CN114206429A - 具有多层无芯线圈的血管内血液泵 - Google Patents

Abstract

提供一种用于插入患者的心脏中的血管内血液泵。该血液泵包括包含在壳体内的无槽式永磁马达，该马达具有p个磁极对和n个相，其中p是大于零的整数，并且n是≥3的整数。马达包括定子，该定子沿壳体的纵轴线延伸，并且具有2np个缠绕线圈，以形成每磁极对每相两个线圈。定子包括内绕组和外绕组，每个绕组包括电连接的np个线圈，使得流过线圈的电流沿相同方向，外绕组的线圈被布置在内绕组的线圈的外表面上。

Description

具有多层无芯线圈的血管内血液泵

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年6月28日提交的美国临时申请号62/868530的权益，该申请通过引用并入本文。

技术领域

本技术涉及具有永磁马达和具有线圈的定子的血管内血液泵系统。

背景技术

血管内血液泵(诸如位于美国马萨诸塞州丹弗斯市的阿比奥梅德公司生产的

泵)正迅速成为当前的心室辅助装置的标准。目前，

泵的范围包括

泵、

泵、Impella

泵和Impella

泵。这些泵通过单个入路点(例如桡骨入路、股骨入路、腋窝入路)经皮地插入患者体内，使得泵头部就可以经由小直径(6-7Fr)导管置入患者的心脏的左心室。泵头部包括电动马达，该马达包括定子，该定子被配置为与转子磁性相互作用以使转子旋转，从而导致一定体积的血液流通过转子，从而通过患者的心脏。

目前，

泵能够以在每分钟约1.0升(lpm)至每分钟约6.0升之间的流速输送血液。然而，随着越来越多的外科手术程序增加使用

对增加超过这些水平的产生的血液流速的需求提出更高要求。这本质上意味着电动马达需要更高的转子速度。然而，由于涉及较小的几何尺寸，因此提高转子速度可能会产生某些影响，可能影响此类小型泵的操作。例如，提高转子速度可能涉及增加电动马达内的热量(焦耳热)产生。随着装置经皮地被插入心脏，任何这种热量产生的增加都可能造成灾难性后果。另一个考虑因素是放置在装置上的电阻负载，其中对电动马达进行任何修改以实现更高的流速都可能造成更高的电阻损耗。

已使用各种技术来增加马达的转矩常数和/或效率，包括增加绕组匝数和马达内的线圈装载密度。然而，这种拓扑结构受到放置在马达上的约束的限制，诸如马达的尺寸(例如直径和/或长度)。这导致了后处理方法的实施，例如机械挤压线圈，以符合马达尺寸的约束，但是这些方法已损害了马达的可靠性，例如损坏形成线圈的导线的绝缘，导致短路。

鉴于上文所述的现有技术的缺点，明显需要在保持或提高马达效率的同时，增加由电动马达产生的流速。

发明内容

如上所述，本文公开的装置用于解决现有技术的各种问题和缺点。更具体地，本文公开的血管内血液泵用于插入患者的心脏中。该血液泵包括细长壳体，该细长壳体具有连接到导管的近端和耦接到泵的远端，该壳体具有纵轴线。该血液泵还包括包含在壳体内的无槽式永磁马达，该马达具有p个磁极对和n个相，其中p是大于零的整数，并且n是≥3的整数。马达包括定子，该定子沿壳体的纵轴线延伸，并且具有2np个线圈，该线圈经缠绕以形成每永磁极对每相两个线圈。定子包括含有np个线圈的内绕组，其中每相的一个线圈以每极对的相序列顺序被布置相邻于不同相的线圈，对于所有极对，围绕定子圆周重复该布置，使得内绕组的每个线圈围绕定子的横截面跨360/(np)机械角度，内绕组具有外表面。定子还包括外绕组，外绕组还包括布置在内绕组的外表面上的np个线圈，外绕组中的每相的线圈与具有每极对同相的内绕组中的线圈圆周对齐，使得外绕组的每个线圈也绕定子的横截面跨360/(np)机械角度。在定子中，每极对同相的线圈被连接，使得流过线圈的电流方向相同。本文所述的线圈绕组由磁线形成。本领域技术人员熟知磁线，本文不详细描述。此外，马达包括磁体，该磁体在与定子磁性相互作用时被支撑旋转，从而促进血液流通过泵。

在另一个实施例中，提供一种具有p个磁极对和n个相的无槽式永磁电动马达，其中p是大于零的整数，并且n是≥3的整数，马达具有纵轴线。该马达包括定子，该定子沿壳体的纵轴线延伸，并且具有2np个线圈，该线圈经缠绕以形成每永磁极对每相两个线圈。定子包括含有np个线圈的内绕组，其中每相的一个线圈以每极对的相序列顺序被布置相邻于不同相的线圈，对于所有极对，围绕定子圆周重复布置，使得内绕组的每个线圈围绕定子横截面跨360/(np)机械角度，内绕组具有外表面。定子还包括外绕组，该外绕组还包括布置在内绕组的外表面上的np个线圈，外绕组中的每相的线圈与具有每极对同相的内绕组中的线圈圆周对齐，使得外绕组的每个线圈也绕定子的横截面跨360/(np)机械角度。在定子中，每极对同相的线圈连接，使得流过线圈的电流方向相同。此外，马达包括磁体，该磁体被支撑用于在与定子磁性相互作用时旋转，从而促进转子的旋转。

在一些实施方式中，外绕组包括至少与内绕组相同数量的绕组匝数。在某些实施方式中，每个线圈包括两层磁线，每层磁线沿定子的长度纵向延伸。在一些实施方式中，每个线圈中的磁线沿线圈的跨度以序列顺序彼此相邻布置。在进一步的实施方式中，线圈的内绕组建立均匀的基础结构，线圈的外绕组被覆盖在该基础结构上。在其他实施方式中，一个相的线圈以星形或三角形配置被连接到其他相的线圈。在一些实施方式中，每相的线圈串联或并联连接。

在某些实施方式中，2np个线圈包括螺旋绕组、菱形绕组、常规绕组和混合绕组中的任何一种。在进一步实施方式中，马达包括三相单极对机。在其他实施方式中，马达包括六线圈双极机，每个线圈围绕定子的横截面跨120机械角度。在一些实施方式中，转子以约1.0lpm到约6.0lpm之间的速率泵送血液。在其他实施方式中，泵可插入患者心脏的右心室中。在进一步实施方式中，泵可插入患者心脏的左心室中。

在内绕组中包括np个线圈和外绕组中包括np个线圈的双绕组中，2np个线圈经缠绕以形成每磁极对每相两个线圈的配置，使得更多导线在电动马达内的可用空间内使用，从而提供马达空间设计的更好利用。与使用单绕组定子的马达相比，这提高了马达的效率。

在进一步的实施例中，提供一种形成用于无槽式永磁马达的定子的方法，该马达具有p个磁极对和n个相，其中p是大于零的整数，并且n是≥3的整数，该定子纵向延伸并包括2np个线圈，该线圈经缠绕以形成每永磁极对每相两个线圈。该方法包括形成包含np个线圈的内绕组，其中每相的一个线圈以每极对的相序列顺序布置相邻于不同相的线圈，对于所有极对，围绕定子圆周重复该布置，使得内绕组的每个线圈围绕定子的横截面跨360/(np)机械角度，内绕组具有外表面。然后，该方法包括形成外绕组，该外绕组还包括布置在内绕组的外表面上的np个线圈，外绕组中的每相的线圈与具有每极对同相的内绕组的线圈圆周对齐使得外绕组的每个线圈也绕定子横截面跨360/(np)机械角度。接下来，该方法包括电连接每极对同相的线圈，使得流过线圈的电流在相同的方向上。

在一些实施方式中，该方法进一步包括形成外绕组，使得外绕组包括至少与内绕组相同数量的绕组匝数。在某些实施方式中，该方法还包括形成线圈，使得每个线圈包括两层磁线，每层磁线沿着定子的长度纵向延伸。在其他实施方式中，每个线圈中的磁线沿对应的线圈的跨度以序列顺序彼此相邻布置。这为定子线圈中的磁线提供了精确顺序且紧凑的布置，从而使线圈厚度最小，而无需机械挤压即可装配入电动马达的磁轭中。定子是线圈和磁轭的组合。定子厚度是线圈厚度和磁轭厚度的共同的厚度。本文所述的线圈厚度不包括磁轭厚度。因为对形成绕组的导线周围的绝缘完整性没有风险，所以线圈的精确排序且紧凑布置增强双绕组定子的可靠性。该最小线圈厚度还使得在电动马达中使用更大的转子磁体和/或更厚的磁钢轭，从而使马达比采用定子的马达(其中随机缠绕多层磁线)实现更高的效率。

