CN214260372U - 一种离心式磁悬浮人工心脏泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及人工心脏泵领域，特别是涉及一种离心式磁悬浮人工心脏泵。该装置包括泵体、旋转机构、转矩定子、悬浮定子、外永磁环和血液通道；泵体上下两端各设有一个泵盖，上泵盖设有血液输入口，下泵盖设有悬浮定子，泵体外壁设有血液输出口，泵体内壁设有外永磁环，上下泵盖之间设有转矩定子和旋转机构。本实用新型结构简单，便于控制；运行稳定性高、功率损耗低；可长期置于人体代替心脏实现泵血功能。

Description

一种离心式磁悬浮人工心脏泵

技术领域

本实用新型涉及人工心脏泵领域，特别是涉及一种离心式磁悬浮人工心脏泵。

背景技术

心脏疾病一直以来都是导致人类死亡的重要原因，由于可移植自然心脏资源的缺乏，对人工心脏的研发逐渐受到国内外专家学者的广泛关注。

上世纪五十年代开始，人类开始人工心脏的研究，目前为止主要经历了三次大变革：第一代人工心脏泵借助容积周期性变化的气动泵来模仿心脏脉动式泵血，但这种泵结构复杂、体积大、耗能高、易造成血栓，对接受人工心脏移植的患者有很大副作用；第二代人工心脏泵为轴流式，采用高速转子进行连续泵血，尺寸较小、输出流量大，但由于采用传统机械结构，产生的机械摩擦容易导致温度升高和溶血、血栓等问题；为了解决前两代人工心脏泵存在的问题，第三代人工心脏泵采用磁悬浮技术，通过磁力使转子与其它结构无直接接触，有效克服了机械摩擦等问题，但仍存在续航能力差和因磁场耦合而导致的运行稳定性差、功率损耗高等问题，还有较大的发展空间。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有人工心脏泵的缺点，综合采用磁悬浮技术、无轴承开关磁阻电机技术和普通电机技术，提出一种结构简单、易于控制、运行稳定性高、功率损耗低的离心式磁悬浮人工心脏泵，技术方案是：一种离心式磁悬浮人工心脏泵，包括泵体、转矩定子、悬浮定子、旋转机构、外永磁环和血液通道；所述泵体上下两端各设有一个泵盖，上泵盖的中心位置设有血液输入口，下泵盖嵌有悬浮定子，悬浮定子包括悬浮定子铁芯和悬浮绕组，且悬浮绕组绕在悬浮定子铁芯上；所述泵体和泵盖设有相互配合的螺纹，可对整体结构进行拆分和组装；上泵盖与下泵盖之间设有转矩定子和旋转机构；所述转矩定子位于旋转机构内腔中，并与下泵盖固定连接，转矩定子包括转矩定子铁芯和转矩绕组，且转矩绕组绕在转矩定子铁芯上；所述旋转机构由上而下依次设有叶轮、内永磁环、磁悬浮转子和轴向位置调节环，所述叶轮固定在磁悬浮转子顶部，所述内永磁环安装在磁悬浮转子外壁，其上端面与磁悬浮转子上端面平齐，所述轴向位置调节环安装在磁悬浮转子底部；所述泵体内壁设有外永磁环，其上端面低于内永磁环上端面且高于内永磁环下端面，其下端面低于内永磁环(42)下端面，并与内永磁环同性磁极相对；所述泵体外壁还设有血液输出口，所述血液输出口与外永磁环上端面相切，其圆心与磁悬浮转子上端面平齐。

本实用新型的技术方案还有：所述转矩定子为6齿结构，转矩绕组通电后，产生作用于磁悬浮转子的电磁转矩，进而使磁悬浮转子旋转；所述磁悬浮转子为8齿结构，磁悬浮转子旋转带动叶轮旋转，驱动血液自血液输入口流入，并从血液输出口流出。

本实用新型的技术方案还有：所述转矩绕组为三相，包括A相、B相和C相，导通顺序为“A相-B相-C相”，转矩绕组通电后，根据“磁阻最小原理”，产生作用于磁悬浮转子的电磁转矩，驱动磁悬浮转子旋转。

