CN101482128B - 轴流式血液泵用复合永磁转子 - Google Patents

Abstract

本发明属于生物医学工程技术领域，涉及一种轴流式血液泵用复合永磁转子，包括外壳、叶片和带动转子叶片旋转的支撑轴，支撑轴位于转子内部并与转子中心线重合，外壳一端为锥形，另一端为圆柱状，外表面上分布着螺旋形的叶片，由永磁材料制成，外壳内镶嵌有永磁体，外壳与永磁体的磁场均沿径向取向。外壳的易磁化方向沿径向取向，其磁极数和取向方向与成对的螺旋形的主叶片相对应。所述转子可制成各种复杂的形状，且其表面的磁场分布均匀，转动平稳、可靠性高，磁场强度高达2400Gs以上，有效提高了转子与驱动磁场间的相互作用，解决了转子对表面高磁场的要求与复杂形状加工之间的矛盾问题，具有广泛的临床应用前景和重要价值。

Description

轴流式血液泵用复合永磁转子

技术领域

本发明属于生物医学工程技术领域，涉及一种轴流式血液泵用复合永磁转子，适合应用于辅助血液流动的各种血液泵装置中。

背景技术

世界卫生组织统计显示，心血管疾病一直是威胁人类健康的第一杀手，占全球总死亡人数的30％左右，治疗晚期心衰的有效途径是心脏移植或采用植入式辅助人工心脏。虽然心脏移植已经获得很大成功，但心脏供体问题难以解决，研制长期可植入式微型血泵变得极为重要和迫切，因而成为当前临床应用研究的热点。现在临床应用的血泵主要以轴流泵为主，轴流泵的流量性能比离心泵好，可以提供较大的血流量。但血泵转子的驱动一直是一个困扰血泵发展的问题。

轴流泵转子通常采用内轴承式，带动转子叶片旋转的支撑轴位于转子内部，与转子中心线重合，轴承一般选用先进陶瓷材料，轴与转子之间安装永磁体，在外壁线圈产生的磁场或永磁体与转子内的磁体相互作用，带动转子与叶轮旋转，产生一定的流量和压力，推动血液从进口端流入，从出口端流出。轴流式血泵体积小能耗低、结构简单，运转稳定，对血液的有效成分破坏小，具有很好的临床应用前景。但由于轴流式血泵的转子叶片形状复杂加工要求高，通常采用钛等加工性好、稳定性高的金属或合金材料，这类金属导磁性差，严重降低了转子与驱动磁场的相互作用，产生的扭矩难以满足使用要求。因此，提高转子与驱动磁场间的作用力，获得高的扭矩和稳定的流量是制造性能优良的轴流式血泵的关键技术之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴流式血液泵用复合永磁转子，通过提高转子与驱动磁场间的相互作用，以解决轴流泵转子表面磁场较低、驱动力不足的问题，推动其在临床的应用与发展。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：

一种轴流式血液泵用复合永磁转子，包括外壳、叶片和带动转子叶片旋转的支撑轴，支撑轴位于转子内部并与转子中心线重合，外壳一端为锥形，另一端为圆柱状，外表面上分布着螺旋形的叶片，由永磁材料制成，外壳内镶嵌有永磁体，外壳与永磁体的磁场均沿径向取向且方向相同。

外壳是采用各向同性永磁合金经变形加工成型后，采用变形和热处理工艺使加工成型后转子外壳的易磁化方向沿径向取向制成的。

外壳与叶片为一体，螺旋形的叶片成对等间隔分布，数量不小于2片，外壳的磁极数量与叶片数量相同。

永磁体是采用高磁能积NdFeB系稀土永磁合金按照转子前端圆柱状内腔的尺寸加工成整体的永磁体芯或与转子主叶片数量相当的瓦形永磁材料。

永磁体为钕铁硼系稀土永磁合金。

支撑轴和/或其轴承为陶瓷材料制成。

外壳的易磁化轴沿转子径向方向，并与成对的螺旋形的叶片对应。

外壳的磁极数量、取向和充磁方向与永磁体的磁极数量和充磁方向一致，并且极性相同。

转子表面的磁场强度为2400Gs以上。

所述转子外表面为采用耐腐蚀、生物亲和性好的金属或合金材料进行涂层防护处理。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

血泵采用轴流式血液泵用复合永磁转子，转子由磁性能较高、耐腐蚀且易加工成型的永磁材料制成的外壳和镶嵌于外壳内的高磁性能永磁体两种不同的永磁材料构成，外壳一端为锥形，另一端为圆柱状且上面分布着螺旋形转子叶片，转子的外壳与内部的永磁体取向和充磁方向相同。

所述转子外壳材料为具有良好塑性和可进行车、铣加工的永磁体合金，转子外壳与叶片为一体化直接加工成型，螺旋形叶片成对等间隔分布，数量大于等于2片。转子外壳采用各向同性永磁合金经变形加工成型后，采用变形和热处理工艺使加工成型后转子外壳的易磁化方向沿径向取向，并与成对的螺旋形的主叶片相对应。

所述转子内镶嵌的磁体为高性能钕铁硼系稀土永磁合金，转子内镶嵌NdFeB永磁体的取向、充磁方向与转子外壳的永磁合金充磁取向方向一致，且极性相同。转子内添加轴承后，外壳和叶片以及永磁体封装为一体结构。同时，所述转子通过镀膜工艺，外表面可以进一步采用钛、铂等耐腐蚀、生物亲和性好的金属或合金材料进行涂层防护处理。

