CN113162353A - 一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，包括定子和转子铁芯。所述定子包括内定子和外定子，所述内定子与所述外定子通过螺纹连接。所述内定子上设置有内铁芯孔，所述外定子上设置有外铁芯孔，内外铁芯与所述铁芯孔采用间隙配合。所述内定子与所述外定子之间设置有所述转子铁芯，所述转子铁芯包括“L”型耦合铁环、磁力耦合磁铁和内环形磁铁，所述内环形磁铁与所述外定子上设置的外环形磁铁形成了同心的一对环形磁铁结构。所述磁力耦合磁铁、所述内环形磁铁与所述外环形磁铁周围均设置有端极片。本发明在设计上采用了高磁场利用率的紧凑结构，能够减小泵电机正常运作时产生的热量，实现低产热、低能耗，作为一种心室辅助泵拥有更加优良的血液相容性。

Description

一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机

技术领域

本发明属于磁悬浮电机技术领域，涉及一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机。

背景技术

心脏衰竭是心血管病领域未来最大的挑战，短中期磁悬浮心室辅助装置可用于危重急慢性心衰患者的血液循环支持，提供患者生存所需的血流量，维持动脉压。患者的全身血液供给由短中期心室辅助泵完成，患者的心脏在短中期辅助泵支持期间几乎静止，使得患者的心脏可以在辅助泵支持期间得以休息与恢复。在心脏手术结束后，使用短中期心室辅助泵，可以加速患者心脏恢复，强壮心脏。

目前国内没有成熟的厂家生产短中期磁悬浮左心室辅助泵，国外以Centrimag为短中期磁悬浮心室辅助泵的代表，存在泵血液相容性不足和泵电机发热量大等问题。

心室辅助泵在经过了数次技术革新后，其性能向着更加优良且稳定的方向发展，但是溶血和血栓等问题依旧存在。溶血以及血栓现象的发生主要由以下两个因素造成：第一，与血液在泵内所受到的剪切力大小以及暴露时间有关，红细胞长时间暴露在高剪切应力的环境下，随着细胞膜脆性的累积作用，会增加红细胞破碎引起溶血的风险；第二，与泵电机的发热量有关，泵电机发热量过大也会增加血栓形成的概率，从而引起溶血，而泵电机结构不紧凑或者是磁场分布不佳导致的低磁场利用率都会使得泵电机的发热量过大。

前者可以通过磁悬浮技术来改善，磁悬浮与机械或流体动力悬浮的不同之处在于采用了磁力，磁力本身是非接触的，消除了对于作为使泵叶轮悬浮的介质的流体的需求，使得间隙中的血液受到较小的剪切应力，这有助于改善血液相容性，磁悬浮的另一个优点是零件之间没有物理接触，这消除了悬浮系统的部件上的任何机械磨损。后者则可以通过设计高磁场利用率的紧凑泵电机结构来解决。

本发明的目的在于提供一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，可以在一定程度上解决现有的磁悬浮心室辅助泵电机存在的上述不足，例如：现有的磁悬浮心室辅助泵电机没有充分利用磁场，运作时有较大的磁损，电流过大产生了较大的热量，结构不够简单紧凑，因此功耗大、效率低，泵的血液相容性不足，容易造成溶血和血栓。为此，需要设计新的技术方案给予解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，以解决上述背景技术中提到的现有的磁悬浮心室辅助泵的磁场利用率不高，泵电机在运作时发热量较大，血液相容性较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，包括定子和转子铁芯，所述定子包括内定子和外定子，所述内定子上设置有按圆周方向均匀分布的6个内铁芯孔，所述外定子上设置有按圆周方向均匀分布的3个外铁芯孔，内外铁芯与所述铁芯孔之间采用间隙配合，所述内定子与所述外定子之间设置有所述转子铁芯，所述转子铁芯包括“L”型耦合铁环、磁力耦合磁铁和内环形磁铁，所述内环形磁铁与所述外定子上设置的外环形磁铁形成了同心的一对环形磁铁结构。

