CN100566765C - 磁悬浮人工心脏泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁悬浮人工心脏泵。它包括壳体、电机、磁轴承和血泵叶轮，血泵叶轮与电机转子和磁轴承转动磁圈构成一个组合转子而安置在一个有血流出入口的血流隔离套中，电机定子、磁轴承的固定磁圈和径向位移传感器组成一个组合定子而安置在血液隔离套的外圈，从而与壳体固定连接。本发明对转子实现与自由度磁悬浮支承，工作可靠，采用血液隔离套而最大限度防止心脏泵对血液的污染。本发明结构紧凑，体积小，集成性好，寿命长，可移植性强。

Description

磁悬浮人工心脏泵

技术领域

本发明涉及一种人工心脏泵，特别涉及一种磁悬浮人工心脏泵。

背景技术

目前，多种人工心脏已经被应用于临床，其中绝大部分为心室辅助器离心型血泵。这些血泵存在一些问题，如：非主动控制、可靠性差、血栓、溶血、寿命短等问题。申请号为02109770.4的专利文件中，血泵径向轴承是被动的磁轴承，因此血泵径向的抗冲击性和可靠性不如主动式支承高，整个叶轮、转子、耦合片内部结构死角过多，增加了血栓产生的机会，因此该血泵必存在一定的故障率，而且寿命也较短。申请号为200510005303.3的专利文件中，整个装置内部结构死角较多，增加血栓产生机会，血流动性差，容易产生故障。

发明内容

本发明的目的是解决现有人工心脏泵存在的非主动控制、可靠性差、血栓以及寿命短，故障率较大、集成度底等问题，提供一种寿命长、集成性高、可移植性强的5自由度磁悬浮人工心脏泵。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种磁悬浮人工心脏泵，包括壳体、电机、上径向电磁轴承、下径向电磁轴承、轴向永磁轴承和血泵叶轮，其特征在于所述的血泵叶轮固定连接一个组合转子(7)的上端，所述的组合转子(7)是由一根管状核心(12)的外壁上依次套装一个顶部护套(13)、所述的轴向永磁轴承的转动磁圈、所述的上径向电磁轴承的转动磁圈、一个隔离定位圈(14)、所述的电机的转子、一个隔离定位圈(14)、所述的下径向电磁轴承的转动磁圈和一个底部隔离定位圈构成；所述的组合转子安酤置在一个带有血液流入口和血液流出口的血液隔离套中；所述的轴向永磁轴承的固定磁圈依次以有效间距排列一个上径向传感器、所述的上径向电磁轴承的固定磁圈、所述的电机的定子、所述的下径向电磁轴承的固定磁圈和一个下径向传感器，其相邻部件之间由一个定位环定位构成一个组合定子而处于所述的血液隔离套的外围，从而固定连接在所述的壳体内，壳体为上下开口的筒形体。

上述的血泵叶轮为离心式泵叶轮或轴流式血泵叶轮。

上述的电机为直流无刷爪式脉冲同步电机，采用15-35V直流供电。

上述的轴向永磁轴承为全永磁轴承，实现被动悬浮轴向支承；所述的上下径向电磁轴承为永磁偏磁电磁激励的主动控制电磁轴承。

上述的组合转子为中空转子，其中心孔和组合转子外表面与血液隔离套内表面间的环形腔构成血流通道，防止血栓形成。

上述的血液隔离套为医用高分子材料制品。

上述的直流无刷式爪脉冲同步电机联接一个同步电机驱动控制系统。

上述的上下径向传感器的输出位移信号经一个位移信号转换系统变换为电信号后输送至电磁轴承控制系统，而由电磁轴承控制系统主动控制上下径向电磁轴承。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明采用一个轴向永磁轴承和上下两个径向电磁轴承，实现对转子的5自由度磁悬浮支承，工作可靠；采用直流无刷同步电机，即隐极式同步电机，是一种低电压驱动的电机，采用15～35V直流供电，转速稳定，噪音小；转动部件组合成一个组合转子置于一个血液隔离套中，最大限度地防止人工心脏泵对血流的污染。本发明结构紧凑，体积小，集成性好，可移植性强，寿命长。

附图说明

图1离心式磁悬浮人工心脏泵结构示意图。

图2轴流式磁悬浮人工心脏泵结构示意图。

图3心脏泵组合转子结构示意图。

图4离心式磁悬浮人工心脏泵电气控制系统结构图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：本多用途磁悬浮人工心脏泵由直流无刷同步电机、血液隔离套、心脏泵组合转子、轴向永磁轴承、径向传感器、径向电磁轴承、定位环等部件构成。其中：直流无刷爪式脉动同步步进电机定子9a、永磁偏磁主动控制径向电磁轴承的固定磁圈8a、永磁被动轴向磁力轴承的固定磁圈4a、径向位移传感器6，10、以及心脏泵隔离套2按照图1和图2装配后分别为离心式或轴流式心脏泵的固定部分；而直流无刷爪式脉动同步步进电机的转子9b、上下永磁偏磁主动控制径向电磁轴承转动磁圈8b-1、8b-2、永磁被动轴向磁力轴承转动磁圈4b、相关隔离圈以及血泵叶轮3按图3装配后为心脏泵组合转子7。

