專利名稱：軸流式血液泵用復(fù)合永磁轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種軸流式血液泵用復(fù)合 永磁轉(zhuǎn)子，適合應(yīng)用于輔助血液流動的各種血液泵裝置中。
背景技術(shù)：
世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計顯示，心血管疾病一直是威脅人類健康的第一殺
手，占全球總死亡人數(shù)的30%左右，治療晚期心衰的有效途徑是心臟移 植或采用植入式輔助人工心臟。雖然心臟移植已經(jīng)獲得很大成功，但心 臟供體問題難以解決，研制長期可植入式微型血泵變得極為重要和迫切， 因而成為當(dāng)前臨床應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。現(xiàn)在臨床應(yīng)用的血泵主要以軸流泵 為主，軸流泵的流量性能比離心泵好，可以提供較大的血流量。但血泵 轉(zhuǎn)子的驅(qū)動 一直是一個困擾血泵發(fā)展的問題。
軸流泵轉(zhuǎn)子通常釆用內(nèi)軸承式，帶動轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)的支撐軸位于轉(zhuǎn)子 內(nèi)部，與轉(zhuǎn)子中心線重合，軸承一般選用先進(jìn)陶瓷材料，軸與轉(zhuǎn)子之間
安裝永磁體，在外壁線圈產(chǎn)生的磁場或永磁體與轉(zhuǎn)子內(nèi)的磁體相互作用， 帶動轉(zhuǎn)子與葉輪旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定的流量和壓力，推動血液從進(jìn)口端流入， 從出口端流出。軸流式血泵體積小能耗低、結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，對血液的有效成分破壞小，具有很好的臨床應(yīng)用前景。但由于軸流式血泵的 轉(zhuǎn)子葉片形狀復(fù)雜加工要求高，通常采用鈦等加工性好、穩(wěn)定性高的金 屬或合金材料，這類金屬導(dǎo)磁性差，嚴(yán)重降低了轉(zhuǎn)子與驅(qū)動磁場的相互 作用，產(chǎn)生的扭矩難以滿足使用要求。因此，提高轉(zhuǎn)子與驅(qū)動磁場間的 作用力，獲得高的扭矩和穩(wěn)定的流量是制造性能優(yōu)良的軸流式血泵的關(guān) 鍵技術(shù)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種軸流式血液泵用復(fù)合永磁轉(zhuǎn)子，通過提高 轉(zhuǎn)子與驅(qū)動》茲場間的相互作用，以解決軸流泵轉(zhuǎn)子表面》茲場較低、驅(qū)動
力不足的問題，推動其在臨床的應(yīng)用與發(fā)展。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的
一種軸流式血液泵用復(fù)合永磁轉(zhuǎn)子，包括外殼、葉片和帶動轉(zhuǎn)子葉 片旋轉(zhuǎn)的支撐軸，支撐軸位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部并與轉(zhuǎn)子中心線重合，外殼一端 為錐形，另一端為圓柱狀，外表面上分布著螺旋形的葉片，由永磁材料 制成，外殼內(nèi)鑲嵌有永磁體，外殼與永磁體的磁場均沿徑向取向且方向 相同。
外殼是采用各向同性永磁合金經(jīng)變形加工成型后，采用變形和熱處理 工藝使加工成型后轉(zhuǎn)子外殼的易磁化方向沿徑向取向制成的。
外殼與葉片為 一體，螺旋形的葉片成對等間隔分布，數(shù)量不小于2片， 外殼的磁極數(shù)量與葉片數(shù)量相同。永磁體是采用高》茲能積NdFeB系稀土永》茲合金按照轉(zhuǎn)子前端圓柱狀 內(nèi)腔的尺寸加工成整體的永磁體芯或與轉(zhuǎn)子主葉片數(shù)量相當(dāng)?shù)耐咝斡来?材料。
永磁體為釹鐵硼系稀土永磁合金。 支撐軸和/或其軸承為陶瓷材料制成。
