프(1)를 구동하는 회전 자기장을 생성하기 위해 제어 유닛(미도시)에 의해 순차적으로 제어된다. 자석(32)은 회전축(10) 주위에 임펠러(3)의 회전을 일으키기 위해 회전 자기장과 상호 작용하도록 배치된다. 코일 권선은 포스트(40)의 샤프트부(41) 주위에 배치되고, 이는 도7을 참조해 하기 상세히 설명된다. 포스트(40)는 회전축(10)과 평행하게 배치되고, 보다 구체적으로는, 각각의 포스트(40)의 세로축은 회전축(10)과 평행하다.

자속 경로를 폐쇄하기 위해, 백 플레이트(50)는 헤드부(42)와 반대편에 위치하는, 샤프트부(41)의 단부에 위치한다. 포스트(40)는 자기 코어로서 작용하고, 적합한 자재, 특히 강 또는 적합한 합금, 특히 코발트 강과 같은 연 자성 재료로 만들어진다. 마찬가지로, 백 플레이트(50)는 코발트 강과 같은 적합한 연 자성 재료로 만들어 진다. 백 플레이트(50)는 자속을 강화하며, 이는 혈액 펌프(1)의 전체 직경을 감소시키며, 이는 혈관내 혈액 펌프에 중요하다. 동일한 목적을 위해, 요크(37), 즉 추가적인 백 플레이트는 구동 유닛(4) 쪽을 향하지 않은 자석(32)의 측면에서 임펠러(3)에 제공된다. 본 실시예에서 요크(37)는 임펠러(3)를 따라 혈류를 안내하도록 원뿔형 형상을 가진다. 요크(37)는 코발트 강으로도 만들어질 수 있다. 중앙 베어링 쪽으로 연장되는 하나 이상의 세출식 채널은 요크(37) 또는 자석(32)에 형성될 수 있다.

도2b는, 자석(32)을 향하는 헤드부(42)의 상부면이 회전축에 수직인 평면에 경사지지 않고 연장되는 것을 제외하고는, 도1 및 도2a의 실시예와 실질적으로 유사한 대안적인 실시예를 도시한다. 이에 따라, 자석(32)은 경사면을 가지 않지만 실질적으로 원통형 형태를 형성한다.

구동 유닛(4)에 대한 상세 설명은 도3 내지 도9에 도시되어 있고, 임펠러(3)의 자석(32)은 도10에 도시되어 있다. 도3을 참조하면, 포스트(40) 중 하나는 사시도로 도시된다. 일 실시예에서, 조립체 내 모든 포스트(40)(즉, 여섯 개의 포스트(40))는 동일하다. 포스트(40)는 샤프트부(41) 및 헤드부(42)를 포함한다. 헤드부(42)는 본 실시예에서 세로축에 대해 60° 인(즉, 세로축에 수직인 면에 대해 30° 임) 경사면(43)을 가진다. 샤프트부(41)는 백 플레이트(50)에 맞물리는 감소된 직경을 가지는, 헤드부(42) 반대편에 있는 단부(44)를 포함한다. 헤드부(42)는 세로축에 수직인 평면에서 샤프트부(41) 보다 큰 단면 치수를 가진다. 헤드부(42)는, 구동 유닛(4)을 형성하고자 조립될 때 인접한 포스트의 측면에 인접한 측면(47)을 가진다. 포스트(40) 간 자속의 단락을 방지하기 위해, 작은 공기 틈 또는 다른 유형의 절연이 헤드부(42) 사이에 제공된다. 단락을 더 방지하기 위해, 각각의 포스트(40) 내 자기장을 유지하는 포스트(40)의 헤드부(42) 사이의 절연 재료를 제공하는 것이 유리할 수 있다. 다시 말해, 헤드부(42)는 자기 절연 재료에 의해 분리될 수 있다. 예를 들어 자석(예: 자성 재료의 플레이트)은 헤드부(42)와 각각의 자기장을 서로 분리시키기 위해 헤드부(42) 사이에 배치될 수 있다. 포스트 헤드부(42)의 내부면(48)은 중앙 개구부(54)를 방사상으로 형성한다. 표면(43,48) 사이의 전이 표면은 원형일 필요 없음이 이해될 것이다.

