RU2744482C1 - Auxiliary blood circulation pump with end engine - Google Patents

Auxiliary blood circulation pump with end engine Download PDF

Info

Publication number
RU2744482C1
RU2744482C1 RU2020120118A RU2020120118A RU2744482C1 RU 2744482 C1 RU2744482 C1 RU 2744482C1 RU 2020120118 A RU2020120118 A RU 2020120118A RU 2020120118 A RU2020120118 A RU 2020120118A RU 2744482 C1 RU2744482 C1 RU 2744482C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stator
rotor
pump according
permanent magnets
electromagnets
Prior art date
Application number
RU2020120118A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Васильевич Коротеев
Владимир Николаевич Бараков
Евгений Петрович Банин
Original Assignee
Евгений Петрович Банин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Петрович Банин filed Critical Евгений Петрович Банин
Priority to RU2020120118A priority Critical patent/RU2744482C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2744482C1 publication Critical patent/RU2744482C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medical technology.
SUBSTANCE: invention relates to medical technology. The auxiliary blood circulation pump comprises a hollow tube of the duct, within which an end engine is mounted between the inlet flow rectifier and the outlet flow rectifier. The engine is in the form of at least one stator coaxially arranged and is rotated by at least one rotor stator. At least one stator is mounted inside one of the rectifiers and is provided with end electromagnets. The rotor is provided with reciprocal end permanent magnets with a magnetization vector which is coaxial to the magnetization vector of the stator end electromagnets. The end surfaces of the rotor and the stator, directed towards each other, are congruent. The number of electromagnets of the stator and the permanent magnets of the rotor coincide and equal to 2m, where m ≥ 2.
EFFECT: technical result consists in reducing the effect on the pumped blood and increasing the efficiency of the pump engine.
18 cl, 9 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к медицинской технике, в частности, к насосу вспомогательного кровообращения с торцевым двигателем, который предназначен для полного или частичного замещения насосной функции сердца, то есть, для перекачивания крови (или других, в том числе небиологических жидкостей, для которых важен уровень сдвиговых напряжений в проточной части насоса) при необходимости исключения контакта между подвижными элементами насоса для более щадящего взаимодействия вращающихся частей насоса с кровью, а также для увеличения коэффициента полезного действия насоса.The invention relates to medical technology, in particular, to an auxiliary blood circulation pump with an end motor, which is designed to completely or partially replace the pumping function of the heart, that is, for pumping blood (or other, including non-biological fluids, for which the level of shear stresses is important in the flowing part of the pump) if it is necessary to exclude contact between the moving elements of the pump for a more gentle interaction of the rotating parts of the pump with blood, as well as to increase the efficiency of the pump.

Предпосылки создания изобретенияBackground of the invention

Роторные насосы вспомогательного кровообращения можно разделить на несколько типов: осевые, центробежные и диагональные. Все типы насосов имеют статорную (неподвижную) и роторную части.Rotary pumps for auxiliary circulation can be divided into several types: axial, centrifugal and diagonal. All types of pumps have stator (stationary) and rotor parts.

В осевых насосах вспомогательного кровообращения поток крови проходит по полой трубке, в которой находятся неподвижные и нагнетательные элементы (ротор). Ротор предназначен для передачи жидкости кинетической энергии вращения (т.е. для разгона жидкости). Так как при вспомогательном кровообращении от насоса требуется обеспечение заданного перепада давления, то для преобразования кинетической энергии потока в энергию давления, необходимо на выходе из ротора затормозить поток.In axial pumps for auxiliary circulation, the blood flow passes through a hollow tube in which there are stationary and pumping elements (rotor). The rotor is designed to transfer kinetic energy of rotation to the liquid (i.e. to accelerate the liquid). Since in the case of auxiliary blood circulation, the pump is required to provide a given pressure drop, then to convert the kinetic energy of the flow into pressure energy, it is necessary to slow down the flow at the outlet of the rotor.

Для торможения потока на выходе из насоса используется один или несколько спрямителей потока (или диффузоров), которые тормозят поток и создают необходимый напор.To slow down the flow at the outlet of the pump, one or more flow straighteners (or diffusers) are used, which slow down the flow and create the necessary head.

Ротор в потоке в большинстве конструкций насосов вспомогательного кровообращения вывешен либо между двумя неподвижными спрямителями потока, либо используется один спрямитель на выходе из ротора (такая схема также может называться «консольной»). Обычно, спрямитель потока на входе в ротор несет в себе дополнительную функцию, а именно - создание благоприятного (с точки зрения минимального угла атаки потока, набегающего на лопатки ротора) набегания потока на лопатки ротора.The rotor in the flow in most designs of pumps for auxiliary blood circulation is suspended either between two fixed flow straighteners, or one straightener is used at the outlet of the rotor (such a scheme can also be called "cantilever"). Usually, the flow straightener at the rotor inlet has an additional function, namely, the creation of a favorable (from the point of view of the minimum angle of attack of the flow incident on the rotor blades) flow on the rotor blades.

