CN215900721U - 一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，第一壳体内安装有磁悬浮离心泵，磁悬浮离心泵包括定子磁芯、磁悬浮线圈和转子安装筒，定子磁芯的内侧壁上成对设置有径向内凸的内凸磁极，内凸磁极上缠绕有磁悬浮线圈，转子安装筒的周壁面上套装有驱动线圈，驱动线圈套装在定子磁芯内，且驱动线圈由成对设置的内凸磁极夹持，转子安装筒具有转子腔，转子腔内安装有转子体，转子体内包埋有呈环状的转子磁极和环状的感应磁环。磁悬浮离心泵的转子体受电磁力约束，限制其在两个径向平动自由度方向的运动，其他运动方向由永磁磁力约束，实现转子的全磁悬浮，植入人体后将心室血液转流至主动脉，实现机械式循环辅助和心脏降负荷。

Description

一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置

技术领域

本实用新型涉及心脏辅助装置，特别是一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置。

背景技术

应用植入式心脏辅助装置实现长期循环支持已经成为临床上治疗晚期心衰的有效方法。近年来迅速发展的“持续流血泵”比较适合于长期体内植入。“持续流血泵”主要包括轴流泵和离心泵两种，均采用高速旋转的叶轮驱动血液流动。传统的叶轮支撑系统是机械轴承，可以在径向和轴向同时限制旋转叶轮的运动，且刚度大，结构紧凑。机械轴承的缺点是互相滑动的接触面在工作时会产生摩擦、磨损和局部温度升高，在轴承周围形成血液滞留区和血栓附着点。第三代植入式心脏辅助装置高速旋转的叶轮由悬浮轴承支撑，如目前在美国常用的 “HeartMate 3”和“HeartWare HVAD”离心泵。但植入体内长期应用的血泵需要克服一些重要的缺点，比如：血栓栓塞、出血、感染、血泵磨损和血液成分破坏等。用磁力控制旋转叶轮的五自由度全悬浮体积较大，较小身材的病人体内植入比较困难，不适合亚洲人种及儿童应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，包括第一壳体，第一壳体内安装有磁悬浮离心泵，磁悬浮离心泵包括定子磁芯、磁悬浮线圈、驱动线圈和转子安装筒，定子磁芯呈环状，且定子磁芯套装在第一壳体的腔体内，在定子磁芯的内侧壁上成对设置有径向内凸的内凸磁极，内凸磁极上缠绕有磁悬浮线圈，转子安装筒的周壁面上套装有驱动线圈，驱动线圈套装在定子磁芯内，且驱动线圈由成对设置的内凸磁极夹持，转子安装筒具有转子腔，转子安装筒的前端面设置有泵入口筒，泵入口筒穿过第一壳体的前端面，且泵入口筒第一壳体的前端面的衔接处密封，泵入口筒的进液通道与转子腔连通，转子腔内安装有转子体，所述转子体轴向开设有血流通孔，转子体的周壁面和转子腔的内壁面之间具有周壁悬浮间隙，转子体的前端面与转子腔的底部之间具有前悬浮间隙，转子体的后端面设置有叶片，第一壳体的后端设置有第二壳体，第二壳体内具有叶轮腔，叶轮腔与转子腔连通，叶片位于叶轮腔内，叶轮腔的内侧壁上设置有泵出口筒，转子安装筒的前端面与第一壳体或第二壳体密封连接，且使得泵入口筒、转子腔、叶轮腔和泵出口筒形成血液流通通道，转子体内包埋有呈环状的转子磁极和环状的感应磁环，感应磁环位于转子磁极内侧，转子安装筒的前端面上还安装有检测转子体径向位置的传感器。

可选的，转子体包括筒体、转子前端盖和转子后端盖，筒体上开设有第一环形槽和第二环形槽，第二环形槽位于第一环形槽的内侧，且第一环形槽和第二环形槽之间形成转子圆环，第一环形槽内包埋有转子磁极，第二环形槽内包埋有感应磁环，第一环形槽和第二环形槽通过转子前端盖密封，筒体的后端设置有转子后端盖，叶片设置在转子后端盖上，筒体的中心为血流通孔，血流通孔贯穿转子前端盖和转子后端盖，且血流通孔的一端与转子腔连通，血流通孔的另一端与叶轮腔连通。