포스트(40)의 다른 실시예의 다른 도면은 도4에 도시되어 있는데, 이는 샤프트부(41) 및 헤드부(42)의 형상에 대한 약간의 변화를 제외하고는 이전 실시예에 해당된다. 도4a는 포스트(40)의 평면도(즉, 헤드부(42) 쪽)를 도시하는 도4d에 도시된 A-A선을 따른 단면도를 도시한다. 도4b는 포스트(40)의 사시도를 도시하고, 도4c는 저면도(즉, 샤프트부(41)의 단부(44)를 향한 도면)를 도시한다. 포스트(40)는 약 9 mm 내지 10 mm의 전체 길이를 가질 수 있고, 헤드부(42)는 약 2 mm의 길이를 가진다. 일 실시예에서, 헤드부(42)는 회전축 또는 세로축에 대해 45°의 각도로 경사지는 표면(43)을 가진다. 따라서 도4a에 도시된 표면(43) 및 돌출부(49) 사이의 각도(45)는 135°이다. 돌출부(49)는 하우징 내 조립될 때 멈춤부로서 기능을 할 수 있다. 또한, 숄더(46)는 헤드부(42)에 의해 형성되어, 코일 권선을 위한 멈춤부 역할을 할 수 있다. 도3과 관련하여 설명된 바와 같이, 헤드부(42)는 측면(47) 및 반경의 내부면(48)을 포함한다.

도5는 여섯 개의 포스트(40)을 포함하는 조립체를 도시하며, 이는 도3과 관련하여 기술된다. 모든 포스트(40)는 동일하게 형성되어, 각 헤드부(42)는 원의 60° 세그먼트, 즉 60°의 '파이 조각'을 형성한다. 조립체는 두 개, 세 개, 네 개, 다섯 개 또는 여섯 개 이상 등 적거나 많은 포스트를 포함할 수 있으며, 여기서 각도는 포스트의 수, 예를 들어 90° 의 세그먼트를 형성하는 각각의 네 개의 포스트 또는 45°의 세그먼트를 형성하는 각각의 여덟 개의 포스트에 영향을 받을 수 있다. 전술한 바와 같이, 포스트(40)의 수는 짝수인 것이 바람직하고, 정반대로 반대쪽에 있는 포스트(40)는 페어를 형성하고, 예를 들어 전기장을 제어하는 것과 관련하여, 즉 포스트의 각 페어는 각각의 페어의 포스트를 동시에 활성화시키는 유닛으로서 제어될 수 있다. 헤드부(42)는 경사면(43)에 의해 형성된 원뿔면을 가지는 원뿔을 형성할 수 있다. 이는 도6에서 명확하게 볼 수 있다. 도6에서 샤프트부(41)의 감소된 직경 단부(44)는 백 플레이트(50)에 장착된다.

도7에서, 포스트(40) 주위의 코일 권선(47)을 포함하는 동일한 배열이 도시되어 있다. 코일 권선(47)은 헤드부(42)를 너머 방사상으로 연장되지 않으므로 간단한 외부 치수를 허용한다. 헤드부(42)에 의해 형성된 최대 단면은 코일 권선(47)에 사용되어 가용한 공간의 이용을 최적화하고, 절연체로서 작용하여 자속에 영향을 주는 공기 틈을 최소화하는 것이 이해될 것이다. 코일 권선에 적합한 재료는, 예를 들어 구리 또는 은이다. 또한 포스트(40)의 샤프트부(41)의 직경은 코일 권선(47)의 권선의 수를 최적화하도록 선택된다. 도8은 포스트 배열 위에 장착되는 하우징(60)을 도시한다. 하우징(60)은 포스트 배열의 형상에 따르며 실질적으로 원통형 부(62)와 원뿔형 단부(61)를 포함한다. 원뿔형 단부(61)는 포스트 헤드부(42)의 경사면(43)에 의해 형성된 원뿔면과 동일한 각도로 차츰 줄어드는데, 다시 말해 각도는, 세로축에 수직인 평면에 대해 바람직하게는 30° 내지 60°, 바람직하게는 30° 또는 45°이다. 하우징(60)은, 원뿔형 단부(61) 반대쪽에 위치하는 개방 단부(63)에서 백 플레이트(50)에 의해 폐쇄된다. 원뿔형 단부(61)는 백 플레이트(50)의 중앙 개구부(53)와 포스트(40)에 의해 형성된 중앙 개구부(54)와 정렬되는 중앙 개구부(64)를 가진다.

