CN213527129U - 一种带有磁液悬浮结构的人工心脏泵 - Google Patents

Abstract

为了解决现有技术中磁悬浮结构血泵抗冲击力差的问题，本实用新型提供一种带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，包括泵体，及位于泵体内的转子组件；泵体包括电机壳和密封腔体，密封腔体上设置有出血口，其中电机壳位于密封腔体的上方，电机壳上方连接有进血口；电机壳为中空结构，在电机壳的中空内设置有定子组件，所述转子组件包括转轴和转轴下方连接的叶轮，其中叶轮位于密封腔体内，所述转轴上还设置有转子磁钢，所述密封腔体内设置有液体动力轴承槽。本申请在实际应用时，达到的有益效果为避免叶轮端面与密封腔体进行摩擦，提升了血泵的抗冲击力。

Description

一种带有磁液悬浮结构的人工心脏泵

技术领域

本实用新型涉及辅助血液流动的装置，特别是一种带有磁液悬浮结构的人工心脏泵。

背景技术

近年来，随着我国人口老龄化加剧以及人们生活习惯的改变，心血管疾病发病率剧增。而心力衰竭是各种心血管疾病发展到晚期的一种临床综合征，是心血管疾病致死的头号杀手。心脏移植是心衰治疗的金标准, 但面临着供体短缺的问题。我国每年心脏移植手术量仅300例左右, 导致NYHA IV级心衰患者6个月等待供体期间死亡率达35%, 如有合并心源性休克,死亡率最高达50%-70%。另外，据统计我国心力衰竭患者数量每年以新发病例50万例的速度增加, 因此, 人工心脏在心力衰竭领域未来的应用前景非常广阔。

人工心脏是心血管医疗器械中科技含量最高的技术, 属于典型多学科交叉渗透的高端产品，聚集了包括机械设计、流体力学优化、微电子电路、自动化控制、外科学等多领域技术，其组成主要包括三部分：人工血管、流体动力装置和系统控制部分。其中流体动力装置，即血泵，决定着人工心脏泵血能力的强弱，因此最为重要。

现有的血泵按结构按设置位置可以分为体外泵和体内泵。例如CN100509066C所公开的电液式心脏体外循环搏动血泵，其放置于体外，通过电动控制搏动次数和压出血液流量，保证人体中需要的供血平衡，这种结构存在着体积大、不易植入体内的缺点，同时还存在着隔膜阀等部件易产生机械疲劳，隔膜效率低，产品使用寿命短。

为了减轻患者负担，能够将血泵植入体内，清华大学在2008年申请了专利号CN200810226113.8，名称为“一种植入式微型流线形轴流血泵”的专利，该专利技术公开了一种可植入体内的血泵，这种泵能够提供较大的血流量，但因其转速高达8000 rpm左右，对血液中的红细胞损坏极大，容易产生溶血，同时在轴流叶轮的支撑板处易产生血栓,同时血液对支撑板冲击力较大，导致支撑板在泵体内与泵体发生摩擦，长期高速使用会导致其使用寿命和使用安全等问题。

为了减少红细胞损坏，提高供血质量，需要降低泵的转速，中国专利文献CN201010174301.8公开了一种可植入式磁液悬浮型离心血泵,其采用离心结构,虽然实现了转速低、体积小等功能；同时这种结构在径向流道还设置有标准螺旋线，通过设置螺旋线用以缓解血液的冲击力，但这种螺旋结构只能缓解叶轮的径向偏心力，却解决不了叶轮在使用中的轴向冲击力，根据现有离心式血泵的结构特点，其轴向冲击力远大于径向偏心力；因此，如何在现有结构中，确保血泵流量的同时提升血泵的抗冲击力，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中磁悬浮结构血泵抗冲击力差的问题，本实用新型提供一种带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其目的在于确保转轴叶片的支撑，提高泵体的抗冲击力。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，包括泵体，及位于泵体内的转子组件；泵体包括电机壳和密封腔体，密封腔体上设置有出血口，其中电机壳位于密封腔体的上方，电机壳上方连接有进血口；电机壳为中空结构，在电机壳的中空内设置有定子组件，所述转子组件包括转轴和转轴下方连接的叶轮，其中叶轮位于密封腔体内，所述转轴上还设置有转子磁钢，所述密封腔体内设置有液体动力轴承槽。