在一些实施方式中，该方法包括以星形或三角形配置将一个相的线圈与其他相的线圈连接。在某些实施方式中，该方法包括串联或并联连接每相的线圈。在其他实施方式中，该方法包括使用从螺旋、菱形、传统和混合中的任意一种选择的线圈绕组模式来形成2np个线圈。在一些实施方式中，定子适用于在具有三相和单极对的马达中使用。在某些实施方式中，定子适用于在六线圈单极对马达中使用，每个线圈围绕定子的横截面跨120机械角度。

附图说明

前述和其他目的及优点在结合附图考虑下列具体实施方式时将显而易见，其中相同附图标记在附图中始终指代相同部件，并且其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的血管内血液泵的说明性横截面；

图2A-图2D示出了线圈中个别匝的说明性绕组模式，如本领域所已知的，其可用于图1的血液泵；

图2E-图2H示出了由具有图2A-图2D中所示个别匝的线圈形成的说明性完整线圈绕组模式；

图3示出了用于图1的血液泵的三相单绕组定子的说明性横截面，每相由单个螺旋线圈实施；

图4示出了用于图1的血液泵的根据本公开的一个实施例的三相双绕组定子的说明性横截面，每相由双螺旋线圈实施；

图5示出了根据本公开的一个实施例的在图1的血液泵中使用的图4的定子的说明性横截面；

图6A示出了图示图3的单绕组定子中的引线连接的说明性电路图；

图6B示出了根据本公开的一个实施例的图示图4的双绕组定子中的引线连接的说明性电路图，其中同相的线圈串联连接；

图6C示出了根据本公开的一个实施例的图示图4的双绕组定子中的引线连接的说明性电路图，其中同相的线圈并联连接；

图7示出了根据本公开的一个实施例的使用双绕组定子的图1的血液泵的说明性横截面，该双绕组定子用于具有三相和两极对的电动马达；

图8示出了根据本公开的一个实施例的使用双绕组定子的图1的血液泵的说明性横截面，该双绕组定子用于具有五相和单极对的电动马达；

图9A示出了说明性随机缠绕多层定子，该定子具有其形成中使用的线绕组序列；

图9B示出了根据本公开的一个实施例的图4的说明性双绕组定子，该定子具有在其形成中使用的线绕组序列；

图10A示出了使用图9A的线绕组序列形成的随机缠绕多层定子的图像；

图10B示出了根据本公开的一个实施例的使用图9B的线绕组序列形成的双绕组定子的图像；以及

图11示出了根据本公开的一个实施例的形成图4和图9B的双绕组定子的方法的说明性流程图。

具体实施方式

参考附图详细描述本公开的实施例，其中相同的附图标记标识相似或相同的元件。应当理解，所公开的实施例仅仅是可以以各种形式体现本公开的示例。为避免不必要的细节造成本公开模糊，未详细描述众所周知的功能或构造。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅应被解释为权利要求的基础，以及教导本领域技术人员在几乎任何适当的详细结构中以各种方式使用本公开的代表性基础。

为了提供本文所描述的装置的总体理解，将描述某些说明性实施例。尽管本文所述的实施例和特征被具体描述为与血管内血液泵结合使用，但应理解，下文概述的所有部件和其他特征可以任何合适的方式相互组合，并可适用及应用于需要高效电动马达的其他类型的程序。

本文描述的装置和方法涉及一种用于插入患者的心脏中的血管内血液泵。血液泵包括细长壳体，该细长壳体具有连接到导管的近端和耦接到泵的远端，壳体具有纵轴线。该血液泵还包括包含在壳体内的无槽式永磁马达，该马达具有p个磁极对和n个相，其中p是大于零的整数，并且n是≥3的整数。马达包括定子，该定子沿壳体的纵轴线延伸，并且具有2np个线圈，该线圈经缠绕以形成每永磁极对每相两个线圈。定子包括含有np个线圈的内绕组，其中每相的一个线圈以每极对的相序列顺序被布置相邻于不同相的线圈，对于所有极对，围绕定子圆周重复该布置，使得内绕组的每个线圈围绕定子横截面跨360/(np)机械角度，内绕组具有外表面。定子还包括外绕组，外绕组还包括布置在内绕组的外表面上的np个线圈，外绕组中的每相的线圈与具有每极对同相的内绕组的线圈圆周对齐使得外绕组的每个线圈也围绕定子横截面跨360/(np)机械角度。在定子中，每极对同相的线圈可以串联或并联连接，使得流过线圈的电流方向相同。此外，马达包括磁体，该磁体在与定子磁相互作用时被支撑旋转，从而促进血液流过泵。

本公开的血管内血液泵采用具有独特定子的电动马达。这种定子包括双绕组(或四层)线圈，从而导致提高了马达设计空间的利用率。与包含单绕组(或两层)线圈的定子相比，这有助于马达使用铜线的增益，从而显著增加马达的转矩能力。定子还使马达实现更高的马达常数和更高的马达效率。应注意，由于马达的固定几何结构，当实施双绕组定子而不是单绕组定子时，由于较厚的定子线圈，因此需要使用较小的磁体和/或较薄的磁轭。因此，增加双绕组定子中磁线的数量会使用于转子的磁体更小和/或磁轭厚度减小。这导致较低的磁通密度。然而，更多的磁线的效果大大弥补了较小的转子磁体和较薄的磁轭所导致的磁通密度降低。在一些实施方式中，为了保持与单绕组定子相当的线圈电阻，可在双绕组定子中使用较粗的磁线。这种双绕组定子包括以上述配置连接的每磁极对每相两个线圈。与采用具有每磁极对每相一个线圈的单绕组定子的血液泵相比，其提供增加约20％至约50％的马达转矩常数。在某些实施方式中，马达转矩常数可增加约25％、约30％、约35％、约40％或约45％。

此外，增加电动马达的定子中磁线数量的传统尝试已导致非均匀多层定子。导线在这种定子中的不规则布置导致随机缠绕的定子尺寸过大，特别是厚度过大。这种随机缠绕的定子通常需要机械挤压，通过减小线圈直径和/或增大线圈内径来减小线圈厚度，然后才能将其用于电动马达。相反，根据本公开实施例的双绕组定子在定子的每个线圈中提供了磁线的序列布置，从而导致定子具有更紧凑的线圈。由于与随机缠绕的多层定子相比，线圈相对较薄，因此双绕组定子在使用前不需要或最小程度的机械挤压，从而保持导线绝缘的完整性，以提高电动马达的可靠性。

以下包括使用以下术语对定子的说明。定子包括电连接在一起的至少一个绕组，例如内绕组和外绕组。每个绕组围绕定子横截面跨360°。此外，每个绕组包括用于三相电动马达的多个线圈，例如线圈A、B和C，在该定子的整个360°跨度周围圆周地均匀布置。例如，线圈A、B和C的每一个可绕该定子的横截面跨120°。每个线圈包括多个匝N。例如，每个线圈可以包括65个绕组匝。N匝中的每一匝包括具有从绕组的近端到远端纵向延伸的前向部分和从远端延伸到近端的返回部分的磁线。当由线圈A、B和C组成的每个绕组(内绕组或外绕组)完成时，其形成两层线圈。因此，总的来说，双绕组定子形成四层线圈。

图1图示了根据本公开实施例的用于插入患者的心脏中的示例性血管内血液泵100。血液泵100包括沿纵轴线105布置的马达单元110和泵单元120。马达单元110包括电动马达，电动马达包括定子140和包含在壳体112内的转子150。定子140沿着马达单元110的长度从近端142延伸到远端143，并包括以特定模式缠绕的导线144，其细节将在下文中提供。定子140限定转子150定位在其中的中心腔145。定子140是无槽式的，使得导线144缠绕在其自身上，而不是缠绕在层压定子芯上。馈线146、147提供从泵100到定子140的外部必要电连接，以操作马达单元110。每根导线144可具有绝缘涂层(未示出)，并且任选地，定子140可由合成环氧树脂(也未示出)模制。

