CN105641763A - 分离型电磁耦合血泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分离型电磁耦合血泵系统，泵体被分隔为左工作区和右工作区，左、右工作区的泵体两端分别固定，左、右工作区的泵体的内端固定在中间的电磁动子两端，左、右工作区的泵体的外端固定在系统箱体上；泵体外端装有人工瓣膜，电磁动子由电磁线圈组和基于Halbach永磁阵列支撑设备组成的永磁阵列所产生的力支撑，并在永磁体组与变化电流的作用下进行往复运动。通过电磁线圈与永磁体磁场的相互作用，来控制磁由力支撑电磁线圈的往复运动。并采用电子设备控制，提高操作自动化程度减少操作人员的负担。本发明结构紧凑，设计合理，提供了充足的动力，避免了机械损耗与产热；同时兼顾抗过载，抗冲击的优点，使得设备运行更加高效、稳定。

Description

分离型电磁耦合血泵系统
技术领域
本发明涉及一种医疗器械，具体涉及一种体外循环装作分离型电磁耦合血泵系统。
背景技术
体外的循环或辅助循环的血泵装置中，按泵体结构不同，可分为搏动式血泵和非搏动式血泵。有研究认为：体外循环中，长时间进行血液非搏动灌注将会对人的组织脏器和脑组织造成一定的损伤；而采用搏动灌注所产生的高脉压差可以改善人的大脑局部脑氧饱和度并提高组织微循环；且搏动灌注还能有效抑制体外循环对肾脏的损伤降低肾功能损坏的程度，因而有利于患者术后的恢复。离心泵和滚压泵不断机械压迫血细胞造成破坏，且破坏与泵转速呈正相关。与以上相比具备搏动式泵血优势的搏动式血泵更适合对人体主要脏器的血液微循环灌注。搏动式血泵将成为体外循环型血泵的一个发展方向。目前，国内对于体外循环血泵的研究多集中在于离心泵方面，对搏动式磁力耦合驱动应用于体外循环的研究相对较少。
发明内容
本发明是要提供一种分离型电磁耦合血泵系统，该系统直接利用电磁技术，通过改变磁场的相互作用来控制电磁线圈的往复运动；通过独立的磁力支撑设备减小了系统的摩擦阻力。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种分离型电磁耦合血泵系统，包括距离传感器，基于Halbach永磁阵列支撑设备，泵体，血液流出流入人工瓣膜，电磁线圈组、电磁动子，用于驱动的永磁体组，箱体，其特征在于：所述泵体被分隔为左工作区和右工作区，左、右工作区的泵体两端分别固定，左、右工作区的泵体的内端固定在中间的电磁动子两端，左、右工作区的泵体的外端固定在系统箱体上；所述泵体外端装有用于血液流出流入的人工瓣膜，所述电磁动子由电磁线圈组以及基于Halbach永磁阵列支撑设备组成的永磁阵列所产生的力支撑，并在永磁体组与变化电流的作用下进行往复运动。
所述电磁动子由线圈和支架构成，支架左右端和下端分别安装线圈，支架上端分别设置所述的距离传感器和所述的系统电路接口。
所述泵体左右工作区相互独立各自密封；中间由电磁动子隔开且泵体外形采用伸缩式结构。
所述基于Halbach永磁阵列支撑设备中的永磁体由稀土材料磁化加工后固定在铝基板上，并由两种不同体积的永磁体按固定规则排列，其中大的永磁体体积是小的永磁体的体积的倍，厚度相等，磁化方向正交磁化强度相等。
泵体通过所述螺栓组与所述箱体刚性连接，所述泵体上用于的血液流入流出的人工瓣膜经导管穿过箱体导出；所述泵体与所述电磁动子通过螺栓组在支架上轴向固定，且支架上可在所述泵体的径向上滑动。
所述电磁动子与所述泵体之间安装所述缓冲垫片，用于减轻动子往复运动对泵体产生的冲击力；所述电磁动子安装薄硅钢片，用于提高磁路的导磁系数和降低铁芯的涡流损耗。
所述支架中间部分为方形中空结构，所述方形中空结构由薄硅钢片卷成作为铁芯，其外缠绕线圈，方形中空结构便于所述泵体压缩时所述电磁动子套入永磁体以增强永磁体与电磁铁的作用力，同时减小永磁体与电磁铁的最大距离，提高对磁场能的利用率。
所述电磁线圈组采用铜导线，密绕成无铁芯的结构，用于减轻重量避免磁滞损耗。
所述永磁体组置于泵体中；形状为圆柱形；其长度与泵体位于往复运动的平衡位置的长度相等，其底面小于电磁动子铁芯中空的截面积，在往复运动过程中所述的电磁动子将所述的永磁体组套入。
