CN116780817A - 一种用于介入式导管泵的微型电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于介入式导管泵的微型电机，其特征在于，所述电机包括定子背铁、绕组、转子磁钢、和转轴，所述电机的转轴与介入式导管泵的叶轮连接以驱动叶轮旋转将血液沿泵血方向泵送，所述转轴限定所述电机的轴向方向，所述定子背铁与所述转子磁钢在电机的轴向方向上以不对中的方式布置，以使得所述转子磁钢受到一个来自所述定子背铁的、与电机泵血方向相同的、沿所述轴向方向的作用力。本发明还涉及包含上述微型电机的介入式导管泵。
Description
技术领域
本发明涉及植入人体内辅助血液流动的血泵，其也被称为介入式导管泵，更具体地涉及一种用于介入式导管泵的微型电机。
背景技术
介入式导管泵，又称介入式血泵，多用于高危患者经皮冠状动脉介入治疗(PCI)，减少心室做功、为心脏恢复和早期评估残余心肌功能提供必要的循环支持。介入式导管泵一般由导管、叶轮、电机等部件组成，电机驱动叶轮旋转将血液从泵血导管入口输送至出口。
介入式导管泵在采用电机作为动力源的同时不可避免的要为电机的旋转提供径向及轴向的支撑，这个支撑通常是设置在电机内与动力输出的转轴连接的轴承，例如滚动轴承或滑动轴承。轴承的设置就带来了两个问题：
1）电机转动泵血时，电机的转轴会受到一个与泵血方向相反的沿转轴的轴向方向的作用力。无论是何种电机只要电机的转轴与叶轮连接并提供扭矩，该轴向作用力就存在，并会进一步传导到支承转轴的轴承。该作用力会加大轴承的摩擦、导致轴承的损耗变大，发热更高。
2）此外，介入式导管泵的电机轴承通常布置在电机内部，其附近位置无法形成一个可供血液流通（冲洗）的通道，因此流入到此的血液极易形成血栓，加之轴承发热血栓变得更易发。
发明内容
本发明针对上述现有技术缺陷，提出一种用于介入式导管泵的微型电机，其特征在于，所述电机包括定子背铁、绕组、转子磁钢、转轴、后轴承、前轴承、前端盖与后端盖，所述电机的转轴与介入式导管泵的叶轮连接以驱动叶轮旋转将血液沿泵血方向泵送，所述转轴限定所述电机的轴向方向，前端盖、前轴承、后端盖、后轴承与定子背铁共同包围形成所述电机的内腔室，绕组、转子磁钢与转轴的一部分位于所述内腔室中，其中，所述转轴沿电机的轴向方向从后往前依次包括后半段中空轴、实心轴、与前半段中空轴；其中，所述后半段中空轴沿电机的轴向方向从后往前由后端盖开始延伸，贯穿整个内腔室，并超过前轴承直至内腔室之外；其中，所述后半段中空轴在其位于内腔室之外、靠近前轴承的轴壁上设置有出液孔，该出液孔联通所述后半段中空轴的中空部分与后半段中空轴的外部；其中，所述后端盖包括注液孔，该注液孔联通所述后半段中空轴的中空部分与内腔室的外部。
根据本发明的一些实施例，所述定子背铁与所述转子磁钢在电机的轴向方向上以不对中的方式布置，以使得所述转子磁钢受到一个来自所述定子背铁的、与电机泵血方向相同的、沿所述轴向方向的作用力。
优选地，转子磁钢所受到的来自定子背铁的沿所述轴向方向的所述作用力的大小可通过调节转子磁钢沿所述轴向方向的中心与定子背铁沿所述轴向方向的中心之间的偏移距离来设置。
根据本发明的一些实施例，电机沿其轴向方向包括彼此相对的前端与后端，转轴与叶轮连接的一端为前端，与前端相对的远离叶轮的一端为后端；其中，前轴承抵靠前端盖布置，后轴承抵靠后端盖布置，以使得前轴承与前端盖共同封闭内腔室的前端，后轴承与后端盖共同封闭内腔室的后端。
根据本发明的一些优选的实施例，前轴承为滑动轴承，且该滑动轴承与所述转轴之间的间隙介于3~4um。
