CN218940913U - 一种用于人工心脏泵的无槽永磁电机及人工心脏泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及人工心脏泵技术领域，具体公开了一种用于人工心脏泵的无槽永磁电机及人工心脏泵。该电机设有P对磁极和N个相，并且包括转轴和由内到外依次套设于转轴的永磁体、定子绕组和外壳，永磁体与转轴固定连接；定子绕组包括定子主体和第一线圈绕组，第一线圈绕组包括N×P个均匀缠绕于定子主体的外周壁的第一线圈，定子主体与转轴同轴设置，第一线圈沿定子主体的外周壁的周向延伸，每N个相邻的第一线圈分别与N个相中的一个对应；P为正整数，N为大于或等于三的整数。该电机通过对定子绕组的结构改进，优化了线圈缠绕方式，增加了扭矩常数，减小了体积和发热量，提高了运行效率和安全性。

Description

一种用于人工心脏泵的无槽永磁电机及人工心脏泵

技术领域

本实用新型涉及人工心脏泵技术领域，尤其涉及一种用于人工心脏泵的无槽永磁电机及人工心脏泵。

背景技术

心力衰竭已严重威胁人们健康，由于供心缺乏，心室辅助作为治疗心力衰竭的重要方式，现如今临床应用日益增多。心室辅助泵可用于心脏功能恢复前支持治疗，作为心脏移植前过渡支持治疗及对不适合心脏移植的患者进行永久辅助治疗。心室辅助泵根据具体结构及工作机制进行区别。心室辅助装置是现今治疗心力衰竭最有效的手段之一，心室辅助装置可直接将心室的血液泵流到动脉系统，减少心脏负荷，代替心室做功，保证体内重要脏器血液供应。

人工心脏泵又称血泵，是一种部分或全部替代心脏进行泵血的机械泵装置，有着广阔的临床应用前景，具有体积小、质量轻和功耗低的优点。驱动电机作为植入式人工心脏泵的重要组成部分，其特性直接决定着人工心脏泵的性能。植入式人工心脏泵驱动电机与传统电机相比，要求在满足高可靠性、高稳定性基础上，减小体积、降低噪声、改善运行性能。

然而，现有电机的扭矩常数小且发热大，这致使电机的安全性和可靠性差，难以满足人工心脏泵的工作需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于人工心脏泵的无槽永磁电机及人工心脏泵，优化了线圈在定子主体上的缠绕方式，以增大用于人工心脏泵的无槽永磁电机的扭矩常数，减小用于人工心脏泵的无槽永磁电机的体积和发热量，从而提高了运行的安全性和效率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于人工心脏泵的无槽永磁电机，所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机设有P对磁极和N个相，并且包括转轴和由内到外依次套设于所述转轴的永磁体、定子绕组和外壳，所述永磁体与所述转轴固定连接；所述定子绕组包括定子主体和第一线圈绕组，所述第一线圈绕组包括N×P个均匀缠绕于所述定子主体的外周壁的第一线圈，所述定子主体与所述转轴同轴设置，所述第一线圈沿所述定子主体的外周壁的周向延伸，每N个相邻的所述第一线圈分别与N个所述相中的一个对应；P为正整数，N为大于或等于三的整数。

作为用于人工心脏泵的无槽永磁电机的优选技术方案，所述定子绕组还包括第二线圈绕组，所述第二线圈绕组包括N×P个均匀缠绕于所述第一线圈绕组的外周壁的第二线圈，所述第二线圈沿所述第一线圈绕组的外周壁的周向延伸，每N个相邻的所述第二线圈分别与N个所述相中的一个对应，每个所述第二线圈均与一个具有相同所述相的所述第一线圈连接。

作为用于人工心脏泵的无槽永磁电机的优选技术方案，在垂直于所述转轴的横截面上，所述第二线圈和/或所述第一线圈对应的圆心角为360/(N×P)度。

作为用于人工心脏泵的无槽永磁电机的优选技术方案，所述第一线圈绕组与所述定子主体之间形成过液间隙，所述过液间隙与所述定子绕组的外部连通。

作为用于人工心脏泵的无槽永磁电机的优选技术方案，所述定子主体的表面、所述第二线圈的表面和所述第一线圈的表面均涂覆有生物兼容性涂层；和/或所述转轴的表面涂覆有第一防护涂层，所述永磁体的表面涂覆有第二防护涂层。