在图1中，定子140和壳体112被描绘为单独的部件，然而将理解，定子140可以封装在壳体112内以形成单个部件。壳体112包括近端114和远端116。壳体112的近端114耦接到导管130的远端134，导管130可包括柔性管。导管130包括内腔132，内腔132朝向医生延伸(即近端)，用于控制和操作血液泵100。

转子150包括永磁体152，该永磁体绕定子140的内腔145内的轴153旋转支撑。磁体152可包括圆柱形永磁体152，其环绕马达单元110内的轴153。轴153从马达单元110延伸到泵单元120，并促进叶轮160的旋转以泵送血液。在某些实施方式中，转子150可包括附接到轴153的若干永磁体，或具有其自身转子绕组的电磁磁体。此外，尽管图1图示了转子150可在定子140内旋转，但电动马达110可被配置为使得定子140围绕轴153保持静止，并且转子150被配置为围绕定子140旋转的圆柱体。轴153沿着马达单元110的长度延伸，并延伸到泵单元120的圆柱形壳体122中。在一些实施方式中，轴153可以是中空的，并且包括例如用于导丝通过的内腔154。

轴153的远端耦接至位于泵壳体122内的叶轮160。马达单元110的定子140和转子150之间的相互作用在转子150中产生转矩，导致轴153旋转，进而导致叶轮160在圆柱形泵壳体122中旋转。当发生这种情况时，血液经由轴向吸入口124吸入泵中，用于轴向方向上输送，血液从开口126横向流出并沿壳体112轴向流动。以这种方式，泵100在患者心脏内产生血液流动。

电动马达还包括包含在壳体112内的磁轭113。磁轭113承载由转子150的永磁极产生的磁通量。在某些情况下，壳体112可用作磁轭113。由于磁轭113是电动马达的最外层部件，其内径限制定子140的尺寸。

图2A-图2D图示了根据本公开的一个实施例的示例性绕组模式210-213。在图2A-图2D中示出了不同绕组模式的个别绕组匝结构，例如图1中的导线142，但是应理解，完整的定子(例如图1中的定子140)将通过绕马达单元的纵轴线(例如图1中的纵轴线105)的多个导线匝的轴向和角度布置获得。图2E-图2H分别图示了图2A-图2D中每种线圈绕组类型的完整定子的线圈绕组模式。图2E-图2H中每个图的水平轴线表示沿对应定子的圆周的角位置，竖直轴线表示对应定子从定子远端移动到近端的纵向长度。

图2A-图2D图示了电机中采用的线圈中的个别匝的示例性绕组模式。图2A-图2D中的绕组模式可用于形成图1中的马达单元110的定子140。图2A示出了个别线圈绕组模式210，其中线圈中的每根导线214从近端221沿线圈长度延伸到远端225。在远端225处，导线214沿着定子的外周长跨180机械角度并返回到近端221。由于导线214的终点均在近端221处结束，因此线圈绕组模式210可能面临端部匝堆叠问题，其中线圈绕组210的近端221处的多条引线中的每一条必须电连接到一个或多个定子馈线，进而可能导致拥挤和连接问题。图2E中示出了由具有图2A所图示的匝的线圈形成的完整线圈绕组模式。图2B示出了个别菱形线圈绕组模式211，其中每条导线215以弯曲配置布置。与图2A中的线圈绕组模式210不同，菱形线圈绕组模式包括一根连续导线，该连续导线绕了若干次，每个完整的匝成角度移动以形成如图2F所示的完整的线圈绕组模式。在定子中采用菱形线圈绕组模式的弯曲配置时，可能需要对每个个别相的线圈进行后组装。

图2C示出了个别螺旋线圈绕组模式212，其中每条导线216以椭圆形配置布置。螺旋线圈绕组模式212类似于图2B中的菱形线圈绕组模式211，但没有弯曲，这简化了线圈绕组过程。螺旋线圈绕组是一种单步绕组，无需任何后组装步骤即可容易形成。图2G中示出了具有图2C中所图示的螺旋线圈绕组模式的完整线圈绕组模式。图2D示出了个别混合线圈绕组模式213，其包括如图2A所示的线圈绕组和如图2B所示的菱形线圈绕组的混合的线圈绕组。这种混合线圈绕组允许通过调整线圈的水平与垂直纵横比来实现最佳转矩与电阻比。图2H中示出了包括图2D中所示的混合线圈绕组模式的完整线圈绕组。

以下公开在对应定子中使用图2C的个别螺旋线圈绕组模式和图2G的相关完整线圈绕组模式。然而，应当理解，本公开中的定子可以采用如关于图2A-图2D所述的任何绕组模式。此外，在本公开的一些实施方式中，可以使用任何其他绕组模式。

图3和图4图示了在电动马达中使用的示例性定子的横截面，例如图1中的马达单元110的定子140。图3和图4中所图示的定子的横截面绕图1中所示的线X-X'截取。图3示出了定子300，该定子300包括每个磁极对每相一个线圈，用于具有一个极对的三相电动马达。通过这种布置，定子300是单绕组定子(或两层线圈定子)。在本公开中，电动马达的三相称为相A、B和C。在单绕组定子300中，每相包括一个线圈-相A的线圈310(标记为“A”)、相B的线圈311(标记为“B”)以及相C的线圈312(标记为“C”)。线圈310-312中的每一个包括具有多个N匝的绕组，其中N为整数，且N>1，其中每个线圈具有相同的匝数。绕组由以特定方式缠绕的导线形成，诸如有关图2A-图2D所描述的方式，从而使每个线圈具有起点和终点(如图3中的引线320-325所示)。在一些实施方式中，绕组由绝缘磁线形成。本公开的实施例将描述具有螺旋线圈的定子，如图2C和图2G所示，但应理解，可采用任何绕组类型。

如图3所示，线圈310-312的角度分布使得它们绕定子300均匀分布，其中每个线圈围绕定子300的横截面圆周跨120机械角度。对于具有n个相和p个磁极对的普通电动马达，当定子300用于具有每磁极对一个线圈的三相电动马达时，具有每磁极对每相一个线圈的单绕组定子的每个线圈将围绕定子的横截面的圆周跨360/(np)机械角度。至于绕单绕组定子300的纵轴线的线圈的轴向分布，线圈310-312的绕组被配置成使得它们各自从定子300的近端(例如图1中的定子140的近端142)朝向远端(例如图1中定子140的远端143)纵向延伸并返回近端被缠绕。以此方式，定子300的线圈310-312中的每一个有效地包括单个绕组。在图3所示的配置中，线圈310-312中的每一个的引线位于定子300的近端，用于与到电动马达的馈线(例如，如图1所示的馈线146、147)连接。

应注意，由于形成单绕组定子的方式，每个线圈310-312的引线320-325位于对应的线圈的跨度的任一端。例如，线圈A是通过从第一端320沿着定子的圆周沿第一方向(例如逆时针方向)绕线圈的120°跨度缠绕导线直到磁线形成第二端321的线圈跨度的末端为止而形成。此外，在单绕组定子300中，线圈A在线圈B和C形成之前整体形成。

图4示出了根据本公开的一个实施例的包括用于具有一个磁极对的三相电动马达的每磁极对每相两个线圈的定子400。在这种布置下，定子400是双绕组定子(或四层线圈定子)，并且当使用如图2C所描绘的个别螺旋线圈绕组模式实施时，定子400是类似于图2G所示的完整绕组的双螺旋绕组定子。在定子400中，三相电动马达的每相A、B和C包括两个线圈。因此，相A包括线圈410(标记为“A1”)和线圈411(标记为“A2”)，相B包括线圈412(标记为“B1”)和线圈413(标记为“B2”)，以及相C包括线圈414(标记为“C1”)和线圈415(标记为“C2”)。此外，如图4所示，定子400具有包括线圈A1、B1和C1的内绕组和包括线圈A2、B2和C2的外绕组。

