CN108883216B - 血泵 - Google Patents

Abstract

血管内血泵(1)包括具有血液流入口(21)和血液流出口(22)的泵壳(2)，以及布置在所述泵壳(2)中以围绕旋转轴线可旋转的叶轮(3)，其中叶轮(3)具有叶片(31)，叶片(31)的尺寸和形状设计成用于将血液从血液流入口(21)输送到血液流出口(22)。血泵(1)还包括用于旋转叶轮(3)的驱动单元(4)，驱动单元(4)包括围绕旋转轴线(10)布置的多个柱(40)，其中柱(40)中的每个均包括杆部分(41)和头部分(42)。围绕柱的线圈绕组(47)是依次可控制的以产生旋转磁场。驱动单元(4)还包括背板(50)，其与柱(40)的杆部分(41)的与头部分(42)相反的端部(44)接合。

Description

血泵

背景技术

本发明涉及一种用于维持患者血管中的血液流动的血泵，特别是用于经由皮肤插入患者血管的血管内血泵。血泵具有改进的驱动单元，其允许减小血泵的外径。

不同类型的血泵是已知的，诸如轴流式血泵、离心血泵或血液流动由轴向力和径向力两者引起的混合型血泵。血管内血泵借助于导管插入患者的诸如主动脉的血管中。血泵通常包括泵壳，泵壳具有通过通道连接的血液流入口和血液流出口。为了使血液从血液流入口沿着通道流到血液流出口，叶轮或转子可旋转地支撑在泵壳内，其中叶轮设置有用于输送血液的叶片。

血泵通常由驱动单元驱动，驱动单元可以为电动机。例如， US2011/0238172A1公开了具有叶轮的体外血泵，该叶轮可以磁耦合到电动机。叶轮包括与电动机中的磁体相邻设置的磁体。由于叶轮中和电动机中的磁体之间的吸引力，电动机的旋转传递到叶轮。从US2011/0238172A1 还已知了利用旋转磁场以减少旋转部件的数量，其中驱动单元具有围绕旋转轴线布置的多个静态柱，每个柱承载线圈绕组并用作磁芯。控制单元依次向线圈绕组供应电压以产生旋转磁场。为了提供足够强的磁耦合，磁力必须足够高，这可以通过向驱动单元供应足够高的电流或通过提供较大的磁体来实现，然而，提供较大的磁体会导致血泵的总直径较大。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种在驱动单元和叶轮之间具有磁耦合的血泵，优选地为血管内血泵或跨瓣膜血泵，其中血泵具有紧凑式设计，特别是具有足够小的外径以允许血泵经血管、经静脉、经动脉或跨瓣膜插入。

根据本发明的该目的通过具有独立权利要求1的特征的血泵实现。本发明的优选实施方式和进一步扩展方式在其从属权利要求中详述。

根据本发明，血泵，其优选地为血管内血泵并且可以为轴流式血泵、离心血泵和混合型血泵中的一个，所述血泵包括用于旋转叶轮的驱动单元。驱动单元包括围绕旋转轴线布置的多个柱，诸如至少两个、至少三个、至少四个、至少五个或优选的六个柱。更多数量的柱也是可能的，诸如八个、十个或十二个。柱的数量优选地为偶数以用于叶轮的平衡控制，但是它也可以为奇数，诸如三个或五个。柱中的每个均包括杆部分和头部分，头部分指向叶轮。为了产生旋转磁场，线圈绕组围绕柱中的每个的杆部分设置，线圈绕组是依次可控制的以产生旋转磁场。叶轮包括至少一个磁体，其布置成将叶轮磁耦合到驱动单元，即与旋转磁场相互作用以引起叶轮的旋转。

与普通电动机相比，产生旋转电磁场的驱动单元通过减少运动部件的数量而允许简化血泵的机械结构。这还减少了磨损，因为不需要用于电动机的接触支承。驱动单元和叶轮之间的磁耦合不仅引起叶轮的旋转，而且还允许叶轮的正确对准。具体地，磁耦合可以提供轴向支承和径向支承。

为了增加驱动单元和叶轮的磁体之间的磁耦合的密度，同时激活多个柱可能是有利的，其中“激活”意指将电源供应给相应的线圈绕组以产生相应的磁极磁铁。例如，可以同时激活一半以上的柱，诸如六个柱中的四个，这取决于柱的数量和叶轮中的磁体的数量。优选地，激活的柱和未激活的柱的布置是旋转对称的，并且柱被成对地控制。

驱动单元还包括背板，背板与多个柱的杆部分的与头部分相反的端部接合。在一个实施方式中，背板可以包括围绕旋转轴线优选地以相等的角距离布置的多个孔，以接收杆部分的端部分。然而，应当理解，柱可以通过其他方式永久地或可释放地附接、连接或固定到背板。背板特别用于使磁通回路闭合以促进和增加磁通产生并改进耦合能力。因为通过背板增加了磁通，所以可以减小血泵的总直径，这对于血管内血泵是特别有利的。包括柱和背板的布置还允许血泵的高频率，即血泵可以以高速操作。此外，由于背板接合柱，因此背板为柱组件提供结构的稳定性。