作为用于人工心脏泵的无槽永磁电机的优选技术方案，所述外壳的内周壁与所述定子绕组的外周壁之间夹设有导热层；所述定子绕组的内周壁涂覆有导热涂层；和/或所述外壳的外周壁涂覆有外壳涂层，用于提高所述外壳的通过性。

作为用于人工心脏泵的无槽永磁电机的优选技术方案，所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机还包括滚动轴承和滑动轴承，所述滚动轴承的外圈卡装于所述外壳的内周壁的一端，所述转轴插接于所述滚动轴承的内圈，所述滑动轴承插接于所述外壳的内周壁的另一端，所述转轴穿过所述滑动轴承，且所述转轴与所述滑动轴承滑动配合。

作为用于人工心脏泵的无槽永磁电机的优选技术方案，所述定子主体包括管状膜，所述管状膜的两端分别连接于所述滑动轴承和所述滚动轴承的外圈。

一种人工心脏泵，包括泵主体和上述的用于人工心脏泵的无槽永磁电机，所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机组装于所述泵主体上，且所述转轴上套接有螺旋桨，所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机用于驱动所述螺旋桨旋转。

作为人工心脏泵的优选技术方案，所述泵主体上设有导管，所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机安装于所述导管的一端，所述螺旋桨能将体液从所述导管远离所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机的一端抽取至所述导管靠近所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机的一端。

本实用新型的有益效果：

该用于人工心脏泵的无槽永磁电机通过对第二线圈和第一线圈的数量以及在定子主体上的缠绕方式的限定，优化了定子绕组的结构，致使线圈在不同方向上的交叉区域面积小，由此增大了用于人工心脏泵的无槽永磁电机的扭矩常数，减小了用于人工心脏泵的无槽永磁电机的热损耗量和法热量，缩小了用于人工心脏泵的无槽永磁电机的占用空间，进而提高了用于人工心脏泵的无槽永磁电机运行的安全性和工作效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的用于人工心脏泵的无槽永磁电机的轴向剖面图；

图2是本实用新型实施例提供的用于人工心脏泵的无槽永磁电机的径向剖面图。

图中：

100、转轴；200、永磁体；300、定子绕组；400、外壳；500、滚动轴承；600、滑动轴承。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

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，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”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

永磁无刷直流电动机具有功率密度大、几何尺寸小、动态响应快、运行效率高等一系列优点，在高速运行场合具有广阔的应用前景，目前已经被广泛应用于人工心脏泵的驱动。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种用于人工心脏泵的无槽永磁电机，组装于患者心脏血管内的人工心脏泵中，用于人工心脏泵的无槽永磁电机设有P对磁极和N个相，并且包括转轴100和由内到外依次套设于转轴100的永磁体200、定子绕组300和外壳400，永磁体200与转轴100固定连接；定子绕组300包括定子主体和第一线圈绕组，第一线圈绕组包括N×P个均匀缠绕于定子主体的外周壁的第一线圈，定子主体与转轴100同轴设置，第一线圈沿定子主体的外周壁的周向延伸，每N个相邻的第一线圈分别与N个相中的一个对应；P为正整数，N为大于或等于三的整数。

该用于人工心脏泵的无槽永磁电机通过对第一线圈的数量以及在定子主体上的缠绕方式的限定，优化了定子绕组300的结构，致使线圈在不同方向上的交叉区域面积小，由此增大了用于人工心脏泵的无槽永磁电机的扭矩常数，减小了用于人工心脏泵的无槽永磁电机的热损耗量和法热量，缩小了用于人工心脏泵的无槽永磁电机的占用空间，进而提高了用于人工心脏泵的无槽永磁电机运行的安全性和工作效率。

