本發(fā)明屬于電磁領(lǐng)域，具體涉及一種磁力驅(qū)動結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

體外膜肺氧合(exteacorporeal membrane oxygenation，ECMO)是一種以體外循環(huán)系統(tǒng)為其基本設(shè)備，利用體外循環(huán)技術(shù)進行操作和管理的一種輔助治療手段。ECMO是將體內(nèi)靜脈血引到體外進行膜氧合，再由ECMO血泵注入到人體內(nèi)。在臨床上，ECMO技術(shù)主要針對呼吸功能不全以及心臟功能不全的患者，通過體外循環(huán)能夠使患者心肺得到充分的休息，有效地改善患者低氧血癥。血泵作為ECMO系統(tǒng)的核心組件，其在一定程度上決定了ECMO技術(shù)的發(fā)展。

目前ECMO中常見的有輥壓式血泵和離心式血泵。輥壓泵一直是體外循環(huán)支路最常用的血泵，輥壓泵從1935年開始使用，它的優(yōu)點是獨立的預(yù)加載可以提供一個恒定的流量，較適合小兒使用。小兒使用時可作小流量精細調(diào)節(jié)，作脫離訓(xùn)練也比較方便。但由于其機械結(jié)構(gòu)的影響，使得輥壓泵易產(chǎn)生氣栓和微栓，易泵脫。有調(diào)查顯示輥壓泵有較高的泵故障率為56％之高。離心泵作為第二代血泵有了很好地改進，離心泵的工作原理是利用旋轉(zhuǎn)體中心產(chǎn)生負壓，旋轉(zhuǎn)體周圍產(chǎn)生高壓，使得輸入輸出口存在壓差，從而推動血液流動。目前的第三代磁懸浮離心泵采用了磁懸浮技術(shù)，使得血泵的溶血性又進一步降低，同時磁懸浮技術(shù)避免了機械結(jié)構(gòu)與血液的直接接觸，從而降低了微栓的發(fā)生率，但其缺點在于，離心泵在泵血時提供的是連續(xù)灌注，這在一定程度上造成了對人體組織臟器及大腦的損傷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種磁力驅(qū)動裝置用于驅(qū)動血泵。

本發(fā)明提供了一種磁力驅(qū)動裝置，具有這樣的特征，包括外形呈對稱階梯型的導(dǎo)線繞成的螺線導(dǎo)線管；設(shè)置在螺線導(dǎo)線管中的磁性塊；以及與螺線導(dǎo)線管連接的控制電路，其中，螺線導(dǎo)線管包括錯位堆疊的復(fù)數(shù)組線圈組件，線圈組件繞成的管壁厚度從螺線導(dǎo)線管的兩個端部到中部遞減，控制電路控制通往不同的線圈組件的直流電電流的先后時間順序，使得復(fù)數(shù)個線圈組件在螺線管內(nèi)產(chǎn)生與磁性塊對應(yīng)的相反磁極的疊加磁場，磁性塊在疊加磁場中沿著螺線導(dǎo)線管作直線往復(fù)運動。

在本發(fā)明提供的磁力驅(qū)動裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，線圈組件包括復(fù)數(shù)層疊加的線圈。

另外，在本發(fā)明提供的磁力驅(qū)動裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，線圈的螺線繞制方向均一致。

另外，在本發(fā)明提供的磁力驅(qū)動裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，磁性塊采用釹鐵硼稀土材料制成。

另外，在本發(fā)明提供的磁力驅(qū)動裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，線圈組件設(shè)置有輸入端和輸出端，復(fù)數(shù)組線圈組件之間為串聯(lián)連接，并且都與控制電路連接。

另外，在本發(fā)明提供的磁力驅(qū)動裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，螺線導(dǎo)線管具有5層線圈。

另外，在本發(fā)明提供的磁力驅(qū)動裝置中，還可以具有這樣的特征，還包括設(shè)置在螺線導(dǎo)線管內(nèi)壁上的內(nèi)管，磁性塊設(shè)置在內(nèi)管中。

