PL220150B1 - Małogabarytowa pompa pulsacyjna do płynów ustrojowych o ruchu liniowym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest małogabarytowa pompa pulsacyjna do płynów ustrojowych o ruchu liniowym, a zwłaszcza do wspomagania/zastępowania pracy serca, która może być wykorzystana do wszczepiania do ciała chorego.

Urządzenia do wspomagania pracy serca cechują się właściwościami, których spełnienie warunkuje ich zastosowanie: muszą być zbudowane z materiałów biozgodnych oraz pracować w trybie, który warunkuje właściwe parametry wspomagania i nie niszczy krwinek. Działanie tych urządzeń polega na wspomaganiu ciągłym lub pulsacyjnym, zsynchronizowanym z naturalnym rytmem serca.

Znana jest pompa o ruchu liniowym i działaniu pulsacyjnym z opisu patentowego US Patent 4,210,409 1980 r. - Solenoid Operating Pump, która ma w korpusie pompy zastawkę wylotową i zespół cewek wytwarzających wzdłużne, względem kierunku ruchu, pole magnetyczne, które ciągnie ruchomy tłok posiadający magnesy stałe i zastawkę wlotową.

W opisie patentowym US 6,068,588 2000 r. - Counterbalanced Pump przedstawiono zasady konstrukcji mechanicznej oscylacyjnej pompy o ruchu liniowym, wytworzonym przez elektromagnetyczne pole nawiniętych na korpusie cewek, które ciągnie tłok z zastawką wlotową i magnesami trwałymi, zapewniającej odzyskanie energii kinetycznej tłoka poprzez zastosowanie balansu w formie sprężyny gromadzącej energię kinetyczną tłoka.

Wadą znanych rozwiązań są trudne do uniknięcia efekty tarcia powierzchni zewnętrznych tłoka o ścianki korpusu pompy i niszczenie mechaniczne elementów tłoczonej cieczy. Ograniczone wykorzystanie materiałów miękkich magnetycznych w celu zagęszczenia pola magnetycznego tych uzwojeń wymaga stosowania dużych prądów dla wytworzenia odpowiedniego przepływu cieczy, przy spadku ciśnienia na pompie charakterystycznego dla zespołów wspomagania układu krążenia. W efekcie prowadzi to do podgrzewania tłoczonej cieczy ustrojowej przy konstrukcjach przewidzianych do wszczepień.

Celem wynalazku jest redukcja zjawiska niszczenia mechanicznego lub przegrzewania elementów pompowanego płynu.

Istota rozwijania według wynalazku polega na tym, że zainstalowany w korpusie zewnętrzny obwód magnetyczny zawiera nabiegunniki wydatne, skierowane prostopadłe do osi korpusu, między którymi ułożone są uzwojenia elektromagnesów wewnętrznych i uzwojenia elektromagnesów zewnętrznych pomiędzy którymi usytuowane są co najmniej jeden kondensator, dioda, przekaźnik, które połączone są między sobą i z uzwojeniami elektromagnesów, przewodami elektrycznymi, umiejscowionymi pomiędzy nabiegunnikami.

Uzwojenia elektromagnesów mają wyprowadzenia wychodzące na zewnątrz korpusu gdzie połączone są ze sterownikiem zasilanym z baterii. Obwód magnetyczny korpusu składa się z zespołu nabiegunników wydatnych z materiału magnetycznie miękkiego z nawiniętymi uzwojeniami, z czujnikami Halla usytuowanymi w jednej ze szczelin pomiędzy uzwojeniami wewnętrznymi. Pompa składa się z zachodzących na siebie nabiegunników wydatnych zawierających magnesy stałe z nawiniętymi uzwojeniami. Korpus jest w centralnej długości a na obu końcach ma zwężenia, które za powierzchniami oporowymi stanowią doprowadzenia kaniul, przy czym na doprowadzeniu wlotowym osadzona jest kaniula wlotowa a na odprowadzeniu wylotowym osadzona jest kaniula wylotowa, w której doprowadzeniu zainstalowana jest zastawka wylotowa na zawiasach umiejscowionych w gnieździć zastawki.

