軸向磁力卸載式軸流泵心臟輔助裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種專用軸流泵，具體的說是一種生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的植入人體的軸向磁力卸載式軸流泵心臟輔助裝置。本實用新型是“泵—機組合體”，其由泵系統(tǒng)及電機系統(tǒng)兩大部分組成，其特征是在定子鐵芯后端安裝有葉輪位置控制軟磁體，當(dāng)葉輪在泵筒中因受外力而向前或向后位移時，葉輪位置控制軟磁體及定子鐵芯對葉輪輪轂中的永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁約束力，力的方向與葉輪軸向位移的方向相反；在軸流泵工作時，磁約束力能對葉輪及軸的軸向力負(fù)荷，形成部分甚至全部的“軸向磁力卸載”，實現(xiàn)葉輪的“軸向磁懸浮”。本實用新型能減輕機械摩損和摩擦熱效應(yīng)，防止泵內(nèi)血栓形成，減少并發(fā)癥，并提高軸流泵的工作壽命和持續(xù)工作的穩(wěn)定性。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種專用軸流泵，具體的說是一種生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的植入人體 的軸向磁力卸載式軸流泵心臟輔助裝置。 軸向磁力卸載式軸流泵心臟輔助裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 各種心臟疾病發(fā)展到一定階段均可影響到心臟的泵血功能，而心臟正常的泵血功 能對維持人體血液循環(huán)是必不可少的。心臟泵血功能不足稱為"心衰"，治療嚴(yán)重心衰是目 前臨床醫(yī)學(xué)的一個難題。用人造的機械血泵來幫助或代替心衰心臟是一種有效的治療方 法，這種機械血泵通常稱為"心臟輔助裝置"或"人工心臟"。目前一些性能較好的心臟輔助 裝置已在臨床上得到廣泛的應(yīng)用，但心臟輔助裝置的應(yīng)用也面臨著許多問題，主要的是心 臟輔助裝置植入人體后可導(dǎo)致一些并發(fā)癥，以及因軸承高速磨損容易產(chǎn)生機械故障和不良 效應(yīng)，這些均可導(dǎo)致病人死亡。
[0003] 目前，臨床上應(yīng)用最多的是植入式軸流泵心臟輔助裝置。公知的軸流泵構(gòu)造均是 由軸流泵、軸流泵電機、供電導(dǎo)線等部分組成。軸流泵和軸流泵電機常共同組成"泵一機組 合體"，應(yīng)用時將"泵一機組合體"植入到人體體內(nèi)，軸流泵入口與心臟的心尖部切口連通， 可將心室中的血液引流到軸流泵內(nèi)，軸流泵出口聯(lián)接人造血管，人造血管的另一端與人體 主動脈通過"端一側(cè)"吻合相連通。軸流泵工作時，進(jìn)入泵入口的血液在旋轉(zhuǎn)葉輪的驅(qū)動下， 壓力升高，從泵出口流出，經(jīng)出口端的人造血管進(jìn)入人體主動脈內(nèi)。如是軸流泵工作時既可 降低心室內(nèi)壓力，減低心臟負(fù)荷，又可提高動脈內(nèi)血壓，維持外周循環(huán)，能有效地挽救嚴(yán)重 心衰病人的生命。
[0004] 臨床上應(yīng)用的軸流泵以有機械軸支撐的較多，這種泵的葉輪軸向和徑向位置均由 機械軸和軸承保持。軸流泵在工作狀態(tài)下，葉輪在驅(qū)動流體流出時，必然會產(chǎn)生流體對葉輪 的反作用力（向前推力），其大小根據(jù)轉(zhuǎn)速和流量的不同而異，在通常的心室輔助條件下，反 作用力約在0. 2-0. 6千克力的范圍內(nèi)變動，如果轉(zhuǎn)軸直徑設(shè)計為2毫米，那么受壓的轉(zhuǎn)軸前 端面承受的壓強達(dá)到6. 4-19. 1千克力/平方厘米。如單獨采用端面滑動式止推軸承，來對 抗反作用力及高速、劇烈的摩擦，這不僅容易導(dǎo)致軸承材料的快速磨損，引起機械故障；更 嚴(yán)重的是因摩擦產(chǎn)生較多的熱量，使摩擦部位的溫度升高，導(dǎo)致血液中的蛋白變性壞死，附 著沉集在軸套表面，觸發(fā)血栓的形成和生長。