背板可以由磁钢或适于使磁通回路闭合的其他材料制成，优选地为钴钢。背板的直径可以为约3mm至9mm，诸如5mm或6mm至7mm。背板的厚度可以为约0.5mm至约2.5mm，诸如1.5mm。血泵的外径可以为约4mm 至约10mm，优选地为约6mm。多个柱的装置的外径，特别是在柱的头部分处测量的多个柱的装置的最大外径可以为约3mm至8mm，诸如4mm至 6mm，优选地为5mm。

柱的尺寸，特别是长度和截面面积，可以不同并且取决于各种因素。血泵的尺寸(例如外径)取决于血泵的应用，与血泵的尺寸不同，柱的尺寸由电磁特性确定，电磁特性被调节以实现驱动单元的期望性能。因素中的一个是待通过柱的最小截面面积实现的通量密度。截面面积越小，获得期望磁通所需的电流越大。然而，越大的电流由于电阻会在线圈的线中产生越多的热量。这意味着，虽然“薄”柱是优选的以减小总尺寸，但是这将需要大的电流并因此导致不期望的热量。线中产生的热量还取决于用于线圈绕组的线的长度和直径。短的线长度和大的线直径是优选的，以最小化绕组损耗(如果使用铜线则称为“铜损耗”或“铜功率损耗”，这是通常情况)。换句话说，如果线直径小，则在电流相同的情况下与较粗的线相比产生更多的热量，优选的线直径例如是0.05mm至0.2mm，诸如0.1mm。影响柱(即包括绕组的柱)的尺寸和驱动单元性能的其他因素是线圈的绕组数和绕组的外径。较大数量的绕组可以围绕每个柱布置在多于一个的层中，例如，可以设置两层或三层。然而，层数越多，由于在具有较大绕组直径的外层中的线的长度增加，将产生越多的热量。由于与较短的线相比长的线具有较高的电阻，所以线长度的增加可能产生更多的热量。因此，具有小绕组直径的单层绕组将是优选的。

绕组的典型的数量(这进而取决于柱的长度)可以为约50至约150，例如，56或132。

在一个实施方式中，叶轮还可以包括附接到叶轮的至少一个磁体的轭或背板，所述附接优选地在叶轮的背离驱动单元的一侧，例如，在叶轮的磁体和叶片之间。类似于附接到柱的杆的端部的背板，叶轮的轭或背板用于使磁通回路闭合，以增加磁通的产生并增强耦合能力。它可以由磁钢制成，优选地为钴钢。

柱也可以由磁钢制成。优选地，包括柱和背板的驱动单元由钴钢制成。钴钢的使用有助于减小泵的尺寸，特别是直径。利用在所有磁钢中最高的磁导率和最高的饱和磁通密度，对于使用相同量的材料来说，钴钢产生的磁通最大。

如果柱彼此磁绝缘，则对于驱动单元的效率和性能可能是更有利的。因此，磁绝缘材料可以设置在相邻柱的头部分之间，以将柱彼此分开并将相应的磁场保持在各自的柱内。磁绝缘材料可以为磁性材料，其磁场将由线圈绕组引起的电磁场保持在各自的柱内。至少可以在柱的头部分之间设置空气间隙或其他绝缘材料，即不导电的材料，以避免柱之间的短路。

在一个实施方式中，至少一个柱的头部分，优选地每个柱的头部分具有顶表面，该顶表面相对于垂直于旋转轴线的平面倾斜一角度。旋转轴线与所述倾斜表面沿径向方向的中心之间的距离可以小于或等于旋转轴线与相应的柱的杆部分的截面区域沿径向方向的中心之间的距离。表面或区域沿径向方向的中心是表面或区域的径向最内点和径向最外点之间的中心。换句话说，头部分的倾斜顶表面，其是面向叶轮的表面，可以相对于旋转轴线倾斜地延伸或者倾斜一角度，并且倾斜表面的一半或更多可以相对于杆部分的中心径向向内定位。这使得驱动单元的外径以及因而血泵的外径能够保持在将驱动单元磁耦合到叶轮所需的最小限度。这种减小直径的设计对于血管内血泵在其操作期间位于患者血管内并可以借助于导管配置是特别有利的。此外，倾斜的耦合表面提供叶轮的径向居中。上述角度相对于垂直于旋转轴线的平面优选为45°，但可以为约0°至约90°，优选为约30°至约60°，更优选为约40°至约50°。柱的倾斜表面优选地沿径向面向外，即它们形成凸形形状。可替换地，倾斜表面可以沿径向面向内以形成凹形形状。

所有柱优选是相同的，使得驱动单元相对于旋转轴线对称。然而，应当理解，柱不必完全相同，只要它们能够相容以形成根据本发明的驱动单元即可。然而，优选地，杆部分具有相同的长度并且头部分的倾斜表面具有相同的倾斜角度。不同的柱可以诸如以交替的方式不规则地或规则地布置以形成驱动单元。

