CN1227041C - 涡轮式血液泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡轮式血液泵，该泵能解决利用上下轴承支承涡轮时因上部轴承对血流的防碍、产生血液滞留和形成血栓的问题。该泵包括：具有泵室、入口和排出口的壳体，在上述泵室内可转动地配置的涡轮，可转动地支承上述涡轮的上部轴承和下轴承，用于旋转上述转子的驱动力传递组件，将上部轴承支承在上述入口的下方泵室内，在包含上述上部轴承的上端并与上述涡轮轴正交的面上的泵室的断面积比与上述泵室的结合部上的入口处的流路断面积大，并且使因上述上部轴承引起的对血液的障碍达到在实际应用中没有问题的程度。

Description

涡轮式血液泵
技术领域
本发明涉及用于输送血液的血液泵，特别涉及通过涡轮旋转使血液产生离心力从而使其流动的涡轮式血液泵。
背景技术
血液泵对于进行人工心肺装置等体外血液循环是不可缺少的。作为血液泵，涡轮式泵占主流。涡轮式泵具有如下的结构，即内部形成有泵室的壳体的中央部分具有血液导入用的入口，在壳体外周部具有血液排出用的出口。在泵室内配置涡轮，通过涡轮旋转使血液流动。
作为一例，图5示出了本发明人开发出的涡轮式血液泵。在图5中，壳体21具有入口21a和出口(图中未示出)。在壳体21内部形成泵室22，并配置涡轮23。涡轮23被上轴承24和下轴承25可自由转动地支承，在设置在壳体21的中央部的凹部21b配置转子26。转子26与通过图中未示出的电动机连接而被转动驱动。在涡轮23的下部安装从动磁铁27，使其位于凹部21b的侧壁的内侧。在转子26上安装驱铁磁铁28，使其位于凹部21b的侧壁的外侧。从而通过作用在从动磁铁27与驱动磁铁28之间的磁引力，把转子26的转力传给涡轮23。泵室22内的血液随着涡轮23的转动而流动，从泵中排出。同时从入口21a导入血液形成血液流。
对血液泵的规格要求是不能形成血栓。如果在血液泵内流路中存在阻碍流动结构的材料，因血液滞留而容易引起血栓形成。在图5所示的血液泵中，上部轴承24配置在入口21a内。上部轴承24处在作为流路比较狭小的入口21a内，对血流构成大的障碍。特别是因增加轴承部分的强度而设置粗的支柱29时，对血流的障碍非常大。
为了解决上述问题，在特开平10-33664号公报中，公开了把安装在涡轮上的叶片的轴部制成中空使该中空部变成流路结构的一个例子。中空的轴部被磁轴承支承在该轴部的外圆周上。按照这种构造，在中空部可以失去造成血流障碍的部分。但因中空的轴部的直径与长度的尺寸都必需有一定的大小，而成为阻碍装置小型化的原因，并且结构也变复杂。例如对于幼儿用血液泵，入口的直径为6mm左右，这时采用在特开平10-33664号公报中记载的结构是困难的。
另外，也有人建议通过配置在涡轮下部的轴承支承涡轮的构造而不要上部轴承来解决上述问题。然而，只用下部轴承涡轮的转动不容易稳定。特别是在利用磁耦合传递电动机转动的构造中，从稳定性上看最好是利用上下两个轴承支承涡轮。
发明内容
本发明的目的是提供一种涡轮式血液泵，该泵能解决利用上下轴承支承涡轮时因上部轴承对血流的防碍、产生血液滞留和形成血栓的问题。
本发明一种涡轮式血液泵，包括：具有泵室、入口和排出口的壳体，在上述泵室内可转动地配置的涡轮，可转动地支承上述涡轮的上部轴承和下部轴承，用于旋转上述涡轮的驱动力传递组件，其特征在于：将上部轴承支承在上述入口的下方泵室内，在包含上述上部轴承的上端部并与上述涡轮轴正交的面上的泵室的断面积比与上述泵室的结合部上的入口处的流路断面积大，并且大到使因上述上部轴承引起的对血液的障碍达到在实际应用中没有问题的程度；在上述入口处的下端部固定有多根轴承支柱的一端，这些轴承支柱朝上述泵室延伸，其前端支承上述上部轴承。
按照上述结构，由于上部轴承对血液不形成障碍，从而可以获得很少发生血液滞留、形成血栓的涡轮式血液泵。
在上述结构中，最好，上述涡轮轴的上端部具有大径部和比其直径小的小径部，上述上部轴承的下端具有轴承孔，上述小径部插入上述轴承孔，由上述轴承支承上述涡轮轴的上部并进行定位；上述涡轮轴的上述小径部与上述大径部的交界部分上形成锥部，上述上部轴承的端面上的上述轴承孔的周围具有与上述涡轮轴的锥部相对应的形状，上述涡轮轴的锥部与上述轴承的端面上的上述轴承孔的周围对向。