根据本发明的另一方面，还提供了一种介入式导管泵，其包括导管、叶轮、电机，电机转动驱动叶轮旋转将血液从导管的入口泵送至出口；其中所述电机为如上述所述的微型电机。
根据本发明的微型电机能够提供以下方面的特有技术效果：
1）通过将转子磁钢与定子背铁在电机的轴向方向上以不对中的方式布置，从而获得一个与电机泵血方向相同的作用力。该作用力能够抵消电机泵血时额外产生的与泵血方向相反的轴向作用力。由此，两相抵消能够减小甚至消除轴承处的受力，从而减小轴承的摩擦力，降低损耗，进而抑制发热。
2）将电机转轴的绝大部分设置成中空轴，并在中空轴的空腔中灌注液体，而且将灌注液的出液孔设置在前轴承附近，使得灌注液流出时在前轴承周围形成正压力，从而能够防止血液经由前轴承进入到电机的内腔室中形成血栓。
3）将前轴承设置为滑动轴承，并严格限制该滑动轴承与转轴之间的间隙。从而减小甚至消除进入到电机内腔室中的带有定子与转子表面颗粒的灌注液由前轴承溢出到人体血液中的量，以杜绝电机对人体血液的污染。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。本发明的其它特征、目的和优点将从说明书、附图和权利要求书变得明显。
附图说明
下面将参照附图对本发明作进一步的详细说明。本领域技术人员容易理解的是，这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中相同的附图标记表示相同或相似的部件。为了说明的目的，这些图并非完全按比例绘制。
图1示出了根据本发明一个优选实施例的用于介入式导管泵的微型电机结构的剖面图。
图2示出了根据本发明另一个优选实施例的用于介入式导管泵的微型电机结构的剖面图。
图3示出了图2中前端盖3附近的局部剖视放大图。
附图标记说明：
1-后端盖；2-定子背铁；3-前端盖；4-绕组；5-线圈保护套；6-转子磁钢；7-后轴承；8-转轴；9-前轴承；10-注液孔；11-转轴的后半段中空轴；12-转轴的出液孔；13-转轴的实心部分；14-转轴的前半段中空轴；转子磁钢沿电机轴向方向的中心61；定子背铁沿电机轴向方向的中心21。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书中，电机结构的转轴延伸的纵向方向定义为电机的轴向方向，与该轴向方向垂直的方向定义为电机的径向方向。
在本说明书中，定义电机结构的转轴扭矩输出端为“前端”，即转轴与叶轮连接的一端（在附图中的左侧）；而与之相反地另一端则为“后端”（在附图中的右侧）。类似地，与前端对应的方向定义为“前”，而与后端对应的方向定义为“后”。
图1示出了根据本发明一个优选实施例的用于介入式导管泵的微型电机结构的剖面图。该电机结构包括： 后端盖1、定子背铁2、前端盖3、绕组4、线圈保护套5、转子磁钢6、后轴承7、转轴8、前轴承9和注液孔10。其中，转轴8进一步还包括转轴的后半段中空轴11、转轴的出液孔12、转轴的实心部分13、转轴的前半段中空轴14。
如图1所示，电机沿其轴向方向包括彼此相对的前端与后端，转轴8与叶轮连接的一端为前端，与前端相对的远离叶轮的一端为后端。前端盖3、前轴承9、后端盖1、后轴承7与定子背铁2共同包围形成所述电机的内腔室，绕组4、转子磁钢6与转轴8的一部分位于所述内腔室中。前轴承9抵靠前端盖3布置，后轴承7抵靠后端盖1布置，以使得前轴承9与前端盖3共同封闭内腔室的前端，后轴承7与后端盖1共同封闭内腔室的后端。