所述至少一个柱的头部分的倾斜表面，优选为头部分中的每个的倾斜表面可以相对于相应的柱的线圈绕组的径向最外表面径向对齐或者径向向内或向外定位。倾斜表面优选地朝向旋转轴线径向向内延伸超过相应的杆部分，以使磁支承的表面积最大化，同时使驱动单元的外径最小。例如，在轴向投影中，即在轴向方向上的俯视图中观察时，头部分的倾斜表面可以位于线圈绕组内，或者可以沿轴向方向至少与轴或线圈绕组对齐。在另一个实施方式中，头部分可以沿径向和/或周向方向延伸超过线圈绕组的外周。在垂直于旋转轴线的平面中，头部分可以具有比相应的杆部分更大的截面尺寸，其中相应的线圈绕组优选地至少沿径向方向不延伸超过头部分。换句话说，头部分可以形成肩部，该肩部可以用作径向限位和线圈绕组的轴向止动件。

头部分中的至少一个，优选为所有头部分沿着包括旋转轴线的平面的截面可以为大致三角形或梯形。在组装状态下，头部分的斜表面或倾斜表面可以一起形成锥形表面或大致锥形的表面，例如具有切面但大致形成锥形表面的表面。通常，所形成的表面的形状可以为凸形的。示例性地，头部分可以像扇形块一样放在一起以形成具有锥形顶表面的圆形装置。叶轮的至少一个磁体可以具有或可以形成锥形或大致锥形的凹部，该凹部的大小和形状大致与由柱的头部分形成的锥形表面相对应。通常，磁体可以形成面向由柱形成的凸形表面的凹形表面，以提高磁耦合。在另一个实施方式中，凹形表面和凸形表面的布置可以反过来，即柱的头部分可以形成锥形凹部，而磁体形成凸形的锥形表面。

驱动单元和叶轮的各自的凹形表面和凸形表面可以分别形成间隙，使得表面之间的距离是恒定的。然而，优选地，间隙距离不是恒定的，而是选择为使得沿周向方向观察时间隙的截面区域沿径向方向是恒定的。在后一种情况下，表面之间的距离朝向旋转轴线增加。也可以设想两种情况的组合。叶轮和驱动单元之间的间隙的形状和尺寸可以有助于流体动压支承的能力。

叶轮的磁体可以形成为单一件，该单一件具有与柱的头部分的形状相对应的锥形或大致锥形的凹部，其中包括如上解释的具有不同距离的间隙。然而，应该理解的是，可以设置围绕旋转轴线布置在叶轮中并形成锥形凹部的多个磁体，诸如两个或更多个磁体，例如四个磁体，优选地为六个磁体，或甚至八个、十个或十二个磁体。设置多个磁体，优选地偶数个磁体，更优选地与柱的数量相对应的数量的磁体是有利的，因为磁体可以以交替北/南取向的磁场布置而不具有死区。如果磁体设置为单一件，则会分开在不同取向的磁场之间的过渡处产生死区。

如果叶轮包括多个磁体，则磁体可以布置成在各个磁体之间大致没有间隙，以增加磁性材料的量。然而，已经发现，如果磁体被间隙分开，特别是被径向延伸的间隙分开，磁耦合的效率不会降低。这是因为磁场的特性以及驱动单元和叶轮之间的间隙。如果叶轮中的磁体彼此接近，则从一个磁体(北)到相邻磁体(南)以拱形延伸的最内磁场线不会延伸超过驱动单元和叶轮之间的间隙，因此，其不会到达驱动单元，即它们对叶轮的驱动没有贡献。因此，如果在叶轮中的磁体之间设置间隙，则效率没有损耗。在不损耗驱动效率的情况下，叶轮中的磁体之间可以设置的间隙的尺寸取决于叶轮和驱动单元之间的间隙的尺寸，如技术人员可以计算的。叶轮磁体之间的间隙则可以例如作为清洗管道使用。

一般而言并且无论头部分是否形成锥形表面，叶轮的磁体可以具有下述表面，该表面面向柱的头部分并且以大致与头部分的倾斜表面的角度相对应的角度倾斜。例如，该布置可以与上述布置相反，也就是说，柱的头部分可以形成凹形表面，诸如锥形凹部，而叶轮的磁体可以形成凸形表面，诸如锥形表面。

无论各个表面的倾斜度如何，叶轮的一个或多个磁体可以与柱的头部分径向对齐。然而，在一些实施方式中，叶轮的一个或多个磁体可以相对于柱的头部分径向偏离，诸如径向向内或径向向外。这种径向偏离可以改进叶轮的稳定和径向居中，因为叶轮和驱动单元之间的磁力具有径向分量，然而如果磁体与柱的头部分径向对齐，则磁力仅被大致轴向地导向。