Tłok zawiera pierścieniowy magnes w obudowie z wyróżnioną powierzchnią wlotową zwężającą się ku środkowi, wylotową - opływową, zewnętrzną oraz wewnętrzną, przy czym w powierzchni wylotowej znajduje się gniazdo na zastawkę wlotową, korzystnie wielopłatkową, a w obudowie powierzchni wylotowej, są umieszczone kanaliki, łączące powierzchnię wylotową z wnętrzem tłoka. Powierzchnia zewnętrzna i/lub powierzchnia wewnętrzna magnesu ma umieszczone warstwy materiału ferromagnetycznego.

Wynalazek zapewnia zawieszenie magnetyczne tłoka i redukuje efekty tarcia mechanicznego oraz umożliwia zwrot energii kinetycznej podczas nawrotów.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pompę w przekroju podłużnym, fig. 2 przedstawia korpus pompy z polem poprzecznym bezpośrednim w przekroju poprzecznym A-A, fig. 3 przedstawia korpus pompy z polem poprzecznym bezpośrednim w przekroju poprzecznym B-B, fig. 4 przedstawia korpus pompy z polem poprzecznym rewersyjnym w przekroju poprzecznym A-A, fig. 5 przedstawia korpus pompy z polem poprzecznym rewersyjnym w przekroju poprzecznym B-B, fig. 6 przedstawia tłok pompy o polu magnetycznym

PL 220 150 B1 prostopadłym do kierunku ruchu pompy bez warstwy ferro magnetycznej w przekroju wzdłuż osi, fig. 7 przedstawia tłok pompy o polu magnetycznym prostopadłym do kierunku ruchu pompy z warstwą ferro-magnetyczną na powierzchni zewnętrznej magnesu w przekroju wzdłuż osi, fig. 8 przedstawia tłok pompy o polu magnetycznym prostopadłym do kierunku ruchu pompy z warstwą ferromagnetyczną na powierzchni wewnętrznej magnesu w przekroju wzdłuż osi, fig. 9 przedstawia tłok pompy o polu magnetycznym w kierunku ruchu tłoka bez warstwy ferromagnetycznej w przekroju wzdłuż osi, fig. 10 przedstawia tłok pompy o polu magnetyczne w kierunku ruchu tłoka z warstwą ferro-magnetyczną na powierzchni wewnętrznej magnesu w przekroju wzdłuż osi, fig. 11 przedstawia kolejne fazy sterowania uzwojenia tłoka pompy z polem poprzecznym, fig. 12 przedstawia kolejne fazy sterowania uzwojenia tłoka pompy z polem poprzecznym z lewitacją, fig. 13 przedstawia kolejne fazy sterowania uzwojenia tłoka pompy z polem podłużnym, fig. 14 przedstawia obwód ładowania kondensatora podczas hamowania, fig. 15 przedstawia obwód rozładowania kondensatora podczas nawrotu tłoka, fig. 16 przedstawia uproszczony obwód ładowania kondensatora z fig. 14 przy zwartym przekaźniku, podczas hamowania, a fig. 17 - uproszczony obwód rozładowania kondensatora z fig. 15 przy zwartym przekaźniku podczas nawrotu tłoka.

Pompa składa się z korpusu 1 w kształcie tuby, w którym na całej długości zainstalowany jest zewnętrzny obwód magnetyczny, zawierający nabiegunniki 23, wydatne, których oś magnetyczna ukierunkowana jest prostopadle do osi pompy. W przestrzeniach między nabiegunnikami ułożone są uzwojenia elektromagnesów, w tym uzwojenia skrajne 15 - uzwojenia hamujące i uzwojenia wewnętrzne 16, wytwarzające ruch tłoka w kierunku tłocznym 18 i kierunku powrotnym 19. Uzwojenia 15 i 16 tworzą układ niezależnych obwodów elektrycznych, mających własne wyprowadzenia wychodzące na zewnątrz korpusu 1, gdzie połączone są ze sterownikiem 20 zasilanym z baterii 21.