本申请在具体应用时，泵体为壳体类结构，泵体上部为进血管道,中部为电机壳,下部为密封腔体,三者可通过焊接或现有技术中其它方式组合在一起,便于制造、组装；电机壳为中空结构,壳内可容纳定子组件,其中电机壳也可以通过上壳体和下壳体焊接而成，在具体使用时，定子组件可选择常用的电机定子组件结构，包括定子线圈；在本申请中当定子线圈通电后，带动转子旋转，血液通过进血口进入，进血通道上的轴流叶片对血液进行一次加压，然后血液经进血通道流至密封腔体，在密封腔体内通过叶轮旋转二次加压后从密封腔体上的出血口泵出；在转子上设置有转子磁钢，转子磁钢为永磁体结构，布置在转子表层，以圆周方向排列，与电机壳内的定子组件相对应，形成磁悬浮结构；同时在密封腔体内设置有液体动力轴承槽，与叶轮的端面相对应，在运行中形成液力悬浮结构。

本申请在实际应用时，达到的有益效果为：

（1）相对于现有磁悬浮泵而言，本申请在密封腔体内设置液体动力轴承槽，在泵的运转过程中，通过血液构成液力悬浮结构，避免叶轮端面与密封腔体进行摩擦，提升了血泵的轴向抗冲击力。

（2）通过设置液体动力轴承槽，扩大了叶轮端部与密封腔体之间的缝隙，能够保证血液在该处有效更新，同时提供足够的支撑力，确保泵出的血液质量。

（3）本申请结构未对叶轮形状进行改变，能够确保血液泵出口的扬程，同时让血泵维持在低转速内。

附图说明

图1是本实用新型血泵第一视角剖视示意图；

图2是本实用新型泵体剖视示意图；

图3是本实用新型血泵第二视角剖视示意图；

图4a、4b、4c是本实用新型转轴移动示意图；

图5是本实用新型血泵转子磁钢倒圆示意图；

图中：1进血口、2轴流叶片、3径向液体动力轴承、4转子磁钢、401倒圆、402覆盖层、5定子线圈、6叶轮、7上下液体动力轴承液面、8电机背轭、9磁靴、10液体动力轴承槽、1001密封腔体底部、1002密封腔体顶部、11磁芯、12凸起、13泵体、14转轴、15进血通道。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

一种带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，包括泵体13，及位于泵体13内的转子组件；泵体13包括电机壳和密封腔体，密封腔体上设置有出血口，其中电机壳位于密封腔体的上方，电机壳上方连接有进血口1；电机壳为中空结构，在电机壳的中空内设置有定子组件，所述转子组件包括转轴14和转轴14下方连接的叶轮6，其中叶轮6位于密封腔体内，所述转轴14上还设置有转子磁钢4，所述密封腔体内设置有液体动力轴承槽10。

