CN105833368A - 一种血泵用离心叶轮 - Google Patents

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许剑
王伟
张文海
胡丽国
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Abstract

本发明公开了一种血泵用离心叶轮，属于电机转子领域，血泵用离心叶轮包括底板、固定在所述底板上的多个叶片、位于所述叶片内部的转子磁钢、轴向动压结构以及径向动压结构，所述转子磁钢用于所述离心叶轮的径向磁悬浮和轴向磁悬浮，所述轴向动压结构用于所述离心叶轮的轴向动压液悬浮，所述径向动压结构用于所述离心叶轮的径向动压液悬浮，所述轴向动压结构位于所述叶片的上表面上，所述底板中部设有通孔，所述径向动压结构位于所述通孔的内壁上。本发明公开的血泵用离心叶轮，在轴向和径向均设置了磁悬浮和动压液悬浮，使得离心叶轮在偏离平衡位置后，能迅速的回复到平衡位置。

Description

一种血泵用离心叶轮
技术领域
本发明涉及电机转子领域，尤其涉及一种血泵用离心叶轮。
背景技术
血泵，尤其是应用于人工辅助心脏中的血泵，通常具有要求体积小、高度集成度以及高精密性等特点，这些特点使得血泵不适合使用机械式有轴离心叶轮，这是由于机械式有轴离心叶轮具有轴承和转轴结构，虽然轴承和转轴结构使得离心叶轮在轴向和径向具有较高的可靠性和稳定性，但是轴承和转轴结构的存在不仅会增大血泵的体积和组件数量，而且轴承和转轴结构侵没在血液里易导致血栓和溶血现象的发生，增加病人健康风险。因此，日前血泵多使用无轴离心叶轮，而又由于无轴离心叶轮取消了轴承和转轴结构，但这使得无轴离心叶轮在轴向和径向均具有较高的稳定性变得十分困难。
中国专利文献CN1821582A公开了一种适于微型泵的无轴开式叶轮,该叶轮包括一组叶片和固定叶片的支持架,所述叶片的压力面与水平面夹角为5°～20°,叶片上端部呈圆锥面,锥角40°～60°；叶片在平面图上的投影面积与叶轮外径圆面积的比值0.4～0.8；叶片的进口角和出口角45°～50°。该专利设置了与水平面呈一定角度的压力面，具有一定的动压作用，但难以使得叶轮在轴向和径向均达到较为稳定的动平衡，抗击冲击力的能力弱，叶轮在旋转过程中恢复到平衡位置的能力有限。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种血泵用离心叶轮，在轴向和径向均设置了磁悬浮和动压液悬浮，使得离心叶轮在偏 离平衡位置后，能迅速的回复到平衡位置，这就保证了离心叶轮旋转过程中能够保持较好的同轴度，提高血泵的可靠性和稳定性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种血泵用离心叶轮，包括底板、固定在所述底板上的多个叶片、位于所述叶片内部的转子磁钢、轴向动压结构以及径向动压结构，所述转子磁钢用于所述离心叶轮的径向磁悬浮和轴向磁悬浮，所述轴向动压结构用于所述离心叶轮的轴向动压液悬浮，所述径向动压结构用于所述离心叶轮的径向动压液悬浮，所述轴向动压结构位于所述叶片的上表面，所述底板中部设有通孔，所述径向动压结构位于所述通孔的内壁上。
在本发明较佳的技术方案中，所述轴向动压结构包括深度逐渐变化的动压槽道和用于降低液体压力的减压面，所述减压面位于所述动压槽道的末端。
在本发明较佳的技术方案中，所述动压槽道包括槽底面和固定在所述槽底面两侧的内限流板和外限流板。
在本发明较佳的技术方案中，所述叶片配置为楔形柱状体结构，所述动压槽道配置为弧形动压槽道，所述弧形动压槽道的槽入口位于所述楔形柱状体结构的宽端，所述弧形动压槽道的槽出口位于所述楔形柱状体结构的窄端，从所述弧形动压槽道的槽入口到所述弧形动压槽道的槽出口，所述弧形动压槽道的深度逐渐变浅，宽度逐渐变窄。
在本发明较佳的技术方案中，所述径向动压液悬浮配置为单线螺旋状或者多线螺旋状的动压凹槽。
在本发明较佳的技术方案中，所述通孔穿套在用于对所述离心叶轮旋转进行限位的轴体上，且所述通孔的内表面与所述轴体的外表面不接触。
当所述离心叶轮受到冲击向一侧偏移时，所述轴体与所述轴体一侧的所述 动压凹槽之间的间隙会变小，所述轴体与所述轴体另一侧的所述动压凹槽之间的间隙会变大，使得间隙小一侧的流体压强变大，而间隙大一侧的流体压强变小，产生回复力，回复力驱使所述离心叶轮回到原平衡位置。
在本发明较佳的技术方案中，多个所述叶片之间设有流体通道，相邻的两个所述流体通道的朝向相互垂直。