介入式导管泵的电机直径通常选择在5~7mm间，直径过小则制作工艺难度太大且电机效率较低、发热严重，直径过大则实施介入手术时会使得操作难度增大。在图1示出的实施例中微型电机采用6mm的直径。如图1所示，转轴8的前半段中空轴14与叶轮（未示出）连接，电机旋转带动叶轮旋转以泵送血液，泵血的血流方向如箭头A所示。此时，叶轮连同电机的转轴8会受到一个与血流方向A相反的轴向作用力F1（在额定工况下该作用力是N级别的），该作用力F1通过转轴8的传导，会进一步施加在对转轴8起轴向与径向支承作用的轴承上（在此为前轴承9与后轴承7），从而使得轴承的摩擦力变大、损耗增加、发热加剧。轴承导致的电机发热严重时会导致溶血性能变差，这是介入式导管泵装置所不期望的。
现有技术中的电机通常采用转子磁钢6的轴向中心与定子背铁2的轴向中心在轴向上对齐的布置。而本发明创造性地将转子磁钢6与定子背铁2在电机的轴向方向上以不对中的方式布置，以使得转子磁钢受到一个来自定子背铁2的、与电机泵血方向A相同的、沿电机轴向方向的作用力F2。该作用力F2将通过转子磁钢6进一步传导到与转轴连接的前、后轴承上，由于作用力F2同样为电机轴向方向的作用力，且方向与作用力F1相反，从而能够抵消电机泵血时额外产生的轴向作用力F1。由此，能够减小甚至消除轴承处的摩擦力，降低损耗，进而抑制发热。
进一步地，转子磁钢6所受到来自定子背铁2的轴向作用力F2的大小可通过调节转子磁钢沿电机轴向方向的中心61与定子背铁2沿电机轴向方向的中心21的偏移距离来设置。经过有限元分析，在图1示出的实施例中，考虑到定子背铁2的外径为6mm（大致等于电机的径向直径），当转子磁钢沿电机轴向方向的中心61与定子背铁沿电机轴向方向的中心21在电机的轴向方向上偏移1mm时，作用力F2的大小约为0.8N，此时F2能够几乎抵消作用力F1的绝大部分，进而使得前、后轴承在电机轴向上几乎不受力，减少其发热。需要说明的是，本实施例中所举的例子是为了说明本发明技术方案的目的，并不是对上述所涉及的尺寸数据做出任何限定。本领域的技术人员可以理解，在其它实施方式中，上述偏移距离可以根据实际情况来灵活设置。
如图1所示，转轴8沿电机的轴向方向从后往前依次包括后半段中空轴11、实心轴13、与前半段中空轴14。其中，后半段中空轴11沿电机的轴向方向从后往前由后端盖1开始延伸，贯穿整个内腔室，并超过前轴承9直至内腔室之外。其中，后半段中空轴11在其位于内腔室之外、靠近前轴承9的轴壁上设置有出液孔12，该出液孔12联通后半段中空轴11的中空部分与后半段中空轴的外部。并且，后端盖1还包括注液孔10，该注液孔10联通后半段中空轴11的中空部分与内腔室的外部。在本实施例中，灌注液（箭头B所示）由注液孔10进入到后半段中空轴11的空腔（即中空部分）中，沿着半段中空轴11从后往前流动，直至由后半段中空轴11的出液孔12流出。由于出液孔12设置在前轴承9附近，灌注液会沿着箭头B流出，并在出液孔12和前轴承9周围形成正压，从而能够防止血液经由前轴承9进入到电机的内腔室中形成血栓。由此，在现有技术中，由于电机轴承通常布置在电机内部、其附近位置无法提供血流冲洗的通道而导致极易形成血栓的缺陷得以有效解决。灌注液可例如是葡萄糖溶液。
同样如图1所示，前轴承9设置为滑动轴承，优选地前轴承9与转轴8之间的间隙介于3~4um之间。由注液孔10注入到后半段中空轴11的空腔中的灌注液的绝大部分会沿着后半段中空轴11的通道（箭头B所示）流出，但是仍有很少一部分会通过后轴承7的间隙流入电机内腔室中的定子转子之间的缝隙。这部分液体遇到小间隙的前轴承9可经其从内腔室中流出的部分会进一步减少，绝大部分都会留在电机的内腔室中。这样，混有定子转子表面微粒的这部分灌注液体将几乎不流出，从而不会将定子转子表面微粒带入到人体的血液中；同时另一方面，留驻在内腔室中的这部分液体使得定子转子间又充有液体起到了对轴承的润滑作用。