如图1、图2、图3所示，当定子线圈5通电后，带动转子旋转，血液通过进血口1进入，进血通道15上的轴流叶片2对血液进行一次加压，然后血液经进血通道15流至密封腔体，在密封腔体内通过叶轮6旋转二次加压后从密封腔体上的出血口泵出；在转子上设置有转子磁钢4，转子磁钢4为永磁体结构，布置在转子表层，以圆周方向排列，与电机壳内的定子组件相对应，形成磁悬浮结构；在径向方向上，电机定子和转子间的拉力使转轴14上的转子磁钢4与定子组件保持在一个平面上。如果转轴14向上偏离，如图4b所示，叶轮6会受到一个向下的力，使叶轮6上的转子磁钢4与定子组件恢复保持在一个平面上，如果转轴14向下偏离，如图4c所示，叶轮6会受到一个向上的力，同样使叶轮6上的转子磁钢4与定子组件恢复保持在一个平面上；在径向方向上，电机壳与转轴14表面形成有径向液体动力轴承3，将叶轮6保持在中心位置；相对于现有技术中将永磁体设置在定子组件上，本申请结构将其固定于转子上，降低了电机的体积，进而降低了血泵的体积，减少了壳体等部件用料，从而减轻了血泵的重量；同时本申请结构简单，便于加工；在本申请中转子磁钢4包括两组或两组以上的永磁结构，永磁结构包括四片或四片以上成偶数片的永磁体，各片永磁体依次排列，且间隔一片的两片永磁体排列方向一致，但磁场方向相反，相邻两片永磁体排列方向相垂直。在本实施中，可选择四组永磁结构依次布置在转轴14表层，且每组永磁结构含有片永磁体，如图所示，每组永磁结构的永磁体排列顺序按顺时针方向依次是↓、←、↑、→；如此布置其磁场正弦分布程度较高，谐波磁场影响较小，可以降低泵的转矩涟波，因而可进一步缩小血泵的体积，降低叶轮6的重量；通过在密封腔体内设置有液体动力轴承槽10，与叶轮6的端面相对应，在运行中形成液力悬浮结构，能够提升血泵的抗冲击力。

进一步地，如图1、图2所示，在本申请中，液体动力轴承槽10可设置在密封腔体内的底部1001和/或顶部1002。在遇到冲击力的情况下，密封壳体的底部1001和顶部1002设置的液体动力轴承槽10形成液体动力悬浮，避免叶轮6触碰密封壳体。具体的，当受到向上的冲击力时，密封壳体顶部1002设置的液体动力轴承槽与叶轮的上端面之间距离减少，两者之间的血液压力变大，从而阻止叶轮继续向上运动；同样，当受到向下的冲击力时，密封壳体底部1001设置的液体动力轴承槽与叶轮的下端面之间距离减少，两者之间的血液压力变大，从而阻止叶轮继续向下运动；以此达到抗冲击的效果，在本实施例中，通过磁悬浮和液体动力悬浮相组合的悬浮方式，抗冲击能力强、可靠性高。在实际生产中，本申请中涉及的液体动力轴承槽10可选择为螺旋形结构、或锥形结构、或球形结构、或斜面结构，具体根据液体动力轴承设计而选定。

进一步地，在进血通道15内设置轴流叶片2，本申请中的进血通道15上设置有轴流叶片2是指通过在进血通道15内位于转轴14内壁上设置轴流叶片2，能够确保血液泵出口的扬程，同时让血泵维持在低转速内而提供大流量；能够提高血液流动的平稳性。

在本实施例中，以容积约80ml的血泵为例，现有技术中泵的重量约200g，泵的直径约为51mm，泵的高度约为34mm；而采用本申请结构重量仅140g左右，泵的直径约为44mm，泵的高度约为25mm；同时若需要达到流量为10L/min时，泵头压力在120mmHg左右为例,现有技术中的泵转速约为3600rpm，而本申请结构测量其转速约为2600rpm；通过与现有技术对比可知，本申请结构极大的降低了血泵的重量，减轻了患者的负担；在流量相同的条件下，本申请结构还降低了泵的转速，提高了血流的平稳性；达到了血泵体积小、重量轻、转速低、流量大等效果。