在一个实施方式中，叶轮可以至少部分地围绕驱动单元延伸，特别是围绕柱的头部分延伸。换句话说，叶轮可以具有沿周向方向与驱动单元重叠的延伸部。这意味着磁耦合不仅发生在柱的头部分的倾斜表面的区域中，而且发生在其径向外侧表面上。叶轮可以具有增大的直径，特别是比驱动单元更大的直径，使得叶轮可以围绕柱的头部分区域延伸。因此，叶轮可以具有凹部，该凹部具有如上所述的锥形部分和圆柱形部分。通过叶轮的这种设计可以改进磁耦合，因为叶轮和驱动单元也沿径向方向耦合，其中磁场线沿径向方向延伸。在该区域中，由于直径最大，因此可以产生高扭矩以驱动叶轮。

在一个实施方式中，血管内血泵还可以包括围绕驱动单元的壳体，壳体的尺寸和形状优选地与多个柱的外轮廓相对应。具体地，壳体可以具有锥形的轴向端表面，该端表面与由柱的头部分的倾斜表面形成的表面的形状相对应。相反的端部可以为开放的并且可以接合背板以封闭壳体。壳体用作柱组件的保护，特别是用作防止血液接触的保护，这对于线圈绕组特别有用。优选地，壳体设置在泵壳内。无论是否存在这种壳体，驱动单元优选地布置在泵壳内。壳体优选地由非磁性和非导电(即电绝缘)的材料制成，并提供良好的热传递。壳体的材料可以为例如铝。

线圈绕组可以嵌入导热基质中，该导热基质是非导电的(即电绝缘的)。基质保护线圈绕组并传递线圈绕组产生的热量。导热基质的材料可以为具有添加剂的塑料材料以增加导热特性。例如，基质可以包括具有铝添加剂的环氧树脂。基质可以通过将材料模制在线圈绕组周围和之间并随后固化该材料而形成。

优选地，驱动单元具有沿旋转轴线延伸的中心开口。中心开口可以由柱的头部分形成，并且可以构造成用于接收细长销，销的轴向端表面的大小和尺寸设计成形成用于叶轮的支承表面。这种布置允许血泵的紧凑设计，因为柱之间的空间用于销。销的另一端可由泵壳支撑。中心开口也可以设置成用于导丝等的插入，或者可以形成流体路径。

为了增强穿过叶轮和驱动单元之间的间隙的清洗流动，可以在叶轮中设置次级叶片组。具体地，次级叶片可以设置在磁体或多个磁体的面向驱动单元的一侧上，即设置在叶轮和驱动单元之间的间隙中。清洗流动可以附加地或可替换地通过在磁体的面向驱动单元的表面中凹入的通道来增加。该通道可以例如径向地或螺旋形地延伸。

在一个实施方式中，可以设置一个或多个流体动压支承以支撑叶轮。例如，上述次级叶片和通道可以形成流体动压支承或如上所述地至少在叶轮和驱动单元之间的间隙的尺寸和形状方面支持流体动压支承的能力。相反地，驱动单元的面向叶轮的表面，即特别是封装驱动单元的壳体的端表面，可以适于形成流体动压支承。流体动压支承可以为轴向的或径向的，或者轴向的和径向的。特别是由于叶轮和驱动单元之间的界面的锥形形状，可以形成沿径向方向和轴向方向两者的流体动压支承。径向流体动压支承也可以形成在叶轮的外表面和泵壳的内表面之间。具体地，可以在叶轮和泵壳之间形成间隙，其中足够用于流体动压支承的一定量的血液流动穿过间隙并通过另外的血液流出口离开泵壳。主要的血液流动通过血液流出口离开泵壳并且不流过间隙。非接触式支承的流体动压支承可以通过减小摩擦力来支持驱动单元的功能。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好地理解前述发明内容以及以下优选实施方式的详细描述。为了说明本公开的目的，请参考附图。然而，本公开的范围不限于附图中公开的特定实施方式。在附图中：

图1示出了根据本发明的血泵的截面图。

图2示出了图1的血泵的放大细节。

图3示出了驱动单元的柱的立体图。

图4a至图4d示出了柱的另一个实施方式的不同视图。

图5示出了包括六个柱的布置。

图6示出了图5的布置以及背板。

图7示出了图6的布置以及线圈绕组。

图8示出了图7的装置以及壳体。

图9a至图9c示出了背板的不同视图。

图10a至图10c示出了叶轮的磁体的不同视图。

图11示出了驱动单元的另一个实施方式。

图12示出了血泵的另一个实施方式。

图13a和图13b示出了根据另一个实施方式的驱动单元和叶轮磁体的不同视图。

图14a和图14b示例性地示出了叶轮的磁体之间的磁场线。

图15示出了根据另一个实施方式的驱动单元和叶轮磁体的截面图。

图16示例性地示出了驱动单元的操作方式。

具体实施方式

参考图1，示出了血泵1的截面视图。图2示出了血泵1内部的放大图。血泵1包括带有血液流入口21和血液流出口22的泵壳2。血泵1设计为血管内泵，也被称为导管泵，并且借助于导管25配置到患者的血管中。血液流入口21位于柔性插管23的端部，在使用期间柔性插管23可以穿过诸如主动脉瓣的心脏瓣膜放置。血液流出口22位于泵壳2的侧表面中，并且可以置于诸如主动脉的心脏血管中。血泵1连接到导管25，电线26延伸穿过导管25，用于向血泵1供应电力，以借助于驱动单元4驱动泵1，如下文更详细说明的。