백 플레이트(50)는 도9의 다양한 도면(도9a의 평면도, 도9b의 A-A선에 따른 단면도, 도9c의 B-B선에 따른 단면도)에서 상세히 도시된다. 백 플레이트(50)는 포스트(40)의 샤프트부(41)의 감소된 직경 단부(44)를 수용하는 구멍(51)을 가진다. 바람직하게는 백 플레이트(50)의 구멍(51)의 개수는 구동 유닛(4)의 포스트(40)의 수에 대응한다. 일 실시예에서, 여섯 개의 구멍(51)은 회전축(10) 주위의 60° 의 정(正)거리에 배치되며, 각각의 구멍(51)은 회전축(10)으로부터 동일한 거리에 있다. 구멍(51)은 도9c의 단면도의 백 플레이트(50)를 통해 완전히 연장되는 것으로 도시되어 있다. 그러나 구멍(51)은 백 플레이트(50)를 완전히 통하지 않고 특정 깊이까지만 백 플레이트(50) 내로 대안적으로 연장될 수 있다. 중앙 개구부(53)는 상기 전술한 대로 베어링 핀(15)을 수용하도록 형성된다. 백 플레이트(50)는 자속 경로를 폐쇄하기 위해 자성 재료, 바람직하게는 코발트 강으로 만들어 진다. 백 플레이트(50)의 직경은 약 5 mm 내지 7 mm 일 수 있다. 또한 도9b의 파선으로 개략적으로 도시되는 것처럼, 백 플레이트(50)의 후면에 있는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)과 같이, 코일 권선(47)을 제어 유닛(55)에 연결하고자 와이어(56)를 수용하도록 백 플레이트(50) 주위에 홈(52)이 제공된다.

도10을 참조하면, 임펠러(3)의 자석(32)(도2 참조)은 평면도(도10a), 단면도(도10b) 및 사시도(도10c)에 도시된다. 일 실시예에서, 각각의 자기장의 배향이 교대로 회전축(10) 주위에 균일하게 배치되는 여섯 개의 자석(32)이 제공된다. 적거나 많은 자석은, 예를 들어 네 개, 여덟 개, 열 개 또는 열두 개의 자석이 제공된다. 자석(32)은 표면(33)을 가지는 오목부(35)를 형성한다. 오목부(35)는, 구동부(4)를 둘러싸는 하우징(60), 특히 원뿔형 단부(61)(도8)를 고려하여, 도6에 잘 도시된 바와 같이, 포스트(40)의 헤드부(42)의 표면(43)에 의해 형성된 원뿔면의 크기와 형상에 대응한다. 여기에는 임펠러(3)과 구동 유닛(4) 간 거리는 일정하지 않을 수 있지만 상기 설명한 대로 회전축(10) 쪽으로 증가할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 본 실시예에서 오목부(35)는, 회전축(10) 또는 세로축에 대해 45° 의 각도(34)를 가지는 원뿔형 형상을 가진다. 구동 유닛(4)의 형상, 특히 포스트(40)의 헤드부(42)에 의해 형성된 단부면에 따라, 60°와 같은 다른 각도도 가능하다. 또한, 자석(32)은 도2에 도시된 대로 베어링 핀(15)을 수용하는 중앙 개구부(36)를 형성한다. 중앙 개구부(36)는 구동 유닛(4)의 중앙 개구부(54)에 정렬된다. 도10b에 도시된 대로, 자석(32)의 자속은 요크(37)에 의해 폐쇄된다. 요크(37)는 도2에 도시된 원뿔형처럼 임펠러(3)의 형상 또는 도10b에 도시된 대로 디스크 형상에 따라 적합한 형상을 가질 수 있다. 선택적으로 자석(32) 및, 적용 가능한 경우, 요크(37)를 둘러싸서 자석(32)과 요크(37)가 부식이 되지 않도록 해주는 캡슐부(38)가 제공된다.