优选的，所述外定子与所述外铁芯形成的定位磁场作用于所述转子铁芯上的所述“L”型耦合铁环，所述内定子与所述内铁芯形成的旋转磁场作用于所述转子铁芯上的所述磁力耦合磁铁，定位磁场与旋转磁场独立作用，两个磁场之间没有相互影响。

优选的，所述磁力耦合磁铁、所述外环形磁铁与所述内环形磁铁周围均设置有所述端极片，能够有效地减少磁损，所述内定子、所述外定子、所述内铁芯、所述外铁芯、所述“L”型耦合铁环以及所述端极片均采用坡莫合金材料，该材料磁损低且磁导率高，能有效提升电机的性能。

优选的，所述外环形磁铁与所述内环形磁铁形成了同心的一对环形磁铁结构，通过被动磁悬浮实现所述转子铁芯的轴向定位，通过主动磁悬浮实现其径向定位是，在主动磁悬浮与被动磁悬浮的协同作用下保证所述转子铁芯的稳定悬浮和旋转。

优选的，所述内定子与所述外定子通过螺纹连接，通过阶梯轴的方式保证所述内铁芯与所述外铁芯中心等高。

本发明提供了一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，具备以下有益效果：

本发明通过缩短磁场作用的距离，即缩小所述内铁芯与所述磁力耦合磁铁之间的径向间隙以及所述外铁芯与所述“L”型耦合铁环之间的径向间隙，有效地增加磁场利用率。

本发明通过在所有永磁体周围放置端极片的方式来改善磁场分布，从而减小了磁损，使泵电机能够在同等的条件下实现更低的产热和更低的能耗。

本发明通过采取定位磁场与旋转磁场独立作用的方式，减小了两个磁场的相互影响，一定程度上增大了磁场的利用率。

附图说明

图1为本发明一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机的总体结构图；

图2为本发明一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机的内部结构等轴测图；

图3为本发明一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机的内定子主视图；

图4为本发明一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机的外定子等轴测120°剖面图；

图5为本发明一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机的同心环形磁铁结构的磁场仿真图；

图6为本发明一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机的同心环形磁铁结构上设置了端极片后的磁场仿真图；

图7为本发明一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机的旋转磁场仿真图；

图8为本发明一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机的定位磁场仿真图；

图9为本发明一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机的爆炸视图。

图中：定子1、转子铁芯2、内定子3、外定子4、螺纹5、内铁芯孔6、外铁芯孔7、内铁芯8、外铁芯9、“L”型耦合铁环10、磁力耦合磁铁11、内环形磁铁12、外环形磁铁13、端极片14。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本使用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

转子铁芯的悬浮通过主动磁悬浮与被动磁悬浮协同控制完成，实现其轴向和径向上的定位，轴向定位具体是通过外环形磁铁与内环形磁铁形成的同心的一对环形磁铁结构实现的；转子铁芯径向上的定位通过定位磁场作用于“L”型耦合铁环处控制实现。转子铁芯的旋转通过主动磁悬浮实现，旋转磁场对转子铁芯上的磁力耦合磁铁产生力的作用，使转子铁芯开始旋转。