按照上述结构，驱动力传递装置具有配置在壳体外侧并且设置在由电动机驱动的转子上的驱动磁铁和设置在涡轮上的从动磁铁，通过使从动磁铁和驱动磁铁隔着壳体壁相对置形成磁耦合，在上述的以通过磁耦合把电动机转动传递给涡轮的方式构成的涡轮式血液泵中是有效的。
这时可以根据作用在从动磁铁和驱动磁铁之间的引力的磁耦合方向相对涡轮的回转轴线倾斜来配置从动磁铁和驱动磁铁。
附图说明
图1是本发明的实施方式的涡轮式血液泵的剖面图。
图2A是图1的涡轮式血液泵的转子的平面图，图2B是其主视图。
图3是表示图1的涡轮式血液泵的上轴承的局部放大平面图。
图4是用于说明支承图1的涡轮式血液泵中的上部轴承的位置设定的图。
图5是现有技术中一例的涡轮式血液泵的剖面图。
具体实施方式
图1是本发明的一实施方式中的涡轮式血液泵的剖面图。1是壳体，它具有使血液流过的泵室2。在壳体1上设置与泵室2的上部连通的入口3、与泵室2的侧部连通的出口4。在泵室2内配置涡轮5。涡轮5具有六个叶片6，蜗轮轴7和环状连接部8。叶片6的中心部侧与蜗轮轴7结合，周缘部侧与环状连接部8结合。蜗轮轴7的上端部具有大径部7a和比其直径小的小径部7b。壳体1的上部轴承9的下端具有轴承孔9a，小径部7b插入轴承孔9a。蜗轮轴7的小径部7b与大径部7a的交界部分上形成锥部7c。上部轴承9的端面上的轴承孔9a的周围具有与蜗轮轴7的锥部7c相对应的形状，蜗轮轴7的锥部7c与上部轴承9的端面上的轴承孔9a的周围对向。壳体1上的上部轴承9和下部轴承10可自由转动地支撑蜗轮轴7。在环状连接部8上设置磁铁壳体11，在磁铁壳体11上埋设并固定从动磁铁12。从动磁铁12是圆柱状，对着环状连接部8沿其圆周方向具有一定间隔地配置了六个从动磁铁。
在壳体1的下部配置转子13。转子13具有互相连接的驱动轴14和大致呈圆柱状的磁结合部15。驱动轴14在被可自由转动地支承的同时通过与图中未示出的电动机等的转动驱动源连接转动驱动。另外转子13和壳体1以使图中未示出的相互位置关系维持不变状态互相连接。在磁结合部15的上面部分上埋设固定驱动磁铁16。如图2A的转子13的平面图中所示，驱动磁铁16是圆柱状，在圆周方向具有一定间隔地配置了六个驱动磁铁。
驱动磁铁16以隔着壳体1的壁与从动磁铁12呈对置关系配置。因此转子13和涡轮5处在磁耦合状态。通过转子13转动，使涡轮5通过磁耦合转动驱动。
上部轴承9是在入口3的下方，配置在伸入泵室2内的位置。图3为上轴承9的局部放大平面图，如该图所示，被使用的三根轴承支柱17各自朝直径方向延伸，在流路断面的中心部支承上部轴承9。如图1所示，固定在入口3的下端部内面上的轴承支柱17沿斜下方延伸到泵室2内，将上部轴承9支承在其前端部上。
在此将入口3和泵室2的结合部上的入口3的流路断面积即图4中示出的断面A-A上的流路断面积设为SA，将配置有上部轴承9的位置即图4中所示断面B-B上的流路断面积设为SB，换句话说，流路断面积SB是上部轴承9的上端部位置的泵室2的断面积。而在此所谓“流路断面积”是指上部轴承9和轴承支柱17未配置状态的断面B-B上的断面积。
按上述那样的上部轴承9的支承结构，流路断面积SB比流路断面积SA大得多，从而通过配置上部轴承9和轴承支柱17可以确保剩余的血液流路足够大。结果因设置上部轴承9对血流的障碍程度可以被减轻到实际应用起来没有问题的程度。也就是说，即使配置上部轴承9和轴承支柱17，流路断面积与入口3相比已扩大了。因此在泵室2的入口附近血流受到的障碍已达到允许的范围。另外，因轴承支柱17的存在对入口3的血流造成的障碍与上部轴承9位于入口3的内部位置时相比不再成问题。
如上所述，上部轴承9配置在泵室2内的具有足够大的流路断面积的位置上，所谓“足够大的流路面积”是指与入口3的流路面积相比大到可把对血液的障碍减轻到实际应用上不成问题的程度。
作为用于确定支承上部轴承9的位置的条件；断面积SA相对断面积SB，如果满足
2.32×SA≤SB≤7.50×SA的关系的范围，是适用的。即可以在断面积SB满足上述条件的范围内确定支承上轴承9的位置，在比下限值小时，对血流有障碍，而如果设定在超过上限值的位置上，则因上部轴承9与下部轴承10过分靠近而使涡轮5很难被合适地支承。比较优选的结果可以在SA与SB的关系满足下述条件的范围内获得。