可选的，驱动线圈为漆包线绕制的空心杯式线圈结构，驱动线圈的外形为圆环状。

可选的，定子磁芯为软磁材料制成，内凸磁极为八个，且八个内凸磁极均匀分布在同一圆周上。

可选的，转子安装筒的后端部设置有径向向外的翼缘板，翼缘板与第一壳体或第二壳体密封连接。

可选的，第二壳体呈圆盘状，叶轮腔为圆形腔，泵出口筒沿叶轮腔的内侧壁切线方向设置。

可选的，转子安装筒的前端面设置有凸起的安装盘，安装盘上径向开设有若干安装槽，若干安装槽均匀分布在同一圆周上，传感器安装在安装槽内。

可选的，安装槽为四个，且每一个安装槽内安装有一个传感器。

本实用新型具有以下优点：本实用新型的二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，磁悬浮离心泵的转子体受电磁力约束，限制其在两个径向平动自由度方向的运动，其他运动方向由永磁磁力约束，实现转子的全磁悬浮，植入人体后将心室血液转流至主动脉，实现机械式循环辅助和心脏降负荷。

附图说明

图1 为本实用新型的结构示意图

图2 为本实用新型的剖视示意图

图3 为磁悬浮离心泵的结构示意图一；

图4 为磁悬浮离心泵的结构示意图二；

图5 为磁悬浮离心泵的结构示意图三；

图6 为磁悬浮离心泵的剖视示意图；

图7 为磁悬浮线圈的安装示意图；

图8 为转子体的结构示意图；

图9 为筒体的结构示意图；

图10为感应磁环和转子磁极的相对位置示意图；

图中，1-泵入口筒，2-感应磁环，3-传感器，4-转子腔，5-转子体，6-泵出口筒，7-叶片，8-周壁悬浮间隙，9-叶轮腔，10-第二壳体，11-转子磁极，12-磁悬浮线圈，13-定子磁芯，14-第二外壳，15-驱动线圈，16-前悬浮间隙，17-转子安装筒，18-安装盘，19-安装槽，20-内凸磁极，51-筒体，52-转子后端盖，53-转子前端盖，54-第一环形槽，55-第二环形槽，56-血流通孔，57-转子圆环。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1和图2所示，一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，包括第一壳体，第一壳体内安装有磁悬浮离心泵，如图3~6所示，磁悬浮离心泵包括定子磁芯13、磁悬浮线圈12、驱动线圈15和转子安装筒17，定子磁芯13呈环状，优选的，定子磁芯13呈圆环状，且定子磁芯13为软磁材料制成，如：矽钢片，定子磁芯13套装在第一壳体的腔体内，定子磁芯13与第一壳体的腔体内紧配，当定子磁芯13与第一壳体套装好后，定子磁芯13与第一壳体的相对位置固定，在定子磁芯13的内侧壁上成对设置有径向内凸的内凸磁极20，如图7所示，内凸磁极20上缠绕有磁悬浮线圈12，内凸磁极20为八个，且八个内凸磁极20均匀分布在同一圆周上，转子安装筒17的周壁面上套装有驱动线圈15，驱动线圈15套装在定子磁芯13内，且驱动线圈15由成对设置的内凸磁极20夹持，驱动线圈15为漆包线绕制的空心杯式线圈结构，驱动线圈15的外形为圆环状。

在本实施例中，如图2~6所示，转子安装筒17具有转子腔4，转子安装筒17的前端面设置有泵入口筒1，泵入口筒1穿过第一壳体的前端面，且泵入口筒1第一壳体的前端面的衔接处密封，泵入口筒1的进液通道与转子腔4连通，转子安装筒17的前端面与第一壳体或第二壳体10密封连接，进一步的，转子安装筒17的后端部设置有径向向外的翼缘板，翼缘板与第一壳体或第二壳体10密封连接，优选的，翼缘板与第一壳体的后端面密封连接，因此血液从泵入口筒1进入后，直接进入转子腔4，血液则不会流到第二外壳14与转子安装筒17之间的缝隙内。