[0005] 臨床應(yīng)用的還有無軸承的"磁一液懸浮"軸流泵，其旋轉(zhuǎn)葉輪的位置是由徑向流體 動力懸浮和軸向磁懸浮保持。雖然這種軸流泵可去除機械軸承的摩擦效應(yīng)，但由于流體動 力懸浮對懸浮間隙和流體粘度等參數(shù)的嚴(yán)格要求，需要犧牲泵的一些技術(shù)性能，不能采用 技術(shù)最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，所以這種血泵也很難達(dá)到臨床需要的理想狀態(tài)。
[0006] 由此，優(yōu)化軸流泵的結(jié)構(gòu)，減少摩擦及熱效應(yīng)，降低并發(fā)癥，提高泵的工作壽命和 穩(wěn)定性是心臟輔助裝置技術(shù)的關(guān)鍵。 實用新型內(nèi)容
[0007] 本實用新型的目的是提供一種能降低血栓等并發(fā)癥、提高使用壽命的軸向磁力卸 載式軸流泵心臟輔助裝置。
[0008] 本實用新型是"泵一機組合體"，由泵系統(tǒng)及驅(qū)動電機系統(tǒng)兩大部分組成，泵系統(tǒng) 由泵筒、葉輪、定位軸、前、后導(dǎo)流錐及定位軸前、后支撐室組成；驅(qū)動電機系統(tǒng)由內(nèi)永磁轉(zhuǎn) 子、電機定子組成；永磁轉(zhuǎn)子鑲嵌在泵筒里面的葉輪輪轂中空腔內(nèi)；其特征是電機定子又 由定子鐵芯、定子線圈繞組和葉輪位置控制軟磁體組成，葉輪位置控制軟磁體位于泵筒外、 定子鐵芯的后端，葉輪位置控制軟磁體及定子鐵芯對葉輪輪轂中的永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁約束 力，磁約束力的方向與葉輪軸向位移的方向相反。
[0009] 上述的泵筒里面的永磁轉(zhuǎn)子鑲嵌在葉輪輪轂的中空腔內(nèi)，這樣的組合體既是驅(qū)動 血液流動的葉輪，又構(gòu)成了軸流泵電機的轉(zhuǎn)子，在電機工作時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場作用于轉(zhuǎn)子 磁場，驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，推動血液流動。
[0010] 電機定子增加了葉輪位置控制軟磁體，其與定子鐵芯一起約束永磁轉(zhuǎn)子在泵筒內(nèi) 自動中心定位，當(dāng)葉輪因受到外力而向前或向后位移時，葉輪位置控制軟磁體及定子鐵芯 對葉輪輪轂中的永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向后或向前的磁約束力。在軸流泵工作時，血流對驅(qū)動葉輪 產(chǎn)生的一個反作用力（軸向向前的推力）可使葉輪往前位移，此時就有一個磁約束力（軸向 向后的卸載拉力）與之對抗，因此形成對葉輪及軸的力負(fù)荷"軸向磁力卸載"，當(dāng)對抗的二力 完全平衡時，軸向力負(fù)荷被全部卸載，形成葉輪的"軸向磁懸浮"。通過設(shè)計調(diào)整葉輪軸向位 移的大小、轉(zhuǎn)子永磁體的強度，以及葉輪位置控制軟磁體和定子鐵芯的幾何尺寸，可使磁約 束力達(dá)到適當(dāng)大小，完全實現(xiàn)葉輪的"軸向磁懸浮"。
[0011] 上述的泵筒內(nèi)入口端設(shè)置的前導(dǎo)流錐由前導(dǎo)葉輪轂及輪轂上的前導(dǎo)葉組成；出口 端設(shè)置的后導(dǎo)流錐由尾導(dǎo)葉輪轂及輪轂上的尾導(dǎo)葉組成；中間位置設(shè)置的葉輪由葉輪輪轂 及輪轂上的葉輪葉片組成。