도11에서는 전술한 실시예와 실질적으로 유사한 구동부의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 상기 배열은 샤프트부(41') 상의 각각의 권선(47)을 가지는 여섯 개의 포스트(40')를 포함한다. 이전 실시예와 같이, 더 적거나 더 많은 포스트(40')가 있을 수 있다. 포스트(40')는 바람직하게는 이전 실시예에서와 같이 백 플레이트(미도시)에 부착될 수 있다. 포스트(40)는 전술한 헤드부(42)와 다른 형상을 갖는 헤드부(42')를 각각 포함한다. 각도는 전술한 바와 동일할 수 있지만, 경사면(43')은 바깥쪽으로 방사상이 아니라 안쪽으로 방사상으로 향한다. 즉, 헤드부(42')는 실질적으로 원뿔형 오목부를 형성한다. 임펠러의 자석은 이에 따라 형성되는데, 즉 자석은 이전 실시예와 마찬가지로 원뿔형 오목부 대신 대응하는 원뿔형 형상을 가질 것이라는 것이 이해될 것이다. 이전 실시예와 마찬가지로, 구동 유닛은 중앙 개구부(54')를 가진다. 도11의 일 실시예에 따른 포스트(40')는 포스트(40') 간 바이패스(bypass) 또는 단락을 방지하는 틈(57')에 의해 분리되며, 이전 실시예의 포스트(40)의 헤드부(42)는 작은 틈으로만 분리되거나 서로 직접 인접한 것으로 도시되어 있다. 그러나 포스트 간 단락은 모든 실시예에서 회피되어야 한다는 것이 이해될 것이다.

도12를 참조하면, 혈액 펌프(1)의 또 다른 실시예가 도시되어 있으며, 이는 도1 및 도2와 유사하다. 상기 실시예와는 반대로, 도12의 혈액 펌프(1)는 추가의 방사상 유체역학 베어링을 갖는다. 펌프 케이싱(2)의 원주부(28) 또는 슬리브는 임펠러(3)와 원주부(28) 간 틈(27)을 형성하도록 제공된다. 혈류 입구(22)뿐만아니라, 추가의 혈류 출구(29)는 혈액이 틈(27)을 통해 흘러 펌프 케이싱(2)을 빠져나가게 한다. 틈(27)의 크기는 방사상 유체역학 베어링을 형성하도록 선택된다.

도13a 및 도13b는 구동 유닛(4)에 대해 배치된 자석(32)와 임펠러의 자석(32)을 개략적으로 도시한다. 일 실시예에서, 네 개의 자석(32)은 각각의 틈(66)에 의해 분리된 네 개의 자석(32)이 제공된다. 자석(32)의 표면(33) 간 채널로서 형성될 수 있는 틈(66)은 중앙 개구부(36)로부터 자석(32)의 외부 둘레 쪽으로 방사성 방향으로 연장된다. 도15a 및 도15b를 참조하여 상세히 기술된 바와 같이, 자석(32)이 작아져도 자기결합의 효율이 손실되지 않는다. 도13b는 자석(32)와 구동 유닛(4)의 상대적인 배열을 도시하며, 여기서 임펠러 의 자석(32)(즉, 로터)과 구동 유닛(4)(즉, 고정자) 사이에 틈(65)이 제공된다. 채널 또는 틈(66)은 혈액의 원심 펌프 효과를 유발하기 때문에 틈(65)의 도금을 증진시킨다.

도 14a 및 도14b를 참조하여, 로터, 특히 자석(32)과 고정자, 즉 구동 유닛(4) 사이의 자기 결합 원리가 개략적으로 도시되어 있다. 도14a 에서는 자석(32)은 틈에 의해 실질적으로 분리되지 않거나, 분리되지 않는다. 북(N)에서 남(S)까지의 일부 예시적인 자기장선이 도시되어있다. 구동 유닛(4)과 자석(32) 사이의 틈(65)으로 인해 가장 안쪽의 자기장선은 구동 유닛(4)과 상호작용하지 않는다. 다시 말해, 자기장의 이러한 부분은 임펠러의 구동에 영향을 주지 않는다. 따라서 자석(32) 간 틈(66)이 없으면 자기 결합의 효율이 손실되지 않을 것이다. 도14b에서는 동일한 양의 자기장선은 도14a와 같이 구동 유닛(4)에 도달한다. 자기장선의 배향을 알 수 있는 당업자가 계산할 수 있듯이, 틈(66)의 크기가 직접적으로 틈(65)의 크기에 영향을 준다.