Между двумя неподвижными спрямителями ротор можно расположить в подшипниковых опорах с подшипниками скольжения или качения, что позволит надежно закрепить ротор по всем степеням свободы, кроме вращательной. Специфика перекачиваемой жидкости (крови) такова, что при попадании форменных элементов крови (эритроциты, тромбоциты, лейкоциты) в зону подшипников они начинают разрушаться с последующим выделением гемоглобина в кровь, либо активируется фактор тромбообразования. Также отметим, что наличие в протоке трущихся частей приводит к износу, который нежелателен и может подвергнуть опасности здоровье пациента с насосом. Над задачей исключения трущихся частей в насосе работает множество компаний по всему миру.Between two stationary rectifiers, the rotor can be placed in bearing arrangements with plain or rolling bearings, which will allow the rotor to be securely fixed in all degrees of freedom, except for the rotational one. The specificity of the pumped liquid (blood) is such that when blood cells (erythrocytes, platelets, leukocytes) enter the bearing area, they begin to collapse, followed by the release of hemoglobin into the blood, or the thrombus formation factor is activated. We also note that the presence of rubbing parts in the duct leads to wear, which is undesirable and can endanger the health of the patient with the pump. Many companies around the world are working on the task of eliminating rubbing parts in the pump.

Из уровня техники известны насосы с приводом посредством магнитной муфты. Статорная часть таких насосов состоит из магнитного сердечника и обмоток (обычно двух или трехфазные), а роторная - из постоянных магнитов или из постоянных магнитов и обмоток. Известны насосы, у которых статорные обмотки расположены вне трубки протока (US 4779614 А, US 8376926 В2, RU 2430748 C2, US 2014/0343352 A1). Магнитное поле при этом передается через зазор, который образуется в протоке между магнитами ротора и статора. При такой компоновке цилиндрический статор и ротор расположены коаксиально, но из-за необходимости прокачивать кровь в осевом направлении, зазор между ротором и статором приходится делать достаточно большим, что уменьшает эффективность такого двигателя. Под эффективностью устройства для перекачивания крови понимается минимизация гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности.Pumps with a drive by means of a magnetic coupling are known from the prior art. The stator part of such pumps consists of a magnetic core and windings (usually two or three phase), and the rotor part consists of permanent magnets or of permanent magnets and windings. Pumps are known in which the stator windings are located outside the flow tube (US 4779614 A, US 8376926 B2, RU 2430748 C2, US 2014/0343352 A1). In this case, the magnetic field is transmitted through a gap that forms in the flow between the rotor and stator magnets. With this arrangement, the cylindrical stator and the rotor are located coaxially, but due to the need to pump blood in the axial direction, the gap between the rotor and the stator has to be made large enough, which reduces the efficiency of such an engine. The efficiency of a blood pumping device is understood to mean minimizing hemolysis and blood thrombosis at the given performance parameters.

Для примера можно привести насосы, известные из патента США № 8376926 В2 и из патента РФ № 2430748, у которых из-за необходимости прокачивать кровь между ротором и статором, зазор приходится выдерживать достаточно большим, что связано с необходимостью обеспечивать расход крови на уровне от 3 л/мин до 5 л/мин при условии как можно меньших скоростей вращения ротора. Требование уменьшения скорости вращения ротора связано с разрушением оболочек эритроцитов в процессе прохождения ими через ротор. При малом зазоре расход в 5 л/мин потребует очень высоких скоростей вращения, которые, в свою очередь, вызывают большие сдвиговые напряжения в области ротора, которые и воздействуют на эритроциты в потоке. Чем выше сдвиговые напряжения, тем больше деформируется эритроцит, и тем больше в кровь выделяется гемоглобина.For example, we can cite pumps known from US patent No. 8376926 B2 and from RF patent No. 2430748, in which, due to the need to pump blood between the rotor and the stator, the gap has to be maintained sufficiently large, which is associated with the need to ensure blood flow at a level of 3 l / min to 5 l / min, provided the rotor speeds are as low as possible. The requirement to reduce the speed of rotation of the rotor is associated with the destruction of the membranes of erythrocytes in the process of their passage through the rotor. With a small gap, a flow rate of 5 l / min will require very high rotational speeds, which, in turn, cause large shear stresses in the rotor region, which act on erythrocytes in the flow. The higher the shear stresses, the more the red blood cell is deformed, and the more hemoglobin is released into the blood.

Для уменьшения повреждения клеток крови используется магнитный подвес для бесконтактного удержания ротора в потоке крови, раскрытый в US 2014/0343352 A1. В спрямителях на входе и на выходе из насоса установлены постоянные магниты с вынесенными за трубку протока катушками, которые позволяют активно управлять осевой силой, действующей на ротор. Такой подход позволяет удерживать ротор в осевом направлении и стабилизировать его, но, при этом, стабилизация ротора в радиальном направлении затруднена. Отметим также, что в данном решении также не решен вопрос с эффективностью передачи магнитного поля через зазор между коаксиальными статором и ротором.To reduce damage to blood cells, a magnetic suspension is used to contactlessly hold the rotor in the blood flow, disclosed in US 2014/0343352 A1. In the rectifiers, at the inlet and outlet of the pump, permanent magnets are installed with coils extended beyond the flow tube, which allow to actively control the axial force acting on the rotor. This approach allows you to keep the rotor in the axial direction and stabilize it, but, at the same time, it is difficult to stabilize the rotor in the radial direction. Note also that this solution also does not resolve the issue of the efficiency of the magnetic field transfer through the gap between the coaxial stator and the rotor.

Использование торцевого вентильного двигателя, известного, например, из RU 167307 U1, позволило бы частично разрешить существующие проблемы. Двигатель представляет собой диск с постоянными магнитами (ротор), надетый на вал. Вал при этом закреплен в подшипниковых опорах. Статоры расположены с двух сторон от диска ротора по обе стороны от вала и имеют П-образные магниты. Удержание ротора происходит за счет вала.The use of an end valve motor, known, for example, from RU 167307 U1, would partially solve the existing problems. The motor is a permanent magnet disk (rotor) that is fitted onto a shaft. In this case, the shaft is fixed in bearing supports. The stators are located on both sides of the rotor disc on either side of the shaft and have U-shaped magnets. The rotor is held by the shaft.