血液沿着连接血液流入口21和血液流出口22的通道24输送(血液流动由箭头表示)。设置了叶轮3，其用于将血液沿着通道24输送并且安装成借助于第一支承11和第二支承12围绕旋转轴线10在泵壳2内可旋转。旋转轴线10优选为叶轮3的纵向轴线。在本实施方式中，支承11、12两者均是接触式支承。然而，支承11、12中的至少一个可以为非接触式支承，诸如磁支承或流体动压支承。第一支承11是具有球形支承表面的枢支承，其允许旋转运动以及一定程度的枢转运动。设置了销15，其形成支承表面中的一个。第二支承12设置在支撑构件13中以稳定叶轮3的旋转，支撑构件13具有用于血流的至少一个开口14。叶片31设置在叶轮3上，用于在叶轮3旋转时输送血液。叶轮3的旋转由驱动单元4引起，驱动单元4 磁耦合到在叶轮3的端部处的磁体32。所示的血泵1是主要流动方向是轴向的混合型血泵。应当理解，取决于叶轮3的布置，特别是叶片31的布置，血泵1也可以为纯轴流式血泵。

图2更详细地示出了血泵1的内部，特别是叶轮3和驱动单元4。驱动单元4包括多个柱40，诸如六个柱40，其中在图2的截面图中仅可以看到两个柱。柱40具有杆部分41和头部分42。头部分42邻近叶轮3设置，以将驱动单元4磁耦合到叶轮3。为此目的，叶轮3具有磁体32，在本实施方式中，该磁体形成为多件式磁体，如参考图10a至图10c更详细地描述。磁体32设置在叶轮3的面向驱动单元4的端部处。柱40由控制单元 (未示出)依次控制，以产生用于驱动血泵1的旋转磁场。磁体32布置成与旋转磁场相互作用，以引起叶轮3围绕旋转轴线10旋转。如下文参照图 7更详细地描述的，线圈绕组围绕柱40的杆部分41布置。

为了使磁通路径闭合，背板50位于杆部分41的与头部分42相反的端部处。柱40用作磁芯并且由合适的材料制成，诸如钢或合适的合金，特别是钴钢。类似地，背板50由合适的磁性材料制成，诸如钴钢。背板50增强了磁通，这允许减小血泵1的总直径，这一点对于血管内血泵是重要的。为了相同的目的，轭37，即附加的背板，在磁体32的背离驱动单元4的一侧设置在叶轮3中。在本实施方式中，轭37具有锥形形状，以引导沿叶轮 3的血流。轭37也可以由钴钢制成。朝向中心支承延伸的一个或多个清洗通道可以在轭37或磁体32中形成。

图3至图9中示出了驱动单元4的细节，而图10示出了叶轮3的磁体 32。参见图3，柱40中的一个以立体图示出。在本实施方式中，组件中的所有柱40(即六个柱40)是相同的。柱40包括杆部分41和头部分42。头部分42具有倾斜表面43，在本实施方式中倾斜表面43相对于纵向轴线的夹角为60°(即相对于垂直于纵向轴线的平面的夹角为30°)。杆部分41 包括与头部分42相反的端部分44，端部分44具有减小的直径以接合背板 50。在垂直于纵向轴线的平面中，头部分42具有比杆部分41更大的截面尺寸。头部分42具有侧表面47，当被组装以形成驱动单元4时，侧表面 47与相邻的柱的侧表面相邻。为了避免柱40之间的磁通短路，在头部分 42之间设置小的空气间隙或其他形式的隔离。为了进一步避免短路，在柱 40的头部分42之间设置将磁场保持在柱40中的每一个内的绝缘材料可能是有利的。换句话说，头部分42可以被磁性绝缘材料分开。例如，可以在头部分42之间布置磁体，例如磁性材料板，以将头部分42彼此分开，以及将相应的磁场彼此分开。柱的头部分42的径向内表面48形成中心开口 54。应当理解，表面43和表面48之间的过渡表面不需要是圆形的。