参见图4，本装置安装完成后，其组合转子7(含叶轮)的工作径向位置可由径向位移传感器6，10、位移信号转换系统18以及电磁轴承控制系统17精密地控制，并实现稳定的悬浮。其工作原理为：当心脏泵组合转子7中心发生偏移时，由径向传感器6，10检测到的位移信号经位移信号转换系统18转换成电压信号，输送给电磁轴承控制系统17，输出相应的控制电流，从而调节电磁铁的电磁力，迫使心脏泵组合转子7回到平衡状态。电磁轴承控制系统17使径向轴承实现对心脏泵组合转子7的支承作用，同步电机驱动控制系统19使同步电机的定子9a产生驱动力，实现对心脏泵组合转子7的驱动作用。改变血泵输出流量的主要手段是改变同步电机9的转速，当然也可以通过改变血泵叶轮3的方法实现，但最终还是由同步电机的输出功率来确定，本实施例中电机的功率为0～10W，转速改变范围为60～3000r/min。

根据医学要求，血液隔离套2采用高分子复合材料制品，实际使用时应当兼顾医学及工程技术方面的要求。

参见图3，上述的组合转子7是一根管状核心转子12的外壁上固定套装依次为顶部护套13、轴向永磁轴承的转动磁圈4b、上径向电磁轴承的转动磁圈8b-1、中隔离定位圈14、电机转子9b、中隔离定位圈14、下径向电磁轴承的转动磁圈8b-2和底部隔离定位圈15。

本发明的工作过程和原理是：图1所示，离心式结构中，通过血泵叶轮3做功，血液从血液流入口1流入，流经正在高速旋转的血泵叶轮3表面，在血泵叶轮3离心力的作用下血流方向改变90度，将血液推出血液流出口5，血液隔离套2内表面和血泵叶轮3表面构成血流通道。图2所示轴流式结构中，通过血泵叶轮3做功，血液从血液流入口1流入，流经高速旋转的组合转子7外表面，经过组合转子7外表面流到血泵叶轮3外表面，在血泵叶轮3的推力作用下将血液推出血液流出口5。血液隔离套2内表面和组合转子7外表面构成血流通道，血液隔离套2内表面和血泵叶轮3外表面构成血流通道。该装置中，组合转子7上的轴向轴承实行轴向控制，轴向轴承产生的轴向控制力构成对心脏泵组合转子7的轴向的控制。两个径向轴承8完成对组合转子7的径向的主动控制。整个装置可以实现5个自由度的主动悬浮控制，使心脏泵工作在完全悬浮的状态中，没有任何的机械摩擦缺陷。

Claims (8)

1.一种磁悬浮人工心脏泵，包括壳体(16)、电机、上径向电磁轴承、下径向电磁轴承、轴向永磁轴承和血泵叶轮(3)，其特征在于所述的血泵叶轮(3)固定连接一个组合转子(7)的上端，所述的组合转子(7)是由一根管状核心(12)的外壁上依次套装一个顶部护套(13)、所述的轴向永磁轴承的转动磁圈(4b)、所述的上径向电磁轴承的转动磁圈(8b-1)、一个隔离定位圈(14)、所述的电机的转子(9b)、一个隔离定位圈(14)、所述的下径向电磁轴承的转动磁圈(8b-2)和一个底部隔离定位圈(15)构成；所述的组合转子(7)安置在一个带有血液流入口(1)和血液流出口(5)的血液隔离套(2)中；所述的轴向永磁轴承的固定磁圈(4a)依次以有效间距排列一个上径向传感器(6)、所述的上径向电磁轴承的固定磁圈(8a-1)、所述的电机的定子(9a)、所述的下径向电磁轴承的固定磁圈(8a-2)和一个下径向传感器(10)，其相邻部件之间由一个定位环(11)定位构成一个组合定子而处于所述的血液隔离套的外围，从而固定连接在所述的壳体(16)内，壳体(16)为上下开口的筒形体。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮人工心脏泵，其特征在于所述的血泵叶轮(3)为离心式泵叶轮或轴流式血泵叶轮。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮人工心脏泵，其特征在于所述的电机为直流无刷爪式脉冲同步电机，采用15-35V直流供电。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮人工心脏泵，其特征在于所述的轴向永磁轴承为全永磁轴承，实现被动悬浮轴向支承；所述的上下径向电磁轴承为永磁偏磁电磁激励的主动控制电磁轴承。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮人工心脏泵，其特征在于所述的组合转子(7)为中空转子，其中心孔和组合转子外表面与血液隔离套内表面间的环形腔构成血流通道，防止血栓形成。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮人工心脏泵，其特征在于所述的血液隔离套(2)为医用高分子材料制品。

7.根据权利要求3所述的磁悬浮人工心脏泵，其特征在于所述的直流无刷爪式脉冲同步电机联接一个同步电机驱动控制系统(20)。

8.根据权利要求1所述的磁悬浮人工心脏泵，其特征在于所述的上下径向传感器(6、10)的输出位移信号经一个位移信号转换系统(18)变换为电信号后输送至电磁轴承控制系统(17)，而由电磁轴承控制系统(17)主动控制上下径向电磁轴承。

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