Однако такая конфигурация двигателя не позволит использовать его в насосах для перекачивания крови.However, this configuration of the motor will not allow it to be used in blood pumps.

Во-первых, установка такого двигателя в трубку протока насоса приведет к увеличению его диаметра из-за необходимости размещать лопатки ротора на большем удалении от оси вращения. Как следствие, насос с такими большими габаритами невозможно разместить в полости, где расположено сердце.Firstly, the installation of such an engine in the pump flow tube will lead to an increase in its diameter due to the need to place the rotor blades at a greater distance from the axis of rotation. As a result, a pump with such a large dimensions cannot be placed in the cavity where the heart is located.

Во-вторых, организация пространства внутри насоса с таким двигателем не позволяет обеспечить осевой поток крови, так как разместить спрямители с лопатками внутри трубки протока на оси вращения ротора двигателя невозможно. Поэтому реализовать насосную функцию сердца на таком устройстве невозможно. Конструкция насоса с таким двигателем не позволяет удовлетворить физиологическим особенностям течения крови, а именно, обеспечить расход крови в диапазоне от 3л/мин до 5л/мин при диапазоне давлений от 80 мм рт. ст. до 150 мм рт. ст.Secondly, the organization of the space inside the pump with such a motor does not allow for the axial flow of blood, since it is impossible to place straighteners with blades inside the duct tube on the rotation axis of the motor rotor. Therefore, it is impossible to implement the pumping function of the heart on such a device. The design of a pump with such an engine does not allow satisfying the physiological characteristics of blood flow, namely, to provide a blood flow in the range from 3 l / min to 5 l / min at a pressure range of 80 mm Hg. Art. up to 150 mm Hg. Art.

Таким образом, существует потребность в создании новых конструкций насосов, которые бы преодолевали все вышеперечисленные недостатки.Thus, there is a need for new pump designs that overcome all of the above disadvantages.

Суть изобретенияThe essence of the invention

Задачей настоящего изобретения является разработка новой конструкции насоса вспомогательного кровообращения, которая бы позволила одновременно:The objective of the present invention is to develop a new design of the pump for auxiliary blood circulation, which would allow at the same time:

1) более эффективно по сравнению с существующими аналогами использовать пространство внутри полой трубки протока насоса. Под эффективным использованием пространства понимается то, что взаимное расположение полезных элементов конструкции позволяет полностью занять объем трубки протока и уменьшить таким образом диаметр насоса.1) it is more efficient to use the space inside the hollow tube of the pump duct in comparison with existing analogues. Efficient use of space means that the mutual arrangement of useful structural elements allows the volume of the flow tube to be completely occupied and thus the diameter of the pump is reduced.

2) обеспечить бесконтактное удержание ротора в потоке крови внутри полой трубки с возможностью стабилизации ротора как вдоль оси вращения, так и в поперечном направлении. Такое удержание ротора позволяет исключить контакт торцов ротора и статора, также контакт ротора с другими элементами насоса, что приводит к исключению трения подвижной части и уменьшает воздействие на прокачиваемую через насос кровь в зоне торцов.2) ensure contactless retention of the rotor in the blood flow inside the hollow tube with the possibility of stabilizing the rotor both along the axis of rotation and in the transverse direction. Such retention of the rotor makes it possible to exclude contact between the ends of the rotor and the stator, as well as contact of the rotor with other elements of the pump, which leads to the elimination of friction of the moving part and reduces the effect on the blood pumped through the pump in the area of the ends.

3) обеспечить эффективное взаимодействие статорного блока (статора) и ротора, а именно, повысить по сравнению с существующими аналогами эффективность передачи магнитного момента через зазор между статором и ротором, что приводит к увеличению КПД двигателя насоса.3) to ensure the effective interaction of the stator unit (stator) and the rotor, namely, to increase, in comparison with existing analogues, the efficiency of transfer of the magnetic moment through the gap between the stator and the rotor, which leads to an increase in the efficiency of the pump motor.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в эффективной работе насоса вспомогательного кровообращения.The technical result achieved with the use of the invention consists in the efficient operation of the pump for auxiliary blood circulation.

Причем под эффективной работой насоса вспомогательного кровообращения понимается одновременное выполнение поставленных задач.Moreover, under the effective operation of the pump of auxiliary blood circulation is understood the simultaneous fulfillment of the assigned tasks.

Технический результат обеспечивается за счет того, что насос вспомогательного кровообращения включает полую трубку протока, внутри которой установлен торцевой двигатель между спрямителем входного потока и спрямителем выходного потока, при этом двигатель выполнен в виде соосно расположенных по меньшей мере одного статора и приводимого во вращение по меньшей мере одним статором ротора, причем по меньшей мере один статор установлен внутри одного из спрямителей и снабжен торцевыми электромагнитами, а ротор снабжен ответными торцевыми постоянными магнитами с вектором намагниченности, который соосен вектору намагниченности торцевых электромагнитов статора, торцевые поверхности ротора и статора, направленные друг к другу, конгруэнтны, а количество электромагнитов статора и постоянных магнитов совпадает и равно 2m, где m ≥2.The technical result is provided due to the fact that the pump for auxiliary blood circulation includes a hollow duct tube, inside which an end motor is installed between the inlet flow straightener and the outlet flow straightener, while the engine is made in the form of at least one stator coaxially located and driven into rotation at least one rotor stator, and at least one stator is installed inside one of the rectifiers and is equipped with end electromagnets, and the rotor is equipped with counter end permanent magnets with a magnetization vector that is aligned with the magnetization vector of the stator end electromagnets, the end surfaces of the rotor and stator directed towards each other, are congruent, and the number of stator electromagnets and permanent magnets coincides and is equal to 2m, where m ≥2.