所述的距离传感器用于检测和反馈所述的电磁动子的悬浮高度；由程序控制和调整所述的电磁动子的运动速度以及支撑的稳定性。
本发明的有益效果是：
本发明在于提出一种操作简单，结构紧凑，设计合理且能提供充足的动力的血泵系统。该血泵系统有别于目前现有的驱动泵（如离心泵、滚动泵及搏动泵）。本发明具有不同的工作原理：即直接利用电磁技术，通过改变磁场的相互作用来控制电磁线圈的往复运动；通过独立的磁力支撑设备减小了系统的摩擦阻力。以上极大的提高了系统工作部分的机械运动的效率，提供了充足的动力；同时兼顾抗过载、抗冲击的优点，使得设备运行更加高效、稳定。
附图说明
图1是本发明的分离型电磁耦合血泵系统结构示意图；
图2是本发明的分离型电磁耦合血泵系统结构局部立体视图；
图3是本发明的实施例中电磁动子在通电条件下做往复运动的局部视图；
图4是本发明的实施例中电磁动子的支架将泵体轴向固定并悬浮到合适位置的局部视图；
图5是本发明的实施例中设备在未通电工作的状态；
图6是本发明的实施例中电磁动子的支架在Halbach永磁阵列支撑设备慈利的作用下离开箱体悬浮的局部示意图；
图7是本发明的实施例中电磁动子的支架在Halbach永磁阵列的结构简图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1至图7所示，一种分离型电磁耦合血泵系统，包含：顺次布置的距离传感器1，基于Halbach永磁阵列支撑设备Ⅰ2，泵体3，血液流出流入人工瓣膜4，缓冲垫片5，基于Halbach永磁阵列支撑设备Ⅱ6，系统电路接口7，用于支撑的电磁线圈组Ⅰ8，电磁动子9，螺栓组10，用于驱动的永磁体组11，用于支撑的电磁线圈组Ⅱ12以及箱体13。
泵体3被分隔为左工作区和右工作区，左右工作区的泵体3两端分别固定，其中内端固定在中间的电磁动子9两端，内端的固定仅约束轴向运动；外端固定在箱体13上。
电磁动子9由电磁线圈组Ⅰ8和电磁线圈组Ⅱ12与由基于Halbach永磁阵列支撑设备Ⅰ2、基于Halbach永磁阵列支撑设备Ⅱ6构成的永磁阵列所产生的力支撑，并在永磁体组11与变化电流的作用下进行往复运动。泵体3外端装有用于血液流出流入的人工瓣膜4。
泵体3左右工作区相互独立各自密封，中间由电磁动子隔开且泵体3外形采用伸缩式结构。
电磁动子9由线圈和支架17构成，支架17左右端和下端分别安装线圈，支架17中间部分为方形中空结构，方形中空结构由薄硅钢片卷成作为铁芯14，其外缠绕线圈。支架上端分别设置所述的距离传感器1和所述的系统电路接口7。
基于Halbach永磁阵列支撑设备Ⅰ2和基于Halbach永磁阵列支撑设备Ⅱ6，如图7所示，永磁体采用强磁材料，如烧结钕铁硼等稀土材料磁化加工后固定在铝基板上。它由两种不同体积的永磁体按固定规则排列，其中大的永磁体体积是小的永磁体的体积的2倍，厚度相等，磁化方向正交磁化强度相等。
电磁线圈组Ⅰ8，距离传感器1用于检测和反馈所述的电磁动子9的悬浮高度，由程序控制和调整所述的电磁动子9的运动速度以及支撑的稳定性。
泵体3通过所述螺栓组10与所述箱体13刚性连接，所述泵体上用于的血液流入流出的人工瓣膜4经导管穿过箱体13导出；所述泵体3与所述电磁动子9结合，采用所述螺栓组10在支架17上轴向固定，且支架17上可在所述泵体3的径向上滑动，所述电磁动子9与所述泵体3之间安装所述缓冲垫片5，用于减轻动子往复运动对泵体产生的冲击力；所述电磁动子9安装薄硅钢片，用于提高磁路的导磁系数和降低铁芯的涡流损耗；支架17中间部分为方形中空结构，便于所述泵体3压缩时所述电磁动子套入永磁体以增强永磁体与电磁铁的作用力，同时减小永磁体与电磁铁的最大距离，提高对磁场能的利用率；所述用于支撑电磁动子9的电磁线圈组Ⅰ8和电磁线圈组Ⅱ12采用铜导线，密绕成无铁芯的结构以减轻重量避免磁滞损耗。
由于本发明是采用磁力驱动和磁力支撑，因此在非工作状态时电磁动子9的支架17落在系统箱体13上，如图5所示；当处于工作状态时，用于支撑的永磁阵列将支架撑起，距离传感器1检测悬浮的高度，当悬浮的高度达到系统设置的高度（如图4）时，控制部分将通过系统电路接口7给电磁动子9供电。悬浮过程如图6。