在本实施例中，如图2~图6所示，转子腔4内安装有转子体5，如图8所示，转子体5轴向开设有血流通孔56，转子体5的周壁面和转子腔4的内壁面之间具有周壁悬浮间隙8，转子体5的前端面与转子腔4的底部之间具有前悬浮间隙16，从而使得转子体5具有轴向和径向两个互相垂直的自由度方向，进一步的，转子体5的后端面设置有叶片7，第一壳体的后端设置有第二壳体10，第二壳体10内具有叶轮腔9，叶轮腔9与转子腔4连通，叶片7位于叶轮腔9内，叶轮腔9的内侧壁上设置有泵出口筒6，泵入口筒1、转子腔4、叶轮腔9和泵出口筒6形成血液流通通道，在本实施例中，血液流通通道分为血流主流道和血流副流道，血液主流道由泵入口筒1、血流通孔56、叶轮腔9和泵出口筒6组成，血流副流道由泵出口筒6、周壁悬浮间隙8、叶轮腔9和泵出口筒6组成，血流副流道中的血流为冲刷血流，最终汇入到血流主流道中，并通过泵出口筒6排出，在本实施例中，转子体5的高速旋转产生的周壁悬浮间隙8和血流通道内的压力差是冲刷血流的驱动动力，调节前悬浮间隙16和周壁悬浮间隙8的宽度可以改变冲刷血流的流量，冲刷血流使得转子腔4的内腔壁、转子腔4的底部内侧壁、转子体5的前端面和转子体5的周壁面收到不断的血流冲洗，可防止这些壁面的血栓形成，血流主流道及血流副流道的壁面均采用血液相容性良好的材料覆盖以改善其抗血栓性能，整个离心泵外表面由医用钛合金材料制成的第一外壳和第二外壳14包被，以便使血泵植入体内后有良好的生物相容性。

在本实施例中，如图2所示，转子体5内包埋有呈环状的转子磁极11和环状的感应磁环2，感应磁环2位于转子磁极11内侧，定子磁芯13与转子磁极11的磁场之间产生的磁引力，可以保持转子体5处于轴向平衡位置，从而实现转子体5轴向被动无源磁悬浮状态，而驱动线圈15的三相绕组顺序馈电时可产生围绕转子体5轴心的旋转磁场，通过与转子磁极11的磁力作用，驱动转子体5高速旋转，为提高旋转磁场的磁感应强度，在驱动线圈15的外圆周上设置定子磁芯13，而缠绕在内凸磁极20上的磁悬浮线圈12馈电时可产生径向磁场与转子磁极11的磁力互相作用，从而调节转子体5的径向位置，进一步的，在转子安装筒17的前端面上还安装有检测转子体5径向位置的传感器3，传感器3为霍尔传感器，当转子体5的径向位置变化时，感应磁环2的磁场在径向的磁感应强度将随之发生变化，而霍尔传感器可探测感应磁环2在径向的磁感应强度变化，从而确定转子体5的径向位置，而霍尔传感器则将感应磁环2的位置信息传递给控制电路，经过控制电路的比较分析确定各个磁悬浮线圈12的馈电方向和馈电强度，实现对转子体5的径向位置的反馈调节，使得转子体5在两个互相垂直的平动自由度方向上都收到电磁场力的约束而处于径向有源悬浮状态。

在本实施例中，如图8、图9和图10所示，转子体5包括筒体51、转子前端盖53和转子后端盖52，筒体51上开设有第一环形槽54和第二环形槽55，第二环形槽55位于第一环形槽54的内侧，且第一环形槽54和第二环形槽55之间形成转子圆环57，第一环形槽54内包埋有转子磁极11，第二环形槽55内包埋有感应磁环2，第一环形槽54和第二环形槽55通过转子前端盖53密封，具体的，在转子前端盖53上设置有第一凸环，第一凸环则卡在第二环形槽55内，当然，转子前端盖53上还可设置第二凸环，第二凸环卡在第一环形槽54内，当转子前端盖53与筒体51安装好后，第一环形槽54和第二环形槽55均形成密闭的环形槽，在筒体51的后端设置有转子后端盖52，叶片7设置在转子后端盖52上，筒体51的中心为血流通孔56，血流通孔56贯穿转子前端盖53和转子后端盖52，且血流通孔56的一端与转子腔4连通，血流通孔56的另一端与叶轮腔9连通，在本实施例中，血流通孔56、第一环形槽54和第二环形槽55同轴设置。

在本实施例中，第二壳体10呈圆盘状，叶轮腔9为圆形腔，泵出口筒6沿叶轮腔9的内侧壁切线方向设置，从而使得血液能够沿着叶轮腔9的腔壁顺滑的进入到泵出口筒6内，最终从泵出口筒6处流出。