В некоторых вариантах осуществления изобретения геометрия соответствующих поверхностей торцов по меньшей мере одного статора и ротора может быть плоской, сферической, конической или эллиптической.In some embodiments, the geometry of the respective end faces of at least one stator and rotor may be flat, spherical, conical, or elliptical.

В некоторых вариантах осуществления изобретения постоянные магниты выполнены в виде чередующихся сегментов постоянных магнитов разной полярности.In some embodiments of the invention, the permanent magnets are in the form of alternating segments of permanent magnets of different polarity.

В некоторых вариантах осуществления изобретения чередование полярностей сегментов постоянных магнитов является симметричным.In some embodiments of the invention, the polarity alternation of the permanent magnet segments is symmetrical.

В некоторых вариантах осуществления изобретения каждый торцевой электромагнит статора состоит из обмотки и сердечника, причем сердечник выполнен в виде ножки, на которую наматывают требуемое число витков обмотки, и головки.In some embodiments of the invention, each stator end electromagnet consists of a winding and a core, and the core is made in the form of a leg on which the required number of turns of the winding is wound, and a head.

В некоторых вариантах осуществления изобретения головка сердечника торцевого электромагнита статора представляет объемную часть цилиндра c плоской, сферической, конической или эллиптической поверхностью торца.In some embodiments of the invention, the head of the stator end electromagnet core is a volumetric portion of a cylinder with a flat, spherical, conical, or elliptical end surface.

В некоторых вариантах осуществления изобретения ротор торцевого двигателя выполнен в виде цельного цилиндра или цельного усеченного конуса с лопатками с переменным шагом.In some embodiments, the end motor rotor is a one-piece cylinder or one-piece truncated cone with variable-pitch blades.

В некоторых вариантах осуществления изобретения спрямитель выполнен в виде полого устройства, имеющего форму трубки, цилиндра или конуса с тонкостенной оболочкой.In some embodiments, the straightener is a hollow tube, cylinder, or cone shaped device with a thin walled shell.

В некоторых вариантах осуществления изобретения статор выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с тонкостенной оболочкой, внутри которого коаксиально оси вращения ротора, которая совпадает с продольной осью насоса, расположены по меньшей мере четыре электромагнита.In some embodiments of the invention, the stator is made in the form of a hollow cylindrical body with a thin-walled shell, inside which at least four electromagnets are located coaxially to the axis of rotation of the rotor, which coincides with the longitudinal axis of the pump.

В некоторых вариантах осуществления изобретения двигатель выполнен в виде двух статоров и ротора, при этом первый статор установлен внутри спрямителя входного потока, а второй статор установлен внутри спрямителя выходного потока, ротор расположен между первым статором и вторым статором.In some embodiments of the invention, the motor is made in the form of two stators and a rotor, with the first stator mounted inside the inlet flow straightener, and the second stator installed inside the outlet flow straightener, the rotor located between the first stator and the second stator.

При этом в таком конструктивном выполнении насоса в некоторых вариантах осуществления изобретения в каждый из статоров вмонтированы торцевые электромагниты или в первый статор вмонтированы торцевые электромагниты, а во второй статор вмонтированы торцевые постоянные магниты, причем магниты статора и магниты ротора располагаются разноименными полюсами один к другому и их количество одинаковое.Moreover, in such a design of the pump, in some embodiments of the invention, end electromagnets are mounted in each of the stators, or end electromagnets are mounted in the first stator, and end permanent magnets are mounted in the second stator, and the stator magnets and the rotor magnets are located with opposite poles to one another and their the quantity is the same.

В некоторых вариантах осуществления изобретения в полой трубке протока расположена радиальная магнитная подвеска, причем магнитная подвеска расположена таким образом, чтобы обеспечивать радиальную устойчивость ротора при его вращении в потоке. При этом диаметр поддерживающего кольца больше диаметра полой трубки протока.In some embodiments of the invention, a radial magnetic suspension is disposed in the hollow flow tube, the magnetic suspension being positioned to provide radial stability of the rotor as it rotates in the flow. In this case, the diameter of the supporting ring is greater than the diameter of the hollow duct tube.

В некоторых вариантах осуществления изобретения радиальная магнитная подвеска выполнена в виде сопряженной пары взаимодействующих постоянных магнитов, расположенных в стенке трубки протока и роторе, при этом магниты установлены по краям от центра тяжести ротора.In some embodiments of the invention, the radial magnetic suspension is made in the form of a mated pair of interacting permanent magnets located in the wall of the duct tube and the rotor, with the magnets being mounted at the edges from the center of gravity of the rotor.

В некоторых вариантах осуществления изобретения радиальная магнитная подвеска выполнена в виде закрепленного на роторе по меньшей мере одного цилиндрического стабилизирующего кольца, причем стабилизирующее кольцо размещено в начале и/или в конце ротора или между этими положениями.In some embodiments of the invention, the radial magnetic suspension is made in the form of at least one cylindrical stabilizing ring attached to the rotor, and the stabilizing ring is located at the beginning and / or at the end of the rotor or between these positions.

В некоторых вариантах осуществления изобретения полая трубка протока имеет паз для размещения стабилизирующего кольца. При этом в пазах трубки протока установлены постоянные магниты, причем стабилизирующее кольцо имеет ответные постоянные магниты.In some embodiments, the hollow flow tube has a groove to receive a stabilizing ring. In this case, permanent magnets are installed in the grooves of the flow tube, and the stabilizing ring has reciprocal permanent magnets.