参考图3中的单绕组定子300，本公开的双绕组定子400是较厚的线圈，其内径可能小于单绕组定子300的内径和/或外径可能大于单绕组定子300的外径。在某些实施方式中，与用于单绕组定子300的导线相比，在双绕组定子400中使用更厚的磁线，以便保持可比较的线圈电阻。因此，如果单绕组定子300的每个线圈310-312包括具有N匝的绕组，其中N是整数，且N≥1，则双绕组定子400中每个相A、B和C的线圈包括具有约1.5N匝到约2N匝的绕组，其中内绕组中的每个线圈A1、B1和C1具有相同的匝数，且外绕组中的每个线圈A2、B2和C2具有相同的匝数。然而，由于双绕组定子400的直径增大，应注意，外绕组中的每个线圈A2、B2和C2的匝数都大于内绕组中的每个线圈A1、B1和C1的匝数。应注意，双绕组定子400采用较厚的磁线来实施以降低线圈电阻，从而导致双绕组定子具有约1.5N匝到约2N匝。如上所述，线圈410-415各自由具有起点和终点的螺旋绕组形成(如图4中的引线420-431所示)。

线圈410-415的角度分布使得它们绕定子400均匀分布，其中每个线圈围绕定子400的横截面的圆周跨120机械角度。对于具有n个相和p个磁极对的普通电动马达，当定子400用于具有每磁极对每相两个线圈的三相电动马达时，定子400包括内绕组和外绕组。内绕组包括np个线圈，其中每相的一个线圈以每极对的相序列顺序被布置相邻于不同相的线圈，对于所有极对，围绕定子的圆周重复该布置，使得内绕组的每个线圈围绕定子的横截面跨360/(np)机械角度。内绕组提供外绕组的线圈形成在其上的外表面。外绕组还包括np个线圈，布置在内绕组的外表面上，来自外绕组中的每相的线圈与来自具有每极对同相的内绕组的线圈圆周对齐，使得外绕组的每个线圈也围绕定子的横截面跨360/(np)机械角度。

双绕组定子400中的个别线圈A1、B1和C1的绕组模式与单绕组定子300中的个别线圈A、B和C的绕组模式相同。然而，在双绕组定子400中，在形成内绕组之后，形成外绕组的线圈411、413、415的绕组的每一个缠绕在形成内绕组的线圈410、412、414的外表面上，从定子400的近端开始并朝向远端纵向延伸，然后回到近端为止。以这种方式，内绕组和外绕组的每一个有效地包括两层导线，因此称为四层线圈定子。线圈410-415中的每一个的引线位于定子400的近端，用于与到电动马达的馈线(诸如如图1所示的馈线146、147)连接。

应注意，由于形成双绕组定子400的方式，使得分别用于内绕组的线圈410、412、414的引线420-421、424-425和428-429，以及分别用于外绕组的线圈411、413、415的引线422-423、426-427和430-431位于对应的线圈跨度的任一端。例如，线圈A1是通过从第一端420沿着定子的圆周沿第一方向(例如逆时针方向)绕线圈的120°跨度，直到磁线形成第二端421的线圈的跨度的末端为止而形成。在形成线圈A1之后，然后形成包括剩余内绕组(即线圈B1和C1)的线圈。只有当内绕组完全成形后，才开始形成包括外绕组的线圈。因此，在形成线圈A1、B1和C1之后，形成线圈A2、B2和C2。线圈A2是通过从第一端422沿定子的圆周沿第一方向(例如逆时针方向)绕着线圈的120°跨度，直到磁线形成第二端423的线圈的跨度的末端为止而形成。在形成线圈A2后，然后形成包括其余外绕组的线圈。本公开的绕组序列导致绕组中的导线精确排序以实现尽可能紧凑的四层线圈定子。如以下有关图9A-9B的部分中详细说明，这将保持形成对应的线圈的导线的完整性。

应注意，双绕组定子400的厚度至少是单绕组定子300的厚度的两倍。这意味着双绕组定子400的内径可能小于单绕组定子300的内径和/或外径可能大于单绕组定子300的外径。当双绕组定子400用于电动马达时，由于电动马达内的固定尺寸，需要更小的磁体和/或更薄的磁轭。较小的磁体和/或较薄的磁轭都会降低磁通密度，从而影响电动马达转矩常数和马达效率。然而，与单绕组定子300相比，双绕组定子400内的线圈绕组匝数增加的好处超过了较小的磁体和/或较薄的磁轭，从而导致电动转矩常数和马达效率显著增加。

图5图示了在三相两极电动马达中采用双绕组定子400的图1的血液泵100的电动马达110的示例性横截面500。为清楚起见，从图5中省略形成线圈410-415的绕组。将参考图5描述在操作期间流过定子400的线圈的电流与两极转子的磁通密度的相互作用。如关于图1所述，转子150在使用时处于恒定旋转。图5描绘了转子150在如图所示定位时的瞬间的位置。在图示位置，永磁转子150产生磁通量密度B，并且线圈410-415中的每一个承载可被纵向引导的电流(进入页面或离开页面)。根据洛伦兹力定律，在垂直于磁通量密度B的方向上，在磁通量密度B和载流导线L的纵向长度之间的相互作用在转子150内产生转矩T，用于转子150的旋转，由以下等式所示：

其中

是平行于转子150的纵轴线105的方向，

是垂直于转子150的纵轴线105的磁通量密度B的径向方向，并且×表示矢量叉积。因此，定子400中的电流的流动导致转子150绕纵轴线105旋转，进而导致耦接到转子轴153的远端的叶轮160的相应旋转。随着磁通量密度B的边际减小，本文所述定子400尝试大幅增加L以便增加马达中的转矩产生。

与单绕组定子相比，本公开的双绕组定子400通过加倍每相线圈数量来增加电动马达的绕组匝数。然而，如将有关图9A-图9B所讨论的，本公开的双绕组定子不仅涉及加倍每相的线圈数量。相反，本公开的双绕组定子400使用独特的绕组序列形成，其中形成内绕组线圈的导线首先按序列顺序形成，之后形成外绕组线圈的导线按序列顺序形成在内绕组的外表面上。这样的绕组序列增加了转子150的外径和磁轭113的内径之间的线圈的填充密度。因此，本公开的双绕组定子400随着定子400的载流导线数量的增加而显著增加等式(1)的L分量，并且不需要减小磁体尺寸和磁轭的厚度。

如关于图1简要讨论的，泵100的外径受到用于将泵定位在患者的心脏内的导管内径的限制。目前，用于

泵的导管的最大内径约为14Fr。因此，如图5所示，电动马达的尺寸x+y+z因此受到导管的内径的约束，其中x是转子150的半径，y是定子线圈的厚度，并且z是磁轭113的厚度。为了增加马达中的磁通密度B，(i)可以使用更大的永磁体(即更大的x)，(ii)可以使线圈更薄(即更小的y)，以及(iii)可以使用更厚的磁轭(即更大的z)。

与单绕组定子300相比，关于双绕组定子400的设计，由于导管内的空间约束，由于需要更厚的双绕组定子线圈(较大的y)和由此产生的较小的永磁体(较小的x)和/或更薄的磁轭(较小的z)，因此马达的磁通密度B降低。这减少了等式(1)中的B分量。然而，由于上述原因，由于线圈的绕组匝数较多，L的增加大于B的减少。净效应是转子150中产生的转矩增加。

本公开的单绕组定子300中的线圈310-312和双绕组定子400的线圈410-415可以以电动马达的任何配置电连接，例如星形连接或三角形连接。图6A示出了以示例性星形配置600连接的图3中的单绕组定子300的线圈310-312。线圈310-312分别表示为其电阻RA、RB和RC。在图6A(以及随后的图6B和图6C)中，“s”表示线圈的起始引线，“e”表示线圈的结束引线。在星形配置600中，线圈310的终点“Ae”、线圈311的终点“Be”和线圈330的终点“Ce”连接在一起。线圈310的起点“As”、线圈311的起点“Bs”和线圈312的起点“Cs”连接到馈线，例如图1中血液泵100的馈线146、147。以这种方式，星形配置600的每个分支包括对应于单绕组定子300中每个相的线圈的单个负载。