도15를 참조하면, 혈액 펌프의 구동 배열에 대한 또 다른 실시예가 도시된다. 코일 권선(47)이 있는 포스트(40)를 포함하는 구동 유닛(4)은 전술한 바와 실질적으로 동일하다. 동일한 참조 번호는 동일한 부분을 지칭한다. 이전 실시예에서와 같이, 구동 유닛(4)은 백 플레이트(50)를 포함한다. 그러나 임펠러의 디자인은 다르다. 도15에서는 임펠러의 요크(37) 및 자석(32)만이 도시되어있다. 임펠러는 늘어난 직경, 특히 구동 유닛(4)보다 더 큰 직경 및 축 연장부(39)를 가져, 연장부(39)는 구동 유닛(4) 주위 원주 방향으로, 특히 포스트(40)의 헤드부(42)의 영역에서 연장된다. 상기 배열은 하기 설명되는 바와 같이 개선된 자기 결합을 가능하게 한다.

일부 예시적인 개략적인 자기장선에서 나타난 바와 같이, 연장부(39)는 자석(32)과 구동 유닛(4) 사이의 자기 결합을 일으켜, 포스트(40)의 헤드부(42)의 경사면(43) 영역뿐만 아니라 외부 측면 영역에서 발생하게 한다. 상기 영역에서, 자기장선은 혈액 펌프의 로터 및 고정자 간 실질적인 방사성 방향으로 연장되어, 임펠러를 구동하기 위해 높은 회전력이 생성된다. 도15에서 도시된 바와 같이, 다른 모든 실시예에서와 같이, 자기장선은 헤드부(42)와 샤프트부(41)를 포함하는 포스트(40)를 통해, 자석(32)을 통해, 단부 플레이트 또는 요크(50,37)를 통해 연장되는 폐쇄된 루프(loop)를 형성한다.

도16을 참조하면, 구동 유닛의 작동 모드는 여섯 개의 포스트(40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f)를 가지는 실시예에서 개략적으로 도시된다. 회전 자기장을 생성하기 위해, 포스트는 순차적으로 제어된다. 포스트는 임펠러의 균형있는 회전을 설정하기 위해 페어로 제어되고, 여기서 정반대로 반대 방향에 있는 포스트(40a 및 40d, 40b 및 40e 및 40f) 각각은 페어를 형성한다. 자기 밀도는 여섯 개의 포스트 중 네 개를 동시에 활성화 시켜 증가될 수 있다. 도13은 활성화된 포스트가 표시되는 3단계의 순서를 보여준다. 제1 단계에서 포스트(40a, 40c, 40d, 40f)는 활성화되는데, 즉 전류가 각각의 코일 권선에 공급되어 자기장을 생성한다. 제2 단계에서는 포스트(40a, 40b, 40d, 40e)가 활성화 되고, 제3 단계에서는 포스트(40b, 40c, 40e, 40f)가 활성화된다. 이 순서는 회전 자기장을 생성하기 위해 반복된다.

도17 내지 도21은, 구동 유닛 부분이 솔리드 보디로서 형성되지 않고 슬롯화되거나, 하기 상세히 기술되는 바와 같이 불연속 재료에 의해 형성된다는 주요 차이점을 제외하고는 전술한 실시예와 실질적으로 유사한 실시예를 도시한다. 도1 내지 도16에 대한 특징과 기능은 하기 실시예에서도 적용가능하다는 것이 이해될 것이다. 그러므로 100으로 개선된 동일한 참조 번호는 혈액 펌프, 구동 유닛 및 혈액 펌프의 다른 부분을 지칭한다. 반대로, 전술한 실시예는, 하기 후술되는 바와 같이 슬롯화된 요소 또는 불연속적인 연 자성 재료가 제공될 수 있음이 이해될 것이다.