Obwód magnetyczny korpusu 1 wytwarza pole magnetyczne poprzeczne wysterowane bezpośrednio, co przedstawia fig. 2, lub - wysterowane rewersyjnie, jak to przedstawione jest na fig. 4. Obwód magnetyczny z fig. 2 ma nabiegunniki 23, wydatne, z materiału magnetycznie miękkiego, na które nawinięte są uzwojenia wewnętrzne 16. W jednej ze szczelin, pomiędzy uzwojeniami umieszczone są czujniki Halla 27. Nabiegunniki oznaczone linią ciągłą występują w przekroju A-A, zaś linią przerywaną zaznaczone są nabiegunniki nie przecięte przez ten przekrój. Jak to jest przedstawione na fig. 3 pomiędzy nabiegunnikami 23 znajdują się uzwojenia skrajne 15, hamujące, pomiędzy którymi usytuowane są kolejno: kondensator 31, dioda 32, przekaźnik 33 i następnie kondensator 31, dioda 32 i przekaźnik 33. Elementy te połączone są przewodami niewidocznymi na rysunku i umiejscowionymi pomiędzy nabiegunnikami 23.

W obwodzie magnetycznym ze sterowaniem rewersyjnym nabiegunniki 23 składają się z magnesów stałych 30, na których umieszczone jest uzwojenia wewnętrzne 16, ruchowe, znajdujące się w gniazdach z materiału magnetycznie miękkiego 29. Nabiegunniki 23 występujące w przekroju A-A zaznaczone zostały linią ciągłą. W przekroju B-B na fig. 5, w obszarze hamowania nabiegunniki 23 utworzone są z powiększonych magnesów stałych, bez uzwojeń.

Korpus 1 na swej centralnej długości ma przekrój poprzeczny o stałej średnicy 22 w zakresie przesunięć tłoka, a na obu końcach zwęża się. Zwężenia stanowią doprowadzenia kaniul 17, 17' i charakteryzują się powierzchniami oporowymi 6 i 6'. Na doprowadzeniu 12 osadzona jest kaniula wlotowa 7 a na odprowadzeniu 17' kaniula wylotowa 8. W doprowadzeniu kaniuli wylotowej 8 zainstalowana jest zastawka wylotowa 5 na zawiasach 5' umiejscowionych w gnieździć zastawki. Wykończenie powierzchni wewnętrznej 22 korpusu 1 jest gładkie i wykonane z tworzywa biozgodnego. Wewnątrz korpusu 1 znajduje się tłok, który może poruszać się ruchem suwliwym, a średnica wewnętrzna 22 korpusu 1 jest ok. 0,15 mm większa od średnicy tłoka 2.

Tłok 2 zawiera pierścieniowy magnes 13 w obudowie z wyróżnioną powierzchnią wlotową 10, wylotową 11, zewnętrzną 12 oraz wewnętrzną 3. Powierzchnia wlotowa 10 zwęża się ku środkowi a wylotowa 11 - jest opływowa. Powierzchnie te dostosowane są do charakteru posuwu - tłoczny lub powrotny i w obydwu przypadkach zwiększają siłę odpychającą od ścianek zapewniając maksymalny poziom zawieszenia hydraulicznego tłoka podczas ruchu wewnątrz korpusu pompy.

W powierzchni wylotowej 11 znajduje się gniazdo 14 na wielopłatkową zastawkę wlotową 4, za którą w obudowie powierzchni wylotowej tłoka 11, są umieszczone kanaliki 9, łączące powierzchnię wylotową 11 tłoka z jego wnętrzem 3. Zastawka wlotowa 4 ma konstrukcję wielo-płatkową.

Jak to przedstawia fig. 9, 10 tłok z magnesem 13 ma bieguny ukierunkowane są na wlot i wylot tłoka 2, wytwarzając pole magnetyczne skierowane wzdłuż ruchu tłoka - tłok z polem wzdłużnym. Na fig.

6, 7, 8 przedstawiony jest tłok z magnesem 13, którego bieguny ukierunkowane są na powierzchnie

PL 220 150 B1 zewnętrzną 12 i wewnętrzną 3 tłoka i tworzą tłok pompy z polem poprzecznym. Pole magnetyczne w konstrukcjach tłoka przedstawionych na fig. 6 i fig. 9 jest utworzone wyłącznie przez magnesy trwałe. Na fig. 7, 9 i 10 przedstawiono konstrukcje tłoka zawierające również warstwy ferro-magnetyczne 24. Wprowadzenie warstwy materiału magnetycznie miękkiego do konstrukcji tłoka umożliwia lepsze ukształtowanie pola magnetycznego wytwarzanego przez magnesy korpusu 1.

