CN104162192A - 一种液磁悬浮轴流式血泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种人体专用血泵，具体的说是一种生物医学工程领域的植入人体的液磁悬浮轴流式血泵。本发明为“泵—机组合体”，其特征在于：叶轮的后段外圆套着一个由金属套环全包裹着的环状磁钢，金属套环外壁为倾斜的螺旋槽状，且迎流口大，出流口小；泵内流道被金属套环分隔成内、外两个流道，内流道为主流道；叶轮的轮毂前段内镶嵌着一个轴向磁柱，前导叶的轮毂内也镶嵌着一个轴向磁柱，这两个磁柱是异性磁极相对，对叶轮形成一个向后的斥力，该斥力与叶轮转动时受到的血液向前推力相对抗，且二力同增同减，当二力平衡时，叶轮被“轴向磁悬浮”；两对滑动轴承对叶轮1在启动时起到径向和轴向定位作用，使得叶轮不碰壁，更平稳地进入“悬浮状态”。

Description

一种液磁悬浮轴流式血泵
技术领域
本发明涉及一种人体专用血泵，具体的说是一种生物医学工程领域的植入人体的液磁悬浮轴流式血泵。
背景技术
目前世界上获准临床应用的少数几个“心脏辅助血泵”基本上是“轴流式血泵”,如占有市场绝对销量的美国HeartMateII,还有Jarvik 2000、DeBake、Berlin Heart Incor 等都是轴流式血泵。“轴流式血泵”又根据有无机械轴承支撑分为“有轴轴流式血泵”和“悬浮轴流式血泵”。“有轴轴流式血泵”因轴承高速磨损容易产生机械故障，寿命短，并伴随着机械性溶血、血栓等并发症。“悬浮轴流式血泵”基本上都是“主动磁悬浮轴流式血泵”，即由位置传感器、功率放大器、控制器一起组成的闭环控制系统来控制，虽然这样的血泵没有轴承，不会机械摩擦，泵的寿命长，机械性溶血较低，但是泵的系统复杂，血流死角多，面积大，血栓问题更严重，且泵的体积大、重量重，与植入人体的苛刻要求相背。
由此可见，减小血泵的体积和重量，提高稳定性和工作寿命，降低溶血和血栓等并发症，是机械血泵结构最优化的目标。
发明内容
本发明的目的是提供一种能降低溶血及血栓等并发症、稳定性好、工作寿命长、体积小、重量轻的磁液浮轴流式血泵。
本发明是“泵—机组合体”，外定子主要由泵壳、铁芯、线圈绕组、导线、泵管组成；内定子主要由前、后导叶组成；转子主要由叶轮、套在叶轮后段的磁环及保护套组成，其特征在于：叶轮的后段外圆套着一个由金属套环全包裹着的环状磁钢，金属套环外壁刻有倾斜的螺旋槽，且迎流口大，出流口小；泵内流道被金属套环分隔成内、外两个流道，内流道为主流道；叶轮的轮毂前段内镶嵌着一个轴向磁柱，前导叶的轮毂内也镶嵌着一个轴向磁柱，这两个磁柱是异性磁极相对，对叶轮形成一个向后的斥力，该斥力与叶轮转动时受到的血液向前推力相对抗，且二力同增同减，可自动平衡。
上述的叶轮轮毂的前端口内镶嵌一个凸盖，前导叶轮毂的后端口内镶嵌一个凹盖，二者配合成一对“前滑动轴承”；叶轮轮毂的后端内镶嵌一个凸轴，后导叶轮毂的前端口内镶嵌一个凹轴，二者配合成一对“后滑动轴承”。
上述的泵管后段呈流线型的渐变缩口变径。
上述的金属套环外壁的倾斜螺旋槽深度为1-3mm。
上述的环状磁钢为一对磁极的整体磁环，磁向为径向。
本发明与现有的技术相比有如下优点：
本发明对旋转叶轮能形成“轴向永磁悬浮”和“径向液压悬浮”，没有机械摩擦，延长了轴承及泵的寿命，降低了机械性溶血和因摩擦热触发血栓的机会；并且因为这种结构比主动磁悬浮的结构简单，体积小，重量轻，容易植入人体；血流面积及阴面少，大大降低了因血液冲刷不好而形成血栓的几率；两对滑动轴承对叶轮在启动时起到径向和轴向定位作用，可以使得叶轮不碰壁，平稳地进入“悬浮状态”；泵管后段变径可以起到增压和提高血泵效率的作用。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构剖视图。
图2是泵管内的叶轮及后导叶的立体示意图。
图3是图2的A-A剖视图。
图中：1.叶轮，2.叶片，3.叶轮轮毂，4.金属套环，5.环形磁钢，6.螺旋槽套环外壁，7.内流道，8.凸轴，9.凹轴，10.后导叶，11.后导叶轮毂，12.泵管，13.泵外壳，14.铁芯，15.线圈绕组，16.供能导线，17.前导叶，18.前导叶轮毂，19.前轴向磁柱，20.后轴向磁柱，21.凹盖，22.凸盖，23.泵管内壁，24.迎流口，25.出流口，26.外流道，27泵入口，28.泵出口，29.旋转方向。
具体实施方式
本发明是“泵—机组合体”，外定子主要由泵管12、泵外壳13、铁芯14、线圈绕组15组成；内定子主要由前导叶17、后导叶10组成；转子主要由叶轮1、叶片2、环形磁钢5及包裹它的空心的金属套环4组成；泵内流道被金属套环4分隔成内、外两个流道7和26，内流道7为主流道；金属套环4外圆为刻有深度1-3mm倾斜螺旋槽的套环外壁6，与泵管内壁23之间形成外流道26，且迎流口24大，出流口25小，当叶轮1按照旋转方向29旋转时，大部分的血液从内流道7流过，小部分血液从外流道26流过，由于迎流口24比出流口25大，血液受到挤压，对螺旋槽套环外壁6的四周产生均匀的液动压，叶轮1被“径向液压悬浮”；叶轮轮毂3的前段内镶嵌着一个后轴向磁柱20，前导叶轮毂18内镶嵌着一个前轴向磁柱19，这两个磁柱是异性磁极相对，对叶轮1形成一个向后的斥力，血泵工作时，血液对旋转的叶轮1有一个向前的推力，该推力被斥力对抗，二力同增同减，即转速越大，推力越大，同时叶轮被推进向前靠，两个磁柱的磁斥力也越大，血泵工作在一定的转速范围内，向后的斥力与向前推力可自动平衡，使叶轮1形成“轴向磁悬浮”，也就是说，正常工作的叶轮1的径向和轴向都可以“悬浮”起来，即实现叶轮的“全悬浮”。
上述的叶轮轮毂3的前端口内镶嵌一个凸盖22，前导叶轮毂18的后端口内镶嵌一个凹盖21，二者配合成一对“前滑动轴承”；叶轮轮毂3的后端内镶嵌一个凸轴8，后导叶轮毂11的前端口内镶嵌一个凹轴9，二者配合成一对“后滑动轴承”，两对滑动轴承对叶轮1在启动时起到径向和轴向定位作用，使得叶轮1不碰壁，更平稳地进入“悬浮状态”，滑动轴承之间的摩擦也因叶轮1的悬浮而消除。
上述的泵管12在后段渐变缩口变径，可配合后导叶10更好地整流与增压，提高血泵的效率。
上述的环状磁钢5为一对磁极的整体磁环，磁向为径向。
轴流式血泵被植入到心衰病人的体内，泵入口27通过弯管与心室或心房切口处连通，泵出口28通过人造血管与人体主动脉“端—侧”吻合连通。当由供能导线16供电时，线圈绕组15 产生的旋转磁场与环形磁钢5的磁场相互作用，为叶轮1的旋转提供转矩及动能，因此抽吸着心衰病人心内的血液，实现血泵的心脏辅助或心脏代替的功能。