另外，在本發(fā)明提供的磁力驅(qū)動裝置中，還可以具有這樣的特征：其中，內(nèi)管的橫截面為圓形。

發(fā)明的作用與效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的磁力驅(qū)動裝置，包括外形呈對稱階梯型的導(dǎo)線繞成的螺線導(dǎo)線管、磁性塊以及控制電路，螺線導(dǎo)線管包括錯位堆疊的復(fù)數(shù)組線圈組件，螺線導(dǎo)線管的管壁厚度從螺線導(dǎo)線管的兩個端部到中部遞減，控制電路控制通往不同的線圈組件的電流的先后時間順序，使得復(fù)數(shù)個線圈組件在螺線導(dǎo)線管內(nèi)產(chǎn)生與磁性塊對應(yīng)的相反磁極的疊加磁場，磁性塊在疊加磁場中沿著螺線導(dǎo)線管作直線往復(fù)運動。

本發(fā)明提供的磁力驅(qū)動裝置通過設(shè)計線圈結(jié)構(gòu)獲得目標(biāo)磁場，以電磁力作為驅(qū)動力，有別于其他的驅(qū)動控制原理，通過磁場力來驅(qū)動目標(biāo)機構(gòu)，減小了設(shè)備的體積。進一步地，可以控制螺線導(dǎo)線管腔內(nèi)產(chǎn)生的交替變化的磁場，使磁性塊在該磁場的作用下作具有模擬心臟泵血的搏動規(guī)律的往復(fù)運動，將該螺線導(dǎo)線管應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域中制造成搏動式血泵，能夠避免離心泵的連續(xù)灌注泵血對人體組織臟器及大腦的損傷。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施例中磁鐵的電流等效模型示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例中磁感應(yīng)強度的分量示意圖；

圖3是本發(fā)明的實施例中磁力驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)整體剖視圖；

圖4是本發(fā)明的實施例中第一線圈組件疊加剖面示意圖；

圖5是本發(fā)明的實施例中第二線圈組件疊加剖面示意圖；

圖6是本發(fā)明的實施例中第三線圈組件疊加剖面示意圖；

圖7是本發(fā)明的實施例中控制電路示意圖；

圖8是本發(fā)明的實施例中磁性塊在磁場中的受力規(guī)律示意圖；

圖9是本發(fā)明的實施例中螺線導(dǎo)線管腔內(nèi)軸線上的磁感應(yīng)強度疊加示意圖；

圖10是本發(fā)明的實施例中步驟一中磁性塊受到的作用力示意圖；以及

圖11是本發(fā)明的實施例中步驟二中磁性塊受到的作用力示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明所提供的磁力驅(qū)動裝置作具體闡述。

實施例

磁力驅(qū)動裝置100包括螺線導(dǎo)線管10、磁性塊20以及控制電路30。

根據(jù)永磁鐵的電流等效模型可以將永磁鐵等效為圓電流，如圖1所示，當(dāng)圓電流在磁感應(yīng)強度單調(diào)遞增的磁場中，由于存在徑向磁場分量，如圖2所示，在磁場磁感應(yīng)強度分量上根據(jù)安培環(huán)路定理可知圓電流的受力為0，在磁感應(yīng)強度分量上根據(jù)左手定理可以判斷圓電流始終受到安培力的作用，作用力的方向始終朝向磁感應(yīng)強度增大的方向，即與導(dǎo)數(shù)B′成正相關(guān)。其中，Jm是體電流密度，Jms是面電流密度，dl表示微分，d是微分符號，l是螺線管長度，B是磁感應(yīng)強度，BH表示磁感應(yīng)強度的水平分量，BV表示磁感應(yīng)強度的豎直分量，I表示電流。

如圖3所示，螺線導(dǎo)線管10為呈對稱階梯形螺線管，磁性塊20設(shè)置在螺線導(dǎo)線管10的內(nèi)腔中。

螺線導(dǎo)線管10包括第一線圈組件11、第二線圈組件12、第三線圈組件13。

如圖4所示，第一線圈組件11包括1a-1b、2a-2b、3a-3b，1a-1b表示由一根導(dǎo)線繞制的第一層螺線管，2a-2b表示第二層螺線管，3a-3b表示第三層螺線管，按此規(guī)律類推。其中1a和1b表示該層螺線管的兩個引腳。第一線圈組件11結(jié)構(gòu)為金字塔形疊加，從里到外按照標(biāo)號中數(shù)字1-2-3的次序繞制。