Jak to przedstawia fig. 11 tłok 2 przemieszcza się pomiędzy składowymi uzwojeniami 1,2',...8'. sterowanymi niezależnie i tworzącymi uzwojenie wewnętrzne 16. Fazy przemieszczania 1,2,3 fig. 11 przedstawiają kolejne położenia tłoka 2 w korpusie pompy 1 o przekroju według fig. 2. Wzbudzenie poła magnetycznego w składowych uzwojeniach 1,2',...8' jest przedstawione przez określenie stanu wysterowania cewki gdzie 0 oznacza brak wysterowania, s połówka wysterowania, a S - pełne wysterowanie tworzące biegun S, n - połówka wysterowania, N - pełne wysterowanie tworzące biegun N.

Jak to przedstawia fig. 12 tłok 2 przemieszcza się pomiędzy składowymi uzwojeniami 1,2',...8'. sterowanymi niezależnie i tworzącymi uzwojenie wewnętrzne 16. Fazy przemieszczania 1,2,3 fig. 12 przedstawiają kolejne położenia tłoka 2 w korpusie pompy i o przekroju według fig. 4. W tej wersji korpusu wzbudzenie pola magnetycznego w składowych uzwojeniach 1,2',...8' jest przedstawione przez określenie stanu wysterowania cewki gdzie, 0 - oznacza pełne wysterowanie osłabiające pole magnesu 30 umieszczonego w nabiegunniku 23, s - połowę wysterowania, a S - brak wysterowania cewki i zachowanie pełnego pola magnetycznego magnesu 30 wytwarzającego biegun S.

Na fig. 13 zostało przedstawione przemieszczanie się tłoka 2 z magnesem tworzącym pole wzdłużne, pokazanym na fig. 9 lub fig. 10. W tym przypadku konstrukcji tłok ma większą długość i jego pole magnetyczne skojarzone jest z większą liczbą składowych uzwojeń 1,2',...14'. Rysunki 1,2,3,4 fig. 13 przedstawiają kolejne fazy przemieszczania się tłoka 2 w korpusie pompy 1 o przekroju według fig. 2. Wzbudzenie pola magnetycznego w składowych uzwojeniach 1,2',...14' jest przedstawione przez określenie stanu wysterowania, gdzie O oznacza brak wysterowania, s - połówka wysterowania, a S - pełne wysterowanie tworzące biegun S, n - połówka wysterowania, N - pełne wysterowanie tworzące biegun N.

Jak to jest pokazane na fig. 14, trzy cewki L₁₅.₁, Lis.₂. Li₅.3 uzwojenia skrajnego 15, umieszczone na nabiegunnikach korpusu 1 i pokazane na fig. 3, połączone są z kondensatorem 31 poprzez diodę 32, zbocznikowaną przekaźnikiem 33, rozwartym. Powstające w cewkach siły elektromotoryczne E₁₅.₁, E₁₅.₂, E₁₅.3 ładują prądem hamowania Jh kondensator 21 poprzez diodę 32 do napięcia hamowania Uh. Ładowanie trwa do chwili, gdy to napięcie jest mniejsze niż suma sił elektr omotorycznych E₁₅.₁+E₁₅.₁+E₁₅.₁, co zapewnia dioda 32. W fazie nawrotu, fig. 15, napięcie Ur występujące na kondensatorze 31 po zwarciu przekaźnika 33 powoduje przepływ prądu Jr który wywołuje pole magnetyczne wypychające tłok z obszaru uzwojeń skrajnych 15. Zwartemu przekaźnikowi 33 odpowiada rysunek z fig. 16 i 17.

Jak to jest przedstawione na fig. 16, trzy cewki Lis.1. Li₅.2, Li₅.3, uzwojenia skrajnego 15, umieszczone na nabiegunnikach korpusu 1 i pokazane na fig. 3, połączone są z kondensatorem 31. W fazie hamowania powstające w cewkach siły elektromotoryczne E₁₅.₁, E₁₅.₂, E₁₅.3 ładują prądem hamowania Jh kondensator 31 do napięcia hamowania Uh. W fazie nawrotu, co przedstawia fig. 17, napięcie Ur występujące na kondensatorze powoduje przepływ prądu J- który wywołuje pole magnetyczne wypychające tłok z obszaru cewek skrajnych 15.