В варианте осуществления изобретения с радиальной магнитной подвеской, двигатель может быть выполнен в виде одного статора и ротора, который приводится указанным статором во вращение.In an embodiment of the invention with a radial magnetic suspension, the motor can be made in the form of a single stator and a rotor, which is driven by said stator in rotation.

Новизна настоящего изобретения заключается в том, что предлагается разместить в теле спрямителей систему магнитов с обмотками (электромагнитов) или систему постоянных магнитов, а ответные им части, в виде постоянных магнитов разной полярности, разместить в торцах ротора.The novelty of the present invention lies in the fact that it is proposed to place in the body of the rectifiers a system of magnets with windings (electromagnets) or a system of permanent magnets, and their counterparts, in the form of permanent magnets of different polarity, to be placed at the ends of the rotor.

Взаимодействие магнитного поля статора (спрямителей) с магнитами ротора в таком случае осуществляется через меньший, по сравнению с коаксиальными конструкциями насосов, зазор, что повышает эффективность передачи магнитного момента, а «рациональное» расположение полюсов - удержание ротора в осевом и радиальном направлениях. «Рациональное» расположение полюсов - за счет одинаковой полярности магнитных сегментов ротора и статора обеспечивается осевое удержание ротора между статорами без касания торцов ротора и статора, что создает усилия от каждого неподвижного элемента, направленные либо в центр тяжести ротора на оси вращения, либо от центра тяжести ротора.In this case, the interaction of the magnetic field of the stator (rectifiers) with the rotor magnets is carried out through a smaller gap compared to coaxial pump designs, which increases the efficiency of the magnetic moment transfer, and the "rational" arrangement of the poles - holding the rotor in the axial and radial directions. "Rational" arrangement of the poles - due to the same polarity of the magnetic segments of the rotor and stator, axial retention of the rotor between the stators is ensured without touching the ends of the rotor and stator, which creates forces from each stationary element directed either to the center of gravity of the rotor on the axis of rotation, or from the center of gravity rotor.

При бесконтактном подвесе ротора поверхности (торцы) не контактируют друг с другом и, следовательно, не разрушают клетки крови, в других насосах при использовании подшипников качения/скольжения в этих местах кровь будет перетираться подшипниками.With non-contact suspension of the rotor, the surfaces (ends) do not contact each other and, therefore, do not destroy blood cells; in other pumps, when using rolling / sliding bearings in these places, the blood will be frayed by the bearings.

При этом расположение всех элементов внутри трубки протока позволяет эффективно использовать пространство внутри трубки протока. Под эффективностью понимается то, что если внутрь неиспользуемого в аналогах пространства насоса (в аналогах используется классическое расположение обмоток статора коаксиально ротору) переместить статорный блок, то неиспользуемый объем становится полезным, так как позволяет разместить в нем активные элементы насоса внутрь трубки протока и уменьшить диаметр насоса. Расположение статора внутри спрямителей насоса уменьшает зазор для передачи магнитного момента на ротор и увеличивает крутящий момент на роторе и таким образом увеличивает КПД двигателя.Moreover, the arrangement of all elements inside the duct tube allows efficient use of the space inside the duct tube. Efficiency means that if the stator unit is moved inside the pump space that is not used in analogs (analogs use the classical arrangement of the stator windings coaxially to the rotor), then the unused volume becomes useful, since it allows the active elements of the pump to be placed inside the flow tube and to reduce the diameter of the pump ... The location of the stator inside the pump rectifiers reduces the clearance for the transfer of the magnetic moment to the rotor and increases the torque on the rotor and thus increases the efficiency of the motor.

Для минимизации трения торцевых поверхностей и стабилизации ротора в осевом и радиальном направлениях торцевые поверхности статора и ротора выполняются конгруэнтными сферическими или коническими поверхностями, что дает дополнительную радиальную стабилизацию ротора при вращении.To minimize friction of the end surfaces and stabilize the rotor in the axial and radial directions, the end surfaces of the stator and rotor are made with congruent spherical or conical surfaces, which provides additional radial stabilization of the rotor during rotation.

Причем конгруэнтные сферические поверхности должны быть выполнены таким образом, чтобы радиус сферической поверхности на торце ротора был меньше, чем радиус сферической поверхности на спрямителе (статоре).Moreover, congruent spherical surfaces must be made in such a way that the radius of the spherical surface at the end of the rotor is less than the radius of the spherical surface on the straightener (stator).

Помимо представленного варианта стабилизации ротора, настоящее изобретение предлагает дополнительный вариант стабилизации, а именно, установку стабилизирующего кольца на лопатках ротора. В уровне техники подобное решение известно из патента США № 7934909 B2, но в нем кольцо выполняется диаметром меньшим, чем диаметр трубки протока.In addition to the presented rotor stabilization option, the present invention provides an additional stabilization option, namely, the installation of a stabilizing ring on the rotor blades. In the prior art, a similar solution is known from US patent No. 7934909 B2, but in it the ring is made with a diameter smaller than the diameter of the duct tube.