本实用新型的技术方案还有：所述悬浮定子为4齿结构，悬浮绕组通电后，产生作用于轴向位置调节环的电磁拉力；所述内永磁环和外永磁环之间产生的排斥力、悬浮定子提供的电磁拉力、血液流动产生的径向力和轴向力和旋转机构的自身重力的共同作用，实现磁悬浮转子的稳态悬浮。

本实用新型的技术方案还有：所述悬浮绕组通电后，根据“磁阻最小原理”，产生作用于磁悬浮转子的电磁拉力，进而对整个磁悬浮转子的轴向位置进行调节，使磁悬浮转子保持稳态悬浮。

本实用新型的技术方案还有：所述电磁转矩作用于磁悬浮转子，所述电磁拉力作用于轴向位置调节环，使转矩绕组产生的磁力线和悬浮绕组产生的磁力线形成两个相互独立的磁路，从而实现转矩磁场和悬浮磁场的解耦，提高运行稳定性、降低功率损耗。

本实用新型的技术方案还有：所述内永磁环和外永磁环的使用，一方面，减少了维持磁悬浮转子悬浮的能量损耗，另一方面，内永磁环和外永磁环之间具有排斥力，还提供了径向力，在磁悬浮转子径向位置发生变化时，可自行调节将磁悬浮转子恢复到中心位置，不会与其他部分发生碰撞，提高了安全性能，降低了控制算法难度。

本实用新型的有益技术效果是：所述内永磁环和外永磁环的应用，在降低功率损耗的同时，提高了磁悬浮转子运行的稳定性和装置整体的安全性；通过叶轮驱动血液流动，减小了工作过程中对血细胞的损伤又能够提供足够大的流量；所述所述悬浮定子嵌于下泵盖中，悬浮绕组产生的磁力线和转矩绕组产生的磁力线形成两个相互独立的磁路，解除了悬浮磁场和转矩磁场之间的耦合，提高了运行稳定性、降低了控制算法的复杂度、消除了因耦合造成的功率损耗，同时使得装置的整体结构更加紧凑。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的总体结构示意图。

图2是本实用新型一个实施例的平面结构示意图。

图3是本实用新型一个实施例的转矩绕组示意图。

图4是本实用新型一个实施例的悬浮绕组示意图。

图5是本实用新型一个实施例的血液传输示意图。

图中：1为泵体、111为上泵盖、112为下泵盖、2为转矩定子、21为转矩定子铁芯、22为转矩绕组、3为悬浮定子、31为悬浮定子铁芯、32为悬浮绕组、4为旋转机构、 41为叶轮、42为内永磁环、43为磁悬浮转子、44为轴向位置调节环、5为外永磁环、6为血液通道、61为血液输入口、62为血液输出口。

具体实施方式

本实用新型由泵体1、转矩定子2、悬浮定子3、旋转机构4、外永磁环5和血液通道6六部分组成；所述泵体1上下两端各设有一个泵盖，上泵盖111的中心位置设有血液输入口61，下泵盖112嵌有悬浮定子3，悬浮定子3包括悬浮定子铁芯31和悬浮绕组32，且悬浮绕组32绕在悬浮定子铁芯31上；所述泵体1和泵盖设有相互配合的螺纹，可对整体结构进行拆分和组装；上泵盖111与下泵盖112之间设有转矩定子2和旋转机构4；所述转矩定子2位于旋转机构4内腔中，并与下泵盖112固定连接，转矩定子2包括转矩定子铁芯 212和转矩绕组22，且转矩绕组22绕在转矩定子铁芯21上；所述旋转机构4由上而下依次设有叶轮41、内永磁环42、磁悬浮转子43和轴向位置调节环44，所述叶轮41固定在磁悬浮转子43顶部，所述内永磁环42安装在磁悬浮转子43外壁，其上端面与磁悬浮转子43上端面平齐，所述轴向位置调节环44安装在磁悬浮转子43底部；所述泵体1内壁设有外永磁环5，其上端面低于内永磁环42上端面且高于内永磁环42下端面，其下端面低于内永磁环 42下端面，并与内永磁环42同性磁极相对；所述泵体1还设有血液输出口62，所述血液输出口62与外永磁环5上端面相切，其圆心与磁悬浮转子43上端面平齐。