如圖5所示，第二線圈組件12包括2e-2f、3e-3f、4e-4f、5e-5f。，第二線圈組件12的引腳字母f端平齊，從里到外疊加次序按照阿拉伯?dāng)?shù)字2-3-4-5的次序繞制，第二線圈組件12與第一線圈組件11相嵌構(gòu)成階梯狀的結(jié)構(gòu)。

如圖6所示，第三線圈組件13包括2c-2d、3c-3d、4c-4d、5c-5d。第三線圈組件13的引腳字母d端平齊，從里到外疊加次序按照阿拉伯?dāng)?shù)字2-3-4-5的次序繞制，第三線圈組件13與第一組相嵌構(gòu)成階梯狀的結(jié)構(gòu)。

本實施例中線圈組件的繞制方向均一致，圖3中剖面上任一矩形條格均表示線圈截面，每層線圈在管腔內(nèi)均產(chǎn)生磁場，相互疊加之后就可以得到目標(biāo)磁場。為了使得管腔內(nèi)的磁場磁感應(yīng)強度增率相對穩(wěn)定，本實施例采用150mm管5段5層式結(jié)構(gòu)(磁感應(yīng)強度增率與管腔內(nèi)永磁體的受力呈正相關(guān))。第一線圈組件11的螺線管總長為150mm即1a-1b段螺線管的長度，2a-2b段螺線管長度為90mm，3e-3f、4e-4f、3c-3d、4c-4d段螺線管長度均為60mm，3a-3b、2e-2f、5e-5f、2c-2d、5c-5d段螺線管的長度均為30mm；所用導(dǎo)線直徑為0.4mm；通過的直流電大小為1A；所圍螺線管腔直徑為40mm。

磁性塊20在本實施例中為永磁體滑塊，滑塊呈圓柱形，直徑與螺線導(dǎo)線管10的內(nèi)腔的內(nèi)徑等同，但留有空隙。

控制電路30如圖7所示，其中各組線圈均以串聯(lián)方式連接，在圖4中1a-3b矩形方框表示第一組串聯(lián)線圈1a-1b-2a-2b-3a-3b，該組線圈以串聯(lián)方式封裝為一個整體，只留1a、3b兩個引腳；圖5中5f-2e矩形框表示第二組串聯(lián)線圈5f-5e-4f-4e-3f-3e-2f-2e，該組線圈以串聯(lián)方式封裝為一個整體，只留5f、2e兩個引腳；圖6中2c-5d矩形框表示第二組串聯(lián)線圈2c-2d-3c-3d-4c-4d-5c-5d，該組線圈以串聯(lián)方式封裝為一個整體，只留2c、5d兩個引腳。

圖7中(1)(2)分別為5V低電平繼電器(型號：srd-05vdc-s l-c)，在未接受控制信號時繼電器接常閉端，當(dāng)接收到控制信號時繼電器斷開常閉端接通常開端；圖中①表示繼電器常閉端、②表示繼電器的常開端、中間接線端表示公共端。

控制電路30接電方式為：1a端接電源正極vcc，3b端接1繼電器公共端，5f接1繼電器的常閉端，2c接繼電器1的常開端，2e接繼電器2的常閉端，5d接繼電器2的常開端，繼電器2公共端接直流電源負極GND。

控制電路30控制方式為，電路1：(1)(2)繼電器均接通①常閉端，線圈1a-3b-5f-2e段有電流流過，其他部分無電流；電路2：(1)(2)繼電器接受信號控制斷開常閉端接通②常開端，1a-3b-2c-5d段有電流流過，其他部分無電流。

如圖8所示，縱坐標(biāo)為F/C(N)，F(xiàn)為力的符號，C是常數(shù)，F(xiàn)/C是力的一個等效值，單位為N牛頓，橫坐標(biāo)L/mm,L表示螺線導(dǎo)線管10的長度，單位是毫米。坐標(biāo)原點在如圖1所示的螺線導(dǎo)線管10左端圓心處，縱坐標(biāo)表示永磁體的受力等效量F(N)/C。其中，實線曲線表示螺線導(dǎo)線管磁場的作用力，虛線曲線表示與實線曲線的反向電流的螺線導(dǎo)線管磁場的作用力。