外殼的易磁化軸沿轉(zhuǎn)子徑向方向，并與成對的螺旋形的葉片對應(yīng)。 夕卜殼的磁極數(shù)量、取向和充磁方向與永磁體的磁極數(shù)量和充磁方向一 致，并且4及性相同。
轉(zhuǎn)子表面的》茲場強(qiáng)度為2400Gs以上。
所述轉(zhuǎn)子外表面為采用耐腐蝕、生物親和性好的金屬或合金材料進(jìn)行 涂層防護(hù)處理。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆取以下設(shè)計方案
血泵采用軸流式血液泵用復(fù)合永^磁轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由^f茲性能較高、耐腐 蝕且易加工成型的永磁材料制成的外殼和鑲嵌于外殼內(nèi)的高磁性能永磁 體兩種不同的永磁材料構(gòu)成，外殼一端為錐形，另一端為圓柱狀且上面 分布著螺旋形轉(zhuǎn)子葉片，轉(zhuǎn)子的外殼與內(nèi)部的永磁體取向和充磁方向相同。
所述轉(zhuǎn)子外殼材料為具有良好塑性和可進(jìn)行車、銑加工的永磁體合 金，轉(zhuǎn)子外殼與葉片為一體化直接加工成型，螺旋形葉片成對等間隔分 布，數(shù)量大于等于2片。轉(zhuǎn)子外殼采用各向同性永磁合金經(jīng)變形加工成 型后，采用變形和熱處理工藝使加工成型后轉(zhuǎn)子外殼的易磁化方向沿徑
6向取向，并與成對的螺旋形的主葉片相對應(yīng)。
所述轉(zhuǎn)子內(nèi)鑲嵌的磁體為高性能釹鐵硼系稀土永磁合金，轉(zhuǎn)子內(nèi)鑲嵌
NdFeB永磁體的取向、充磁方向與轉(zhuǎn)子外殼的永磁合金充磁取向方向一 致，且極性相同。轉(zhuǎn)子內(nèi)添加軸承后，外殼和葉片以及永磁體封裝為一 體結(jié)構(gòu)。同時，所述轉(zhuǎn)子通過鍍膜工藝，外表面可以進(jìn)一步采用鈦、鉑 等耐腐蝕、生物親和性好的金屬或合金材料進(jìn)行涂層防護(hù)處理。
本發(fā)明提供了 一種軸流式血液泵用復(fù)合永磁轉(zhuǎn)子，其外殼材料采用 取向永磁合金，便于加工制造成需要的復(fù)雜形狀和葉片結(jié)構(gòu)，更重要的 是經(jīng)變形和熱處理后磁性能得到很大改善，穩(wěn)定性高、環(huán)境適應(yīng)性好。 通過與高性能NdFeB稀土永磁合金共同組成的徑向取向和充》茲的復(fù)合永 磁體結(jié)構(gòu)，大幅提高了轉(zhuǎn)子表面的磁場強(qiáng)度，采用簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了高 的扭矩傳送，解決了軸流式血泵在臨床中實際應(yīng)用的不足。同時，本發(fā) 明所述復(fù)合永磁轉(zhuǎn)子也可用于各種用途的其他泵體中，如微型水循環(huán)泵 等。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于
1. 本發(fā)明采用變形永磁合金，其機(jī)械加工性好，制造工藝要求低， 可進(jìn)行車、銑、磨加工，便于直接制成設(shè)計所需要的復(fù)雜形狀的葉片， 且該系列合金制造成本較低，溫度穩(wěn)定性好，耐腐蝕，轉(zhuǎn)子的使用壽命 長。
2. 轉(zhuǎn)子的表面磁場大幅度提高，徹底解決了該類轉(zhuǎn)子的驅(qū)動力不足 的問題。在相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計條件下，外殼采用鈦合金、內(nèi)部采用高性能永磁材料的轉(zhuǎn)子表面場強(qiáng)度僅為1900Gs,采用各向同性永石茲材料的外殼 時表面磁場強(qiáng)度最高也僅有2000Gs左右，仍然難以滿足保證血泵平穩(wěn)驅(qū) 動所需的大于2200Gs的要求。本發(fā)明通過采用復(fù)合永磁結(jié)構(gòu)的方法，提 高了轉(zhuǎn)子表面的磁場強(qiáng)度，轉(zhuǎn)子表面的磁場強(qiáng)度最高達(dá)2400Gs以上，比 普通結(jié)構(gòu)軸流泵轉(zhuǎn)子表面磁場提高25%以上，從而使轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動過程中獲 得更高的扭矩和傳動效率，因而具有更高更穩(wěn)定的推動力，完全能滿足 臨床應(yīng)用的要求。