一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，包括定子(1)和转子铁芯(2)，所述定子(1)包括内定子(3)和外定子(4)，所述内定子(3)与所述外定子(4)通过螺纹(5)连接；所述内定子(3)上设置有按圆周方向均匀分布的6个内铁芯孔(6)，所述外定子(4)上设置有按圆周方向均匀分布的3个外铁芯孔(7)，内外铁芯(8-9)分别与所述铁芯孔(6-7)采用间隙配合；所述内定子(3)与所述外定子(4)之间设置有所述转子铁芯(2)，所述转子铁芯(2)包括“L”型耦合铁环(10)、磁力耦合磁铁(11)和内环形磁铁(12)，所述内环形磁铁(12)与所述外定子(4)上设置的外环形磁铁(13)形成了同心的一对环形磁铁结构；所述磁力耦合磁铁(11)、所述内环形磁铁(12)与所述外环形磁铁(13)周围均设置有端极片(14)，所述端极片(14)可以通过对磁场方向的引导从而改善磁场分布；所述内铁芯(8)与所述磁力耦合磁铁(11)之间的径向间隙以及所述外铁芯(9)与所述“L”型耦合铁环(10)之间的径向间隙均很小；其特征在于：高磁场利用率的紧凑结构，低产热、低功耗，作为心室辅助泵具有优良的血液相容性。

如图1所示，一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，6个内铁芯(8)与内定子(3)上的内铁芯孔(6)采用间隙配合，3个外铁芯(9)与外定子(4)上的外铁芯孔(7)采用间隙配合。

如图2所示为泵电机的整体结构，可以看到该泵电机结构包括定子(1)和转子铁芯(2)，所述定子(1)包括内定子(3)和外定子(4)，所述内定子(3)与所述外定子(4)通过螺纹(5)连接；所述内定子(3)外设置有所述转子铁芯(2)，所述转子铁芯(2)包括“L”型耦合铁环(10)、磁力耦合磁铁(11)和内环形磁铁(12)；所述磁力耦合磁铁(11)上设置有端极片(14)；所述外定子(4)上设置有外环形磁铁(13)，与所述内环形磁铁(12)形成同心的一对环形磁铁结构，所述内环形磁铁(12)与所述外环形磁铁(13)周围均设置有所述端极片(14)，所述端极片(14)可以通过对磁场方向的引导从而改善磁场分布。

如图3所示为泵电机内定子(3)的结构，所述内定子(3)上设置有按圆周方向均匀分布的6个内铁芯孔(6)。

如图4所示为泵电机外定子(4)的结构，所述外定子(4)上设置有按圆周方向均匀分布的3个外铁芯孔(7)。

如图5所示为同心环形磁铁结构在未设置端极片时的磁路，磁场在空间上的分布较为分散，外围磁场损耗较大。

如图6所示为同心环形磁铁结构周围设置了端极片时的磁路，磁场分布相比图5来看在一定程度上得到了改善，磁场方向有更加趋于磁铁结构的趋势，减少了磁场在空间上的损耗。

如图7所示为内旋转磁场的磁路分布情况，该磁场可以实现转子铁芯(2)的旋转，相对的2个内铁芯(8)为一组，共分为3组，3组所述内铁芯(8)按照顺时针方向依次得电形成旋转磁场，该磁场对所述转子铁芯(2)上的磁力耦合磁铁(11)产生力的作用，转矩作用于所述转子铁芯(2)使其开始旋转。

如图8所示为外定位磁场的磁路分布情况，该磁场与图6所示的同心环形磁铁磁场共同作用保证转子铁芯(2)的悬浮，实现所述转子铁芯(2)在轴向和径向上的定位；所述转子铁芯(2)的轴向定位通过被动磁悬浮实现，具体是通过外环形磁铁(13)与内环形磁铁(12)形成的同心的一对环形磁铁结构实现的，当所述转子铁芯(2)发生轴向上的偏移时即所述内环形磁铁(12)与所述外环形磁铁(13)中心不等高时，同心环形磁铁磁场会产生相应的磁力作用于所述转子铁芯(2)，使其回到稳定的状态，实现其轴向的定位；而当所述转子铁芯(2)发生径向上的偏移时，使外铁芯(9)得电可以形成外定位磁场，磁场力作用于所述转子铁芯(2)上的“L”型耦合铁环(10)，使所述转子铁芯(2)回到稳定状态，实现径向定位。

所述内定子(3)、所述外定子(4)、所述内铁芯(8)、所述外铁芯(9)、所述“L”型耦合铁环(10)以及所述端极片(14)均采用坡莫合金材料，该材料磁损低且磁导率高，能有效提升电机的性能。