[0012] 上述的定位軸前支撐室及定位軸后支撐室分別處于前導(dǎo)葉輪轂及后導(dǎo)葉輪轂的 中心，其支撐著定位軸及葉輪旋轉(zhuǎn)。
[0013] 上述的葉輪采用軸向螺旋葉片式結(jié)構(gòu)，葉輪輪轂腔內(nèi)的永磁轉(zhuǎn)子采用徑向充磁。
[0014] 泵筒出口端設(shè)置尾導(dǎo)葉，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪驅(qū)動血液流動時產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)分量在經(jīng)過 尾導(dǎo)葉時轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫杏谳S方向的直流，進(jìn)一步提高流體輸出壓力，從而提高軸流泵的能量 轉(zhuǎn)化效率。
[0015] 本實用新型與現(xiàn)有的技術(shù)相比有如下優(yōu)點：
[0016] 本實用新型能減小軸流泵葉輪及軸的軸向力負(fù)荷，減輕或消除軸的軸向機械摩 損，降低摩擦熱效應(yīng)，防止泵內(nèi)血栓形成，減少并發(fā)癥，并提高軸流泵的工作壽命和持續(xù)工 作的穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。
[0018] 圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2是軸向磁卸載的原理示意圖。
[0020] 圖中：1.泵筒，2.葉輪，3.葉輪輪轂，4.永磁轉(zhuǎn)子，5.葉輪葉片，6.定位軸，7.定 子鐵芯，8.定子線圈繞組，9.葉輪位置控制軟磁體，10.尾導(dǎo)葉，11.泵出口，12.尾導(dǎo)葉輪 轂，13.定位軸后支撐室，14.定位軸前支撐室，15.人造血管，16.供能導(dǎo)線，17.前導(dǎo)葉輪 轂，18.前導(dǎo)葉，19.泵腔，20.血液反作用力(軸向向前的推力)，2L向后磁約束力(軸向向 后的卸載拉力），22.圓柱形的軸流泵外殼，23.定子磁力中心，24.永磁磁力中心，25.葉輪 軸向位移。

【具體實施方式】
[0021] 本實用新型是由泵系統(tǒng)及驅(qū)動電機系統(tǒng)兩大部分組成，其中泵系統(tǒng)由泵筒1、葉輪 2、定位軸6、前、后導(dǎo)流錐及定位軸前、后支撐室14、13組成，永磁轉(zhuǎn)子4鑲嵌在泵筒1里面 的葉輪輪轂3中空腔內(nèi)；驅(qū)動電機系統(tǒng)由永磁轉(zhuǎn)子4、電機定子、圓柱形的軸流泵外殼22、供 能導(dǎo)線16組成；電機定子又由定子鐵芯7、定子線圈繞組8及葉輪位置控制軟磁體9組成， 葉輪位置控制軟磁體9位于泵筒外、定子鐵芯7的后端，葉輪位置控制軟磁體9及定子鐵芯 7對葉輪輪轂3中的永磁轉(zhuǎn)子4產(chǎn)生磁約束力，磁約束力的方向與葉輪軸向位移的方向相 反。
[0022] 上述的泵筒內(nèi)入口端設(shè)置的前導(dǎo)流錐由前導(dǎo)葉輪轂17及輪轂上的前導(dǎo)葉18組 成；出口端設(shè)置的后導(dǎo)流錐由尾導(dǎo)葉輪轂12及輪轂上的尾導(dǎo)葉10組成；中間位置設(shè)置的 葉輪由葉輪輪轂3及輪轂上的葉輪葉片5組成。
[0023] 上述的定位軸前支撐室14及定位軸后支撐室13分別處于前導(dǎo)葉輪轂17及后導(dǎo) 葉輪轂12的中心，其支撐著定位軸6及葉輪2旋轉(zhuǎn)。
[0024] 上述的葉輪2采用軸向螺旋葉片式結(jié)構(gòu)，葉輪輪轂3腔內(nèi)的永磁轉(zhuǎn)子4采用徑向 充磁。