图4中示出了柱40的另一个实施方式的不同视图，除了杆部分41和头部分42的形状的微小变化之外，本实施方式对应于前述实施方式。图4a 示出了沿着图4d中所示的线A-A所截的截面图，其中图4d示出了柱40 的俯视图(即，朝向头部分42)。图4b示出了柱40的立体图，而图4c 示出了仰视图(即，朝向杆部分41的端部分44的视图)。柱40可以具有约9mm至10mm的总长度，其中头部分42可以具有约2mm的长度。在本实施方式中，头部分42具有表面43，该表面43相对于旋转轴线或纵向轴线倾斜45°的角度。相应地，图4a中所示的表面43和凸缘49之间的角度 45是135°。当柱40组装在壳体中时，凸缘49可以用作止动件。此外，肩部46通过头部分42形成，其可以用作线圈绕组的止动件。如结合图3所述，头部分42包括侧表面47和径向内表面48。

图5示出了包括六个结合图3所述的柱40的组件。所有柱40形成为相同的，使得每个头部分42均形成为圆的60°的区段，也就是说，60°的“扇形块”。应当理解，组件可以包括更少或更多的柱，诸如两个、三个、四个或五个，或者多于六个，其中角度取决于柱的数量，例如，均形成为90°的区段的四个柱，或者均形成为45°的区段的八个柱。如上所述，柱40的数量优选是偶数的，其中，例如，相对于磁场的控制，在直径上相对的柱 40可以形成一对，即每对柱可以作为一个单元来控制，以同时激活每一相应对中的柱。头部分42形成具有由倾斜表面43形成的锥形表面的锥体。这在图6中可以更清楚地看到。在图6中，杆部分41的直径减小的端部分 44安装在背板50中。

在图7中，示出了包括围绕柱40的线圈绕组47的相同的装置。线圈绕组47没有径向延伸超过头部分42，从而提供紧凑的外部尺寸。应当理解，优选地，由头部分42限定的最大截面区域用于线圈绕组47以优化可用空间的使用和尽量减小充当绝缘体并影响磁通的空气间隙。进一步地，柱40 的杆部分41的直径选择为以于优化线圈绕组47的绕组数。图8示出了将安装在柱装置上的壳体60。壳体60与柱装置的形状一致，并包括大致筒形部分62和锥形端部分61。锥形端部分61以与由柱的头部分的倾斜表面43 形成的锥形表面相同的角度逐渐变细，也就是说，相对于垂直于纵向轴线的平面，该角度优选为约30°至60°，优选为30°或45°。壳体60在与锥形端部分61相反的开口端63处由背板50封闭。锥形端部分61具有中心开口64，该中心开口64与由柱40形成的中心开口54和背板50中的中心开口53对齐。

在图9中以不同视图更详细地示出了背板50(图9a中的俯视图、图 9b中的沿着线A-A所截的截面视图，以及图9c中的沿着线B-B所截的截面视图)。背板50具有孔51，该孔51用于接收柱40的杆部分41的直径减小的端部分44。优选地，背板50中的孔51的数量对应于驱动单元4的柱40的数量。在所示的实施方式中，六个孔51围绕旋转轴线10以规则的 60°的距离设置，孔51中的每一个均与旋转轴线10的距离相同。在图9c 的截面图中，孔51示出为完全延伸穿过背板50。然而，孔51可以可替换地延伸进入背板50中仅达到一定深度，而不是完全穿过背板50。如上所述，形成用于接收支承销15的中心开口53。背板50由磁性材料制成以使磁通路径闭合，磁性材料优选为钴钢。背板50的直径可以为约5mm至7mm。此外，在背板50的周缘设置凹口52用于接收线56以将线圈绕组47连接到控制单元55，诸如由图9b中的虚线示例性地示出的背板50背面的印制电路板(PCB)。

参考图10，叶轮3的磁体32(参见图2)以俯视图(图10a)、截面图(图10b)和立体图(图10c)示出。在本实施方式中，设置有围绕旋转轴线10均匀布置的六个磁体32，其中各个磁场的取向交替。可以设置更少或更多的磁体，例如四个、八个、十个或十二个磁体。磁体32形成具有表面33的凹部35。凹部35的尺寸和形状与如图6中最佳示出的、由柱40 的头部分42的表面43形成的锥形表面相对应，其中将围绕驱动单元4的壳体60，特别是锥形端部分61(图8)考虑在内。应当理解，叶轮3和驱动单元4之间的距离可以不是恒定的，而是如上文所解释的，可以朝向旋转轴线10增加。本实施方式中的凹部35具有锥形形状，其相对于旋转轴线10或纵向轴线具有45°的角度34。取决于驱动单元4的形状，特别是由柱40的头部分42形成的端部表面的形状，诸如60°的其他角度也是可能的。此外，磁体32形成用于接收如图2所示的支承销15的中心开口36。中心开口36与驱动单元4的中心开口54对齐。如图10b所示，磁体32的磁通由轭37闭合。根据叶轮3的形状，轭37可以具有任何合适的形状，诸如如图2所示的锥形或如图10b所示的盘形。可选地，设置封装磁体32的封装件38，并且如果适用的话，封装件38封装磁体32和轭37，以保护磁体 32和轭37免受腐蚀。