图2示出了根据本发明另一个优选实施例的用于介入式导管泵的微型电机结构的剖面图。图2所示的电机结构与图1中示出的基本相同，不同点在于图2中的电机前端盖3包含有一层薄壳体，该层薄壳体沿电机的轴向方向从前往后延伸，包裹住整个定子背铁2直至覆盖后端盖1的一部分。
图3示出了图2中前端盖3附近的局部剖视放大图。
根据本发明的另一方面，还提供了一种介入式导管泵（未示出），其包括导管、叶轮、电机，电机转动驱动叶轮旋转将血液从导管的入口泵送至出口；其中所述电机为如上述所述的微型电机结构。
附图和以上说明描述了本发明的非限制性特定实施例。为了教导发明原理，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施例的变型落在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解上述特征能够以各种方式结合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于上述特定实施例，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
Claims (5)
1.一种用于介入式导管泵的微型电机，其特征在于，所述电机包括定子背铁、绕组、转子磁钢、转轴、后轴承、前轴承、前端盖与后端盖，所述电机的转轴与介入式导管泵的叶轮连接以驱动叶轮旋转将血液沿泵血方向泵送，所述转轴限定所述电机的轴向方向，前端盖、前轴承、后端盖、后轴承与定子背铁共同包围形成所述电机的内腔室，绕组、转子磁钢与转轴的一部分位于所述内腔室中，
其中，所述转轴沿电机的轴向方向从后往前依次包括后半段中空轴、实心轴、与前半段中空轴；
其中，所述后半段中空轴沿电机的轴向方向从后往前由后端盖开始延伸，贯穿整个内腔室，并超过前轴承直至内腔室之外；
其中，所述后半段中空轴在其位于内腔室之外、靠近前轴承的轴壁上设置有出液孔，该出液孔联通所述后半段中空轴的中空部分与后半段中空轴的外部；
其中，所述后端盖包括注液孔，该注液孔联通所述后半段中空轴的中空部分与内腔室的外部。
2.如权利要求1所述的用于介入式导管泵的微型电机，其中，所述定子背铁与所述转子磁钢在电机的轴向方向上以不对中的方式布置，以使得所述转子磁钢受到一个来自所述定子背铁的、与电机泵血方向相同的、沿所述轴向方向的作用力。
3.如权利要求1或2所述的用于介入式导管泵的微型电机，其中，所述电机沿其轴向方向包括彼此相对的前端与后端，转轴与叶轮连接的一端为前端，与前端相对的远离叶轮的一端为后端；其中，前轴承抵靠前端盖布置，后轴承抵靠后端盖布置，以使得前轴承与前端盖共同封闭内腔室的前端，后轴承与后端盖共同封闭内腔室的后端。
4.如权利要求1或2所述的用于介入式导管泵的微型电机，其中，所述前轴承为滑动轴承，且该滑动轴承与所述转轴之间的间隙介于3~4um。
5.一种介入式导管泵，包括导管、叶轮、电机，电机转动驱动叶轮旋转将血液从导管的入口泵送至出口；其特征在于所述电机为如上述权利要求中任一项所述的微型电机。
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- 2023-08-21 CN CN202311049577.7A patent/CN116780817A/zh active Pending
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