雙定子混合支承人工心臟泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及人工屯、臟累，具體設(shè)及雙定子混合支承人工屯、臟累。
【背景技術(shù)】
[0002] 人工屯、臟經(jīng)過幾十年的發(fā)展歷程，目前已發(fā)展到第=代，通過磁懸浮或者其他無 接觸支承為標(biāo)志，替代機(jī)械軸承從而消除軸承處血流滯止區(qū)，達(dá)到消除血栓的目的。軸流式 屯、臟累一般結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)子位于定子的里面，轉(zhuǎn)子的周邊是葉輪。為了節(jié)省電功率，徑向大多采 用永磁軸承懸浮，軸向大多采用電磁懸浮，可W控制懸浮間隙，使得轉(zhuǎn)子始終處于全懸浮狀 態(tài)。由于轉(zhuǎn)子的周邊要有葉輪，使得徑向磁懸浮軸承的定子與轉(zhuǎn)子之間的實(shí)際懸浮間隙變 大，實(shí)際間隙等于葉輪的高度與氣隙之和。
[0003] 對(duì)于磁懸浮支承技術(shù)而言，懸浮力與間隙的平方成反比，間隙變大，功耗必然增 大，同時(shí)累體積也較大。而植入式人工屯、臟的發(fā)展方向是體積小、重量輕和功耗小，運(yùn)就要 求磁軸承的設(shè)計(jì)上要有所突破，盡可能的簡化結(jié)構(gòu)，縮小尺寸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了提供一種能有效減小血累體積和功耗、增強(qiáng)可植入性和運(yùn)轉(zhuǎn) 可靠性的、能結(jié)合動(dòng)壓支承和永磁支承的新型雙定子混合支承人工屯、臟累。
[0005] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 雙定子混合支承人工屯、臟累，包括設(shè)于外定子內(nèi)部的內(nèi)定子，在內(nèi)定子與外定子 之間設(shè)有具有葉輪的轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子設(shè)有徑向軸承磁環(huán)，轉(zhuǎn)子內(nèi)設(shè)有與徑向軸承磁環(huán)相互產(chǎn) 生斥力的徑向磁環(huán)，轉(zhuǎn)子設(shè)有電機(jī)磁鐵，電機(jī)磁鐵與設(shè)于外定子的電磁驅(qū)動(dòng)裝置作用帶動(dòng) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，內(nèi)定子的兩端面各固設(shè)有用于導(dǎo)入或?qū)С鲅旱膶?dǎo)葉，內(nèi)定子與外定子之間設(shè) 置轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，懸浮氣隙減??；當(dāng)電磁驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于葉輪作用，血液絕大 部分通過外定子與轉(zhuǎn)子之間的主流道由人工屯、臟累進(jìn)口流向出口，由于壓力差的作用，有 一部分血液會(huì)從轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子之間的縫隙回流，在轉(zhuǎn)子兩端與前、后導(dǎo)葉之間有液膜軸承， 轉(zhuǎn)子由靜止開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的葉輪與前導(dǎo)葉或者后導(dǎo)葉接觸，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高時(shí)，轉(zhuǎn)子與 導(dǎo)葉之間血液產(chǎn)生的動(dòng)壓力將轉(zhuǎn)子與前導(dǎo)葉或者后導(dǎo)葉脫離接觸，形成液膜，從而形成動(dòng) 壓支承，動(dòng)壓支承配合永磁支承實(shí)現(xiàn)人工屯、臟累的五自由度混合懸浮支承。
[0007] 進(jìn)一步地，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置為設(shè)于外定子外的電機(jī)線圈。
[000引進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子的兩個(gè)端部各設(shè)有一個(gè)軸向液膜軸承。
[0009] 進(jìn)一步地，所述內(nèi)定子與所述轉(zhuǎn)子間隔設(shè)定的距離，轉(zhuǎn)子與外定子間隔設(shè)定的距 離。
[0010] 進(jìn)一步地，所述徑向軸承磁環(huán)為圓環(huán)狀。
[0011] 進(jìn)一步地，所述混合支撐人工屯、臟累的結(jié)構(gòu)對(duì)稱設(shè)置。
[0012] 進(jìn)一步地，所述內(nèi)定子呈圓柱狀。
[0013] 進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子與所述內(nèi)定子之間的流道設(shè)有導(dǎo)流線，楊通了血液流道解決 了由于血液滯止產(chǎn)生血栓問題。
