CN104324428B - 一种磁液悬浮离心式装置 - Google Patents

一种磁液悬浮离心式装置 Download PDF

Info

Publication number
CN104324428B
CN104324428B CN201410549726.0A CN201410549726A CN104324428B CN 104324428 B CN104324428 B CN 104324428B CN 201410549726 A CN201410549726 A CN 201410549726A CN 104324428 B CN104324428 B CN 104324428B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
suspension
liquid
diametrical magnetization
magnetization permanent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410549726.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104324428A (zh
Inventor
孙传余
肖楠
曹茂永
文艺成
李波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University of Science and Technology
Original Assignee
Shandong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University of Science and Technology filed Critical Shandong University of Science and Technology
Priority to CN201410549726.0A priority Critical patent/CN104324428B/zh
Publication of CN104324428A publication Critical patent/CN104324428A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104324428B publication Critical patent/CN104324428B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • A61M60/10—Location thereof with respect to the patient's body
    • A61M60/122—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body
    • A61M60/126—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body implantable via, into, inside, in line, branching on, or around a blood vessel
    • A61M60/148—Implantable pumps or pumping devices, i.e. the blood being pumped inside the patient's body implantable via, into, inside, in line, branching on, or around a blood vessel in line with a blood vessel using resection or like techniques, e.g. permanent endovascular heart assist devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M60/00—Blood pumps; Devices for mechanical circulatory actuation; Balloon pumps for circulatory assistance
    • A61M60/20—Type thereof
    • A61M60/205—Non-positive displacement blood pumps

Abstract

本发明属于生物医学工程技术领域，涉及一种人工心脏辅助装置，尤其是一种磁液悬浮离心式装置。所述装置中，左径向磁化永磁阵列（11）和右径向磁化永磁阵列（13）均呈圆环状，嵌套在磁悬浮定子（1）内壁左右两侧，电机线圈绕组（12）在磁悬浮定子（1）内侧居中位置，液体输入口（14）有2个，液体输出口（16）有2个，左径向磁化永磁环（21）和右径向磁化永磁环（25）固定在转轴（20）的左右两侧，电机转子铁芯（23）固定在转轴（20）的中间，电机转子铁芯（23）的左侧为左液力悬浮叶轮（22），右侧为右液力悬浮叶轮（24）。该装置具有结构简单，体积小、功耗低，可靠性高的优点，满足长期植入人体的需求。