在本发明较佳的技术方案中，所述流体通道的流道面为斜面，从靠近所述通孔处到远离所述通孔处，所述流体通道的深度逐渐变大。
在本发明较佳的技术方案中，所述叶片和/所述流体通道的边缘处均设置有倒角。
在本发明较佳的技术方案中，所述底板与所述叶片的外表面设置有TiN和/DLC保护层。
本发明的有益效果为：本发明提供的血泵用离心叶轮，设置了转子磁钢，转子磁钢通过与其外围和上下侧的吸引，使得离心叶轮在径向和轴向实现较为稳定的磁悬浮，设置了轴向动压结构，使得离心叶轮在轴向实现较为稳定的动压液悬浮，设置了径向磁悬浮，使得离心叶轮在径向实现较为稳定的动压液悬浮。由此可见，离心叶轮在轴向和径向均实现了较为稳定的动平衡，当离心叶轮偏离原平衡位置后，能迅速的恢复到平衡位置，能有效提高血泵的稳定性和可靠性。多个叶片之间设有流体通道，相邻的两个流体通道的朝向相互垂直，一方面，这种结构加工便捷，适于批量化生产；另一方面，这种结构由于叶片的形状比较规则，易于安装体积较大转子磁钢，利于提高电机的整体工作效率。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的血泵用离心叶轮的结构示意图。
图中：1、底板；2、叶片；3、轴向动压结构；4、径向动压结构；11、通 孔；32、减压面；311、槽底面；312、内限流板；313、外限流板；5、槽出口；6、槽入口；7、流体通道；71、流道面。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本实施例中提供的一种血泵用离心叶轮，血泵用离心叶轮位于血泵中心位置的轴体外围，且不与轴体相接触，并绕着轴体旋转。血泵用离心叶轮包括底板1、多个叶片2、转子磁钢、轴向动压结构3以及径向动压结构4。多个叶片2固定在底板1上，本实施例中叶片2的数量优选为四个，四个叶片2呈环形阵列分布，四个叶片2的横截面大致呈楔形。转子磁钢位于底板1后背侧，且嵌入叶片2背部的凹槽中，转子磁钢用于离心叶轮的径向磁悬浮和轴向磁悬浮，具体的，在径向方向上，转子磁钢与轴体内部的磁钢在径向相互排斥，形成稳定的径向磁悬浮，在轴向方向上，转子磁钢与血泵定子及轴体内部的磁钢相互吸引，形成稳定的轴向磁悬浮。轴向动压结构3位于叶片2的上表面，当血液流经轴向动压结构3时会被压缩，且会与轴向动压结构3的外表面发生摩擦，被压缩的血液会产生反作用力，摩擦过程中也会产生摩擦力，反作用力与摩擦力均会产生轴向力，从而实现稳定的轴向动压液悬浮。径向动压结构4位于底板1中部的通孔11的内壁上，当离心叶轮向某侧偏移时，会压缩该侧的血液，被压缩的血液在径向动压结构4的作用下，产生径向的反作用力，从而实现稳定的径向动压液悬浮。因此，离心叶轮在径向磁悬浮力、轴向磁悬浮力、轴向动压液悬浮力以及径向动压液悬浮力以及自身重力的作用下实现了轴向和径向均的动平衡，且当离心叶轮偏离原平衡位置后，能迅速的回复到平衡位置。
进一步的，轴向动压结构3包括动压槽道和减压面32，动压槽道的深度和宽度逐渐变化，使得血液流过动压槽道后被压缩。减压面32用于降低液体压力，其形状大致呈楔形，减压面32位于动压槽道的末端，血液从动压槽道流出后再流向减压面32，也即减压面32位于动压槽道的下游。由于减压面32位于动压槽道的末端高位处，故其对血液的流向和流量具有一定的限定作用，会确保血液的压力可预见的降低，从而使得血液的切应力和溶血现象降到最低。另外，减压面32有利于将血液限定在次要流道，使得从次要流道流出的血液重新进入到临近的流体通道7中。
叶片2大致呈楔形柱状体，动压槽道为弧形动压槽道，为了将血液限定在动压槽道内，进一步优选的，动压槽道包括槽底面311和固定在槽底面311两侧的内限流板312和外限流板313，内限流板312和外限流板313能有效避免从动压槽道中流过的血液泄露。弧形动压槽道的槽入口6位于楔形柱状体结构的宽端，弧形动压槽道的槽出口5位于楔形柱状体结构的窄端，从弧形动压槽道的槽入口6到弧形动压槽道的槽出口5，弧形动压槽道的深度逐渐变浅，宽度逐渐变窄，故弧形动压槽道为一个宽度逐渐的变小的弧形斜槽，在离心叶轮一侧的定子外表面或泵壳内表面和弧形斜槽的共同作用下，血液流经这个弧形斜槽时会被压缩，槽底面311与定子外表面或泵壳内表面之间流体层的厚度是流体粘度、叶轮转速以及轴体几何形状的函数，在这个函数中，流体粘度增加，流体层的厚度增加；叶轮转速的增加，流体层的厚度也增加，这就使得流体层的厚度可以随着流体粘度和/叶轮转速的变换而变化。