需要说明的是，一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，所述内铁芯(8)与所述磁力耦合磁铁(11)之间的径向间隙以及所述外铁芯(9)与所述“L”型耦合铁环(10)之间的径向间隙均很小，仅有1.5毫米，所述磁力耦合磁铁(11)、所述外环形磁铁(13)与所述内环形磁铁(12)周围均设置有所述端极片(14)，这种高磁场利用率的紧凑结构有效地减小了产热，真正实现了低产热低功耗，使该血泵的血液相容性更佳，泵电机效率更高，更具优越性。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管已经参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员而言，其依然可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，包括定子(1)和转子铁芯(2)，所述定子(1)包括内定子(3)和外定子(4)，所述内定子(3)与所述外定子(4)通过螺纹(5)连接；所述内定子(3)上设置有按圆周方向均匀分布的6个内铁芯孔(6)，所述外定子(4)上设置有按圆周方向均匀分布的3个外铁芯孔(7)，内外铁芯(8-9)分别与所述铁芯孔(6-7)采用间隙配合；所述内定子(3)与所述外定子(4)之间设置有所述转子铁芯(2)，所述转子铁芯(2)包括“L”型耦合铁环(10)、磁力耦合磁铁(11)和内环形磁铁(12)，所述内环形磁铁(12)与所述外定子(4)上设置的外环形磁铁(13)形成了同心的一对环形磁铁结构；所述磁力耦合磁铁(11)、所述内环形磁铁(12)与所述外环形磁铁(13)周围均设置有端极片(14)，所述端极片(14)可以通过对磁场方向的引导从而改善磁场分布；所述内铁芯(8)与所述磁力耦合磁铁(11)之间的径向间隙以及所述外铁芯(9)与所述“L”型耦合铁环(10)之间的径向间隙均很小；其特征在于：高磁场利用率的紧凑结构，低产热、低功耗，作为心室辅助泵具有优良的血液相容性。

2.根据权利要求1所述的一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，其特征在于：所述内定子(3)与所述内铁芯(8)形成的旋转磁场使所述转子铁芯(2)开始旋转，所述外定子(4)与所述外铁芯(9)形成的定位磁场实现所述转子铁芯(2)的径向定位，所述转子铁芯(2)的稳定悬浮旋转通过定位磁场与旋转磁场的独立作用来保证。

3.根据权利要求1所述的一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，其特征在于：所述内铁芯(8)与所述磁力耦合磁铁(11)之间的径向间隙以及所述外铁芯(9)与所述“L”型耦合铁环(10)之间的径向间隙均很小，所述磁力耦合磁铁(11)、所述内环形磁铁(12)与所述外环形磁铁(13)周围均设置有所述端极片(14)，能够有效地减少磁损，电机的整个结构采用同轴的方式，其紧凑的结构有效提高了磁场的利用率，大大减小了电机发热过多带来的消极影响，使其拥有更加优良的血液相容性。

4.根据权利要求1所述的一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，其特征在于：所述转子铁芯(2)的轴向定位是通过被动磁悬浮实现的，其径向定位是通过主动磁悬浮实现的，在主动磁悬浮与被动磁悬浮的协同作用下保证所述转子铁芯(2)的稳定悬浮和旋转。

5.根据权利要求1所述的一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，其特征在于：所述内定子(3)与所述外定子(4)通过螺纹(5)连接，通过阶梯轴的方式保证所述内铁芯(8)与所述外铁芯(9)的安装位置中心等高。

6.根据权利要求1所述的一种高磁场利用率的磁悬浮心室辅助泵电机，其特征在于：所述内定子(3)上的6个所述内铁芯孔(6)是按圆周方向均匀分布的，所述外定子(4)上的3个所述外铁芯孔(7)也是按圆周方向均匀分布的。

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