Description

一种磁液悬浮离心式装置
技术领域
本发明属于生物医学工程技术领域，涉及一种人工心脏辅助装置，尤其是一种磁液悬浮离心式装置。
背景技术
心血管疾病已成为医学界普遍关注的焦点，心脏移植是治疗重危心脏病患者的重要途径，然而心脏需求量远远超过了供给量，于是人工心脏辅助装置产生了。目前第三代人工心脏辅助装置最重要的特征是采用非接触式轴承设计，使叶轮在血泵中悬浮旋转，从而解决了机械磨损和发热所诱发的溶血、血拴等问题，根据悬浮机理分为三类：磁悬浮式依靠永磁力和电磁力实现悬浮，因控制系统的存在，其体积大、功耗高；液力悬浮式主要运用运动流体在渐缩结构上产生的动压实现悬浮，无需提供悬浮所需的能量，但悬浮转子的稳定性偏差；磁液悬浮式结合了磁力悬浮和液力悬浮的优点，是研究的热点。
采用磁液混合悬浮技术，人工心脏辅助装置的驱动电机，也需采用无轴承运行方式。无轴承电机是在20世纪后半期最早提出的，把磁悬浮轴承中产生径向力的绕组安装在电机定子上，通过解耦控制实现对电机转矩和径向悬浮力的独立控制。随着材料磁性能的提高、控制电路技术的发展、快速信号处理器的出现，直到20世纪80年代后期才首次制造出无轴承电机，20世纪90年代日本A.Chiba首次实现开关磁阻电机的无轴承技术，该类电机具有免维修、寿命长，环境适应性强等优点。
发明内容
为了解决第三代人工心脏辅助装置体积偏大、发热高、稳定性差的问题，综合应用磁悬浮控制技术、无轴承开关磁阻电机技术、液力悬浮技术，本发明提出一种磁液悬浮离心式装置，实现了无接触悬浮，具有体积小、功耗低、结构简单、使命长等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种磁液悬浮离心式装置，所述装置可置于人体中，包括磁悬浮定子，磁悬浮转子，间隙，所述磁悬浮定子由定子外壳，左径向磁化永磁阵列，电机线圈绕组，右径向磁化永磁阵列，液体输入口，凹形口，液体输出口，电机定子铁芯组成，左径向磁化永磁阵列和右径向磁化永磁阵列均呈圆环状，嵌套在磁悬浮定子内壁左右两侧，电机线圈绕组在磁悬浮定子内侧居中位置，液体输入口有2个，对称分布在磁悬浮定子左右两侧偏下位置，液体输出口有2个，对称分布在电机线圈绕组的左右两侧，所述磁悬浮转子由转轴，左径向磁化永磁环，左液力悬浮叶轮，电机转子铁芯，右液力悬浮叶轮，右径向磁化永磁环组成，左径向磁化永磁环和右径向磁化永磁环固定在转轴的左右两侧，相对于转轴末端的距离可以调节，电机转子铁芯固定在转轴的中间，电机转子铁芯的左侧为左液力悬浮叶轮，右侧为右液力悬浮叶轮。
作为本发明的一种改进，所述电机转子铁芯呈凸齿状，电机定子铁芯亦呈凸齿状，电机转子铁芯和电机定子铁芯为4/6齿结构，或6/8齿结构，或8/12齿结构，在电机线圈绕组控制下，电机转子铁芯实现磁力悬浮和速度调节功能。
作为本发明的一种改进，左液力悬浮叶轮上的相邻叶片之间构成楔形槽，右液力悬浮叶轮上的相邻叶片之间构成楔形槽，左液力悬浮叶轮和右液力悬浮叶轮均由尼龙玻纤材料制成，具有液力悬浮和驱动液体的作用。
作为本发明的一种改进，所述电机线圈绕组包括悬浮力绕组和电磁力绕组两部分，悬浮力绕组借助电磁吸引力，动态调节磁悬浮转子的径向位置，电磁力绕组根据“磁阻最小原理”，在磁悬浮转子上产生电磁旋转力，实现对磁悬浮转子的速度调节。
作为本发明的一种改进，所述左径向磁化永磁阵列和右径向磁化永磁阵列均呈圆环状，均由一个径向充磁的圆环构成或由多个长条状的永磁体拼成圆环状，所述左径向磁化永磁环和右径向磁化永磁环均呈圆环状。
作为本发明的一种改进，所述转轴的两端呈凸尖状，在轴向调节失效情况下，顶在磁悬浮定子其中一侧的凹形口里高速旋转，可靠性高。
作为本发明的一种改进，液体输入口对称分布在磁悬浮定子的左右两侧，液体输出口对称分布在电机线圈绕组的左右两侧，磁悬浮转子是左右对称的，所述对称结构能抑制液体流动对磁悬浮转子的轴向作用力。
本发明的优点是将磁悬浮技术、无轴承开关磁阻电机技术、液力悬浮技术，应用到了人工心脏辅助装置，采用对称分布的结构，抑制液体流动对磁悬浮转子的轴向力作用和磁悬浮转子的自身重力，减小电机线圈绕组中的电流消耗，并且左液力悬浮叶轮和右液力悬浮叶轮通过液体流动所产生的液体悬浮力，进一步降低了电机线圈绕组中的电流消耗。电机线圈绕组包括悬浮力绕组和电磁力绕组两部分，由2个电流单独控制，通过智能控制算法，完成磁悬浮转子的位置估计、电磁转矩和悬浮力的解耦控制。转轴两端呈凸尖状，轴向调节失效时，顶在磁悬浮定子其中一侧的凹形口里高速旋转，其陀螺效应有助于实现径向悬浮。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为本发明一个8/12齿实施例的A-A向视图。
图中：1磁悬浮定子，2磁悬浮转子，3间隙，10定子外壳，11左径向磁化永磁阵列，12电机线圈绕组，13右径向磁化永磁阵列，14液体输入口，15凹形口，16液体输出口，17电机定子铁芯，20转轴，21左径向磁化永磁环，22左液力悬浮叶轮，23电机转子铁芯，24右液力悬浮叶轮，25右径向磁化永磁环。
具体实施方式
本发明主要由磁悬浮定子1，磁悬浮转子2，间隙3组成，所述磁悬浮定子1包括：定子外壳10，左径向磁化永磁阵列11，电机线圈绕组12，右径向磁化永磁阵列13，液体输入口14，凹形口15，液体输出口16，电机定子铁芯17；所述磁悬浮转子2包括：转轴20，左径向磁化永磁环21，左液力悬浮叶轮22，电机转子铁芯23，右液力悬浮叶轮24，右径向磁化永磁环25。液体输入口14在磁悬浮定子1左右两侧偏下位置，液体输出口16对称分布在电机线圈绕组12的左右两侧，液体通过液体输入口14，进入磁悬浮装置，电机转子铁芯23在电磁力的作用下带动左液力悬浮叶轮22和右液力悬浮叶轮24转动，并将液体从液体输出口16排出磁悬浮装置。
左径向磁化永磁阵列11和右径向磁化永磁阵列13均呈圆环状，嵌套在磁悬浮定子1的内壁左右两侧，由径向充磁的钕铁硼永磁材料制成。电机线圈绕组12包括悬浮力绕组和电磁力绕组两部分，悬浮力绕组和电磁力绕组中的电流是独立控制的，悬浮力绕组借助电磁吸引力，动态调节磁悬浮转子2的径向位置，电磁力绕组根据“磁阻最小原理”，在磁悬浮转子2上产生电磁旋转力，实现对磁悬浮转子2的速度调节。
左径向磁化永磁环21和右径向磁化永磁环25均由径向充磁的钕铁硼永磁材料制成，套在转轴20的左右两侧，相对于转轴20末端的距离可以调节，以改变永磁之间作用力的大小，实现轴向和径向的无接触非稳态磁悬浮，然后由电机线圈绕组12进行稳态调节。电机转子铁芯23固定在转轴20的中间，呈凸齿状，由硅钢片叠加而成，电机定子铁芯17嵌入在定子外壳10里，亦呈凸齿状，由硅钢片叠加而成，电机转子铁芯23和电机定子铁芯17为4/6齿结构，或6/8齿结构，或8/12齿结构。电机转子铁芯23的左侧安装左液力悬浮叶轮22，右侧安装右液力悬浮叶轮24，所述液力悬浮叶轮有驱动液体和液力悬浮的作用，能进一步降低径向电磁调节的电流消耗。转轴20的两端呈凸尖状，在轴向调节失效情况下，顶在磁悬浮定子1其中一侧的凹形口15里高速旋转，提高了系统可靠性。