在本实施例中，转子安装筒17的前端面设置有凸起的安装盘18，安装盘18上径向开设有若干安装槽19，若干安装槽19均匀分布在同一圆周上，传感器3安装在安装槽19内，进一步的，安装槽19为四个，且每一个安装槽19内安装有一个传感器3，通过四个传感器3检测转子体5的径向位置，从而能够准确的判断处转子体5的径向位置。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，其特征在于：包括第一壳体，所述第一壳体内安装有磁悬浮离心泵，所述磁悬浮离心泵包括定子磁芯、磁悬浮线圈、驱动线圈和转子安装筒，所述定子磁芯呈环状，且所述定子磁芯套装在所述第一壳体的腔体内，在所述定子磁芯的内侧壁上成对设置有径向内凸的内凸磁极，所述内凸磁极上缠绕有所述磁悬浮线圈，所述转子安装筒的周壁面上套装有驱动线圈，所述驱动线圈套装在定子磁芯内，且所述驱动线圈由成对设置的内凸磁极夹持，所述转子安装筒具有转子腔，所述转子安装筒的前端面设置有泵入口筒，所述泵入口筒穿过所述第一壳体的前端面，且所述泵入口筒所述第一壳体的前端面的衔接处密封，所述泵入口筒的进液通道与所述转子腔连通，所述转子腔内安装有转子体，所述转子体轴向开设有血流通孔，所述转子体的周壁面和所述转子腔的内壁面之间具有周壁悬浮间隙，所述转子体的前端面与所述转子腔的底部之间具有前悬浮间隙，所述转子体的后端面设置有叶片，所述第一壳体的后端设置有第二壳体，所述第二壳体内具有叶轮腔，所述叶轮腔与所述转子腔连通，所述叶片位于所述叶轮腔内，所述叶轮腔的内侧壁上设置有泵出口筒，所述转子安装筒的前端面与所述第一壳体或第二壳体密封连接，且使得所述泵入口筒、所述转子腔、所述叶轮腔和所述泵出口筒形成血液流通通道，所述转子体内包埋有呈环状的转子磁极和环状的感应磁环，所述感应磁环位于转子磁极内侧，所述转子安装筒的前端面上还安装有检测转子体径向位置的传感器。

2.根据权利要求1所述的一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，其特征在于：所述转子体包括筒体、转子前端盖和转子后端盖，所述筒体上开设有第一环形槽和第二环形槽，所述第二环形槽位于所述第一环形槽的内侧，且所述第一环形槽和第二环形槽之间形成转子圆环，所述第一环形槽内包埋有所述转子磁极，所述第二环形槽内包埋有所述感应磁环，所述第一环形槽和所述第二环形槽通过转子前端盖密封，所述筒体的后端设置有所述转子后端盖，所述叶片设置在所述转子后端盖上，所述筒体的中心为血流通孔，所述血流通孔贯穿所述转子前端盖和所述转子后端盖，且所述血流通孔的一端与所述转子腔连通，所述血流通孔的另一端与所述叶轮腔连通。

3.根据权利要求1所述的一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，其特征在于：所述驱动线圈为漆包线绕制的空心杯式线圈结构，所述驱动线圈的外形为圆环状。

4.根据权利要求1所述的一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，其特征在于：所述定子磁芯为软磁材料制成，所述内凸磁极为八个，且八个内凸磁极均匀分布在同一圆周上。

5.根据权利要求1所述的一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，其特征在于：所述转子安装筒的后端部设置有径向向外的翼缘板，所述翼缘板与所述第一壳体或第二壳体密封连接。

6.根据权利要求1所述的一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，其特征在于：所述第二壳体呈圆盘状，所述叶轮腔为圆形腔，所述泵出口筒沿所述叶轮腔的内侧壁切线方向设置。

7.根据权利要求1所述的一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，其特征在于：所述转子安装筒的前端面设置有凸起的安装盘，所述安装盘上径向开设有若干安装槽，若干安装槽均匀分布在同一圆周上，所述传感器安装在所述安装槽内。

8.根据权利要求7所述的一种二自由度电磁控制磁悬浮离心泵心脏辅助装置，其特征在于：所述安装槽为四个，且每一个安装槽内安装有一个传感器。

Images