进一步地，为了让血液流动更加平稳，本申请中轴流叶片2可设置为2片或2片以上，对称布置在进血通道15内部，与进血通道15可形成一体式或分体式组成。轴流叶片2的对称布置，不仅让血液流动平稳，也能让转轴14受力均匀，旋转起来更加平稳，提高转轴的寿命；在本申请的其它实施例中，还可以对多片轴流叶片2进行重叠设置，即设置多层轴流叶片2，其中轴流叶片2在转轴14内壁上呈叠层结构，每一层可以设置有多片，并且各层的转轴14内壁上可以重叠，也可以错开，如此更能增加血液流量；在实际运用中，可根据转轴14及叶轮的动平衡试验结果来选择轴流叶片2的布置位置，即轴流叶片2在本申请结构中不仅仅达到增加血液流量的效果，还能提高转子组件的动平衡性，提高整体结构的稳定性。在本申请结构中，轴流叶片2安装位置优先选择安装在转轴14内壁与转子磁钢4所对应的区域，通过设置在该区域，能够提高转子组件整体结构强度，以及还能降低血液对轴流叶片2的冲击力。

进一步地，如图3、图5所示为了提高磁场正弦分布，同时也便于永磁体的安装和拆卸，在本申请中永磁体设置有倒角或倒圆401，以及转子磁钢4朝向定子组件侧的相邻间的边角沿轴向方向可选择倒斜角、或者倒外圆角、或者倒内圆角；特别是在倒角距离为转子磁钢4的长度距离的1/5—1/4之间时，转子磁钢4的磁场波形更能贴近一个标准的正弦波形，以此能够消除或减弱谐波，提高电机效率。

进一步地，如图3、图5所示为了确保转子组件的密封性，保障磁悬浮结构的稳定性，在本申请中在转子磁钢4外面设置有覆盖层402，以便于转轴14与电机壳之间形成径向液体动力轴承3。

进一步地，为了确保进血量，在本申请中进血口1的口部设有锥度；另，本申请中密封腔体内底面设置有锥形凸起12，其可让转轴14保持在中心位置；其中锥形凸起12可设置有平台，也可以不设置平台，在本申请中锥形凸起12采用“尖顶”结构，如图1、图2所示，能够对血液进行分流，降低血液对泵体13的冲击。

应理解实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作任何各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限制。

Claims (17)

1.一种带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，包括泵体（13），及位于泵体（13）内的转子组件；泵体（13）包括电机壳和密封腔体，密封腔体上设置有出血口，其中电机壳位于密封腔体的上方，电机壳上方连接有进血口（1）；电机壳为中空结构，在电机壳的中空内设置有定子组件，所述转子组件包括转轴（14）和转轴（14）下方连接的叶轮（6），其中叶轮（6）位于密封腔体内，所述转轴（14）上还设置有转子磁钢（4）；所述密封腔体内设置有液体动力轴承槽（10）。

2.根据权利要求1所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述液体动力轴承槽（10）设置在密封腔体内的底部（1001）和/或顶部（1002）。

3.根据权利要求1或2所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述液体动力轴承槽（10）为螺旋形凹槽、或锥形凹槽、或球形凹槽。

4.根据权利要求1或2所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述转子磁钢（4）设置有倒角或倒圆（401）。

5.根据权利要求3所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述转子磁钢（4）设置有倒角或倒圆（401）。

6.根据权利要求1或2或5所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，还包括转子磁钢（4）外面设置有覆盖层（402）。

7.根据权利要求3所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，还包括转子磁钢（4）外面设置有覆盖层（402）。

8.根据权利要求4所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，还包括转子磁钢（4）外面设置有覆盖层（402）。

9.根据权利要求1或2或5或7或8所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述进血口（1）的口部设有锥度。

10.根据权利要求3所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述进血口（1）的口部设有锥度。

11.根据权利要求4所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述进血口（1）的口部设有锥度。

12.根据权利要求6所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述进血口（1）的口部设有锥度。

13.根据权利要求1或2或5或7或8或10或11或12所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述密封腔体内底面设置有锥形凸起（12）。

14.根据权利要求3所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述密封腔体内底面设置有锥形凸起（12）。

15.根据权利要求4所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述密封腔体内底面设置有锥形凸起（12）。

16.根据权利要求6所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述密封腔体内底面设置有锥形凸起（12）。

17.根据权利要求9所述的带有磁液悬浮结构的人工心脏泵，其特征在于，所述密封腔体内底面设置有锥形凸起（12）。

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