[0014] 本發(fā)明的工作原理是：當(dāng)人工屯、臟累工作時(shí)，電機(jī)線圈與電機(jī)磁鐵作用，帶動(dòng)葉輪 旋轉(zhuǎn)，由于液膜軸承作用，轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)血膜產(chǎn)生的動(dòng)壓力能將轉(zhuǎn)子軸向懸浮起來，該懸 浮力與內(nèi)定子和轉(zhuǎn)子之間的徑向斥力產(chǎn)生的側(cè)向力W及人工屯、臟累出口血液產(chǎn)生的反作 用力實(shí)現(xiàn)平衡，即支承負(fù)載力由不需外加能量的徑向軸承磁環(huán)與液膜軸承承擔(dān)，混合支承 可使得轉(zhuǎn)子始終處于全懸浮狀態(tài)，從而省略了外加能源，省掉了磁軸承控制導(dǎo)線及控制系 統(tǒng)。由于懸浮間隙的減小不僅降低了永磁體的發(fā)熱量，而且節(jié)省了能源，增加了血流的平穩(wěn) 性。同時(shí)由于沒有接觸，所W沒有摩擦升溫導(dǎo)致血栓的問題。由于轉(zhuǎn)子與內(nèi)定子之間的回流 血液的流道設(shè)計(jì)有導(dǎo)流線，楊通了血液流道解決了由于血液滯止產(chǎn)生血栓問題。該人工屯、 臟累能夠?qū)崿F(xiàn)無機(jī)械接觸運(yùn)轉(zhuǎn)沒有磨損，使用壽命幾乎可W無限延長。
[0015] 公式(1)表明了懸浮力與懸浮間隙的關(guān)系：
[0017]式中S為懸浮間隙。
[0018] 由公式（1)可知，S變小，懸浮力f增加。由于懸浮力的增大可W降低功耗和體積，運(yùn) 對(duì)于內(nèi)置式人工屯、臟累是最重要的指標(biāo)之一。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 1)采用內(nèi)、外雙定子固定，轉(zhuǎn)子在二者之間的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)壓支承和永磁支承 的混合全懸浮支承，增強(qiáng)了可植入性和運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。
[0021] 2)因?yàn)閺较蜉S承磁環(huán)間距離(懸浮氣隙）減小，可W使在采用相同體積的永磁體時(shí) 徑向懸浮力大，電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩增大，從而可W減小功耗和減小永磁體體積。永磁體體積減 小，重量就會(huì)減小，增強(qiáng)了可植入性。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明人工屯、臟累的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 其中：1.前導(dǎo)葉2.前徑向軸承3.電機(jī)線圈4.電機(jī)磁鐵5.后軸向液膜軸承6. 后導(dǎo)葉7.后徑向軸承8.轉(zhuǎn)子9.內(nèi)定子10.前軸向液膜軸承11.外定子。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整的描述。
[0025] 雙定子混合支承人工屯、臟累，包括外定子11，外定子11的中部設(shè)有內(nèi)定子9，內(nèi)定 子9的兩端均設(shè)有永磁徑向磁環(huán)，在內(nèi)、外定子之間有轉(zhuǎn)子8,轉(zhuǎn)子8設(shè)有與內(nèi)定子磁環(huán)一一 對(duì)應(yīng)的徑向磁環(huán)，即圖1中的前徑向軸承2和后徑向軸承7,轉(zhuǎn)子8中有電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鐵，在內(nèi)定 子9的另兩端面各固設(shè)有用于導(dǎo)入或?qū)С鲅旱膶?dǎo)葉，即圖1中的前導(dǎo)葉1和后導(dǎo)葉6。
[0026] 所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置為外定子外電機(jī)線圈3,電機(jī)線圈3為環(huán)形，與所述葉輪的電機(jī) 轉(zhuǎn)子環(huán)形磁鐵4配合為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。當(dāng)人工屯、臟累工作時(shí)，電機(jī)線圈3與電機(jī)磁鐵4作用，驅(qū)動(dòng) 葉輪旋轉(zhuǎn)。
[0027] 轉(zhuǎn)子8的兩個(gè)端部各設(shè)有一個(gè)軸向液膜軸承，即圖I中的前軸向液膜軸承10和后軸 向液膜軸承5。
[0028] 轉(zhuǎn)子8的兩個(gè)端部各設(shè)有一個(gè)徑向軸承，即圖1中的前徑向軸承2和后徑向軸承7。
[0029] 當(dāng)人工屯、臟累工作時(shí)，支承負(fù)載力由不需外加能量的徑向軸承與軸向液膜軸承承 擔(dān)，混合支承可使得葉輪始終處于全懸浮狀態(tài)，從而省略了外加能源，省掉了磁軸承控制導(dǎo) 線及系統(tǒng)。不僅降低了永磁體(永磁磁環(huán)）的發(fā)熱量，而且節(jié)省了能源，增加了血流的平穩(wěn) 性。同時(shí)由于沒有接觸，所W沒有摩擦升溫導(dǎo)致血栓的問題。