도17은, 도6에 도시된 도면과 유사한 자석과 코일 권선이 없는 구동 유닛(104)의 사시도를 도시한다. 구동 유닛(104)은, 이전 실시예에서 설명된 바와 같이, 샤프트부(141) 및 헤드부(142)를 각각 가지는 여섯 개의 포스트(140)를 포함한다. 포스트(140)는 이전 실시예와 유사한 백 플레이트(150)에 부착된다. 헤드부(142)는 회전축에 수직인, 즉 구동 유닛(104)의 세로축인 면으로 연장되는 평평한 상부면을 갖는다.

전술한 실시예와 달리, 구동 유닛(104)의 요소, 보다 상세하게는 백 플레이트(150)뿐만 아니라 포스트(140)의 샤프트부(141)는 자속(자속의 개략도는 도15 참조) 방향으로 가로지르는 각각의 단면에 불연속적인 연 자성 재료를 포함한다. 특히, 샤프트부(141) 및 백 플레이트(150)는 슬롯화되는데, 즉 이들은 서로 전기적으로 절연된 연 자성 재료의 한 더미의 시트로 형성된다. 시트는 약 50 μm 내지 약 350 μm, 예를 들어 100 μm 의 두께를 가진다. 선택적으로 헤드부(142)는 또한 하기 상세히 설명되는 바와 같이 슬롯화될 수 있다.

샤프트부(141)는 절연층(172)에 의해 서로 절연된 시트(171)로 형성되고, 백 플레이트는 절연층(176)에 의해 서로 절연된 시트(175)로 형성된다. 샤프트부의 시트(171)는, 회전축을 가로지르는 불연속적인 단면을 제공하기 위해, 도19a 내지 도19d에 도시된 바와 같이, 회전축과 평행하게 연장된다. 백 플레이트(150)는, 회전축에 평행한 불연속적인 단면을 제공하기 위해, 회전축과 수직인 면으로 연장되는 시트(175)로 형성된다. 백 플레이트(150)가 솔리드 재료로 형성될 수 있으며, 즉 슬롯화될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 슬롯화된 구조는 와전류를 감소하여 열 발생 및 에너지 손실, 즉 에너지 소비를 줄일 수 있다.

도18은 백 플레이트(150)를 보다 상세히 도시한다. 도9에 도시된 백 플레이트와 유사하게, 백 플레이트(150)는 중앙 개구부(153) 및 흠(152)을 가진다. 상기 설명된 바와 같이, 백 플레이트(150)는 절연층(176)으로 서로 절연된 복수의 적층된 시트(175)로 만들어 진다. 도19a는 상부면(143)과 함께 샤프트부(141)와 헤드부(142)를 가지는 포스트(140) 중 하나를 보다 상세하게 도시한다. 상부면은 경사지지 않는다. 포스트(140)의 단부(144)는 백 플레이트(150)의 개구부(151)에 끼운다. 전술한 실시예와는 달리, 단부(144)는 숄더를 갖지 않는다. 헤드부(142)는 샤프트부(141)를 비스듬히 너머 연장되어 코일 권선이, 상기 설명된 대로 헤드부(142)를 너머 연장되지 않도록 한다. 도19b는 샤프트부(141') 및 헤드부(142')를 가지고, 이전 실시예에서 상세히 설명한 대로 상부면(143')이 경사지지 않는 포스트(140')의 실시예를 도시한다.

일 실시예에서, 도19c에 도시된 바와 같이, 포스트(140)의 헤드부(142)는 불연속적인 연 자성 재료로도 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 각각의 포스트(140)의 헤드부(142)는, 포스트(140)의 샤프트부(141)와 유사하게, 각각의 포스트(140)의 세로축에 수직인 단면에서 불연속적인 연 자성 재료를 포함할 수 있다. 헤드부(142)는 절연층(174)에 의해 서로 절연된 시트(173)으로 형성될 수 있다. 편평한 헤드부(142)의 낮은 높이로 인해, 시트(173)는 '막대(rod)'로도 지칭될 수 있다. 도19d에서 도시된 바와 같이, 경사진 헤드(142')는 또한 불연속적인 연 자성 재료, 특히 절연층(174')에 의해 서로 절연된 시트(173')로 형성될 수 있다. 샤프트부(141, 141')에 대해 상기 전술한 불연속적인 연 자성 재료의 특성은 모두 각각의 헤드부(142, 142')에 적용될 수 있다.