[0025] 由于在泵筒1外、定子鐵芯7的后面，特設(shè)置了葉輪位置控制軟磁體9 (構(gòu)成電機 定子的新組件)，在葉輪2被裝入泵筒1內(nèi)時，永磁磁力中心24因受約束而自動與定子磁力 中心23重合，當(dāng)永磁磁力中心24向前偏移定子磁力中心23的位置時，就會產(chǎn)生一個與葉 輪軸向位移25方向相反的向后磁約束力（軸向向后的卸載拉力）21，這個向后磁約束力21 來源于葉輪位置控制軟磁體9及定子鐵芯7對葉輪輪轂3中的永磁轉(zhuǎn)子4的吸引與約束定 位。當(dāng)軸流泵工作時，葉輪2會受到一個血液反作用力20 (軸向向前的推力），此時一個向 后磁約束力21就與之對抗，對葉輪2及定位軸6前端的軸向力負(fù)荷發(fā)揮了"軸向磁力卸載" 的作用，如果二力對抗越平衡，卸載的作用就越好，當(dāng)對抗完全平衡時，就形成了葉輪的"軸 向磁懸浮"。通過設(shè)計調(diào)整葉輪軸向位移25的大小、永磁轉(zhuǎn)子4的強度，以及葉輪位置控制 軟磁體9和定子鐵芯7的幾何尺寸，可使向后磁約束力21達(dá)到適當(dāng)大小，使得在軸流泵工 作時對抗的二力達(dá)到平衡狀態(tài)，完全實現(xiàn)葉輪的"軸向磁懸浮"。
[0026] 軸流泵被植入到心衰病人的體內(nèi)，軸流泵入口與心臟的心尖部切口連通，泵出口 11聯(lián)接人造血管15,人造血管15的另一端與人體主動脈通過"端一側(cè)"吻合相連通。在軸 流泵電機工作時，定子線圈繞組8產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用，為葉輪2的旋轉(zhuǎn) 提供了轉(zhuǎn)矩及動能。因此產(chǎn)生的負(fù)壓吸引力將心衰病人心室里的血液吸入到泵腔19中，血 液然后經(jīng)葉輪2的推壓，再經(jīng)尾導(dǎo)葉10整流，旋流分量變?yōu)橹绷?，增壓后，從泵出?11流 出，流經(jīng)人造血管15,進(jìn)入到人體動脈內(nèi)，這就是軸流泵心室輔助的泵血基本過程。
【權(quán)利要求】
1. 一種軸向磁力卸載式軸流泵心臟輔助裝置，其為"泵一機組合體"，由泵系統(tǒng)及驅(qū)動 電機系統(tǒng)兩大部分組成，泵系統(tǒng)由泵筒、葉輪、定位軸、前、后導(dǎo)流錐及定位軸前、后支撐室 組成；驅(qū)動電機系統(tǒng)由內(nèi)永磁轉(zhuǎn)子、電機定子組成；永磁轉(zhuǎn)子鑲嵌在泵筒里面的葉輪輪轂 中空腔內(nèi)；其特征是電機定子又由定子鐵芯、定子線圈繞組和葉輪位置控制軟磁體組成，葉 輪位置控制軟磁體安裝在泵筒外、定子鐵芯的后端，葉輪位置控制軟磁體及定子鐵芯對葉 輪輪轂中的永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁約束力，磁約束力的方向與葉輪軸向位移的方向相反。
2. 如權(quán)利要求1所述的軸向磁力卸載式軸流泵心臟輔助裝置，其特征在于所述的泵筒 內(nèi)入口端設(shè)置的前導(dǎo)流錐由前導(dǎo)葉輪轂及輪轂上的前導(dǎo)葉組成；出口端設(shè)置的后導(dǎo)流錐由 尾導(dǎo)葉輪轂及輪轂上的尾導(dǎo)葉組成；中間位置設(shè)置的葉輪由葉輪輪轂及輪轂上的葉輪葉片 組成。
3. 如權(quán)利要求1所述的軸向磁力卸載式軸流泵心臟輔助裝置，其特征在于所述的定位 軸前支撐室及定位軸后支撐室分別處于前導(dǎo)葉輪轂及后導(dǎo)葉輪轂的中心，其支撐著定位軸 及葉輪旋轉(zhuǎn)。
4. 如權(quán)利要求1所述的軸向磁力卸載式軸流泵心臟輔助裝置，其特征在于所述的葉輪 采用軸向螺旋葉片式結(jié)構(gòu)，葉輪輪轂腔內(nèi)的永磁轉(zhuǎn)子采用徑向充磁。
【文檔編號】A61M1/12GK203842087SQ201420178989
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】陳海豐, 田步升, 王改峰, 彭遠(yuǎn)儀, 郝宗超 申請人:長治市久安人工心臟科技開發(fā)有限公司