3.由于外殼采用加工性能良好的永磁材料，可以采用與鈦合金相同 的機(jī)械加工方法進(jìn)行加工制造，獲得滿足設(shè)計需要的復(fù)雜形狀，而且其 形狀對磁場的取向沒有影響，可以在滿足復(fù)雜形狀和尺寸的條件下，使 獲得的復(fù)合永磁轉(zhuǎn)子表面的磁場分布均勻，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。徑向取向復(fù)合永 》茲軸流泵轉(zhuǎn)子應(yīng)用于軸流式血泵中，能夠有效傳遞扭矩，減少血液流動 的不穩(wěn)定區(qū)域，保持穩(wěn)定的血液流速和較高的流量，減少泵體內(nèi)血栓的 形成。


圖1為本發(fā)明軸流式血液泵用復(fù)合永磁轉(zhuǎn)子的外形結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明軸流式血液泵用復(fù)合永;茲轉(zhuǎn)子的;茲場取向示意圖。 圖3為本發(fā)明軸流式血液泵用復(fù)合永磁轉(zhuǎn)子內(nèi)部的稀土永磁合金與 轉(zhuǎn)子支撐軸的結(jié)構(gòu)意圖。
附圖標(biāo)記
1.葉片 2.外殼 3.永磁體 4.支撐軸
具體實施例方式
本發(fā)明的軸流式血液泵用復(fù)合永^磁轉(zhuǎn)子外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。軸流 式血液泵用復(fù)合永,茲轉(zhuǎn)子的表面磁場與外部驅(qū)動》茲場產(chǎn)生相互作用，從 而驅(qū)動葉片旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)血液經(jīng)泵體的循環(huán)流動。具體控制方式不在本發(fā) 明討論范圍內(nèi)。
在制造時，選用鑄造方法或經(jīng)過軋制等工藝獲得變形永磁合金，如棒 材等，沿特定的取向方向，通過車、銑等機(jī)械加工制造出轉(zhuǎn)子外殼以及
準(zhǔn)螺旋形葉片，葉片等間隔均勻分布在外殼表面，葉片數(shù)量一般是2片 或2片以上。然后采用熱處理工藝，通過確定的變形方向結(jié)合熱處理工 藝使轉(zhuǎn)子永磁體外殼的取向方向按照設(shè)計的方向分布，制造出徑向取向 的軸流泵轉(zhuǎn)子的外殼，如圖2所示，其取向方向沿徑向并與轉(zhuǎn)子的主葉 片對應(yīng)。將高》茲能積NdFeB系稀土永磁合金按照轉(zhuǎn)子前端圓柱狀內(nèi)腔的 尺寸加工成整體的永磁體芯或與轉(zhuǎn)子主葉片數(shù)量相當(dāng)?shù)耐咝斡朗澆牧希?如圖3所示，將其按照與轉(zhuǎn)子外殼相同的徑向方向取向，并與高性能陶 資軸粘結(jié)后封裝入轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)，使內(nèi)部永磁體取向與外殼的取向方向一 致。將封裝好后的轉(zhuǎn)子固定在充磁夾具上，沿著設(shè)計的徑向取向方向充 磁至磁場飽和，即得到本發(fā)明所述適于臨床的軸流式血液泵用復(fù)合永磁 轉(zhuǎn)子，本發(fā)明的軸流式血液泵用復(fù)合永磁轉(zhuǎn)子的表面磁場強(qiáng)度最高可達(dá) 到2400Gs,從根本上解決了轉(zhuǎn)子形狀設(shè)計復(fù)雜與驅(qū)動的扭矩不足之間的 矛盾問題，可加工成各種復(fù)雜形狀并獲得穩(wěn)定的推動力，滿足臨床應(yīng)用 的要求。
權(quán)利要求