图11中示出了驱动单元的另一个实施方式，其大致类似于前述实施方式。该装置包括六个柱40'，六个柱40'在其杆部分41'上具有各自的线圈绕组47。如在前述实施方式中那样，可以有更少或更多的柱40'。柱40'优选地如前述实施方式中那样附接到背板(未示出)。柱40均包括头部分42'，头部分42'具有与上述头部分42不同的形状。虽然角度可以与上述的角度相同，但是倾斜表面43'沿径向面向内而不是面向外。也就是说，头部分42' 形成大致锥形的凹部。可以理解的是，叶轮的磁体将相应地成形，即磁体将具有相应的锥形形状而不是如前述实施方式中的锥形凹部。如在前述实施方式中的，驱动单元具有中心开口54'。图11的实施方式中的柱40'由间隙57'分开，间隙57'防止柱40'之间的旁路或短路，而前面实施方式中的柱 40的头部分42示出为彼此紧邻或仅由小间隙分开。然而，应当理解，在所有实施方式中都应避免柱之间的短路。

参考图12，示出了血泵1的另一个实施方式，其类似于图1和图2的血泵1。与上述实施方式相比，图12的血泵1具有附加的径向流体动压支承。泵壳2或套筒的周向部分28设置成在叶轮3和周向部分28之间形成间隙27。除了血液流出口22之外，另一个血液流出口29允许血液流过间隙27并流出泵壳2。间隙27的尺寸被选择以形成径向流体动压支承。

图13a和图13b示例性地示出了叶轮的磁体32和相对于驱动单元4布置的磁体32。在本实施方式中，设置了四个磁体32，其分别由间隙66分开。可以形成为磁体32的表面33之间的通道的间隙66沿径向方向从中心开口36朝向磁体32的外周延伸。如下文将参照图15更详细地描述的，磁体32的尺寸的减小不会导致磁耦合效率的损耗。图13b示出了磁体32和驱动单元4的相对布置，其中在驱动单元4(即定子)和叶轮(即转子)的磁体32之间设置有间隙65。通道或间隙66改进了间隙65的清洗，因为它们对血液产生离心泵效应。

参考图14a和图14b，示例性地示出了转子，特别是磁体32，与定子，即驱动单元4之间的磁耦合的原理。在图14a中，磁体32没有或大致没有被间隙分开。示出了一些示例性的从北极N到南极S的磁场线。由于驱动单元4和磁体32之间的间隙65，因此最内层的磁场线不与驱动单元4相互作用。也就是说，这部分磁场对叶轮的驱动没有贡献。因此，如果在磁体32之间设置间隙66，则磁耦合的效率将不会损耗。在图14b中，与图14a 中相同量的磁场线到达驱动单元4。作为知道可以计算磁场线的取向的技术人员，间隙66的尺寸直接取决于间隙65的尺寸。

参考图15，示出了用于血泵的驱动装置的另一个实施方式。包括具有线圈绕组47的柱40的驱动单元4与上述大致相同。相同的附图标记表示相同的部件。如前述实施方式，驱动单元4包括背板50。然而，叶轮的设计是不同的。在图15中，仅示出了叶轮的磁体32和轭37。叶轮具有增大的直径，特别是比驱动单元4更大的直径，以及轴向延伸部39，使得延伸部39围绕驱动单元4周向延伸，特别是在柱40的头部分42的区域中周向延伸。这种装置允许改进磁耦合，如将在下文阐述的。

如由一些示例性的示意性磁场线所示的，延伸部39致使磁体32和驱动单元4之间的磁耦合不仅发生在倾斜表面43的区域中，而且发生在柱40 的头部分42的外侧表面的区域中。在该区域中，磁场线在血泵的转子和定子之间沿大致径向方向延伸，并且可以产生高扭矩以驱动叶轮。同样如图 15中所示，如所有其他实施方式，磁场线形成闭合回路，该闭合回路延伸穿过包括头部分42和杆部分41的柱40、穿过磁体32并穿过端板50或轭 37两者。

参考图13，在具有六个柱40a、40b、40c、40d、40e和40f的示例中示例性地示出了驱动单元的操作方式。为了产生旋转磁场，柱依次地被控制。这些柱被成对地控制以建立叶轮的平衡旋转，其中在直径上相对的柱 40a和40d、40b和40e以及40c和40f分别形成对。通过同时激活六个柱中的四个，可以增加磁密度。图13示出了三个步骤的顺序，其中标记了激活的柱。在第一步骤中，激活柱40a、40c、40d和40f，即，将电流提供给相应的线圈绕组以产生磁场。在第二步骤中，激活柱40a、40b、40d和40e，而在第三步骤中，激活柱40b、40c、40e和40f。重复该顺序以产生旋转磁场。

Claims (28)

1.一种用于经由皮肤插入到患者血管中的血管内血泵(1)，其中所述血泵是主要流动方向是轴向的混合型血泵或纯轴流式血泵，所述血泵包括：

-具有血液流入口(21)和血液流出口(22)的泵壳(2)，

-叶轮(3)，所述叶轮(3)布置在所述泵壳(2)中以围绕旋转轴线(10)可旋转，所述叶轮(3)具有叶片(31)，所述叶片(31)的尺寸和形状设计成用于将血液从所述血液流入口(21)输送到所述血液流出口(22)，以及

