CN201982364U - 一种新型离心式血泵转子 - Google Patents

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才小士
李冶夫
冯文韬
李建春
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Abstract

一种新型离心式血泵转子，包括叶轮(1)、轴承磁堆(2)、电机磁铁(3)、底座(4)；所述的叶轮(1)主体为圆柱形结构，叶轮(1)上表面圆周上均布至少4个凸起主体(14)，相邻两个凸起主体(14)之间形成流线型的流槽，流槽底面从中心向圆周外倾斜，并且在叶轮(1)圆周处的流出点沿圆周均匀分布；叶轮(1)中心开有中心孔(12)，中心孔(12)内壁刻蚀数条并行螺旋形的凹槽；叶轮(1)底面中心孔外加工有圆环形空腔，每个凸起主体(14)底面加工有一个叶轮凹穴(17)；安装时，轴承磁堆(2)装入所述的圆环形空腔内，电机磁铁(3)装入叶轮凹穴(17)中并封装，然后将底座(4)安装在叶轮(1)底面，底座(4)与叶轮(1)之间的接缝进行密封。

Description

一种新型离心式血泵转子
技术领域
本实用新型涉及一种用于离心式血泵的转子，更具体而言，涉及一种适用于可植入人体的连续流全悬浮离心式血泵转子，属于微型机械电子技术领域。
背景技术
在心血管医学中，人工心脏(或血泵)作为心脏移植的桥梁或作为终期治疗形式来支持晚期心脏病患者的临床应用已成为可接受的临床实践。罹患心脏病需要进行换心手术的患者数量十分庞大，但移植供体严重不足使得大部分心脏病患者救治困难，甚至失去了存活的机会。因此，研制高性能的心脏泵具有十分重大的意义。
旋转式血泵可以是离心式的或轴流式的。在离心式血泵中，血液沿着泵的旋转轴进入泵并垂直于旋转轴退出泵。在轴流式血泵中，血液沿着泵的旋转轴进入泵并沿旋转轴退出泵。
传统上，旋转式血泵包括主轴和与主轴相连的叶轮构成转子。机械轴承是转子在轴向和径向保持稳定。浸没在血液里的机械轴承已成为血栓和溶血的来源，并且机械轴承必须使主轴突出而超出泵室，因此要求密封以防止血液从泵室溢出。为了克服机械轴承的缺点，第三代人工心脏采用磁浮或液浮轴承替代机械轴承，使转子能够无接触无密封的悬浮。
目前世界上第三代人工心脏一般采用三种支承方式：磁悬浮轴承、动压液浮轴承和磁悬浮动压液浮复合轴承。本实用新型涉及一种可植入式人工心脏或左心室辅助装置的转子，该转子采用动压液浮和被动磁悬浮相结合的支承方式，和全磁悬浮支承方式相比，动压液浮支承不需要安装位置传感器，因此相应的血泵的体积可以很小。减小血泵体积有着非常重要的意义。
1、血泵体积小，可以将血泵植入胸腔，而不是植入腹腔。
2、血泵体积小，手术切口小，使得手术时间大大缩短，有利于减少手术并发症，提高手术成功率。
3、有利于缩短术后恢复时间，减轻病人痛苦。
发明内容
本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种新型离心式血泵转子，该转子采用转子叶片和转子一体化设计，依靠液浮和磁浮原理实现完全悬浮，能够提升血泵效率。
本实用新型的技术解决方案是：一种新型离心式血泵转子，包括叶轮、轴承磁堆、电机磁铁、底座；所述的叶轮主体为圆柱形结构，叶轮上表面圆周上均布至少4个凸起主体，相邻两个凸起主体之间形成流线型的流槽，流槽底面从中心向圆周外倾斜，并且在叶轮圆周处的流出点沿圆周均匀分布；叶轮中心开有中心孔，中心孔内壁刻蚀数条并行螺旋形的凹槽；叶轮底面中心孔外加工有圆环形空腔，每个凸起主体底面加工有一个叶轮凹穴；安装时，轴承磁堆装入所述的圆环形空腔内，电机磁铁装入叶轮凹穴中并封装，然后将底座安装在叶轮底面，底座与叶轮之间的接缝进行密封。