1. 一種軸流式血液泵用復(fù)合永磁轉(zhuǎn)子，包括外殼、葉片和帶動轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)的支撐軸，支撐軸位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部并與轉(zhuǎn)子中心線重合，其特征在于外殼一端為錐形，另一端為圓柱狀，外表面上分布著螺旋形的葉片，由永磁材料制成，外殼內(nèi)鑲嵌有永磁體，外殼與永磁體的磁場均沿徑向取向且方向相同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于外殼是釆用各向同性 永磁合金經(jīng)變形加工成型后，采用變形和熱處理工藝使加工成型后轉(zhuǎn)子外 殼的易；茲化方向沿徑向取向制成的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于外殼與葉片為一體， 螺旋形的葉片成對等間隔分布，數(shù)量不小于2片，外殼的磁極數(shù)量與葉片 數(shù)量相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于永磁體是采用高磁能 積NdFeB系稀土永f茲合金按照轉(zhuǎn)子前端圓柱狀內(nèi)腔的尺寸加工成整體的 永磁體芯或與轉(zhuǎn)子主葉片數(shù)量相當(dāng)?shù)耐咝斡来挪牧稀?br> 5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于永磁體為釹鐵硼系稀 土永磁合金。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于支撐軸和/或其軸承為 陶瓷材料制成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于外殼的易磁 化軸沿轉(zhuǎn)子徑向方向，并與成對的螺旋形的葉片對應(yīng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于外殼的磁極 數(shù)量、取向和充》茲方向與永》茲體的;茲極數(shù)量和充;茲方向一致，并且極性相 同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于轉(zhuǎn)子表面的磁場強(qiáng)度 為2400Gs以上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的轉(zhuǎn)子，其特征在于所述轉(zhuǎn)子外表面為采 用耐腐蝕、生物親和性好的金屬或合金材料進(jìn)行涂層防護(hù)處理。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種軸流式血液泵用復(fù)合永磁轉(zhuǎn)子，包括外殼、葉片和帶動轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)的支撐軸，支撐軸位于轉(zhuǎn)子內(nèi)部并與轉(zhuǎn)子中心線重合，外殼一端為錐形，另一端為圓柱狀，外表面上分布著螺旋形的葉片，由永磁材料制成，外殼內(nèi)鑲嵌有永磁體，外殼與永磁體的磁場均沿徑向取向。外殼的易磁化方向沿徑向取向，其磁極數(shù)和取向方向與成對的螺旋形的主葉片相對應(yīng)。所述轉(zhuǎn)子可制成各種復(fù)雜的形狀，且其表面的磁場分布均勻，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、可靠性高，磁場強(qiáng)度高達(dá)2400Gs以上，有效提高了轉(zhuǎn)子與驅(qū)動磁場間的相互作用，解決了轉(zhuǎn)子對表面高磁場的要求與復(fù)雜形狀加工之間的矛盾問題，具有廣泛的臨床應(yīng)用前景和重要價值。
文檔編號F04D29/20GK101482128SQ200910078009
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者馮海波, 張錫文, 朱明剛, 衛(wèi) 李, 李岫梅, 郭朝暉, 陳紅升 申請人:鋼鐵研究總院