-用于使所述叶轮(3)旋转的驱动单元(4)，所述驱动单元(4)包括围绕所述旋转轴线(10)布置的多个柱(40)，其中所述柱(40)中的每个均包括杆部分(41)和头部分(42)，所述头部分(42)指向所述叶轮(3)，其中线圈绕组(47)围绕所述柱(40)中的每一个的所述杆部分(41)设置，所述线圈绕组(47)是依次可控制的以产生旋转磁场，其中所述叶轮(3)包括至少一个磁体(32)，所述至少一个磁体(32)布置成与所述旋转磁场相互作用以引起所述叶轮(3)的旋转，其中所述驱动单元(4)还包括背板(50)，所述背板(50)与所述柱(40)的所述杆部分(41)的与所述头部分(42)相反的端部(44)接合。

2.根据权利要求1所述的血泵，其中所述柱(40)中的至少一个的所述头部分(42)具有顶表面，所述顶表面是相对于垂直于所述旋转轴线(10)的平面倾斜一角度的倾斜表面(43)。

3.根据权利要求2所述的血泵，其中所述旋转轴线(10)与所述倾斜表面(43)沿径向方向的中心之间的距离小于或等于所述旋转轴线(10)与相应的所述柱(40)的所述杆部分(41)的截面区域沿径向方向的中心之间的距离。

4.根据权利要求2或3所述的血泵，其中所述头部分(42)中的至少一个沿着包括所述旋转轴线(10)的平面的截面大致为三角形。

5.根据权利要求2或3所述的血泵，其中所述头部分(42)的所述倾斜表面(43)形成锥形表面。

6.根据权利要求5所述的血泵，其中所述叶轮(3)的所述至少一个磁体(32)限定锥形的凹部(35)，所述凹部(35)的尺寸和形状与由所述柱(40)的所述头部分(42)形成的所述锥形表面相对应。

7.根据权利要求2或3所述的血泵，其中所述叶轮(3)的所述至少一个磁体(32)具有表面(33)，所述表面(33)面向所述柱(40)的所述头部分(42)并且倾斜一角度(34)，所述角度(34)与头部分(42)中的至少一个的所述倾斜表面(43)的角度相对应。

8.根据权利要求2或3所述的血泵，其中所述角度为0°至90°。

9.根据权利要求8所述的血泵，其中所述角度为30°至60°。

10.根据权利要求9所述的血泵，其中所述角度为45°。

11.根据权利要求8所述的血泵，其中所述倾斜表面(43)沿径向面向外。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的血泵，其中所述叶轮(3)包括至少两个所述磁体(32)。

13.根据权利要求12所述的血泵，其中所述叶轮(3)包括至少四个所述磁体(32)。

14.根据权利要求12所述的血泵，其中所述叶轮(3)包括六个所述磁体(32)。

15.根据权利要求12所述的血泵，其中所述叶轮(3)包括八个所述磁体(32)。

16.根据权利要求12所述的血泵，其中所述磁体(32)被径向延伸的间隙(66)分开。

17.根据权利要求1至3中任一项所述的血泵，其中所述驱动单元(4)包括至少两个所述柱(40)。

18.根据权利要求17所述的血泵，其中所述驱动单元(4)包括至少四个所述柱(40)。

19.根据权利要求17所述的血泵，其中所述驱动单元(4)包括六个所述柱(40)。

20.根据权利要求17所述的血泵，其中所述驱动单元(4)包括八个所述柱(40)。

21.根据权利要求1至3中任一项所述的血泵，其中所述头部分(42)中的每一个在垂直于所述旋转轴线(10)的平面中具有比相应的杆部分(41)更大的截面尺寸。

22.根据权利要求21所述的血泵，其中相应的线圈绕组(47)至少沿径向方向不延伸超过所述头部分(42)。

23.根据权利要求1至3中任一项所述的血泵，其中所述背板(50)包括多个孔(51)，所述多个孔(51)围绕所述旋转轴线(10)布置并接收所述杆部分(41)的所述端部(44)。

24.根据权利要求1至3中任一项所述的血泵，还包括围绕所述驱动单元(4)的壳体(60)。

25.根据权利要求1至3中任一项所述的血泵，其中所述驱动单元(4)具有沿着所述旋转轴线(10)延伸的中心开口(54)。

26.根据权利要求25所述的血泵，其中所述中心开口(54)适于接收细长销(15)，其中所述细长销(15)的轴向端表面形成所述叶轮(3)的支承表面。

27.根据权利要求1至3中任一项所述的血泵，其中所述驱动单元(4)设置在所述泵壳(2)内。

28.根据权利要求1至3中任一项所述的血泵，其中磁绝缘材料设置在相邻的所述柱(40)的头部分(42)之间。

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