Конструкция насоса согласно настоящему изобретению использует кольцо с диаметром большим, чем трубка протока. При этом в трубке протока в этом месте должен быть осуществлен паз, в котором это кольцо вращается. Стабилизация ротора в таком случае осуществляется за счет встроенных в кольцо на роторе магнитов с ответными магнитами той же полярности в теле трубки протока. Такой вариант исполнения обеспечит стабилизацию ротора и в осевом, и в радиальном направлении, при этом частицы крови в зазоре между стенками кольца и телом трубки не смогут оседать, а будут вымываться из зазоров из-за высоких скоростей потока в этом месте. Для осуществления необходимо предусмотреть разъем корпуса в этом месте для возможности вставки ротора с кольцом.The pump design of the present invention uses a ring with a diameter larger than the flow tube. In this case, a groove in which this ring rotates must be made in the duct tube in this place. In this case, the rotor is stabilized by magnets built into the ring on the rotor with counter magnets of the same polarity in the body of the duct tube. This embodiment will ensure the stabilization of the rotor in both the axial and radial directions, while blood particles in the gap between the ring walls and the tube body will not be able to settle, but will be washed out of the gaps due to high flow rates in this place. For implementation, it is necessary to provide a housing connector in this place for the possibility of inserting a rotor with a ring.

Краткое описание рисунковBrief Description of Figures

Прилагаемые чертежи, которые включены в состав настоящего описания и являются его частью, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и совместно с вышеприведенным общим описанием изобретения и нижеприведенным подробным описанием вариантов осуществления служат для пояснения принципов настоящего изобретения. На чертежах одинаковые позиции применяются для обозначения одинаковых деталей или элементов конструкции.The accompanying drawings, which are incorporated and form part of the present specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the foregoing general description of the invention and the following detailed description of the embodiments, serve to explain the principles of the present invention. In the drawings, like numbers are used to refer to like parts or structural elements.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства для перекачивания крови (насоса для вспомогательного кровообращения).FIG. 1 shows a longitudinal section of a blood pumping device (circulatory assist pump).

На фиг. 2 представлена трехмерная разборная модель насоса вспомогательного кровообращения.FIG. 2 shows a three-dimensional demountable model of a pump for an auxiliary blood circulation.

На фиг. 3 изображен ротор с постоянными магнитами.FIG. 3 shows a rotor with permanent magnets.

На фиг. 4 изображен ротор с магнитными сегментами и ответный статорный блок.FIG. 4 shows a rotor with magnetic segments and a counter stator unit.

На фиг. 5 изображен электромагнит с обмоткой и ответный постоянный магнит.FIG. 5 shows an electromagnet with a winding and a corresponding permanent magnet.

На фиг. 6 изображена форма электромагнита статора со сферической поверхностьюFIG. 6 shows the shape of a stator electromagnet with a spherical surface

На фиг. 7 изображена конфигурация насоса с коническими сердечниками статорных электромагнитов и эквивалентной конической поверхностью постоянных магнитов ротора.FIG. 7 shows the configuration of a pump with conical cores of stator electromagnets and an equivalent conical surface of the permanent magnets of the rotor.

На фиг. 8 изображен ротор со стабилизирующими кольцамиFIG. 8 shows a rotor with stabilizing rings

На фиг. 9 изображено сечение насоса со стабилизирующим кольцом.FIG. 9 shows a cross-sectional view of a pump with a stabilizing ring.

Элементы конструкции, обозначенные на фигурах:Structural elements indicated in the figures:

1 - входной штуцер;1 - inlet fitting;

2 - входной спрямитель;2 - input rectifier;

3 - статор №1 (первый статор);3 - stator # 1 (first stator);

4 - обмотка электромагнита статора №1 (первого статора);4 - stator No. 1 electromagnet winding (first stator);

5 - электромагнит статора со стороны статора №1 (первого статора);5 - stator electromagnet from the side of stator No. 1 (first stator);

6 - ротор;6 - rotor;

7 - постоянный магнит ротора со стороны статора №2;7 - permanent magnet of the rotor from the side of the stator No. 2;

8 - электромагнит статора №2;8 - stator electromagnet No. 2;

9 - обмотка электромагнита статора №2;9 - stator electromagnet winding No. 2;

10 - статор №2;10 - stator # 2;

11 - выходной спрямитель;11 - output rectifier;

12 - выходной штуцер;12 - outlet fitting;

13 - трубка протока;13 - duct tube;

14 - стабилизирующее кольцо;14 - stabilizing ring;

15 - радиальный постоянный магнит (магнит с радиальной намагниченностью);15 - radial permanent magnet (magnet with radial magnetization);

16 - осевой постоянный магнит (магнит с осевой намагниченностью).16 - axial permanent magnet (magnet with axial magnetization).

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

В целом, настоящее изобретение относится к конструкции насоса вспомогательного кровообращения.In general, the present invention relates to the construction of a circulatory assist pump.

Насос состоит из полой трубки протока, на которую с ее торцов крепятся входной штуцер и выходной штуцер посредством посадки с натягом и точечной сварки или склейки. Между штуцерами, внутри трубки протока, расположены статорный блок и приводимый им в движение посредством магнитного поля ротор. Статорный блок (неподвижная часть внутри трубки протока) выполнен в виде двух спрямителей и по меньшей мере одного (но не более двух) статора, расположенного в одном из спрямителей.The pump consists of a hollow duct tube, on which the inlet and outlet are attached from its ends by means of an interference fit and spot welding or gluing. Between the fittings, inside the duct tube, there is a stator unit and a rotor driven by it by means of a magnetic field. The stator unit (the stationary part inside the flow tube) is made in the form of two rectifiers and at least one (but not more than two) stator located in one of the rectifiers.