泵体3和永磁体组11分别安装在血泵系统的箱体13两边的位置并使通电后，磁体组11中的第一永磁体15对电磁动子9产生吸力，第二永磁体16对电磁动子9产生斥力使电磁动子9带动支架运动进而对泵体3进行牵拉与挤压作业，如图1。在泵体3的压缩行程中，动子逐渐将第一永磁体15套入装有薄硅钢片的铝筒的铁芯14中；同时泵体3内的压力增加，控制血液流出的人工瓣膜4张开，控制血液流入的人工瓣膜4闭合，泵内的血液经装有人工瓣膜4的导管排出。在泵体3的扩张行程中，电磁动子9与第一永磁体15相斥，逐渐远离第一永磁体15；同时泵体3内的压力减小，同时泵体3内的压力减小控制血液流出的人工瓣膜4闭合，控制血液流入的人工瓣膜4张开，泵外的血液经装有人工瓣膜4的导管流回。

Claims (10)

1.一种分离型电磁耦合血泵系统，包括距离传感器（1），基于Halbach永磁阵列支撑设备，泵体（3），血液流出流入人工瓣膜（4），电磁线圈组、电磁动子（9），用于驱动的永磁体组（11），箱体（13），其特征在于：所述泵体(3)被分隔为左工作区和右工作区，左、右工作区的泵体（3）两端分别固定，左、右工作区的泵体（3）的内端固定在中间的电磁动子（9）两端，左、右工作区的泵体（3）的外端固定在系统箱体（13）上；所述泵体（3）外端装有用于血液流出流入的人工瓣膜（4），所述电磁动子（9）由电磁线圈组以及基于Halbach永磁阵列支撑设备组成的永磁阵列所产生的力支撑，并在永磁体组（11）与变化电流的作用下进行往复运动。
2.根据权利要求1所述的分离型电磁耦合血泵系统，其特征在于：所述电磁动子(9)由线圈和支架(17)构成，支架(17)左右端和下端分别安装线圈，支架(17)上端分别设置所述的距离传感器（1）和所述的系统电路接口（7）。
3.根据权利要求1所述的分离型电磁耦合血泵系统，其特征在于：所述泵体（3）左右工作区相互独立各自密封；中间由电磁动子隔开且泵体（3）外形采用伸缩式结构。
4.根据权利要求1所述的分离型电磁耦合血泵系统，其特征在于：所述基于Halbach永磁阵列支撑设备中的永磁体由稀土材料磁化加工后固定在铝基板上，并由两种不同体积的永磁体按固定规则排列，其中大的永磁体体积是小的永磁体的体积的2倍，厚度相等，磁化方向正交磁化强度相等。
5.根据权利要求1所述的分离型电磁耦合血泵系统，其特征在于：所述泵体（3）通过所述螺栓组（10）与所述箱体（13）刚性连接，所述泵体（3）上的用于血液流入流出的人工瓣膜（4）经导管穿过箱体（13）导出；所述泵体（3）与所述电磁动子（9）通过螺栓组（10）轴向固定在支架（17）上，且支架（17）可在所述泵体（3）的径向上滑动。
6.根据权利要求1所述的分离型电磁耦合血泵系统，其特征在于：所述电磁动子（9）与所述泵体（3）之间安装所述缓冲垫片（5），用于减轻动子往复运动对泵体产生的冲击力；所述电磁动子（9）安装薄硅钢片，用于提高磁路的导磁系数和降低铁芯的涡流损耗。
7.根据权利要求1所述的分离型电磁耦合血泵系统，其特征在于：所述支架（17）中间部分为方形中空结构，所述方形中空结构由薄硅钢片卷成作为铁芯，其外缠绕线圈，方形中空结构便于所述泵体（3）压缩时所述电磁动子套入永磁体以增强永磁体与电磁铁的作用力，同时减小永磁体与电磁铁的最大距离，提高对磁场能的利用率。
8.根据权利要求1所述的分离型电磁耦合血泵系统，其特征在于：所述电磁线圈组采用铜导线，密绕成无铁芯的结构，用于减轻重量避免磁滞损耗。
9.根据权利要求1所述的分离型电磁耦合血泵系统，其特征在于：所述永磁体组（11）置于泵体（3）中；形状为圆柱形；其长度与泵体（3）位于往复运动的平衡位置的长度相等，其底面小于电磁动子（9）铁芯中空的截面积，在往复运动过程中所述的电磁动子（9）将所述的永磁体组（11）套入。
10.根据权利要求1所述的分离型电磁耦合血泵系统，其特征在于：所述的距离传感器（1）用于检测和反馈所述的电磁动子（9）的悬浮高度；由程序控制和调整所述的电磁动子（9）的运动速度以及支撑的稳定性。
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