[0030] 血液從人工屯、臟累的左側(cè)進(jìn)入，由于轉(zhuǎn)子8內(nèi)、外側(cè)均有流道，從轉(zhuǎn)子8與內(nèi)定子9 之間的間隙導(dǎo)入血流，轉(zhuǎn)子8高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)血膜產(chǎn)生的動(dòng)壓力能將葉輪軸向懸浮起來，該懸浮 力與內(nèi)定子9和轉(zhuǎn)子8之間的徑向斥力產(chǎn)生的側(cè)向力W及人工屯、臟累出口血液產(chǎn)生的反作 用力實(shí)現(xiàn)平衡，即支承負(fù)載力由不需外加能量的徑向軸承磁環(huán)與液膜軸承承擔(dān)，混合支承 可使得轉(zhuǎn)子8始終處于全懸浮狀態(tài)，從而省略了外加能源，省掉了磁軸承控制導(dǎo)線及控制系 統(tǒng)，運(yùn)樣，人工屯、臟累能夠無機(jī)械接觸運(yùn)轉(zhuǎn)沒有磨損，使用壽命幾乎可W無限延長。
[0031 ]中間的葉輪與內(nèi)定子的間隙變小，由公式(1)可知：
[0033] 式中，S為懸浮氣隙。
[0034] S變小，懸浮力f大大增加，就可降低功耗，延長血累的工作壽命。
[0035] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和潤飾，運(yùn)些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 雙定子混合支承人工心臟栗，其特征在于，包括設(shè)于外定子內(nèi)部的內(nèi)定子，在內(nèi)定子 與外定子之間設(shè)有具有葉輪的轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子設(shè)有徑向軸承磁環(huán)，轉(zhuǎn)子內(nèi)設(shè)有與徑向軸承磁 環(huán)相互產(chǎn)生斥力的徑向磁環(huán)，轉(zhuǎn)子設(shè)有電機(jī)磁鐵，電機(jī)磁鐵與設(shè)于外定子的電磁驅(qū)動(dòng)裝置 作用帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，內(nèi)定子的兩端面各固設(shè)有用于導(dǎo)入或?qū)С鲅旱膶?dǎo)葉，內(nèi)定子與外定 子之間設(shè)置轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，懸浮氣隙減小。2. 如權(quán)利要求1所述的混合支承人工心臟栗，其特征在于，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置為設(shè)于外 定子外的電機(jī)線圈。3. 如權(quán)利要求1或2所述的混合支承人工心臟栗，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子的兩個(gè)端部各 設(shè)有一個(gè)軸向液膜軸承。4. 如權(quán)利要求3所述的混合支承人工心臟栗，其特征在于，所述內(nèi)定子與所述轉(zhuǎn)子間隔 設(shè)定的距離，轉(zhuǎn)子與外定子間隔設(shè)定的距離。5. 如權(quán)利要求3所述的混合支承人工心臟栗，其特征在于，所述徑向軸承磁環(huán)為圓環(huán) 狀。6. 如權(quán)利要求1或2所述的混合支承人工心臟栗，其特征在于，所述混合支承人工心臟 栗的結(jié)構(gòu)對(duì)稱設(shè)置。7. 如權(quán)利要求1或2所述的混合支承人工心臟栗，其特征在于，所述內(nèi)定子呈圓柱狀。8. 如權(quán)利要求1或2所述的混合支承人工心臟栗，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子與所述內(nèi)定子 之間的流道設(shè)有導(dǎo)流線。
【專利摘要】本發(fā)明公開了雙定子混合支承人工心臟泵，包括設(shè)于外定子內(nèi)部的內(nèi)定子，在內(nèi)定子與外定子之間設(shè)有具有葉輪的轉(zhuǎn)子，內(nèi)定子設(shè)有徑向軸承磁環(huán)，轉(zhuǎn)子內(nèi)設(shè)有與徑向軸承磁環(huán)相互產(chǎn)生斥力的徑向磁環(huán)，轉(zhuǎn)子設(shè)有電機(jī)磁鐵，電機(jī)磁鐵與設(shè)于外定子的電磁驅(qū)動(dòng)裝置作用帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，內(nèi)定子的兩端面各固設(shè)有用于導(dǎo)入或?qū)С鲅旱膶?dǎo)葉，本發(fā)明的有益效果是：采用雙定子，轉(zhuǎn)子在兩定子之間的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)壓支承和永磁支承的混合支承，減小了支承間隙，因?yàn)閺较蜉S承磁鐵間距離減小，可以使在采用相同體積的永磁體時(shí)徑向懸浮力大，電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩大，從而可以減小功耗和減小永磁體體積，減輕了重量，增強(qiáng)了可植入性和運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，延長了人工心臟泵的使用壽命。
【IPC分類】A61M1/12
【公開號(hào)】CN105477706
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610024755
【發(fā)明人】劉淑琴, 邊忠國, 王虎
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2016年1月14日