为了增强径向动压液悬浮的效果，径向动压液悬浮配置为单线螺旋状或者多线螺旋状的动压凹槽，当然也可为弧线、抛物线或者其他形状的动压凹槽，单线螺旋状或者多线螺旋状可为左手螺纹或者右手螺纹，但通常会依据电机的 转向选为右手螺纹。动压凹槽能够增大从通孔11流过液体的流量。通孔11穿套在轴体上，且通孔11的内表面与轴体的外表面不接触，当离心叶轮受到冲击向一侧偏移时，轴体与轴体一侧的动压凹槽之间的间隙会变小，轴体与轴体另一侧的动压凹槽之间的间隙会变大，使得间隙小一侧的流体压强变大，而间隙大一侧的流体压强变小，产生回复力，回复力驱使所述离心叶轮回到原平衡位置。此外，动压凹槽的数量优选为4～6条。
为了使得叶片2加工更加方便，进一步的，多个叶片2之间设有流体通道7，相邻的两个流体通道7的朝向相互垂直，这种相互垂直的设置方式使得叶片2的两个侧面均十分的平整，加工工序大幅降低，适合大批量生产。另外，形状规则的叶片2内部便于安放体积较大转子磁钢，而这种体积较大的磁钢有利于提高电机的整体工作效率。流体通道7的流道面71为斜面，从靠近通孔11处到远离通孔11处，流体通道7的深度逐渐变大，这种结构使得从流体通道7流出的血液逐渐变得缓和。
为了使得叶片2和/流体通道7的边缘处更加光滑，叶片2和/流体通道7的边缘处均设置有倒角，有利于减少血液的磨损，降低对血液的破坏。
为了增强血液与材料的相容性，底板1与叶片2的外表面设置有TiN和/DLC保护层，TiN和/DLC保护层具有血液相容性好、硬度高以及光滑等特点，能减少血液与底板1、叶片2之间发生剧烈摩擦。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种血泵用离心叶轮，包括底板(1)、固定在所述底板(1)上的多个叶片(2)、以及位于所述叶片(2)内部的转子磁钢，所述转子磁钢用于所述离心叶轮的径向磁悬浮和轴向磁悬浮，其特征在于：
还包括轴向动压结构(3)和径向动压结构(4)；
所述轴向动压结构(3)用于所述离心叶轮的轴向动压液悬浮，所述径向动压结构(4)用于所述离心叶轮的径向动压液悬浮；
所述轴向动压结构(3)位于所述叶片(2)的上表面；
所述底板(1)中部设有通孔(11)，所述径向动压结构(4)位于所述通孔(11)的内壁上。
2.根据权利要求1所述的血泵用离心叶轮，其特征在于：
所述轴向动压结构(3)包括深度逐渐变化的动压槽道；和
用于降低液体压力的减压面(32)；
所述减压面(32)位于所述动压槽道的末端。
3.根据权利要求2所述的血泵用离心叶轮，其特征在于：
所述动压槽道包括槽底面(311)；和
固定在所述槽底面(311)两侧的内限流板(312)和外限流板(313)。
4.根据权利要求2或3所述的血泵用离心叶轮，其特征在于：
所述叶片(2)配置为楔形柱状体结构；
所述动压槽道配置为弧形动压槽道；
所述弧形动压槽道的槽入口(6)位于所述楔形柱状体结构的宽端；
所述弧形动压槽道的槽出口(5)位于所述楔形柱状体结构的窄端；
从所述弧形动压槽道的槽入口(6)到所述弧形动压槽道的槽出口(5)，所述弧形动压槽道的深度逐渐变浅，宽度逐渐变窄。
5.根据权利要求1所述的血泵用离心叶轮，其特征在于：
所述径向动压结构(4)配置为单线螺旋状或者多线螺旋状的动压凹槽。
6.根据权利要求5所述的血泵用离心叶轮，其特征在于：
所述通孔(11)穿套在用于对所述离心叶轮旋转进行限位的轴体上，且所述通孔(11)的内表面与所述轴体的外表面不接触；
当所述离心叶轮受到冲击向一侧偏移时，所述轴体与所述轴体一侧的所述动压凹槽之间的间隙会变小，所述轴体与所述轴体另一侧的所述动压凹槽之间的间隙会变大，使得间隙小一侧的流体压强变大，而间隙大一侧的流体压强变小，产生回复力，回复力驱使所述离心叶轮回到原平衡位置。
7.根据权利要求1所述的血泵用离心叶轮，其特征在于：
多个所述叶片(2)之间设有流体通道(7)；
相邻的两个所述流体通道(7)的朝向相互垂直。
8.根据权利要求7所述的血泵用离心叶轮，其特征在于：
所述流体通道(7)的流道面(71)为斜面；
从靠近所述通孔(11)处到远离所述通孔(11)处，所述流体通道(7)的深度逐渐变大。
9.根据权利要求7或8所述的血泵用离心叶轮，其特征在于：
所述叶片(2)和/所述流体通道(7)的边缘处均设置有倒角。
10.根据权利要求7或8所述的血泵用离心叶轮，其特征在于：
所述底板(1)与所述叶片(2)的外表面设置有TiN和/DLC保护层。
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