Zespół cewek uzwojeń skrajnych 15 wytwarza sterowane pole magnetyczne wypychające tłok (2) z przestrzeni pomiędzy nabiegunnikami 23 korpusu 1. Powoduje to dwa efekty: zawieszenie magnetyczne tłoka 2 pompy wewnątrz korpusu i oraz przesuwanie tłoka 2 w pożądanym kierunku. Zawieszenie magnetyczne tłoka 2 wraz z efektem poduszek hydraulicznych wytworzonych przez odpowiednio ukształtowane powierzchnie natarcia tłoka 10, 11, pokazane na fig. 6, 7, 8, 9, 10 eliminują tarcie tłoka 2 o powierzchnię wewnętrzną 22 korpusu 1 pompy i redukują efekty niszczenia mechanicznego elementów pompowanego płynu. Działanie takie można uzyskać przy konstrukcji korpusu pokazanej na fig. 2 lub fig. 4 oraz konstrukcjach tłoka 2 pokazanych na rysunkach fig. 6, 7, 8, 9, 10. Tłok 2 przedstawiony na fig. 6, 7, 8 ma pole magnetyczne skierowane poprzecznie do kierunku ruchu tłoka, a na fig. 9, 10 pole magnetyczne skierowane jest wzdłuż kierunku ruchu tłoka. Przy konstrukcji korpusu pompy, fig. 2, o nabiegunnikach 23 wytwarzających pole magnetyczne poprzez pobudzanie uzwojeń wewnętrznych 16, należy zsynchronizować pobudzanie uzwojeń wewnętrznych 16 w fazie z aktualnym położeniem tłoka 2, które określają czujniki Halla 27 umieszczone w korpusie 1, fig. 2. Ponieważ pole magnetyczne wytwarzane przez uzwojenia nabiegunników 23 korpusu 1 zamyka się podczas wysteroPL 220 150 B1 wania przez obszar magnetyczny, który stanowi tłok 2 pompy, zastosowano wkładki z materiału ferromagnetycznie miękkiego 24, w celu zwiększenia wytwarzanego strumienia magnetycznego.

Wzbudzenie prądu w uzwojeniach wewnętrznych 16 umieszczonych na nabiegunnikach 23, przedstawionych na fig. 2, powoduje powstanie pola magnetycznego skierowanego prostopadle do kierunku ruchu tłoka 2. Kierunek pola magnetycznego wytwarzanego przez nabiegunniki 23 jest tak dobrany, że powstające pole magnetyczne wypycha tłok 2 z przestrzeni pomiędzy tymi nabiegunnikami. Jak to jest przedstawione na fig. 11, pole magnetyczne nabiegunników 23 znajdujących się naprzeciw tłoka 2 ma przeciwny kierunek, do pola magnetycznego tłoka 2. Nabiegunniki 23 znajdujące się w obszarze, do którego przesuwa się tłok wytwarzają pole magnetyczne przyciągające tłok 2 w kierunku ruchu.

W przypadku korpusu z wysterowaniem bezpośrednim, fig. 2, fig. 3, oddziaływanie pola magnetycznego korpusu realizowane jest przez pięć sekcji nabiegunników korpusu. Na rysunku fig. 11, pokazano kolejne fazy pobudzenia prądowego uzwojeń nabiegunników 23, w których odpowiednie wysterowanie powoduje wzrost pola magnetycznego od; 0 brak wysterowania , poprzez n oznaczające częściowe wysterowanie wytwarzające pole magnetyczne skierowane do środka korpusu pompy, N pełne wysterowanie wytwarzające pole magnetyczne skierowane do środka korpusu pompy, s oznaczające częściowe wysterowanie wytwarzające pole magnetyczne skierowane od środka korpusu pompy oraz S oznaczające pełne wysterowanie wytwarzające pole magnetyczne skierowane od środka korpusu pompy. Jak to pokazano na opisie kolejnych faz prąd w uzwojeniach nabiegunnikach jest zmienny w sposób ciągły: wzrasta w zadanym kierunku i zanika. Takie zmiany prądu powodują powstanie wędrującego wzdłuż korpusu pola magnetycznego skierowanego prostopadle do kierunku ruchu tłoka, jak to pokazano na rysunku, fig. 11. Zmiany prądu są w uzwojeniach 16 są zależne od położenia tłoka 2, określonego przez stan czujników Halla 27.