本发明提供了一种轴流式血液泵用复合永磁转子，其外壳材料采用取向永磁合金，便于加工制造成需要的复杂形状和叶片结构，更重要的是经变形和热处理后磁性能得到很大改善，稳定性高、环境适应性好。通过与高性能NdFeB稀土永磁合金共同组成的径向取向和充磁的复合永磁体结构，大幅提高了转子表面的磁场强度，采用简单的结构实现了高的扭矩传送，解决了轴流式血泵在临床中实际应用的不足。同时，本发明所述复合永磁转子也可用于各种用途的其他泵体中，如微型水循环泵等。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明采用变形永磁合金，其机械加工性好，制造工艺要求低，可进行车、铣、磨加工，便于直接制成设计所需要的复杂形状的叶片，且该系列合金制造成本较低，温度稳定性好，耐腐蚀，转子的使用寿命长。

2.转子的表面磁场大幅度提高，彻底解决了该类转子的驱动力不足的问题。在相同的结构设计条件下，外壳采用钛合金、内部采用高性能永磁材料的转子表面场强度仅为1900Gs，采用各向同性永磁材料的外壳时表面磁场强度最高也仅有2000Gs左右，仍然难以满足保证血泵平稳驱动所需的大于2200Gs的要求。本发明通过采用复合永磁结构的方法，提高了转子表面的磁场强度，转子表面的磁场强度最高达2400Gs以上，比普通结构轴流泵转子表面磁场提高25％以上，从而使转子在转动过程中获得更高的扭矩和传动效率，因而具有更高更稳定的推动力，完全能满足临床应用的要求。

3.由于外壳采用加工性能良好的永磁材料，可以采用与钛合金相同的机械加工方法进行加工制造，获得满足设计需要的复杂形状，而且其形状对磁场的取向没有影响，可以在满足复杂形状和尺寸的条件下，使获得的复合永磁转子表面的磁场分布均匀，转动平稳。径向取向复合永磁轴流泵转子应用于轴流式血泵中，能够有效传递扭矩，减少血液流动的不稳定区域，保持稳定的血液流速和较高的流量，减少泵体内血栓的形成。

附图说明

图1为本发明轴流式血液泵用复合永磁转子的外形结构示意图。

图2为本发明轴流式血液泵用复合永磁转子的磁场取向示意图。

图3为本发明轴流式血液泵用复合永磁转子内部的稀土永磁合金与转子支撑轴的结构意图。

附图标记：

1.叶片  2.外壳  3.永磁体  4.支撑轴

具体实施方式

本发明的轴流式血液泵用复合永磁转子外形结构如图1所示。轴流式血液泵用复合永磁转子的表面磁场与外部驱动磁场产生相互作用，从而驱动叶片旋转，实现血液经泵体的循环流动。具体控制方式不在本发明讨论范围内。

在制造时，选用铸造方法或经过轧制等工艺获得变形永磁合金，如棒材等，沿特定的取向方向，通过车、铣等机械加工制造出转子外壳以及准螺旋形叶片，叶片等间隔均匀分布在外壳表面，叶片数量一般是2片或2片以上。然后采用热处理工艺，通过确定的变形方向结合热处理工艺使转子永磁体外壳的取向方向按照设计的方向分布，制造出径向取向的轴流泵转子的外壳，如图2所示，其取向方向沿径向并与转子的主叶片对应。将高磁能积NdFeB系稀土永磁合金按照转子前端圆柱状内腔的尺寸加工成整体的永磁体芯或与转子主叶片数量相当的瓦形永磁材料，如图3所示，将其按照与转子外壳相同的径向方向取向，并与高性能陶瓷轴粘结后封装入转子壳体内，使内部永磁体取向与外壳的取向方向一致。将封装好后的转子固定在充磁夹具上，沿着设计的径向取向方向充磁至磁场饱和，即得到本发明所述适于临床的轴流式血液泵用复合永磁转子，本发明的轴流式血液泵用复合永磁转子的表面磁场强度最高可达到2400Gs，从根本上解决了转子形状设计复杂与驱动的扭矩不足之间的矛盾问题，可加工成各种复杂形状并获得稳定的推动力，满足临床应用的要求。

Claims (8)

1.一种轴流式血液泵用复合永磁转子，包括外壳、叶片和带动转子叶片旋转的支撑轴，支撑轴位于转子内部并与转子中心线重合，其特征在于：外壳一端为锥形，另一端为圆柱状，外表面上分布着螺旋形的叶片，外壳与叶片为一体，螺旋形的叶片成对等间隔分布，叶片数量不小于2片，所述螺旋形的叶片由永磁材料制成，外壳内镶嵌有永磁体，外壳与永磁体的磁场取向均垂直于支撑轴轴线的方向，且两磁场取向方向相同；外壳是采用各向同性永磁合金经变形加工成型的，并且采用变形和热处理工艺使加工成型后的转子外壳的磁场方向垂直于支撑轴轴线方向。

2.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：所述永磁体是采用高磁能积钕铁硼系稀土永磁合金按照转子前端圆柱状内腔的尺寸加工成整体的永磁体芯。

3.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：所述永磁体的材料为钕铁硼系稀土永磁合金。

4.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：支撑轴和/或其轴承为陶瓷材料制成。

5.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：外壳的磁场取向、磁极数量与成对的螺旋形的叶片的磁场取向、磁极数量相同。

6.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：外壳的磁极数量、磁场取向和充磁方向与永磁体的磁极数量、磁场取向和充磁方向一致，并且极性相同。

7.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：转子表面的磁场强度为2400Gs以上。

8.根据权利要求1所述的转子，其特征在于：所述转子外表面为采用耐腐蚀、生物亲和性好的金属或合金材料进行涂层防护处理。

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