旋转驱动的实现：所述转矩定子2为6齿结构，转矩绕组22通电后，产生作用于磁悬浮转子43的电磁转矩，进而使磁悬浮转子43旋转；所述磁悬浮转子43为8齿结构，磁悬浮转子43旋转带动叶轮41旋转，驱动血液自血液输入口61流入，并从血液输出口62流出。定义逆时针方向为旋转机构4运动正方向，工作时，转矩绕组22按照“A相-B相-C 相”的顺序依次导通；转矩绕组22通电后，根据“磁阻最小原理”，产生作用于磁悬浮转子 43的电磁旋转力，从而带动旋转机构4转动。

稳态悬浮的实现：所述悬浮定子3为4齿结构，悬浮绕组32通电后，根据“磁阻最小原理”可得，将产生作用于轴向位置调节环44的向下的电磁拉力，电磁拉力的大小正比于通电绕组的电流大小，因此悬浮绕组32导通后，通过电流控制力的合成，进而对整个旋转机构4的轴向位置进行调节；所述内永磁环42和外永磁环5之间产生的排斥力、悬浮定子3提供的电磁拉力、血液流动产生的径向力和轴向力和旋转机构4的自身重力的共同作用，实现磁悬浮转子43的稳态悬浮。

转矩磁场和悬浮磁场解耦的实现：所述电磁转矩作用于磁悬浮转子43，所述电磁拉力作用于轴向位置调节环44，使转矩绕组22产生的磁力线和悬浮绕组32产生的磁力线形成两个相互独立的磁路，从而实现转矩磁场和悬浮磁场的解耦，提高运行稳定性、降低功率损耗。

一种离心式磁悬浮人工心脏泵的工作过程：在初始状态下，泵体1的内部抽真空，接通血管后血液自血液输入口61流入并充满整个血液通道6，在磁悬浮转子43的作用下，叶轮41旋转进而推动血液流动，血液通道6中的血液自血液输出口62流出。

Claims (2)

1.一种离心式磁悬浮人工心脏泵，其特征在于：包括泵体(1)、转矩定子(2)、悬浮定子(3)、旋转机构(4)、外永磁环(5)和血液通道(6)；所述泵体(1)上下两端各设有一个泵盖，上泵盖(111)的中心位置设有血液输入口(61)，下泵盖(112)嵌有悬浮定子(3)，悬浮定子(3)包括悬浮定子铁芯(31)和悬浮绕组(32)，且悬浮绕组(32)绕在悬浮定子铁芯(31)上；所述泵体(1)和泵盖设有相互配合的螺纹(48)，可对整体结构进行拆分和组装；上泵盖(111)与下泵盖(112)之间设有转矩定子(2)和旋转机构(4)；所述转矩定子(2)位于旋转机构(4)内腔中，并与下泵盖(112)固定连接，转矩定子(2)包括转矩定子铁芯(21)和转矩绕组(22)，且转矩绕组(22)绕在转矩定子铁芯(21)上；所述旋转机构(4)由上而下依次设有叶轮(41)、内永磁环(42)、磁悬浮转子(43)和轴向位置调节环(44)，所述叶轮(41)固定在磁悬浮转子(43)顶部，所述内永磁环(42)安装在磁悬浮转子(43)外壁，其上端面与磁悬浮转子(43)上端面平齐，所述轴向位置调节环(44)安装在磁悬浮转子(43)底部；所述泵体(1)内壁设有外永磁环(5)，其上端面低于内永磁环(42)上端面且高于内永磁环(42)下端面，其下端面低于内永磁环(42)下端面，并与内永磁环(42)同性磁极相对；所述泵体(1)外壁还设有血液输出口(62)，所述血液输出口(62)与外永磁环(5)上端面相切，其圆心与磁悬浮转子(43)上端面平齐。

2.根据权利要求1所述的离心式磁悬浮人工心脏泵，其特征在于：所述转矩定子(2)为6齿结构，所述磁悬浮转子(43)为8齿结构，所述悬浮定子(3)为4齿结构。

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