Przy konstrukcji korpusu pompy z nabiegunnikami 23 zawierającymi magnesy stałe 30, fig. 4, pole magnetyczne nabiegunników 23 odpycha tłok 2, o konstrukcjach pokazanych na fig. 6, fig. 7, fig. 8 bez względu na położenie tłoka 2. Efekt ten zapewnia stałą lewitację magnetyczną tłoka 2. Sposób wysterowania uzwojeń wewnętrznych 16 został pokazany na rysunku, fig. 12. Pole magnetyczne wytworzone przez uzwojenia wewnętrzne 16 osłabia, działając rewersyjnie, pole magnetyczne magnesów i dlatego na rysunku fig. 12, efekt oddziaływania pola uzwojeń wewnętrznych 16 korpusu został pokazany jako; zmniejszenie pola magnetycznego sekcji nabiegunników - s lub maksymalne osłabienie tego pola - 0. Kolejne fazy wysterowania uzwojeń pokazują zasadę sterowania prądowego tych uzwojeń. Jednocześnie zasilane są trzy sekcje uzwojeń wewnętrznych 16. Ruch pociągowy jest wytwarzany przesuwające się wzdłużnie osłabienie pola magnetycznego magnesów 30 korpusu, które przyciąga tłok 2. Przy takiej konstrukcji korpusu pompy nie są potrzebne czujniki Halla do określenia płożenia chwilowego tłoka 2.

W pompie złożonej z korpusu 1 o sterowaniu bezpośrednim, fig. 2, oraz tłoka z fig. 9 lub 10 zawierającego magnes, spolaryzowany zgodnie z kierunkiem ruchu tłoka, sposób wytwarzania pola m agnetycznego korpusu jest pokazany na fig. 13. Przy takiej konstrukcji tłoka 2 wysterowane jest równocześnie, fig. 13, więcej sekcji uzwojeń wewnętrznych 16 korpusu 1 w taki sposób, aby utworzone pole magnetyczne korpusu i wypychało tłok o polu wzdłużnym, fig. 9 lub 10. Sposób pobudzania uzwojeń wewnętrznych 16 nabiegunników 23 korpusu 1 jest oznaczony tak samo jak na rysunku, fig. 11. Pobudzanie uzwojeń wewnętrznych 16, pokazane na kolejnych fazach wytwarza wędrujące wzdłuż korpusu 1 pole magnetyczne, które wypycha tłok 2 namagnesowany wzdłużnie. Taka konstrukcja magnesu 13 tłoka 2 jest łatwiejsza do realizacji, ale wymaga sterowania większej liczby uzwojeń i precyzyjnej synchronizacji wysterowania uzwojeń wewnętrznych 16 w zależności od położenia tłoka 2 i zastosowania czujników Halla do określenia położenia tłoka 2.

Omówione sposoby wysterowania uzwojeń wewnętrznych 16 korpusu pompy powodują przesuwanie się tłoka 2 wewnątrz korpusu 1 pompy i jego zawieszenie magnetyczne. Nawrót tłoka następuje za pomocą pola magnetycznego wytworzonego przez uzwojenia skrajne 15, hamujące. Najprostsza realizacja takiego oddziaływania polega na zasilaniu uzwojeń skrajnych 15 kilku nabiegunników 23 w strefie hamowania, w kierunku który wytwarza pole magnetyczne nabiegunników 23 skierowane przeciwnie do pola magnetycznego tłoka 2 zbliżającego się do nabiegunników skrajnych 15. W przypadku korpusu z cewkami osłabiającymi działanie magnesów stałych 30, nabiegunniki w strefie hamowania, fig. 5, nie zawierają uzwojeń skrajnych 15 a stałe pole tych nabiegunników zatrzymuje zbliżający się tłok 2.