本实施例中，定子绕组300还包括第二线圈绕组，第二线圈绕组包括N×P个均匀缠绕于第一线圈绕组的外周壁的第二线圈，第二线圈沿第一线圈绕组的外周壁的周向延伸，每N个相邻的第二线圈分别与N个相中的一个对应，每个第二线圈均与一个具有相同相的第一线圈连接。第二线圈绕组的设置，提升了定子绕组300的工作性能，保证了定子绕组300的顺利运行。

示例性地，第二线圈绕组套接于第一线圈绕组上，或是第二线圈绕组与第一线圈绕组之间夹设有生物兼容性涂层。

当永磁体200与定子绕组300发生磁交互作用时，永磁体200受力支撑，被带动绕转轴100的轴向旋转。

示例性地，在垂直于转轴100的横截面上，第二线圈和第一线圈对应的圆心角为360/(N×P)度。以上限定使得第一线圈在定子主体的外周壁上的布局与第二线圈在第一线圈绕组的外周壁上的布局相同，这保证了相连接的第一线圈与第二线圈周向对齐，让流经线圈的电流方向相同。

在本实施例的另一种实施方式中，仅第二线圈对应的圆心角为360/(N×P)度。在本实施例的又一种实施方式中，仅第一线圈对应的圆心角为360/(N×P)度。

本实施例中，用于人工心脏泵的无槽永磁电机有一对磁极和三个相(即N为3，P为1)，三个第二线圈和三个第一线圈缠绕于定子主体上，以形成磁极对应的线圈中，每个相对应一个第二线圈和一个第一线圈。按照每个相上的任一第二线圈均对应于磁极的排列，每个相对应的第二线圈均被安排在不同相所对应的第二线圈之间。对于所有的磁极对，第二线圈的排列沿着定子主体的周向重复，因此第一线圈绕组的外周壁所缠绕的每个第二线圈均沿着定子主体的截面展开了120°的机械角度，定子主体的外周壁所缠绕的每个第一线圈均沿着定子主体的截面展开了120°的机械角度。

示例性地，定子绕组300的结构改进使得用于人工心脏泵的无槽永磁电机上其他构件的选择范围也得以扩展，这致使永磁体200与外壳400均能够采用磁场强度高的材料，以上改进有助于提升用于人工心脏泵的无槽永磁电机的磁场强度，增大扭矩常数。具体地，扭矩常数为1.2Nm/A×10^-3-2Nm/A×10^-3。

在本实施例中，第一线圈绕组与定子主体之间形成过液间隙，过液间隙与定子绕组300的外部连通。过液间隙设计的设计使得液体能够流动至定子主体与线圈的间隙之中，从而增加了液体与定子绕组300的接触面积，提高了流经定子绕组300的液体对定子绕组300的降温效率，进一步地降低了定子绕组300过热的隐患，保障了用于人工心脏泵的无槽永磁电机的顺利运行。

进一步地，定子主体的表面、第二线圈的表面和第一线圈的表面均涂覆有生物兼容性涂层。具体地，生物兼容性涂层材料包括但不限于Parylene(帕利灵)、PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)或水凝胶等。生物兼容性涂层使线圈与定子绕组300所形成的过液间隙空间内能够流通液体(液体可以是生理盐水、右旋葡萄糖或显影剂)，液体通过在用于人工心脏泵的无槽永磁电机内部建立等于或高于外界液体压力的方式，能够阻止外界液体进入用于人工心脏泵的无槽永磁电机的内部。具体地，转轴100的旋转速度为0-50000转/分钟，液体在转轴100旋转时能够起到润滑效果，减少摩擦发热的情况，同时得以更快地将热量传递至用于人工心脏泵的无槽永磁电机的外部。

在本实施例中，转轴100的表面涂覆有第一防护涂层，永磁体200的表面涂覆有第二防护涂层。第一防护涂层的设置提升了转轴100的导热性以及抗腐蚀能力，保障了转轴100的绝缘性和生物兼容性。第二防护涂层的设置提升了转轴100的抗腐蚀能力，减少了永磁体200与体液的摩擦力。

在本实施例的另一种实施方式中，仅在定子主体的表面、第二线圈的表面和第一线圈的表面均涂覆生物兼容性涂层。在本实施例的又一种实施方式中，仅在转轴100的表面涂覆第一防护涂层，永磁体200的表面涂覆第二防护涂层。