磁力驅(qū)動裝置100的有效工作范圍為實線曲線和虛線曲線兩曲線的交點之間的范圍，實施例中為20mm<L<130mm,(如圖8所示，兩交點之間的區(qū)域曲線與坐標(biāo)軸所圍的區(qū)域面積相等，即做功量相等，根據(jù)能量守恒原理，選擇這一段區(qū)域作為工作區(qū)能夠保證運動的連續(xù)性)。

圖9中的縱坐標(biāo)B/T,B是磁感應(yīng)強度符號，T是單位特斯拉；橫坐標(biāo)L/mm,L表示螺線導(dǎo)線管10的長度，單位是毫米。

磁力驅(qū)動裝置100的工作原理：

步驟一，當(dāng)繼電器未接收到控制信號時，繼電器未被觸發(fā)，常閉端接通，直流電從vcc流經(jīng)1a-3b-5f-2e到電源負極，由于各層螺線管繞制方向一致，則在螺線導(dǎo)線管內(nèi)腔產(chǎn)生相同方向的磁場，利用磁感應(yīng)強度疊加原理可以得到目標(biāo)磁場如圖9中實線部分所示，在該磁場中永磁體受到螺線管磁場的作用力如圖10所示，作用力規(guī)律如圖8中實線所示，在該作用力下滑塊由右交點(L＝130mm)處向左運動，經(jīng)過勻加速到達F(N)/C＝0位置處開始減速，到達左交點(L＝20mm)處停止。

步驟二，上一個步驟完成后，控制繼電器，使其接收電平信號后觸發(fā)，斷開常閉端，接通常開端，直流電從vcc流經(jīng)1a-3b-2c-5d到電源負極，在螺線導(dǎo)線管內(nèi)腔產(chǎn)生同方向的磁場，得到如圖9中虛線部分所示目標(biāo)磁場，在該磁場中永磁體受到螺線管磁場的作用力如圖11所示，作用力規(guī)律如圖8中虛線所示，在該作用力下滑塊由左交點(L＝20mm)處向右運動，經(jīng)過勻加速到達F(N)/C＝0位置處開始減速，到達右交點(L＝130mm)處停止。

重復(fù)上述步驟一至步驟二，使得永磁體滑塊左右往復(fù)運動。

實施例的作用與效果

根據(jù)本實施例所涉及的磁力驅(qū)動裝置，包括外形呈對稱階梯型的導(dǎo)線繞成的螺線導(dǎo)線管、磁性塊以及控制電路，螺線導(dǎo)線管包括錯位堆疊的復(fù)數(shù)組線圈組件，螺線導(dǎo)線管的管壁厚度從螺線導(dǎo)線管的兩個端部到中部遞減，控制電路控制通往不同的線圈組件的電流的先后時間順序，使得復(fù)數(shù)個線圈組件在螺線導(dǎo)線管內(nèi)產(chǎn)生與磁性塊對應(yīng)的相反磁極的疊加磁場，磁性塊在疊加磁場中沿著螺線導(dǎo)線管作直線往復(fù)運動。

本實施例提供的磁力驅(qū)動裝置通過設(shè)計線圈結(jié)構(gòu)獲得目標(biāo)磁場，以電磁力作為驅(qū)動力，有別于其他的驅(qū)動控制原理，通過磁場力來驅(qū)動目標(biāo)機構(gòu)，減小了設(shè)備的體積。進一步地，可以控制螺線導(dǎo)線管腔內(nèi)產(chǎn)生的交替變化的磁場，使磁性塊在該磁場的作用下作具有模擬心臟泵血的搏動規(guī)律的往復(fù)運動，將該螺線導(dǎo)線管應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域中制造成搏動式血泵，能夠避免離心泵的連續(xù)灌注泵血對人體組織臟器及大腦的損傷。

另外，線圈組件包括復(fù)數(shù)層疊加的線圈，在螺線導(dǎo)線管內(nèi)腔產(chǎn)生了疊加的磁場，疊加后的磁場形式上磁感應(yīng)強度斜率相對恒定，這使得磁鐵在運動過程中穩(wěn)定性大大增強了(磁體在磁場中的受力與該磁場磁感應(yīng)強度增率呈正相關(guān))。

進一步地，線圈組件設(shè)置有輸入端和輸出端，復(fù)數(shù)組線圈組件之間為串聯(lián)連接，這使得所有線圈中的電流均保持恒定，這為磁場的疊加提供了可靠的環(huán)境。

上述實施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護范圍。