PL 220 150 B1

Magazynowanie/oddawanie energii kinetycznej tłoka wytracanej podczas hamowania z wykorzystaniem kondensatorów może odbywać się w trybie swobodnym, fazy pokazane na rysunku, fig. 16, 17 oraz w trybie sterowanym pokazanym na rysunku, fig. 14, 15. W przypadku wykorzystania swobodnego trybu ładowania kondensatorów, zbliżający się do cewek uzwojeń skrajnych L15.1, Lis.₂, Li5.₃, cewek hamujących, tłok 2 pompy wytwarza pole magnetyczne, które indukuje w cewkach siłę elektromotoryczną E₁₅.₁, E₁₅.₂, E₁₅.₃, która powoduje przepływ prądu Ih do kondensatora 31 i zgromadzenie się określonego ładunku elektrycznego oraz wytworzenie odpowiedniego napięcia Uh, jak pokazano na rysunku, fig. 16. Tłok pompy jest hamowany i zwalnia prędkość, co powoduje, że powstające w uzwojeniach siły elektromotoryczne E₁₅.₁, E₁₅.₂, E₁₅.₃ zmniejszają się. Ładowanie kondensatora 31 trwa do chwili, gdy siła elektromotoryczna indukowana w cewkach uzwojeń skrajnych L15.1, Lis.₂, Li5.₃, przekracza poziom naładowania kondensatorów Uh. W chwili, gdy tłok posiada bardzo małą prędkość, suma sił elektromotorycznych E₁₅.₁, E₁₅.₂, E₁₅.₃ jest mniejsza od poziomu napięcia Uh i następuje proces rozładowania kondensatora, pokazany na rysunku, fig. 17. Wymuszony w cewkach L15.1, L₁₅.₂, Li5.₃, prąd elektryczny L powoduje powstanie pola magnetycznego wypychającego tłok z przestrzeni pomiędzy nabiegunnikami hamującymi 23. W przypadku wykorzystania sterowanego trybu ładowania kondensatorów zbliżający się do cewek uzwojeń skrajnych L15.1, Lis.₂, Lis.₃, cewek hamujących, tłok 2 pompy wytwarza pole magnetyczne, które indukuje w cewkach siły elektromotoryczne E₁₅.₁, E₁₅.₂, E₁₅.₃, które powodują przepływ prądu do kondensatora 31 i wytworzenie odpowiedniego napięcia Uh jak pokazano na rysunku, fig. 14. Tłok pompy jest hamowany. Dioda 32 znajdująca się w obwodzie ładowania kondensatora 31 powoduje automatyczne zatrzymanie procesu ładowania w chwili gdy Uh jest większe od sumy sił E₁₅.₁, E₁₅.₂, E₁₅.₃. Wówczas następuje zmniejszenie do wartości 0 prądu ładowania kondensatora 31. Proces rozładowania kondensatora 31 może się rozpocząć po zwarciu przekaźnika 33, jak to pokazano na rysunku, fig. 15. W tym przypadku ładunek kondensatora 31 jest przechowywany do chwili, gdy tłok zajmie odpowiednią pozycję. W chwili nawrotu zostaje zwarty przekaźnik 33 i przez cewki uzwojeń skrajnych L₁₅.₁, Lis.₂, Lis.₃, popłynie prąd rozruchu L, który spowoduje wypychanie tłoka i start do ruchu w kierunku przeciwnym. Ten sposób sterowania zapobiega zbyt wczesnemu nawrotowi tłoka i powoduje wykorzystanie energii zgromadzonej w kondensatorze 31, w odpowiedniej fazie ruchu.

Omówione oddziaływanie pola magnetycznego korpusu 1 powoduje zawieszenie magnetyczne tłoka 2. Efekt zawieszenia magnetycznego jest wzmacniany przez odpowiednie ukształtowanie powierzchni wylotowej 11, natarcia, przy ruchu tłocznym oraz powierzchni wlotowej 10, przy ruchu powrotnym, które wytwarzają efekt poduszki hydraulicznej tłoka 2 przesuwającego się w pompowanej cieczy. Wielokrotne przesuwy tłoka w kierunku tłocznym i powrotnym mogą wytworzyć na współpracujących powierzchniach; wewnętrznej 22 korpusu 1 i zewnętrznej 12 tłoka 2 rysy w kierunku wzdłużnym łub lokalne odkształcenia od przekroju kołowego. Jednocześnie stałe kątowe położenie zastawki tłocznej 4 może spowodować zastoiny w obszarze powierzchni wylotowej 11, które mogą prowadzić do zakrzepów. Dla redukcji tego efektu zostały zaprojektowane kanaliki 9, które podczas fazy tłoczenia wytwarzają niewielki przepływ wsteczny, wprawiają tłok 2 w powolny ruch obrotowy i zapobiegają tworzeniu się zastoin.