所述的底座外表面全部或者部分加工出放射状的凹槽或凸台。
所述的流线型的流槽边缘曲线为圆弧线、抛物线、贝叶斯曲线或其他翼型曲线。
所述的凹槽数量1～6。
本实用新型与现有技术相比有益效果为：
(1)提升血泵效率：本实用新型叶轮上表面两个凸起主体之间形成流线型的流槽边缘曲线可以为圆弧线、抛物线、贝叶斯曲线或其他翼型曲线，相对于直角形式的叶轮，相同转速下叶轮的扭矩降低，泵的效率提升了15％～20％。
(2)本实用新型在叶轮中心孔上加入螺旋槽，可以设计为单螺旋槽或多螺旋槽结构。通过对螺旋槽方向的设计，有助于增加中心孔周围的流体流量，增加血液对中心孔及叶轮下底面的冲刷，减少血栓形成的几率。同时，中心孔周围的液体在叶轮高速旋转下产生液浮力，对稳定叶轮的径向扰动有十分积极的作用。
(3)本实用新型在底座加入螺旋型凸台或凹槽，为血液的径向流动提供了流道，增加了底座底面与叶轮下底面空间的血液流动，减少血液的停滞，从而减少血栓形成几率。螺旋型凸台或凹槽的设计还可以在叶轮旋转时产生随间隙减小而增大的液浮力。当叶轮在磁浮力作用下正常工作时，叶轮下底面与蜗壳下底面的间隙较大，液浮力作用很小，此时磁浮力与叶轮上表面产生的液浮力在轴向上相平衡。当磁浮力失效或者叶轮运转受到干扰从而叶轮下底面与底座下底面的间隙减小时，下表面的液浮力随之增大，避免两个面之间的接触，增加叶轮运转的稳定性。
附图说明
图1是根据本实用新型实施例的叶轮外表面区的立体图；
图2是图1所示的叶轮下侧的立体图；
图3是根据本实用新型实施例的叶轮的分解图；
图4是根据本实用新型实施例的底座。
具体实施方式
本实用新型提出的血泵转子如图3所示包括：带有流道和动压轴承的叶轮1、连接叶轮的底座4和密封于转子中轴承磁堆2、电机磁铁3。
应当说明的是在描述于附图中阐明的本实用新型实施例时，为描述清楚的使用特定术语。然而，本实用新型的公开内容并不局限于所选择的特定术语，应该理解的是，每个特定元件包括以相似方式操作的所有技术同等物。
图1详细描述了叶轮1的结构。在本实施例中，叶轮具有基本上圆形的截面，并且具有在其上圆周排列的多个相同的基本上中空的凸起主体14。在一个实施例中，存在4个或以上这样的凸起主体14，它们的中间位置间隔相等并沿圆周均匀分布。
通过适于使血液从叶轮的中心部流向周围泵室的流槽或通道15将各凸起主体14分开。在一个实施例中，每个流槽15的宽度为约3.8mm。通过垂直侧壁13和16来限定流槽15。每个流槽15都具有向下倾斜的底面。流槽15在叶轮圆周处的流出点沿圆周均匀分布。流槽15边缘曲线可以为圆弧线、抛物线、贝叶斯曲线或其他翼型曲线。
每个凸起主体14的上表面设有限定轴向液力轴承面的弯曲和斜削的或倾斜的轴承面7。在一个实施例中，每个轴承面7沿顺时针方向从相对较低的流体压力入口区6向上盘旋到相对较高的流体压力出口区9。轴承面7相对于水平面的倾斜角小于1度。当叶轮1旋转时，侧壁13限定前边缘，使得随着施加到邻近的上泵壳1内表面上的力增大，流过液力轴承面的血液被压缩，因此轴向向下净压力被施加到每个凸起主体14的上突出面上。在操作中，在轴承面7和邻近壳体表面之间的血液层的厚度是流体粘度、叶轮转速和叶轮轴承的几何形状的函数。随着流体粘度的增加，流体层厚度增加。随着转速增加，流体层厚度增加，并且由于叶轮1上的轴向净液压和部分地因下述的磁性预载荷使叶轮悬浮于泵室内的事实，所以从每个轴承面7到相邻上壳面的距离可以随着转速和流体粘度而改变。
每个凸起主体14还可以具有形成轴承面7下游的减压面11的楔形区域。减压面11确保液压可控制和可预测的降低，从而使血液切应力和溶血现象降到最低。此外，每个减压面11有助于限定血液在泵室内的次要流道，由此流出轴承面7的血液再被带出并穿过相邻减压面11而进入挨着的下游叶轮流槽或通道15，并从那里进入限定泵室的扩散部的侧向环形空间。