Таким образом, внутри трубки протока расположены два спрямителя и торцевой двигатель, расположенный между ними. Торцевой двигатель включает соосно расположенные по меньшей мере один (но не более двух) статор, расположенный внутри одного из спрямителей, и ротор, приводимый в движение статором с помощью магнитного поля.Thus, two rectifiers and an end motor located between them are located inside the duct tube. The end motor includes at least one (but not more than two) coaxially located stator located inside one of the rectifiers, and a rotor driven by the stator using a magnetic field.

По меньшей мере один статор снабжен электромагнитами или постоянными магнитами, а ротор снабжен постоянными магнитами числом, равным количеству электромагнитов или постоянных магнитов статора. Постоянные магниты на торце ротора располагают так, чтобы каждому магниту ротора соответствовал электромагнит или постоянный магнит статора с параллельным вектором намагниченности. Соосное расположение векторов намагниченности соответствующих магнитов на статоре и роторе позволяет передавать крутящий момент на ротор с наименьшими потерями. Причем противолежащие электромагниты/постоянные магниты статора и магниты ротора располагаются разноименными полюсами один к другому так, чтобы обеспечить максимальную величину напряженности магнитного поля при минимальном зазоре между ротором и статором.At least one stator is provided with electromagnets or permanent magnets, and the rotor is provided with permanent magnets equal in number to the number of electromagnets or permanent magnets in the stator. Permanent magnets at the end of the rotor are positioned so that each magnet of the rotor corresponds to an electromagnet or permanent magnet of the stator with a parallel magnetization vector. The coaxial arrangement of the magnetization vectors of the corresponding magnets on the stator and rotor makes it possible to transmit torque to the rotor with the least possible losses. Moreover, the opposite electromagnets / permanent magnets of the stator and the rotor magnets are arranged with opposite poles to one another so as to provide the maximum value of the magnetic field strength with a minimum gap between the rotor and the stator.

В том варианте осуществления изобретения, когда используется один статор в статорном блоке, статор снабжен электромагнитами, а ротор имеет расположенные в торце ротора со стороны торцевых электромагнитов статора постоянные магниты ротора.In the embodiment of the invention, when one stator is used in the stator unit, the stator is provided with electromagnets, and the rotor has permanent rotor magnets located at the end of the rotor on the side of the stator end electromagnets.

В варианте осуществления изобретения, когда используются два статора в статорном блоке, каждый из статоров либо снабжен электромагнитами, либо один статор снабжен электромагнитами, а второй статор при этом снабжен постоянными магнитами. При этом ротор в обоих случаях располагается между первым и вторым статорами и снабжен с обоих торцов постоянными магнитами числом, равным числу электромагнитов или постоянным магнитов статора.In an embodiment of the invention, when two stators are used in a stator unit, each of the stators is either provided with electromagnets, or one stator is provided with electromagnets and the second stator is provided with permanent magnets. In this case, the rotor in both cases is located between the first and second stators and is equipped at both ends with permanent magnets with a number equal to the number of electromagnets or permanent magnets of the stator.

Для того, чтобы расположить статор внутри спрямителя, спрямитель выполнен в виде гильзы - полого устройства, имеющего форму трубки, цилиндра или конуса с тонкостенной оболочкой.In order to position the stator inside the straightener, the straightener is made in the form of a sleeve - a hollow device in the form of a tube, cylinder or cone with a thin-walled shell.

Статор выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с тонкостенной оболочкой, внутри которого коаксиально оси вращения ротора, которая совпадает с продольной осью насоса, расположены по меньшей мере четыре электромагнита статора. Возможное количество электромагнитов, расположенных в корпусе статора: 2m, где m ≥2.The stator is made in the form of a hollow cylindrical body with a thin-walled shell, inside which at least four stator electromagnets are located coaxially to the rotor rotation axis, which coincides with the longitudinal axis of the pump. Possible number of electromagnets located in the stator housing: 2m, where m ≥2.

Каждый электромагнит статора состоит из обмотки и сердечника. Сердечник представляет собой ножку, на которую наматывают требуемое число витков обмотки, и головки. Материалом сердечника является материал, обладающим свойством перемены вектора намагниченности при изменении направления тока в обмотке. Материал сердечника может быть выбран из ферромагнитного материала, такого как железо.Each stator electromagnet consists of a winding and a core. The core is a leg, on which the required number of turns of the winding is wound, and a head. The core material is a material that has the property of changing the magnetization vector when the direction of the current in the winding changes. The core material can be selected from a ferromagnetic material such as iron.

Головка сердечника электромагнита статора представляет объемную часть цилиндра (сектор или сегмент цилиндра). Площадь сектора (сегмента) цилиндра выбраны исходя из того, что при расположении 2m электромагнитов в корпусе статора образуется плоскость основания цилиндра. При этом геометрия плоскости основания цилиндра, который является торцом статора, может быть плоской, сферической, конической или эллиптической. Геометрия поверхности торца статора, которая образуется торцевыми поверхностями головок сердечников электромагнитов, может иметь полусимметрическую форму.The head of the core of the stator electromagnet represents the volumetric part of the cylinder (sector or segment of the cylinder). The area of the sector (segment) of the cylinder is selected on the basis that when 2m electromagnets are located in the stator housing, the plane of the cylinder base is formed. In this case, the geometry of the plane of the base of the cylinder, which is the end face of the stator, can be flat, spherical, conical or elliptical. The geometry of the stator end surface, which is formed by the end surfaces of the heads of the electromagnet cores, can have a semi-symmetric shape.