Claims (5)

1.一种磁液悬浮离心式装置，其特征在于：所述装置可置于人体中，包括磁悬浮定子(1)，磁悬浮转子(2)，间隙(3)，所述磁悬浮定子(1)由定子外壳(10)，左径向磁化永磁阵列(11)，电机线圈绕组(12)，右径向磁化永磁阵列(13)，液体输入口(14)，凹形口(15)，液体输出口(16)，电机定子铁芯(17)组成，左径向磁化永磁阵列(11)和右径向磁化永磁阵列(13)均呈圆环状，嵌套在磁悬浮定子(1)内壁左右两侧，电机线圈绕组(12)在磁悬浮定子(1)内侧居中位置，液体输入口(14)有2个，对称分布在磁悬浮定子(1)左右两侧偏下位置，液体输出口(16)有2个，对称分布在电机线圈绕组(12)的左右两侧，所述磁悬浮转子(2)由转轴(20)，左径向磁化永磁环(21)，左液力悬浮叶轮(22)，电机转子铁芯(23)，右液力悬浮叶轮(24)，右径向磁化永磁环(25)组成，左径向磁化永磁环(21)和右径向磁化永磁环(25)固定在转轴(20)的左右两侧，相对于转轴(20)末端的距离可以调节，电机转子铁芯(23)固定在转轴(20)的中间，电机转子铁芯(23)的左侧为左液力悬浮叶轮(22)，右侧为右液力悬浮叶轮(24)；
所述电机线圈绕组(12)包括悬浮力绕组和电磁力绕组两部分，悬浮力绕组借助电磁吸引力，动态调节磁悬浮转子(2)的径向位置，电磁力绕组根据“磁阻最小原理”，在磁悬浮转子(2)上产生电磁旋转力，实现对磁悬浮转子(2)的速度调节；
所述转轴(20)的两端呈凸尖状，在轴向调节失效情况下，顶在磁悬浮定子(1)其中一侧的凹形口(15)里高速旋转，可靠性高。
2.根据权利要求1所述的一种磁液悬浮离心式装置，其特征在于：所述电机转子铁芯(23)呈凸齿状，电机定子铁芯(17)亦呈凸齿状，电机转子铁芯(23)和电机定子铁芯(17)为4/6齿结构，或6/8齿结构，或8/12齿结构，在电机线圈绕组(12)控制下，电机转子铁芯(23)实现磁力悬浮和速度调节功能。
3.根据权利要求1所述的一种磁液悬浮离心式装置，其特征在于：左液力悬浮叶轮(22)上的相邻叶片之间构成楔形槽，右液力悬浮叶轮(24)上的相邻叶片之间构成楔形槽，左液力悬浮叶轮(22)和右液力悬浮叶轮(24)均由尼龙玻纤材料制成，具有液力悬浮和驱动液体的作用。
4.根据权利要求1所述的一种磁液悬浮离心式装置，其特征在于：所述左径向磁化永磁阵列(11)和右径向磁化永磁阵列(13)均呈圆环状，均由一个径向充磁的圆环构成或由多个长条状的永磁体拼成圆环状，所述左径向磁化永磁环(21)和右径向磁化永磁环(25)均呈圆环状。
5.根据权利要求1所述的一种磁液悬浮离心式装置，其特征在于：液体输入口(14)对称分布在磁悬浮定子(1)的左右两侧，液体输出口(16)对称分布在电机线圈绕组(12)的左右两侧，磁悬浮转子(2)是左右对称的，液体输入口、液体输出口和磁悬浮转子的对称结构能抑制液体流动对磁悬浮转子(2)的轴向作用力。
CN201410549726.0A 2014-10-17 2014-10-17 一种磁液悬浮离心式装置 Active CN104324428B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410549726.0A CN104324428B (zh) 2014-10-17 2014-10-17 一种磁液悬浮离心式装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410549726.0A CN104324428B (zh) 2014-10-17 2014-10-17 一种磁液悬浮离心式装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104324428A CN104324428A (zh) 2015-02-04
CN104324428B true CN104324428B (zh) 2016-08-17