도20a 에서는 자석(132)은 헤드부(142)와 인접하여 도시되어 있다. 헤드부(142)의 상부면이 경사지지 않았기 때문에 자석(132)은 실질적으로 원통형인 구성 요소를 형성한다. 도20b는 자석(132')이 틈(133')으로 분리되는 대안적인 실시예를 도시한다. 전술한 바와 같이, 자석(132')이 틈(133'), 즉 특히 방사성으로 연장되는 틈으로 분리되는 경우, 구동 유닛(104) 및 임펠러 간 틈과 자기장의 특성으로 인해, 자기 결합의 효율이 감소하지 않는 것으로 밝혀졌다.

도21a 내지 도21j는 도 19a의 I-I 선을 따라 단면에서 도시된 포스트의 다양한 실시예를 도시한다. 도21a 내지 도21d는, 포스트의 샤프트부(141)이 슬롯화되는, 즉 절연층(172)에 의해 서로 절연된 복수의 층(171)으로 형성되는 실시예를 도시한다. 절연층(172)은 접착제, 래커, 베이킹 에나멜(baking enamel) 등을 포함할 수 있다. 도21a 및 도21b는 시트(171)의 두께가 균일한 실시예를 도시한다. 두께는 약 25 μm 내지 약 250 μm 의 범위일 수 있다. 도21a 에 도시된 시트(171)는 도21b에 도시된 시트(171) 보다 더 두껍다. 도21c의 시트는 가장 두꺼운 중앙 시트와 가장 얇은 가장 바깥쪽 시트 등 두께가 다양하다. 이는 샤프트부의 측면 영역에서 와전류가 보다 중요하고, 얇은 시트에 의해 감소될 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 중심 영역의 와전류는 덜 중요하며, 상대적으로 두꺼운 중앙 시트는 자속을 향상시키는데 도움이 될 수 있다. 시트(171)의 배향은, 단면으로 도시된 연 자성 재료, 즉 자속 방향으로 가로지르는 단면의 연 자성 재료가 불연속적이거나 차단되는 경우, 도21d에 예시적으로 도시된 바와 같이 다를 수 있다.

도21e 및 도21f는, 절연 재료(182)에 의해 서로 절연되는 와이어(181)의 번들(181)에 의해 형성되는 샤프트부(141)에 대한 실시예를 도시한다. 절연 재료(182)는 각각의 와이어(181)의 코팅으로서 존재할 수 있거나, 와이어(181)가 내장된 매트릭스일 수 있다. 도21e의 실시예에서, 와이어의 직경은 모두 동일한 반면, 도21f의 실시예에서는 중앙 와이어의 직경이 가장 크고, 외부 와이어의 직경이 더 작으며, 이는 다양한 두께의 시트를 도시하는 도21c와 유사하다. 도21g에서 도시된 바와 같이, 상이한 직경의 와이어(181)는 혼합될 수 있으며, 이는 모든 와이어의 직경이 동일한 실시예에 비해, 연 자성 재료의 전체 단면적을 증가시킬 수 있다. 또한 대안적으로, 와이어(183) 사이의 절연층(184)을 추가로 최소화하기 위해, 와이어(183)는 직사각형, 정사각형 등과 같은 다각형 단면적을 가질 수 있다.

대안적으로, 샤프트부(141)의 불연속 단면은, 도21i에 도시된 대로 폴리머 매트릭스(186)에 내장된 금속 입자(185), 강모(steel wool), 또는 절연 매트릭스를 다량 함유한 다공성 구조물에 의해 생성될 수 있다. 연 자성 재료의 다공성 및, 이에 따른 불연속 구조물은 또한, 소결 공정 또는 고압 몰딩 공정에 의해 제조될 수 있으며, 여기서 절연 매트릭스는, 연 자성 재료가 공기에 노출되어 자동으로 절연층이 형성될 수 있기 때문에 생략될 수 있다. 대안적으로, 샤프트부(141)는, 도21j에 도시된 바와 같이 절연층(188)에 의해 층이 분리되는, 연 자성 재료의 롤업(rolled-up) 시트(187)로 형성될 수 있다. 이는 또한 포스트(140)의 샤프트부(141)에서 와류를 감소시키는 본 발명의 측면에서 불연속적인 단면을 제공한다.