示例性地，外壳400的内周壁与定子绕组300的外周壁之间夹设有导热层，定子绕组300的内周壁涂覆有导热涂层。导热层的设置使定子绕组300与外壳400之间的贴合性得以保证，通过为导热层选取导热性良好的材质，能够将第二线圈和第一线圈在运行过程中产生的热量更快地传导至外壳400，并在以上过程中被流动的体液吸收。导热涂层的设置提升了定子绕组300的导热性以及抗腐蚀能力，保障了定子绕组300的绝缘性和生物兼容性。

在本实施例的另一种实施方式中，仅在外壳400的内周壁与定子绕组300的外周壁之间设置导热层。在本实施例的又一种实施方式中，仅在定子绕组300的内周壁涂覆导热涂层。

具体地，导热涂层的材料为派瑞林或特氟龙；导热层的材料具有良好的绝缘性，能够降低线圈被电压击穿的可能。举例说明，本实施例所提供的用于人工心脏泵的无槽永磁电机在最长14天的运行过程中，温升≤2℃，相较于常规电机，导热性显著提升。

在本实施例的其他实施方式中，外壳400的内周壁与定子绕组300的外周壁之间未设有导热层，而是在外壳400的内周壁与定子绕组300的外周壁上各设有相同材质的涂层。该实施方式同样能够实现上述的设计目的。

在本实施例中，外壳400的外周壁涂覆有外壳涂层，用于提高外壳400的通过性。外壳涂层的设置有效地保障了外壳400的通过性，光滑的外表面使得用于人工心脏泵的无槽永磁电机在病患的血管内更加容易通过，降低了用于人工心脏泵的无槽永磁电机组装的难度，有效地减少了用于人工心脏泵的无槽永磁电机在组装过程中对病患的血管造成损伤的风险，提高了用于人工心脏泵的无槽永磁电机的使用安全性。具体地，外壳涂层的材质为聚氨酯。

示例性地，用于人工心脏泵的无槽永磁电机还包括滚动轴承500和滑动轴承600，滚动轴承500的外圈卡装于外壳400的内周壁的一端，转轴100插接于滚动轴承500的内圈，滑动轴承600插接于外壳400的内周壁的另一端，转轴100穿过滑动轴承600，且转轴100与滑动轴承600滑动配合。滚动轴承500和滑动轴承600的设置简单可靠，保证了对转轴100的定位效果，有效地降低了转轴100发生位置偏移的风险，由此降低了外部的杂质从外壳400的两端进入用于人工心脏泵的无槽永磁电机内的概率，保证了转轴100的顺利转动，提升了用于人工心脏泵的无槽永磁电机的工作稳定性。

进一步地，定子主体包括管状膜，管状膜的两端分别连接于滑动轴承600和滚动轴承500的外圈。管状膜结构简单且生产成本低，有效的降低了线圈缠绕的成本和工作量，在滑动轴承600和滚动轴承500上的连接可靠且抗腐蚀能力强，保证了定子绕组300的稳定运行，延长了用于人工心脏泵的无槽永磁电机的使用寿命。

本实施例中，导热层和上述的所有涂层均具有生物兼容性，且导热能力强。以上设计保障了用于人工心脏泵的无槽永磁电机的运行安全性，有助于进一步的提高用于人工心脏泵的无槽永磁电机的散热效果。

本实施例还提供了一种人工心脏泵，安装于患者的心脏血管内，包括泵主体和上述的用于人工心脏泵的无槽永磁电机，用于人工心脏泵的无槽永磁电机组装于泵主体上，且转轴100上套接有螺旋桨，用于人工心脏泵的无槽永磁电机用于驱动螺旋桨旋转。以上设计使得转轴100能够利用螺旋桨完成对体液的抽取动作，使得用于人工心脏泵的无槽永磁电机能够完成对体液的搬运动作，确保了人工心脏泵的顺利运行。