Claims (5)

1.一种液磁悬浮轴流式血泵，为“泵—机组合体”，外定子主要由泵壳、铁芯、线圈绕组、导线、泵管组成；内定子主要由前、后导叶组成；转子主要由叶轮、套在叶轮后段的磁环及保护套组成，其特征在于：叶轮的后段外圆套着一个由金属套环全包裹着的环状磁钢，金属套环外壁刻有倾斜的螺旋槽，且迎流口大，出流口小；泵内流道被金属套环分隔成内、外两个流道，内流道为主流道；叶轮的轮毂前段内镶嵌着一个轴向磁柱，前导叶的轮毂内也镶嵌着一个轴向磁柱，这两个磁柱是异性磁极相对，对叶轮形成一个向后的斥力，该斥力与叶轮转动时受到的血液向前推力相对抗，且二力同增同减，可自动平衡。
2.如权利要求1所述的一种液磁悬浮轴流式血泵，其特征在于所述的叶轮轮毂的前端口内镶嵌一个凸盖，前导叶轮毂的后端口内镶嵌一个凹盖，二者配合成一对“前滑动轴承”；叶轮轮毂的后端内镶嵌一个凸轴，后导叶轮毂的前端口内镶嵌一个凹轴，二者配合成一对“后滑动轴承”。
3.如权利要求1所述的一种液磁悬浮轴流式血泵，其特征在于所述的泵管后段呈流线型的渐变缩口变径。
4.如权利要求1所述的一种液磁悬浮轴流式血泵，其特征在于所述的金属套环外壁的倾斜螺旋槽深度为1-3mm。
5.如权利要求1所述的一种液磁悬浮轴流式血泵，其特征在于所述的环状磁钢为一对磁极的整体磁环，磁向为径向。
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