Dobór modułu nabiegunników korpusu pompy oraz sposób czasowego wysterowania uzwojeń wewnętrznych 16 umożliwia zmianę dynamiki ruchu tłoka 2, tak że ruch tłoka 2 może być wykonywany ze zmienną prędkością w sposób, który pozwala na kontrolę rzutu jednostkowego, przyspieszeń oraz umożliwia synchronizację ruchu sygnałem zewnętrznym, np. załamkiem QRS.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Małogabarytowa pompa pulsacyjna do płynów ustrojowych o ruchu liniowym posiadająca korpus z zespołem elektromagnesów, w którym jest ruchomy tłok z wysokowydajnymi magnesami trwałymi i zastawką, znamienna tym, że zainstalowany w korpusie (1) zewnętrzny obwód magnetyczny zawiera nabiegunniki wydatne (23), skierowane prostopadle do osi korpusu (1), między którymi ułożone są uzwojenia elektromagnesów wewnętrznych (16) i uzwojenia elektromagnesów zewnętrznych (15) pomiędzy którymi usytuowane są co najmniej jeden kondensator (31), dioda (32), przekaźnik (33), które połączone są między sobą i z uzwojeniami elektromagnesów (15), przewodami elektrycznymi, umiejscowionymi pomiędzy nabiegunnikami (23).

   PL 220 150 B1
2. 2. Małogabarytowa pompa według zastrz. 1, znamienna tym, że uzwojenia (15, 16) mają wyprowadzenia wychodzące na zewnątrz korpusu (1) gdzie połączone są ze sterownikiem zasilanym z baterii (21).
3. 3. Małogabarytowa pompa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że obwód magnetyczny korpusu (1) składa się z zespołu nabiegunników wydatnych (23) z materiału magnetycznie miękkiego z nawiniętymi uzwojeniami (15, 16), z czujnikami Halla (27) usytuowanymi w jednej ze szczelin pomiędzy uzwojeniami wewnętrznymi (16).
4. 4. Małogabarytowa pompa według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że składa się z zachodzących na siebie nabiegunników wydatnych (23) zawierających magnesy stałe (30) z nawiniętymi uzwojeniami (15, 16).
5. 5. Małogabarytowa pompa według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, znamienna tym, że korpus (1) jest w centralnej długości cylindryczny a na obu końcach ma zwężenia, które za powierzchniami oporowymi (6, 6') stanowią doprowadzenia kaniul (17, 17'), przy czym na doprowadzeniu wlotowym (17) osadzona jest kaniula wlotowa (7) a na odprowadzeniu wylotowym (17') osadzona jest kaniula wylotowa (8), w której doprowadzeniu zainstalowana jest zastawka wylotowa (5) na zawiasach (5') umiejscowionych w gnieździć zastawki.
6. 6. Małogabarytowa pompa według zastrz. 1, albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienna tym, że tłok (2) zawiera pierścieniowy magnes (13) w obudowie z wyróżnioną powierzchnią wlotową (10) zwężającą się ku środkowi, wylotową - opływową (11), zewnętrzną (12) oraz wewnętrzną (3), przy czym w powierzchni wylotowej (11) znajduje się gniazdo (14) na zastawkę wlotową (4), korzystnie wielopłatkową a w obudowie powierzchni wylotowej (11), są umieszczone kanaliki (9), łączące powierzchnię wylotową (11) z wnętrzem (3) tłoka (2).
7. 7. Małogabarytowa pompa według zastrz. 6, znamienna tym, że powierzchnia zewnętrzna (12) i/lub powierzchnia wewnętrzna (3) magnesu (13) ma umieszczone warstwy materiału ferro-magnetycznego (24).