图6B示出了根据本公开的一个实施例的双绕组定子400中线圈的示例性电连接。图6B示出了以星形配置连接的定子400的线圈，其中每个相A、B和C的线圈串联连接。这里，线圈410-411分别表示为相A的电阻RA1和RA2，线圈412-413分别表示为相B的电阻RB1和RB2，线圈414-415分别表示为相C的电阻RC1和RC2。如上所述，定子400包括布置在内绕组和外绕组中的线圈。内绕组的线圈410、412、414各包括N匝，而外绕组的线圈411、413和415各包括至少N匝，其中N是定子300的每个线圈中的匝数，双绕组定子400中每相绕组匝数的总数可以是单绕组定子300的1.5到2.0倍。因此，双绕组定子400的每相电阻高于单绕组定子300的每相电阻。应注意，在一些实施方式中，在双绕组定子400中使用较厚的磁线以实现与单绕组定子300相比的可比电阻。

众所周知，马达效率可表示马达常数K_m，其进而被定义为：

其中，k_T为转矩常数，R为线圈电阻。此外，已知转矩常数k_T是每单位电流I的转矩T，因此可以使用下列关系来确定转矩常数：

其中，B为磁通密度，L为垂直于磁通密度方向的载流导线的长度。

如关于图5所讨论的，与单绕组定子300相比，本公开的双绕组定子400将L的贡献增加到约1.5倍至约2倍，同时由于较大的y(较厚的线圈)，较小的x(较小的磁体)和/或较小的z(更薄的磁轭)，略微减少了B对转子150中产生的转矩T的贡献。根据等式(1)和(3)，这将使马达转矩常数k_T增加约20％至约50％。在其它实施方式中，马达转矩常数可增加约25％、约30％、约35％、约40％或约45％。此外，由于与单绕组定子300相比，双绕组定子400中每相的匝数增加，因此使用较粗的导线来实现与单绕组定子300相当的线圈电阻。因此，根据等式(2)，预计本公开的双绕组定子400的马达常数K_m比单绕组定子300的马达常数K_m增加。这将提高马达效率。

如图6B的连接图所示，星形配置650的每个分支包括两个串联连接的线圈，使得流过同相线圈的电流是相同的方向，即，两个线圈以一个线圈的终点连接到另一个线圈的起点的方式连接。例如，对于相A，分别由电阻RA1和RA2表示的线圈410-411被连接，使得终点“A1e”连接到起点“A2s”。类似地，相B的线圈413的终点“B1e”和线圈414的起点“B2s”(分别由电阻RB1和RB2表示)连接在一起，相C的线圈414的终点“C1e”和线圈415的起点“C2s”(分别由电阻RC1和RC2表示)连接在一起。相A的线圈410的电阻RA1的起点“A1s”、相B的线圈412的电阻RB1的起点“B1s”以及相C的线圈414的电阻RC1的起点“C1s”连接到馈线(诸如图1中的血液泵100的馈线146、147)。此外，相A的线圈411的电阻RA2的终点“A2e”、相B的线圈413的电阻RB2的终点“B2e”以及相C的线圈415的电阻RC2的终点“C2e”连接在一起。

本公开的双绕组定子400的线圈410-415的连接方式很重要，因为它确定了线圈410-415如何在电动马达的操作期间与转子150生成的磁通密度相互作用。对于如图6B所描绘的星形配置650，流过定子400的线圈A1的电流方向与流过线圈A2的电流方向相同。同样，流过定子400的线圈B1的电流方向与流过线圈B2的电流方向相同，并且流过定子400的线圈C1的电流方向与流过线圈C2的电流方向相同。这意味着具有相同的电流方向的线圈A1和A2都与转子的相同磁极相互作用。此外，具有流经其中的相同方向的电流的线圈B1和B2都与转子的相同磁极相互作用。此外，具有流经其中的相同方向的电流的线圈C1和C2都与转子的相同磁极相互作用。实际上，本公开的双绕组定子400中每相的线圈看到转子的每极对磁体的相同的极性。

图6C示出了根据本公开的一个实施例的双绕组定子400中线圈的进一步示例性电连接。在图6C中，定子400的线圈以星形配置660连接，其中每个相A、B和C的线圈并联连接，使得流过线圈的电流是相同的方向。这可以在图6C中看到，对于相A，连接分别由电阻RA1和RA2表示的线圈410-411，使得终点“A1e”和“A2e”连接到中央基准端子，而起点“A1s”和“A2s”连接到馈线。类似地，对于相B，连接分别由电阻RB1和RB2表示的线圈412-413，使得终点“B1e”和“B2e”连接到中心基准端子，而起点“B1s”和“B2s”连接到馈线，对于相C，连接分别由电阻RC1和RC2表示的线圈414-415，使得终点“C1e”和“C2e”连接到中央基准端子，而起点“C1s”和“C2s”连接到馈线。

与图6B中的配置650一样，在如图6C所描绘的星形配置660中，流过定子400的线圈A1的电流方向与流过线圈A2的电流方向相同。类似地，流过定子400的线圈B1的电流方向与流过线圈B2的电流方向相同，流过定子400的线圈C1的电流方向与流过线圈C2的电流方向相同。这意味着具有流经其中的相同方向的电流的线圈A1和A2都与转子的相同磁极相互作用。此外，具有流经其中的相同方向的电流的线圈B1和B2都与转子的相同极相互作用。此外，具有流经其中的相同方向的电流的线圈C1和C2都与转子的相同磁极相互作用。实际上，本公开的双绕组定子400中每相的线圈看到转子的每极对的相同极性。

图7图示了根据本公开的一个实施例的用于具有三相A、B和C以及两个永磁极对N1-S1和N2-S2的电动马达的双绕组定子700的横截面的另一示例。根据上述一般定义，使用定子700的电动马达具有n＝3和p＝2。如关于图4中的定子400所讨论的，定子700还包括每磁极对每相两个线圈，导致总共12个线圈710-721。在定子700中，由于电动马达中存在两个磁极对，三相电动马达的每个相A、B和C包括两个线圈。因此，相A包括线圈710-73(分别标记为“A1”、“A2”、“A3”和“A4”)，相B包括线圈714-717(分别标记为“B1”、“B2”、“B3”和“B4”)，并且相C包括线圈718-721(分别标记为“C1”、“C2”、“C3”和“C4”)。如图7所示，定子700包括线圈的内绕组和线圈的外绕组。内绕组包括六个线圈，其中每相的一个线圈按每极对的相序列顺序被布置相邻于不同相的线圈，对于所有极对，围绕定子的圆周重复该布置，使得内绕组的每个线圈围绕定子700的横截面跨360°/(np)＝360°/(3)(2)＝60°，内绕组具有外表面。外绕组还包括布置在内绕组的外表面上的六个线圈，外绕组中的每相的线圈与具有每极对同相的内绕组的线圈圆周对齐，使得外绕组的每个线圈也绕定子700的横截面跨60°。此外，每极对同相的线圈可以串联或并联连接，使得流过线圈的电流是相同方向。

正如定子400的线圈，线圈710-721可以星形或三角形配置进行电连接，其中(i)相A的线圈710-713与沿着星形或三角形连接的相A的分支连接到下一个线圈的末端端子的一个线圈的起始端子串联或并联连接，(ii)相B的线圈714-717与沿着星形或三角形连接的相B的分支连接到下一个线圈的末端端子的一个线圈的起始端子串联或并联连接，和(iii)相C的线圈718-721与沿着星形或三角形连接的相C的分支连接到下一个线圈的末端端子的一个线圈的起始端子串联或并联连接。通过这种电连接，(i)流过线圈A1和A3的电流方向与流过线圈A2和A4的电流方向相同，(ii)流过线圈B1和B3的电流方向与流过线圈B2和B4的电流方向相同，和(iii)流过线圈C1和C3的电流方向与流过线圈C2和C4的电流方向相同。简言之，流过同相线圈的电流流向相同，无论同相线圈是串联还是并联连接。

在这种布置中，线圈A1-A4具有流经其中的相同方向的电流，其中例如线圈A1和A3与极S1相互作用，例如线圈A2和A4与与极S1极性相同的相应极S2相互作用，以引起转子旋转。类似地，线圈B1-B4具有流经其中的相同方向的电流，其中例如线圈B1和B3与极N1相互作用，例如线圈A2和A4与与极N1极性相同的相应极N2相互作用，以引起转子旋转。此外，线圈C1-C4具有流经其中的相同方向的电流，其中例如线圈C1和C3与极S2相互作用，例如线圈C2和C4与与极S2具有相同极性的对应极S1相互作用，以引起转子旋转。应注意的是，线圈710-721可由六步直流控制器驱动，例如，其在任何时间以两相对交替地向线圈710-721提供电流。因此，每个相的线圈依次在转子中生成转矩，从而导致转子连续旋转。

图8图示了根据本公开的一个实施例的用于具有五个相A、B、C、D和E以及一个永磁体磁极对N-S的电动马达的双绕组定子800的横截面的另一示例。根据上述一般定义，使用定子800的电动马达具有n＝5和p＝1。如关于定子400和700所讨论的，定子800还包括每个磁极对每相两个线圈，导致总共10个线圈810-819。相A包括线圈810-811(分别标记为“A1”和“A2”)，相B包括线圈812-813(分别标记为“B1”和“B2”)，相C包括线圈814-815(分别标记为“C1”和“C2”)，相D包括线圈816-817(分别标记为“D1”和“D2”)，并且相E包括线圈818-819(分别标有“E1”和“E2”)。如图8所示，定子800包括线圈的内绕组和线圈的外绕组。内绕组包括五个线圈，其中每相的一个线圈按每极对的相序列顺序被布置相邻于不同相的线圈，对于所有极对，围绕定子的圆周重复该布置，使得内绕组的每个线圈围绕定子800的横截面跨360°/(np)＝360°/(5)(1)＝72°，内绕组具有外表面。外绕组还包括布置在内绕组的外表面上的五个线圈，外绕组中的每相的线圈与具有每极对同相的内绕组的线圈圆周对齐，使得外绕组的每个线圈也绕定子800的横截面跨72°。此外，每极对同相的线圈被串联或并联连接，使得流过线圈的电流是相同的方向。

正如定子400和700的线圈，线圈810-819可以星形或三角形配置进行电连接，其中(i)相A的线圈810-811与沿着星形或三角形连接的相A的分支连接到下一个线圈的末端端子的一个线圈的起始端子串联或并联连接，(ii)相的线圈812-813与沿着星形或三角形连接的相B的分支连接到下一个线圈的末端端子的一个线圈的起始端子串联或并联连接，(iii)相C的线圈814-815与沿着星形或三角形连接的相C的分支连接到下一个线圈的末端端子的一个线圈的起始端子串联或并联连接，(iv)相D的线圈816-817与沿着星形或三角形连接的相D的分支连接到下一个线圈的末端端子的一个线圈的起始端子串联或并联连接，以及(v)相E的线圈818-819与沿着星形或三角形连接的相E的分支连接到下一个线圈的末端端子的一个线圈的起始端子串联或并联连接。通过这种电连接，(i)流过线圈A1的电流方向与流过线圈A2的电流方向相同，(ii)流过线圈B1的电流方向与流过线圈B2的电流方向相同，(iii)流过线圈C1的电流方向与流过线圈C2的电流方向相同，(iv)流过线圈D1的电流方向与流过线圈D2的电流方向相同，以及(v)流过线圈E1的电流方向与流过线圈E2的电流方向相同。

在该布置中，线圈A1-A2具有流经其中的相同方向的电流，其中线圈A1-A2例如某一时刻与极N相互作用。类似地，其他相B-E中的每个相的线圈在任何时刻与来自转子的磁通量的相同极性相互作用，每个相的线圈在所述时刻具有流经其中的相同的电流方向。线圈810-819由马达控制器驱动，马达控制器在任何时间向多相线圈提供电流。因此，来自每个相的线圈依次在转子中生成转矩，从而导致转子的连续旋转。

表1示出了具有分别带有单螺旋绕组定子和双螺旋绕组定子的电动马达的两个血液泵的代表性数据。具体地，单螺旋绕组定子类似于前述的单绕组定子300，采用如图2C所示的螺旋绕组类型实施。双螺旋绕组定子类似于前述的双绕组定子400，也采用如图2C所示的螺旋绕组类型实施。可以看出，与单螺旋绕组定子相比，双螺旋绕组定子导致电动马达具有增加的线圈电阻5.40Ω/相，增加的转矩常数1.236×10^-3N·m/A，即比单螺旋定子增加40.5％。表1中的结果证实，根据本公开的一个实施例的双绕组定子将线圈焦耳热降低40％，而与使用单绕组定子的马达相比，使用这种双绕组定子的马达产生相同的转矩来驱动泵。应注意，采用上述包括每磁极对每相两个线圈的定子的血液泵被配置为以约1.0lpm和约6.0lpm的流速操作，其中“lpm”指示每分钟升。

表1具有各自定子线圈配置的血液泵性能。

如前所述，增加从单绕组定子到双绕组定子的磁线的数量可以降低相同输出转矩下的线圈焦耳热，从而提高马达的整体效率。然而，将相对于图9A描述增加绕组匝数的常规实施方式。图9A示出了具有多层磁线的示例性定子900，其中定子900中的导体量从两层定子增加。定子900适用于具有相A、B和C的三相电动马达。如前述的定子中，相A包括线圈“A”，相B包括线圈“B”，以及相C包括线圈“C”。可以看出，通过以随机方式简单地增加每个线圈中磁线的匝数，来增加定子的每个线圈中的导体量。这里在没有任何精确性或规律性的情况下缠绕导线。例如，如图9A所示，线圈A、B和C中的每一个都是通过根据如匝数1开始和匝数65结束所示的数量而随机放置磁线匝而形成的。随机放置每个线圈匝，而没有任何顺序，正如目标是在每个线圈内组装特定数量的磁线。例如，当匝1-4被布置成形成对应的线圈时，这些匝彼此隔开。这导致在每个线圈中随机收集磁线，这是对空间的较差利用，因为随机放置导致例如在形成线圈时形成大间隙910，然后可能在绕组序列中被随后缠绕的匝占据。对应的线圈内的空间的低效使用导致定子900较厚且尺寸过大。

图10A图示了使用如关于图9A所述的绕组序列形成的示例性随机缠绕多层定子900。在图10A中可以看到形成定子900的导线的随机布置，其中磁线不规则且过度重叠。这导致了定子的外表面的不规则绕组模式，如图10A所示的定子的外表面的性质所示。

尺寸过大的随机缠绕多层定子900会引起若干问题。首先，必须对定子进行机械挤压，以满足电动马达定子的尺寸约束。机械挤压可减小定子900的厚度，使其适合具有固定内径的马达的磁轭。这种机械挤压是多层定子900的形成后所需的附加后处理步骤。其次，机械挤压会危及定子900的每个线圈内磁线的电绝缘的完整性。这是因为机械挤压多层定子所施加的力可能会导致每根磁线周围的绝缘层损坏。在操作期间，磁线的此类被损坏绝缘可能造成线圈内部和/或线圈之间短路。应当理解，在不挤压随机缠绕的多层定子900的情况下，必须减小磁体的尺寸和/或磁轭的厚度，从而减小通过电动马达的磁通密度B。

图9B图示了根据本公开的一个实施例的示例性定子950，该定子950具有形成均匀缠绕的线圈的四层磁线。四层线圈定子950类似于图4和图5中的双绕组定子400。如前所述，本公开的定子包括内绕组960和外绕组965。每个内绕组和外绕组包括如图4和图5所示的线圈。此外，每个内绕组和外绕组包括形成线圈的两层磁线。这里，如图9B所示的每个线圈A1、A2、B1、B2、C1和C2是通过沿着围绕定子的近端之间的定子横截面的对应线圈的120°跨度以有序序列缠绕磁线而形成的，磁线朝向远端纵向延伸，以及使用图2E-图2H中所示的任何线圈绕组模式返回近端。

当磁线从定子的近端到远端缠绕在内绕组的每个线圈中形成第一匝(例如标记为“1”)时，匝1的磁线的前向部分被形成在第一层中，并且当磁线从远端缠绕返回到近端时，匝1的磁线(标记为“X”)的返回部分形成在径向向外邻近第一层的第二层中。此处，“邻近”是指“直接径向靠近”(即，中间没有任何东西)。因此，第一匝由从定子近端到定子远端(布置在第一层中的前向导线部分)以及从定子远端到定子近端(布置在第二层中的标记为“X”的返回导线部分)的连续铜线缠绕而形成。这如图9B的横截面所示，其中匝1的前向导线部分具有相应的返回导线部分X，该返回导线部分X从前向导线部分直接径向向外布置。如图9B的横截面所示，这在定子950的内绕组960和外绕组965中的每一个内形成具有第一层和第二层的线圈。在图9B中定子950的横截面中可以看到这种磁线的布置，其中内绕组960中的匝按照从匝1到匝31的序列顺序，沿线圈A1、B1和C1中每个线圈从0°到120°的对应的线圈跨度逆时针方向精确铺设(lay)。由于每匝的前向导线部分铺设在第一层中，相应的返回导线部分从前向导线部分直接径向向外自动铺设在第二层中。因此，对于每一匝，在形成剩余线圈的后续匝之前，形成前向导线部分(在第一层中)和相应的返回导线部分(在第二层中)。每个线圈中的每一匝都直接邻近先前形成的匝而形成，即每一匝紧靠前一匝形成，中间没有任何东西。

定子950中的匝的精确布置导致内绕组960形成均匀的外表面，外绕组965的导线布置在该外表面上。因此，在形成内绕组的所有线圈A1、B1和C1之后，以与形成内绕组类似的方式在内绕组的均匀外表面上形成外绕组的线圈A2、B2和C2。对于外绕组的每个线圈，从定子的近端到远端形成第一匝(例如该匝标记为“32”)，其中第一匝32的磁线的前向部分形成在第三层中，并且当磁线从远端缠绕饭回到近端时，第一匝32的磁线(标记为“Y”)的返回部分形成在径向向外邻近第三层的第四层中。因此，外绕组的第一匝32由从定子近端到定子远端(布置在第三层中的前向导线部分)以及从定子远端到定子近端(布置在第四层中的标记为“Y”的返回导线部分)的连续磁线缠绕而形成。

在图9B中定子950的横截面中可以看到这种磁线的布置，其中外绕组965中的匝按照匝32到匝65的序列顺序沿线圈A2、B2和C2中每个线圈的对应线圈的120°跨度逆时针方向精确铺设。以这种方式，外绕组的匝32与内绕组的匝1径向对齐，导线绕组的匝65与内绕组的匝31径向对齐。应注意，由于外绕组的直径比内绕组大，因此本公开的定子具有比内绕组匝数更多的外绕组。例如，在图9B中，在双绕组定子950中，外绕组具有34匝，内绕组具有31匝。与随机缠绕多层绕组定子900中磁线的不规则布置相比，这导致定子950包括以紧密组装布置方式排序的磁线。与随机缠绕多层定子900相比，双绕组定子950更紧凑，因此具有更小的厚度。

用于形成定子950的示例性绕组序列可具有以下顺序：(1)形成线圈A1的匝1-31，(2)形成线圈B1的匝1-31，(3)形成线圈C1的匝1-31，(4)在线圈A1外表面上形成线圈A2的匝32-65，(5)在线圈B1外表面上形成线圈B2的匝32-65，和(6)在线圈C1的外表面上形成线圈C2的匝32-65。如前所述，每匝包括前向导线部分和自动径向布置邻近于前向导线部分的返回导线部分。

伺服马达用于确保沿对应定子的跨度精确序列放置匝。应注意，定子950的内绕组和外绕组中的每个线圈具有用于连接到电动马达100的馈线146-147的一对引线(例如图4中用于线圈A1的引线420-421)。

在一些实施方式中，为了使双绕组定子的线圈电阻相对于单绕组定子的增加最小化，可以对形成内绕组和外绕组的线圈使用较粗的导线，以实现与单绕组定子相当的电阻。

图10B图示了根据本公开的一个实施例的使用如关于图9B所述的绕组序列形成的示例性定子。可以看出，图10B中的定子包括精确布置的导线，从而导致沿定子的长度的均匀的外径。在将电动马达与图9B中的四层线圈定子进行组装时，需要对定子进行最小的机械挤压。由于需要最小的机械挤压，形成线圈A1、A2、B1、B2、C1和C2的导线的绝缘损坏的风险最小化，从而提高双绕组定子950的可靠性。

还应注意，关于图9A中的随机缠绕多层定子900，机械挤压只能在有限程度上减小定子的厚度。因此，在机械挤压之后，与双绕组定子950相比，对于电动马达中使用的磁轭而言，随机缠绕的多层定子900可能仍然太厚。为了缓解该问题，在一些实施例中，与双绕组定子950相比，随机缠绕多层定子900使用更薄的磁轭，以保持马达的外径，以便与马达操作的其他部件集成，例如，

移动穿过的14Fr导管。此外，与双绕组定子950相比，具有较小磁体的转子可能必须与随机缠绕的多层定子900一起使用。

与具有双绕组定子950的电动马达相比，较薄的磁轭和/或较小的磁体降低了具有随机缠绕多层定子900的电动马达内的磁通密度B。如图9A和图9B所示，随机缠绕多层定子900和双绕组定子950两者具有相同数量的绕组匝。这意味着，根据等式(1)，定子900、950二者对马达转矩T具有相同L贡献。与具有双绕组定子950的电动马达相比，使用相同长度的载流导线L但较低的磁通密度B导致在具有随机缠绕多层定子900的电动马达中的较低的马达转矩和较低的马达效率。

图11图示了根据本公开的一个实施例的形成双绕组定子(如前述描述中所述的定子400)的示例性方法1100。方法1100适用于形成双绕组定子，用于具有p个磁极对和n个相的无槽式永磁马达，其中p是大于零的整数，n是≥3的整数。方法1100从步骤1110开始，其中形成包括np个线圈的内绕组(例如，图9B中的内绕组960)。在内绕组中，来自每个相的一个线圈以每磁极对的相序列顺序被布置相邻于不同相的线圈，对于所有极对，围绕定子的圆周重复该布置，使得内绕组的每个线圈围绕双绕组定子横截面跨360°(np)机械角度。在一些实施方式中，每个绕组包括两层导线，每层导线沿定子的长度纵向延伸，其中每个绕组中的导线沿每个绕组的跨度以序列顺序彼此紧邻布置。一旦完成，内绕组具有外表面。

在完成内绕组之后，该方法前进到步骤1120，其中外绕组被缠绕，诸如图9B中的外绕组965。与内绕组一样，外绕组还包括np个线圈，其布置在内绕组的外表面上，外绕组中的每相的线圈与来自具有每极对同相的内绕组中线圈圆周对齐，使得外绕组的每个线圈也围绕双绕组定子的横截面跨360°/(np)机械角度。正如内绕组，在一些实施方式中，每个绕组包括两层导线，每层导线沿定子的长度纵向延伸，其中每个绕组中的导线沿每个线圈的跨度以序列顺序彼此紧邻布置。通过如上所述的布置，双绕组定子950的内绕组和外绕组共享相同的角度边界。

一旦内绕组和外绕组完成，电连接每极对同相的线圈，使得电流以相同方向流过同相的线圈，步骤1130。

总之，由于转子磁体的尺寸、磁轭厚度和对应的定子中的绕组匝数之间的折衷，因此当与单绕组定子(例如定子300)相比时，本公开的双绕组定子(例如定子400)提高了马达的效率。通过在约20％到约50％的范围内增加马达转矩常数，同时实现可比定子电阻，从而实现马达效率的提高。在本公开的某些实施方式中，马达转矩常数可增加约25％、约30％、约35％、约40％或约45％。此外，与随机缠绕多层定子(例如定子900)相比，因为由于双绕组定子中导线的紧凑布置，需要最小的机械挤压后处理，所以本公开的双绕组定子(例如定子950)提高了马达的可靠性。与需要过度机械挤压的随机缠绕多层定子不同，由于需要最小程度的机械挤压，双绕组定子中不会出现导线绝缘损坏。

根据前述内容并参考各种附图，本领域技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，也可以对本公开进行某些修改。应当理解，虽然示出相对于用于血液泵的电动马达的双绕组定子，但本文所述的装置可以应用于其中期望具有增加的转矩和高马达效率的电动马达的其他系统。虽然本公开的几个实施例已在附图中示出，但本公开并不限于此，因为本公开的范围应尽可能广泛，并且说明书应同样阅读。因此，上述描述不应被解释为限制，而仅被解释为特定实施例的示例。本领域技术人员将在所附权利要求的范围和精神内设想其他修改。

在前述公开中，应理解术语“约”应视为所述值的±20％。此外，术语“电动马达”应视为在本领域中所熟知的术语电动机的同义词。此外，词“邻近”应理解为紧邻，中间没有任何中间物。例如，当P和Q之间没有中间对象时，对象/特征P邻近对象/特征Q。除非另有说明，否则所有度数(以°(度)为单位)应视为机械角度。在前述实施例中，用于定子绕组的导线可包括任何材料，例如铜。在一些实施方式中，导线可能是绝缘的。

在审查本公开内容之后，本领域技术人员将发生变化和修改。公开的特征可以用本文所述的一个或多个其他特征以任何组合和子组合(包括多个从属组合和子组合)来实施。上面描述或图示的各种特征(包括其任何部件)可以组合或集成在其他系统中。此外，可以省略或不实现某些特征。

本领域技术人员确定各种更改、替换和变更的示例，并且可以在不脱离本文所公开信息的范围的情况下进行更改。本文引用的所有参考文献全部通过引用并入本文，并成为本申请的一部分。

Claims (28)

1.一种用于插入患者的心脏中的血管内血液泵，所述泵包括：

细长壳体，其具有连接到导管的近端和耦接到所述泵的远端，所述壳体具有纵轴线；以及

包含在所述壳体内的无槽式永磁马达，所述马达具有p个磁极对和n个相，其中p是大于零的整数，并且n是≥3的整数，所述马达包括：

定子，其沿所述壳体的所述纵轴线延伸，并且具有2np个线圈，所述线圈经缠绕以形成每磁极对每相两个线圈，所述定子包括：

内绕组，其包括np个线圈，其中每相的一个线圈以每极对的相序列顺序被布置相邻于不同相的线圈，对于所有极对围绕所述定子的圆周重复所述布置，使得所述内绕组的每个线圈围绕所述定子的横截面跨360/(np)机械角度，所述内绕组具有外表面，以及

外绕组，其还包括布置在所述内绕组的所述外表面上的np个线圈，所述外绕组中的每相的所述线圈与来自具有每极对同相的所述内绕组中的所述线圈圆周对齐，使得所述外绕组的每个线圈也围绕所述定子的所述横截面跨360/(np)机械角度；

其中，所述每极对同相的所述线圈电连接，使得流过所述线圈的电流方向相同；并进一步包括：

磁体，其在与所述定子发生磁相互作用时被支撑旋转。

2.根据权利要求1所述的血管内血液泵，其中所述内绕组的每个线圈和所述外绕组的每个线圈包括两层磁线，每层磁线沿所述定子的长度纵向延伸。

3.根据权利要求2所述的血管内血液泵，其中每个线圈中的所述磁线沿所述线圈的所述跨度按序列顺序彼此相邻布置。

4.根据上述权利要求之一所述的血管内血液泵，其中所述线圈的内绕组建立均匀的表面，所述线圈的外绕组被覆盖在所述表面上。

5.根据上述权利要求之一所述的血管内血液泵，其中一个相的所述线圈以星形配置或三角形配置与其他相的所述线圈电连接。

6.根据权利要求5所述的血管内血液泵，其中每相的所述线圈串联或并联连接。

7.根据上述权利要求之一所述的血管内血液泵，其中所述2np个线圈中的每个线圈具有从由螺旋绕组模式、菱形绕组模式和混合绕组模式组成的组中选择的线圈绕组模式。

8.根据上述权利要求之一所述的血管内血液泵，其中所述马达包括三相单极对机。

9.根据上述权利要求之一所述的血管内血液泵，其中所述马达包括六线圈双极机，每个线圈围绕所述定子的所述横截面跨120机械角度。

10.根据上述权利要求之一所述的血管内血液泵，其中所述转子以约1lpm到约6lpm之间的速率泵送血液。

11.一种具有p个磁极对和n个相的无槽式永磁电动马达，其中p是大于零的整数，并且n是≥3的整数，所述马达具有纵轴线并且包括：

定子，其沿壳体的所述纵轴线延伸，并且具有2np个线圈，所述线圈经缠绕以形成每个磁极对每相两个线圈，所述定子包括：

内绕组，其包括np个线圈，其中每相的一个线圈以每极对的相序列顺序被布置相邻于不同相的线圈，对于所有极对围绕所述定子的圆周重复所述布置，使得所述内绕组的每个线圈围绕所述定子的横截面跨360/(np)机械角度，所述内绕组具有外表面，以及

外绕组，其还包括布置在所述内绕组的所述外表面上的np个线圈，所述外绕组中的每相的所述线圈与具有每极对同相的所述内绕组的线圈圆周对齐，使得所述外绕组的每一个线圈也围绕所述定子的所述横截面跨360/(np)机械角度，

其中，每极对同相的所述线圈进行电连接，使得流过所述线圈的电流方向相同，并且进一步包括：

磁体，其在与所述定子发生磁相互作用时被支撑旋转。

12.根据权利要求11所述的电动马达，其中所述内绕组的每个线圈和所述外绕组的每个线圈包括两层磁线，每层磁线沿所述定子的长度纵向延伸。

13.根据权利要求11-12中任一权利要求所述的电动马达，其中每个线圈中的所述磁线沿所述线圈的所述跨度以序列顺序彼此相邻布置。

14.根据权利要求11-13中任一权利要求所述的电动马达，其中所述线圈的内绕组建立均匀的基础结构，所述线圈的外绕组被覆盖在所述基础结构上。

15.根据权利要求11-14中任一权利要求所述的电动马达，其中一个相的所述线圈以星形配置或三角形配置与其他相的所述线圈电连接。

16.根据权利要求15所述的电动马达，其中每相的所述两个线圈串联或并联连接。

17.根据权利要求11-16中任一权利要求所述的电动马达，其中所述2np个线圈中的每个线圈具有从由螺旋绕组模式、菱形绕组模式和混合绕组模式组成的组中选择的线圈绕组模式。

18.根据权利要求11-17中任一权利要求所述的电动马达，其中所述电动马达包括三相两极机。

19.根据权利要求11-18中任一权利要求所述的电动马达，其中所述电动马达包括六线圈双极机，每个线圈围绕所述定子的所述横截面跨120机械角度。

20.根据权利要求11-19中任一权利要求所述的电动马达，其中所述转子以约1lpm到约6lpm之间的速率泵送血液。

21.一种形成用于无槽式永磁马达的定子的方法，所述马达具有p个磁极对和n个相，其中p是大于零的整数，并且n是≥3的整数，所述定子纵向延伸并且包括2np个线圈，所述线圈经缠绕以形成每磁极对每相两个线圈，所述方法包括：

形成包含np个线圈的内绕组，其中每相的一个线圈以每极对的相序列顺序被布置相邻于不同相的线圈，对于所有极对围绕所述定子的圆周重复所述布置，使得所述内绕组的每个线圈围绕所述定子的横截面跨360/(np)机械角度，所述内绕组具有外表面；

形成外绕组，所述外绕组还包括布置在所述内绕组的外表面上的np个线圈，所述外绕组中的每相的线圈与所述内绕组中具有每极对同相的线圈圆周对齐，使得所述外绕组的每个线圈也围绕所述定子的所述横截面跨360/(np)机械角度；以及

电连接每极对同相的线圈，使得电流沿相同方向流过所述线圈。

22.根据权利要求21所述的方法，包括：

在所述内绕组和所述外绕组上形成线圈，使得每个线圈包括两层磁线，每层磁线沿所述定子的长度纵向延伸。

23.根据权利要求22所述的方法，其中每个线圈中的所述磁线沿所述线圈的跨度以序列顺序彼此紧邻布置。

24.根据权利要求21-23中任一权利要求所述的方法，其包括：

以星形配置或三角形配置将一个相的所述线圈与另一相的所述线圈连接。

25.根据权利要求21-24中任一权利要求所述的方法，其包括：

将每个相的所述线圈串联或并联连接。

26.根据权利要求21-25中任一权利要求所述的方法，其包括：

使用从由螺旋绕组模式、菱形绕组模式和混合绕组模式组成的组中选择的线圈绕组模式形成所述2np个线圈中的每一个。

27.根据权利要求21-26中任一权利要求所述的方法，其中所述定子适用于具有三相和单极对的马达。

28.根据权利要求21-27中任一权利要求所述的方法，其中所述定子适用于六线圈单极对马达，每个线圈围绕所述定子的横截面跨120机械角度。

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