在每个凸起主体14上表面上的相对平面区域限定在每个轴承面7的退出端9和相关减压面11之间的基本上平坦的桥接面10。
每个轴承面7在相对的两边沿其长度分别由内侧板5和外侧板8限制。外侧板8的外表面限定叶轮外围表面的一部分。在操作中，内侧板5和外侧板8有效地将流体从轴承面7的侧面的漏出减到最少，因此有助于保持与轴承面7配合的血液，从而使流体层厚度最大和使流体切应力最小。在轴承面的退出端9处，内侧板5和外侧板8的顶面和轴承面7可以合并成平坦的桥接面10。
转子叶轮中心孔12上平行刻蚀有数条螺旋形凹槽20。所述凹槽20绕叶轮中心线呈右手螺旋状。所述凹槽20能够增大从中心孔流过的流量，而且能提高转子与泵壳之间的径向刚度。凹槽20可以单螺旋槽或多螺旋槽结构，本实用新型为1～6条。
图2所示叶轮1底面的立体图，其中，每个凸起主体14被挖空，以限定多个内腔或凹穴17。在横截面上，每个凹穴17在尺寸和形状上与限定其边界的凸起主体14基本相应。每个这样的凸起主体14的上突出面均包括限定它下面的内腔顶部的液力轴承面。每个凹穴17的外弯曲边界与叶轮1同心，各凹穴17绕叶轮1外围均匀分布，凹穴17适于容纳形成叶轮1的电机驱动系统一部分的电机磁铁3。所述叶轮1的旋转需要很高的稳定性，因此对其需要做动平衡，在两凹穴17中间平面上可以钻动平衡孔18。
所述叶轮1的材料为具有良好血液相容性的材料。在所述叶轮1与血液接触的外表面，可以涂覆血液相容性好、硬度高、表面光滑的保护性涂层，如TiN、DLC等，镀层可以起到减小磨损、增加启动可靠性和减小血液破坏等作用。
参照图4，转子底座4上加工有放射状凸台或凹槽21，所述凸台或凹槽21旋转方向与叶轮1旋转方向一致。图4所示为叶轮的分解图，它详细的说明了转子的装配方式。首先将轴承磁堆2装入叶轮1底面的圆环形空腔19内。接着将电机磁铁3装入叶轮凹穴17中，用胶水或环氧树脂封装，通过工艺保证轴承磁堆2和电机磁铁3不超出叶轮1底面。最后将底座4安装到叶轮1上，接缝处采用激光焊接的方式密封。
上述具体实施例是说明性的，基于这些实施例可以在不背离公开内容的精神或所附权利要求范围的情况下引入多种变化。例如，在公开内容和所附权利要求的范围内，不同说明性实施例的要素和/或特征可以相互组合和/或相互代替。本实用新型未公开说明的内容属于本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种新型离心式血泵转子，其特征在于：包括叶轮(1)、轴承磁堆(2)、电机磁铁(3)、底座(4)；所述的叶轮(1)主体为圆柱形结构，叶轮(1)上表面圆周上均布至少4个凸起主体(14)，相邻两个凸起主体(14)之间形成流线型的流槽，流槽底面从中心向圆周外倾斜，并且在叶轮(1)圆周处的流出点沿圆周均匀分布；叶轮(1)中心开有中心孔(12)，中心孔(12)内壁刻蚀数条并行螺旋形的凹槽；叶轮(1)底面中心孔外加工有圆环形空腔，每个凸起主体(14)底面加工有一个叶轮凹穴(17)；安装时，轴承磁堆(2)装入所述的圆环形空腔内，电机磁铁(3)装入叶轮凹穴(17)中并封装，然后将底座(4)安装在叶轮(1)底面，底座(4)与叶轮(1)之间的接缝进行密封。
2.根据权利要求1所述的一种新型离心式血泵转子，其特征在于：所述的底座(4)外表面全部或者部分加工出放射状的凹槽或凸台。
3.根据权利要求1所述的一种新型离心式血泵转子，其特征在于：所述的流线型的流槽边缘曲线为圆弧线、抛物线、贝叶斯曲线或其他翼型曲线。
4.根据权利要求1所述的一种新型离心式血泵转子，其特征在于：所述的凹槽数量1～6。
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