Family

ID=52399311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410549726.0A Active CN104324428B (zh) 2014-10-17 2014-10-17 一种磁液悬浮离心式装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104324428B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105797226A (zh) * 2016-03-14 2016-07-27 正仁（北京）医疗仪器有限公司 磁悬浮滚轴式心脏泵
CN107837430B (zh) * 2017-12-14 2024-03-19 山东科技大学 一种磁悬浮轴流式自发电人工心脏泵
CN108397399A (zh) * 2018-03-21 2018-08-14 绵阳科大久创科技有限公司 一种磁力驱动的超洁净气体输送与转移泵
CN113137373B (zh) * 2020-01-18 2022-05-27 浙江大学 一种基于液力平衡原理的磁悬浮泵
CN111870752B (zh) * 2020-08-06 2023-05-12 济南大学 一种磁液耦合被动悬浮式双吸离心血泵

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3343186A1 (de) * 1983-11-29 1985-06-05 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München Magnetische rotorlagerung
US4779614A (en) * 1987-04-09 1988-10-25 Nimbus Medical, Inc. Magnetically suspended rotor axial flow blood pump
US20010003802A1 (en) * 1996-04-30 2001-06-14 Vitale Nicholas G. Magnetic spring and ventricle assist device employing same
US6293901B1 (en) * 1997-11-26 2001-09-25 Vascor, Inc. Magnetically suspended fluid pump and control system
CN201684223U (zh) * 2010-05-17 2010-12-29 北京天高智机技术开发公司 可植入式磁液悬浮型离心血泵
CN102397598B (zh) * 2011-11-18 2015-07-22 武汉理工大学 紧凑型轴流式磁悬浮人工心脏泵
WO2013185073A1 (en) * 2012-06-08 2013-12-12 Cameron International Corporation Artificial heart system

Also Published As

Publication number Publication date
CN104324428A (zh) 2015-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10702641B2 (en) Ventricular assist devices having a hollow rotor and methods of use
CN104324428B (zh) 一种磁液悬浮离心式装置
US10500321B2 (en) Implantable blood pump
CN102247628B (zh) 可植入式磁液悬浮型离心血泵
CN104307063B (zh) 一种磁阻悬浮离心式装置
CN102397598B (zh) 紧凑型轴流式磁悬浮人工心脏泵
CN110709114B (zh) 心脏泵驱动器和轴承
CN104208763B (zh) 一种磁悬浮轴流式血泵
US20130330219A1 (en) Magnetically suspended pump
CN205460099U (zh) 一种新型离心式人工心脏泵
CN205322884U (zh) 一种新型轴流式人工心脏泵
CN105477706B (zh) 双定子混合支承人工心脏泵
US20140309481A1 (en) Rotary pump with levitated impeller having thrust bearing for improved startup
CN106512118B (zh) 一种全植入式磁液双悬浮轴流血泵
CN104258481B (zh) 一种磁悬浮轴流式螺旋驱动装置
CN107890590B (zh) 一种动态磁平衡悬浮离心血泵
CN103216453A (zh) 一种动压悬浮式双流动泵
CN104389793A (zh) 一种磁悬浮轴流式叶轮驱动装置
CN204910253U (zh) 一种离心式磁悬浮叶轮驱动装置
CN1206789C (zh) 轴向可控磁悬浮永磁盘式血泵电机
JP2010041742A (ja) アキシャル磁気浮上回転モータ及びアキシャル磁気浮上回転モータを用いたターボ形ポンプ
CN107469169A (zh) 一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵
CN204890743U (zh) 一种轴流式磁悬浮叶轮驱动装置
da Silva et al. Single axis controlled hybrid magnetic bearing for left ventricular assist device: hybrid core and closed magnetic circuit
JP4685227B2 (ja) 磁気浮上型ポンプ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Sun Chuanyu

Inventor after: Xiao Nan

Inventor after: Cao Maoyong

Inventor after: Wen Yicheng

Inventor after: Li Bo

Inventor before: Sun Chuanyu

Inventor before: Xiao Linjing

Inventor before: Wen Yicheng

Inventor before: Li Bo

COR Change of bibliographic data
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant