CN116236686A - 一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承与心脏泵 - Google Patents

Abstract

一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承与心脏泵，轴承的转子在轴向上采用球面螺旋槽动压承载面，所述球面螺旋槽动压承载面由螺旋槽形成内收敛楔；轴承转子和定子形成椭圆弧三楔动压承载面的内腔，内腔由三对转子和定子表面椭圆弧形成收敛楔；将三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承应用在心脏泵上，利用三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承在心脏泵的定子内腔中旋转并悬浮，减小了液力悬浮人工心脏泵的体积，并且使转子的液力悬浮的有效承载面增加，便于形成动压液膜产生动压力，有利于维持心脏泵转子的稳定与长期运行，同时增大了动压轴承面的间隙，提高了液力悬浮人工心脏泵的抗溶血、血栓、出血等能力，有利于人工心脏泵在人体内的有效植入和长期安全运行。

Description

一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承与心脏泵

技术领域

本发明涉及人工心脏泵技术领域，特别涉及一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承与心脏泵。

背景技术

人工心脏泵是用机械材料和结构制成的能够完全或部分代替人体自然心脏输血功能的机械装置，维持患者全身器官和组织的正常血液灌注。在人工心脏泵中，目前使用最普遍的是有接触轴承离心式人工心脏泵，采用接触轴承支承的方式，使心脏泵转子在心脏泵定子中旋转，提高了心脏泵转子的运动稳定性。例如，中国专利CN112587793A公布了一种滚珠轴承离心式心脏泵，是基于球轴承支承技术的离心式人工心脏泵，其缺点是球轴承容易对血液造成挤压，容易形成高剪切应力场造成溶血；球轴承支承转子结构容易产生非流动区域，造成人工心脏泵的血栓、出血等血液破坏问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承心脏泵，利用三收敛楔内腔径向动压轴承和球面楔螺旋槽推力动压轴承的动压力以及转子驱动力在心脏泵的定子内腔中旋转并悬浮，增大了动压轴承面的间隙，解决了现有人工心脏泵的溶血、血栓、出血等血液破坏问题。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承，包括定子2-1和转子2-2，所述定子2-1与心脏泵壳体1内壁连接或者设计为一体；所述转子2-2在轴向上采用球面螺旋槽动压承载面，所述球面螺旋槽动压承载面由螺旋槽5形成内收敛楔；所述转子2-2和定子2-1形成椭圆弧三楔动压承载面的内腔，内腔由三对转子和定子表面椭圆弧形成收敛楔61。

所述螺旋槽5均开有光滑圆角。

所述收敛楔61前端间隙大，后端间隙小；其相邻收敛楔61之间存在过渡段6。

一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承心脏泵，包括心脏泵壳体1、三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2、中轴3和电机定子线圈4；

从心脏泵壳体1内腔底部中心引出中轴3，与心脏泵壳体1为一体式结构；在中轴3内部装配电机定子线圈4，且电机定子线圈4与中轴3同轴心；电机定子线圈4外周是电机转子永磁体22，电机转子永磁体22嵌入三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的转子2-2内侧，三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的转子2-2上方配置叶轮21；中轴3和三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2之间形成一个纵向贯通的流道；

所述心脏泵壳体1内腔对外设有血液出口7和血液入口8，且血液入口8位于心脏泵壳体1上方，血液出口7位于所述心脏泵壳体1侧面。

所述心脏泵壳体1分为上壳和下壳，上壳和下壳接触面形状完全一致，且上壳和下壳通过可拆卸的连接方式实现相对固定和密封。

所述三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的转子2-2、叶轮21、电机转子永磁体22一体式设计组成一体式转子。

所述血液出口7和叶轮21出口之间形成圆形截面的螺旋形压血室12。

所述血液入口8和叶轮21入口之间形成无锥度直锥形吸血室11。

所述的电机转子永磁体22呈辐射状均匀排列在三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明心脏泵转子利用三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承在心脏泵的定子内腔中旋转并悬浮，三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承径向上采用椭圆弧动压承载面三楔内腔，轴向上采用球面螺旋槽动压承载面；通过这种设置，减小了液力悬浮人工心脏泵的体积，并且使转子2-2的液力悬浮的有效承载面增加，便于形成动压液膜产生动压力，有利于维持心脏泵转子的稳定与长期运行，同时增大了动压轴承面的间隙，提高了液力悬浮人工心脏泵的抗溶血、血栓、出血等能力，有利于人工心脏泵在人体内的有效植入和长期安全运行。

附图说明

图1为本发明提供的一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承的转子2-2径向结构及运动示意图；其中，图1(a)是转子2-2径向结构示意图，图1(b)是运动方向示意图。

图2为本发明提供的一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承的转子2-2轴向示意图。

图3为本发明心脏泵纵向剖面示意图。

图4为本发明三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的定子2-1与心脏泵壳体1的结构示意图。

图5为本发明三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的转子2-2结构示意图。

图中：1、心脏泵壳体；11、吸血室；12、压血室；2、三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承；2-1定子；2-2转子；21、叶轮；22、电机转子永磁体；3、中轴；4、电机定子线圈；5、螺旋槽；6、过渡段；61、椭圆弧收敛楔；7、血液出口；8、血液入口。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承，包括定子2-1和转子2-2，所述定子2-1与心脏泵壳体1内壁连接或者设计为一体。

如图1、图4、图5所示，该轴承在径向上的转子2-2和定子2-1形成椭圆弧三楔动压承载面的内腔，内腔由三对转子2-1和定子2-2表面椭圆弧形成收敛楔61；工作起来会产生径向悬浮力，直接加载在轴承转子2-2上。

每个椭圆弧收敛楔61前端间隙大，后端间隙小，呈椭圆形光滑过渡，三个椭圆弧收敛楔61尺寸结构完全一致，椭圆弧收敛楔61两两之间存在光滑过渡段6，增大了径向上轴承转子2-2的有效承载面，同时增大了径向上轴承面的间隙，这样在径向上轴承转子2-2转动起来之后，方便径向上轴承因动压效应产生悬浮力，三楔内腔的设计使得轴承转子2-2和轴承定子2-1表面都可以得到充分的冲刷，这样可以最小化血栓产生的风险。

如图2所示，所述转子2-2在轴向上采用球面螺旋槽动压承载面，球面螺旋槽动压承载面由螺旋槽5形成内收敛楔，螺旋槽5除了可产生悬浮力，还可起到引导流动的作用，推力轴承转子2-2转动起来之后，会引导流体向外侧流动，促进了回流，增加了对轴承转子2-2和轴承定子2-1表面的洗刷，同时螺旋槽5均开有光滑圆角，减少了滞流和血栓产生的风险。在本发明实施例中，所述螺旋槽5深度和动压液膜在同一数量级上，具体制造方式可以参考任何现有技术。

如图3所示，本发明的一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承心脏泵，包括心脏泵壳体1、三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2、中轴3、电机定子线圈4；

从心脏泵壳体1内腔底部中心引出中轴3，与心脏泵壳体1为一体式结构；在中轴3内部装配电机定子线圈4，且电机定子线圈4与中轴3同轴心；电机定子线圈4外周是电机转子永磁体22，电机转子永磁体22嵌入一体设计的三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的转子2-2内侧，三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的转子2-2上方一体设计叶轮21；中轴3和三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2之间形成一个纵向贯通的流道；三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2轴向上形成等间隙球形承载面动压液膜，能产生径向和指向血泵入口方向的轴向悬浮力；三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2径向上形成的间隙沿三楔动压承载面的内腔呈等截面管状；三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2以及能产生的电磁驱动力共同作用，防止转子2-2在任何方向上过度靠近乃至接触心脏泵壳体1。

所述心脏泵壳体1内腔对外设有血液出口7和血液入口8，且血液入口8位于心脏泵壳体1上方，血液出口7位于所述心脏泵壳体1侧面。在离心过程中所述血液入口8流入的液流通过所述中轴3圆锥形顶端的导流作用，部分进入流道，流向三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的轴向和径向上，部分流向叶轮表面21，顺着叶轮21经过离心流向血液出口7，从而增大血液出口处的血压，使血液灌注至患者全身器官和组织。叶轮21采用半开式结构，加工简单，且对血液的剪切损伤程度较小，本发明实施例对于叶轮21的进口直径、叶片数等设计参数和原理不作具体说明。

所述心脏泵壳体1分为上壳和下壳，上壳和下壳接触面形状完全一致，且上壳和下壳通过可拆卸的连接方式实现相对固定和密封，例如采用螺钉连接等现有技术。心脏泵壳体1采用蜗壳形，也可使用圆柱形、锥体形等适合血液离心的形状。

所述三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的转子2-2、叶轮21、电机转子永磁体22一体式设计组成一体式转子。

所述血液出口7和叶轮21出口之间形成圆形截面的螺旋形压血室12。将从叶轮21中出流的血液汇集并输送至血液出口7，降低叶轮21出流血液的流速，将动能转换为静压能，同时消除旋转叶轮21出流血液的转动，避免水力损失。

所述血液入口8和叶轮21入口之间形成无锥度直锥形吸血室11。从血液入口8至叶轮21进口变化均匀，使过流流体的流速均匀，平稳地引流至叶轮21入口。因心脏泵结构较小，故吸血室锥度不大，同时为了加工简便，直接将吸血室加工成无锥度直锥形吸血室11。

所述的电机转子永磁体22呈辐射状均匀排列在三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2中，通过装配在中轴3内部的电机定子线圈4产生的N-S级相间旋转磁场驱动三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的旋转。所述电机转子永磁体22的电机采用无刷直流电机，含有位置控制反馈系统，时刻监测三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的位置，并进行适当调整，使其工作稳定，此部分内容可参考现有技术实现，本发明中不作具体限定。

本发明的工作原理为：血液从血液入口8进入心脏泵，经过所述中轴3圆锥形顶端的导流，流经所述叶轮21并流向所述三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的轴向和径向。在电机转子永磁体22以及中轴3内部的通有电流的电机定子线圈4组成的无刷电机驱动下旋转，在径向上形成径向血液支承力，隔离径向的三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的定子2-1与转子2-2；同理，在轴向上旋转带动血液形成轴向血液支承力，隔离轴向的三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2的定子2-1与转子2-2，由此实现三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承2中转子2-2的完全液力悬浮，完全液力悬浮的转子2-2通过叶轮21驱动血液汇集并输送至血液出口7，实现血液的输出。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承，包括定子(2-1)和转子(2-2)，其特征在于，所述定子(2-1)与心脏泵壳体(1)内壁连接或者设计为一体；所述转子(2-2)在轴向上的采用球面螺旋槽动压承载面，所述球面螺旋槽动压承载面由螺旋槽(5)形成内收敛楔；所述转子(2-2)和定子(2-1)形成椭圆弧三楔动压承载面的内腔，内腔由三对转子和定子表面椭圆弧形成收敛楔(61)。

2.根据权利要求1所述的一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承，其特征在于，所述螺旋槽(5)均开有光滑圆角。

3.根据权利要求1所述的一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承，其特征在于，所述收敛楔(61)前端间隙大，后端间隙小；其相邻收敛楔(61)之间存在过渡段(6)。

4.一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承心脏泵，其特征在于，包括心脏泵壳体(1)、根据权利要求1-3任意一项所述的三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承(2)、中轴(3)和电机定子线圈(4)；

从心脏泵壳体(1)内腔底部中心引出中轴(3)，与心脏泵壳体(1)为一体式结构；在中轴(3)内部装配电机定子线圈(4)，且电机定子线圈(4)与中轴(3)同轴心；电机定子线圈(4)外周是电机转子永磁体(22)，电机转子永磁体(22)嵌入所述三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承(2)的转子(2-2)内侧，三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承(2)的转子(2-2)上方配置叶轮(21)；中轴(3)和三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承(2)之间形成一个纵向贯通的流道；

所述心脏泵壳体(1)内腔对外设有血液出口(7)和血液入口(8)，且血液入口(8)位于心脏泵壳体(1)上方，血液出口(7)位于所述心脏泵壳体(1)侧面。

5.根据权利要求4所述的一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承心脏泵，其特征在于，所述心脏泵壳体(1)分为上壳和下壳，上壳和下壳接触面形状完全一致，且上壳和下壳通过可拆卸的连接方式实现相对固定和密封。

6.根据权利要求4所述的一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承心脏泵，其特征在于，所述三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承(2)的转子(2-2)、叶轮(21)、电机转子永磁体(22)一体式设计组成一体式转子。

7.根据权利要求4所述的一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承心脏泵，其特征在于，所述血液出口(7)和叶轮(21)出口之间形成圆形截面的螺旋形压血室(12)。

8.根据权利要求4所述的一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承心脏泵，其特征在于，所述血液入口(8)和叶轮(21)入口之间形成无锥度直锥形吸血室(11)。

9.根据权利要求4所述的一种三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承心脏泵，其特征在于，所述电机转子永磁体(22)呈辐射状均匀排列在三收敛楔轴径一体化液力悬浮轴承(2)中。

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