在本实施例中，泵主体上设有导管，用于人工心脏泵的无槽永磁电机安装于导管的一端，螺旋桨能将体液从导管远离用于人工心脏泵的无槽永磁电机的一端抽取至导管靠近用于人工心脏泵的无槽永磁电机的一端。导管的设置以及用于人工心脏泵的无槽永磁电机安装于导管的一端的布局使得带螺旋桨的用于人工心脏泵的无槽永磁电机能够顺利地完成对导管内的体液的定向抽取动作，借助以上设计能够实现对心脏功能的模拟，确保了人工心脏泵能够顺利地达到设置目的，从而实现了对患者的及时治疗。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于人工心脏泵的无槽永磁电机，其特征在于，所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机设有P对磁极和N个相，并且包括转轴(100)和由内到外依次套设于所述转轴(100)的永磁体(200)、定子绕组(300)和外壳(400)，所述永磁体(200)与所述转轴(100)固定连接；

所述定子绕组(300)包括定子主体和第一线圈绕组，所述第一线圈绕组包括N×P个均匀缠绕于所述定子主体的外周壁的第一线圈，所述定子主体与所述转轴(100)同轴设置，所述第一线圈沿所述定子主体的外周壁的周向延伸，每N个相邻的所述第一线圈分别与N个所述相中的一个对应；P为正整数，N为大于或等于三的整数。

2.根据权利要求1所述的用于人工心脏泵的无槽永磁电机，其特征在于，所述定子绕组(300)还包括第二线圈绕组，所述第二线圈绕组包括N×P个均匀缠绕于所述第一线圈绕组的外周壁的第二线圈，所述第二线圈沿所述第一线圈绕组的外周壁的周向延伸，每N个相邻的所述第二线圈分别与N个所述相中的一个对应，每个所述第二线圈均与一个具有相同所述相的所述第一线圈连接。

3.根据权利要求2所述的用于人工心脏泵的无槽永磁电机，其特征在于，在垂直于所述转轴(100)的横截面上，所述第二线圈和/或所述第一线圈对应的圆心角为360/(N×P)度。

4.根据权利要求2所述的用于人工心脏泵的无槽永磁电机，其特征在于，所述第一线圈绕组与所述定子主体之间形成过液间隙，所述过液间隙与所述定子绕组(300)的外部连通。

5.根据权利要求4所述的用于人工心脏泵的无槽永磁电机，其特征在于，所述定子主体的表面、所述第二线圈的表面和所述第一线圈的表面均涂覆有生物兼容性涂层；和/或

所述转轴(100)的表面涂覆有第一防护涂层，所述永磁体(200)的表面涂覆有第二防护涂层。

6.根据权利要求1所述的用于人工心脏泵的无槽永磁电机，其特征在于，所述外壳(400)的内周壁与所述定子绕组(300)的外周壁之间夹设有导热层；所述定子绕组(300)的内周壁涂覆有导热涂层；和/或

所述外壳(400)的外周壁涂覆有外壳涂层，用于提高所述外壳(400)的通过性。

7.根据权利要求1-6任一项所述的用于人工心脏泵的无槽永磁电机，其特征在于，所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机还包括滚动轴承(500)和滑动轴承(600)，所述滚动轴承(500)的外圈卡装于所述外壳(400)的内周壁的一端，所述转轴(100)插接于所述滚动轴承(500)的内圈，所述滑动轴承(600)插接于所述外壳(400)的内周壁的另一端，所述转轴(100)穿过所述滑动轴承(600)，且所述转轴(100)与所述滑动轴承(600)滑动配合。

8.根据权利要求7所述的用于人工心脏泵的无槽永磁电机，其特征在于，所述定子主体包括管状膜，所述管状膜的两端分别连接于所述滑动轴承(600)和所述滚动轴承(500)的外圈。

9.一种人工心脏泵，其特征在于，包括泵主体和权利要求1-8任一项所述的用于人工心脏泵的无槽永磁电机，所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机组装于所述泵主体上，且所述转轴(100)上套接有螺旋桨，所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机用于驱动所述螺旋桨旋转。

10.根据权利要求9所述的人工心脏泵，其特征在于，所述泵主体上设有导管，所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机安装于所述导管的一端，所述螺旋桨能将体液从所述导管远离所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机的一端抽取至所述导管靠近所述用于人工心脏泵的无槽永磁电机的一端。

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