Claims (15)

1. 피부를 통해서 환자의 혈관에 삽입하기 위한 혈관내 혈액 펌프(1)로서,
   혈류 입구(21) 및 혈류 출구(22)를 가지는 펌프 케이싱(pump casing)(2);
   회전축(10) 주위를 회전하도록 상기 펌프 케이싱(2)에 배치된 임펠러(3) ― 상기 임펠러(3)는, 상기 혈류 입구(21)로부터 상기 혈류 출구(22)로 혈액을 운반하기 위한 크기 및 형상을 갖는 블레이드(31)을 구비함 ―; 및
   상기 임펠러(3)를 회전시키는 구동 유닛(104) ― 상기 구동 유닛(104)은 상기 회전축(10) 주위에 배치된 복수의 포스트(140)를 포함함 ― 를 포함하되,
   각각의 상기 포스트(post)(140)는 세로축을 가지고, 상기 세로축을 따라 연장되는 샤프트부(shaft portion)(141) 및 상기 임펠러(3)를 향하는 헤드부(142)를 포함하고, 각각의 상기 포스트(140)의 상기 샤프트부(141) 주위에는 코일 권선(47) ― 상기 코일 권선(47)은 회전 자기장을 생성하도록 순차적으로 제어 가능함 ― 이 배치되며, 상기 임펠러(3)는, 상기 임펠러(3)를 회전시키기 위해, 상기 회전 자기장과 상호 작용하도록 배치된 적어도 하나의 자석(132)을 포함하고, 각각의 상기 포스트(140)의 상기 샤프트부(141)는, 각각의 상기 포스트(140)의 상기 세로축을 가로지르는 단면에서 불연속적인 연 자성 재료를 포함하는,
   혈관내 혈액 펌프(1).
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연 자성 재료는 복수의 시트(171), 바람직하게는 전기강판의 형태로 제공되는 혈액 펌프.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 시트(171)는 서로 전기적으로 절연된(172) 혈액 펌프.
4. 제3항에 있어서,
   상기 시트(171)는 절연층(172)에 의해 서로 전기적으로 절연되되, 각 절연층(172)은 약 1 μm 내지 약 50 μm 의 두께를 갖는 혈액 펌프.
5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
   상기 시트(171)는 각각의 상기 포스트(40)의 상기 세로축에 평행하게 연장되는 혈액 펌프.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시트(171)는 약 25 μm 내지 약 350 μm, 바람직하게는 약 50 μm 내지 약 200 μm 의 두께를 갖는 혈액 펌프.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 시트(171)는 한 더미의 시트를 형성하되, 상기 시트(171)의 두께는 상기 더미의 중심으로부터 상기 더미의 가장 바깥쪽 시트 쪽으로 감소하는 혈액 펌프.
8. 제1항에 있어서,
   상기 연 자성 재료는 서로 전기적으로 절연되는(182), 연 자성 재료의 복수의 와이어(181) 형태로 제공되는 혈액 펌프.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구동 유닛(104)은, 상기 포스트(140)의 상기 샤프트부(141)의 단부(144) - 상기 단부(144)는 상기 헤드부(142)와 서로 반대편에 위치함 - 와 맞물리는 백 플레이트(back plate)(150)를 더 포함하는 혈액 펌프.
10. 제9항에 있어서,
    상기 백 플레이트(150)는 각각의 상기 포스트(140)의 상기 세로축에 평행한 단면에서 불연속적인 연 자성 재료를 포함하는 혈액 펌프.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연 자성 재료는 복수의 시트(173, 175), 바람직하게는 전기강판의 형태로 제공되는 혈액 펌프.
12. 제11항에 있어서,
    상기 시트(173, 175)는 서로 전기적으로 절연된(174, 176) 혈액 펌프.
13. 제12항에 있어서,
    상기 시트(173, 175)는 상기 회전축에 횡방향으로 연장되는 혈액 펌프.
14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트(173, 175)는 약 25 μm 내지 약 350 μm, 바람직하게는 약 50 μm 내지 약 200 μm의 두께를 갖는 혈액 펌프.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혈액 펌프는 축형(axial type)인 혈액 펌프.

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