2.58×SA≤SB≤4.45×SA
在获得良好结果的幼儿用泵的一例中，SA为2.8mm2(半径3mm)，SB为126mm2(半径6.33mm)，上部轴承9的上端部的断面积是9.6mm2(半径1.75mm)。而成人用泵的一例中，SA为57mm2(半径4.25mm)，SB为147mm2(半径6.83mm)，上部轴承9的上端部的断面积为9.6mm2(半径1.75mm)。而关于断面积SB的上述范围受上部轴承9和轴承支柱17的尺寸影响。但在这些尺寸的实用范围中，上述范围只要不变更，就可以确保实用的效果。
如图1所示，设置有从动磁铁12的环状连接部8的表面相对转动轴7不垂直，而是具有规定角度的倾斜面。同样，设置有驱动磁铁16的磁耦合部15的上表面也是倾斜面。这样一来，从动磁铁12和驱动磁铁16在相对涡轮5的转动轴倾斜的面上形成磁耦合。
这样一来，因形成磁耦合的表面倾斜，而使作用在涡轮5与转子13之间的磁吸引力沿相对涡轮5倾斜的方向，结果可以减少下部轴承10朝下的负载，可以减小下部轴承10的磨损，从而容易使磁耦合的强度变得足够大。本发明的轴承构造最适合于采用借助这样的磁耦合的驱动机构的情况。在采用磁耦合的情况下，如果考虑涡轮5支承的稳定性应该合用上下轴承，因为这对降低血流的障碍是必不可少的。
因为从动磁铁12与驱动磁铁16配置的面也是倾斜的，所以与使磁吸引力沿图3所示的径向作用的结构相比，不仅使环状连结部8的外周面的轴向尺寸变大，还可以使相对的面积变大。从而使在大的圆周速度下与血液接触的最外周部分的表面积变小，可以减少溶血的危险。并且也使形成在环状连接部8的内周面和壳体1的内侧上血液滞留部分变小，从而还可减少血栓形成的可能性。
磁耦合的方向，在图2B中用与磁耦合部15的上部顷斜面垂直的直线M表示。直线Y是转动轴线，磁耦合的方向M相对转动轴线Y形成的角度α被设定在30°±15°的范围内。如果在这个范围，就可以在取得折衷后获得上述效果。如果比这个范围大，将引起径向磁耦合问题，即将导致圆周速大的外周部分的表面积增大，这是不可取的。如果比这个范围小，则引起上下方向磁耦合问题，即引起下部轴承10的负载增大，也是不可取的。
倾斜面最好由使转子13的磁结合部15形成为向上凸起的形状构成。与相反的形状相比，可以使其与涡轮5之间形成的空间变小，这是使泵小型化有效的理由所在。

Claims (4)

1.一种涡轮式血液泵，包括：具有泵室、入口和排出口的壳体，在上述泵室内可转动地配置的涡轮，可转动地支承上述涡轮的上部轴承和下部轴承，用于旋转上述涡轮的驱动力传递组件，其特征在于：
将上部轴承支承在上述入口的下方泵室内，在包含上述上部轴承的上端部并与上述涡轮轴正交的面上的泵室的断面积比与上述泵室的结合部上的入口处的流路断面积大，并且大到使因上述上部轴承引起的对血液的障碍达到在实际应用中没有问题的程度；
在上述入口处的下端部固定有多根轴承支柱的一端，这些轴承支柱朝上述泵室延伸，其前端支承上述上部轴承。
2.根据权利要求1所述的涡轮式血液泵，其特征在于，
上述涡轮轴(7)的上端部具有大径部(7a)和比其直径小的小径部(7b)，上述上部轴承(9)的下端具有轴承孔(9a)，上述小径部(7b)插入上述轴承孔(9a)，由上述轴承(9)支承上述涡轮轴(7)的上部并进行定位；
上述涡轮轴(7)的上述小径部(7b)与上述大径部(7a)的交界部分上形成锥部(7c)，上述上部轴承(9)的端面上的上述轴承孔(9a)的周围具有与上述涡轮轴(7)的锥部(7c)相对应的形状，上述涡轮轴(7)的锥部(7c)与上述轴承(9)的端面上的上述轴承孔(9a)的周围对向。
3.根据权利要求1所述的涡轮式血液泵，其特征在于，上述驱动力传递组件具有：配置在上述壳体的外侧并设置在由电动机旋转驱动的转子上的驱动磁铁和设置在上述涡轮上的从动磁铁，使该驱动力传递组件按下述要求构成：通过使上述从动磁铁和上述驱动磁铁隔着上述壳体壁相对置而形成磁耦合，通过上述磁耦合，将上述转子的转动转递给上述涡轮。
4.根据权利要求3所述的涡轮式血液泵，其特征在于，上述从动磁铁和驱动磁铁的配置，使根据作用在上述从动磁铁和主动磁铁之间的吸力的磁耦合的方向相对上述涡轮转动轴线倾斜。
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