В некоторых вариантах осуществления изобретения ротор торцевого двигателя выполнен в виде цельного цилиндра или цельного усеченного конуса с лопатками с переменным шагом. На по меньшей мере одном из торцов ротора, со стороны торцевых электромагнитов статора, впрессованы постоянные магниты.In some embodiments, the end motor rotor is a one-piece cylinder or one-piece truncated cone with variable-pitch blades. On at least one of the rotor ends, from the side of the stator end electromagnets, permanent magnets are pressed in.

При этом постоянные магниты могут быть выполнены в виде чередующихся сегментов постоянных магнитов разной полярности. В некоторых вариантах осуществления изобретения чередование полярностей сегментов постоянных магнитов является симметричным.In this case, the permanent magnets can be made in the form of alternating segments of permanent magnets of different polarity. In some embodiments of the invention, the polarity alternation of the permanent magnet segments is symmetrical.

Соответствующие поверхности торцов статора и ротора конгруэнтны. Геометрия соответствующих поверхностей торцов статора и ротора может быть плоской, сферической, конической или эллиптической. В некоторых вариантах осуществления изобретения геометрия соответствующих поверхностей торцов статора и ротора может иметь полусимметрическую форму, обеспечивающую удержание ротора и динамическую балансировку ротора в радиальном направлении.The corresponding surfaces of the stator and rotor end faces are congruent. The geometry of the respective surfaces of the stator and rotor ends can be flat, spherical, conical or elliptical. In some embodiments of the invention, the geometry of the respective surfaces of the stator and rotor ends may be semi-symmetric to support the rotor and dynamically balance the rotor in the radial direction.

В том случае, если статорный блок включает два статора, каждый из которых расположены в спрямителях и снабжен электромагнитами (когда торцевой двигатель расположен между двумя статорами), то его конфигурация изображена на фиг. 1 и фиг. 2.In the event that the stator unit includes two stators, each of which is located in rectifiers and is equipped with electromagnets (when the end motor is located between two stators), then its configuration is shown in Fig. 1 and FIG. 2.

Насос состоит из полой трубки протока 13, на которую с ее торцов крепятся входной штуцер 1 и выходной штуцер 12. Внутри полой трубки протока 13 между штуцерами 1, 12 расположены соосно входной спрямитель 2, ротор 6 и выходной спрямитель 11. Ротор 6 выполнен виде цельного цилиндра с лопатками с переменным шагом. Лопатки спрямителя 2 выполняются прямыми (направленным вдоль оси потока) или составляют малый угол до 15 градусов с направлением потока для случая, когда поток из сердца имеет вихревую структуру с постоянным направлением вихря. Форма лопаток спрямителя 2 повторяет форму крыла, обеспечивающего безударное набегание потока крови на лопатки ротора 6. Лопатки ротора могут быть выполнены прямыми (постоянная толщина лопатки по радиусу) или с переменной, уменьшающейся толщиной лопатки по радиусу от поверхности втулки ротора 6 до вершины лопаток. Шаг лопатки ротора 6 выбирается переменным и увеличивающимся по направлению потока. Лопатки выходного спрямителя 11 подбираются из моделирования исходя из наиболее эффективного (по коэффициенту полезного действия) преобразования энергии потока в давление. Наиболее приемлемой может считаться геометрия лопаток с расширяющимся по направлению потока каналом между лопатками.The pump consists of a hollow duct tube 13, on which the inlet nozzle 1 and the outlet nozzle 12 are attached from its ends. Inside the hollow duct tube 13 between the nozzles 1, 12, the inlet straightener 2, the rotor 6 and the outlet straightener 11 are located coaxially. cylinder with variable pitch blades. The blades of the straightener 2 are straight (directed along the flow axis) or make a small angle up to 15 degrees with the flow direction for the case when the flow from the heart has a vortex structure with a constant vortex direction. The shape of the blades of the straightener 2 repeats the shape of the wing, providing a shockless runaway of the blood flow onto the rotor blades 6. The rotor blades can be made straight (constant blade thickness along the radius) or with a variable, decreasing blade thickness along the radius from the surface of the rotor sleeve 6 to the top of the blades. The pitch of the rotor blade 6 is chosen variable and increasing in the direction of flow. The blades of the outlet straightener 11 are selected from the simulation based on the most efficient (in terms of efficiency) conversion of the flow energy into pressure. The most acceptable geometry of the blades can be considered with a channel expanding in the direction of flow between the blades.

Во входном спрямителе 2 и выходном спрямителе 11 располагаются статор 3 и статор 10. Статор 3 и статор 10 в показанном варианте осуществления изобретения выполнены в виде цилиндрического полого корпуса, внутри которого расположено четное число электромагнитов. На фиг. 1 и на фиг. 2 изображено 4 (четыре) электромагнита, расположенных внутри корпуса статора. Каждый электромагнит представляет собой обмотку 4 или 9 соответственно и сердечник в виде ножки, на которую намотано определенное требуемое под определенную задачу количество витков, и головки 5 или 8 соответственно. Головка 5 или 8 выполнена в виде цилиндрического сегмента. Головки электромагнитов расположены таким образом, чтобы сегменты были направлены в центр корпуса статора.Stator 3 and stator 10 are located in the input rectifier 2 and output rectifier 11. Stator 3 and stator 10 in the shown embodiment of the invention are made in the form of a cylindrical hollow body, inside which an even number of electromagnets are located. FIG. 1 and FIG. 2 shows 4 (four) electromagnets located inside the stator housing. Each electromagnet is a winding 4 or 9, respectively, and a core in the form of a leg, on which a certain number of turns required for a specific task is wound, and heads 5 or 8, respectively. The head 5 or 8 is made in the form of a cylindrical segment. The heads of the electromagnets are positioned so that the segments are directed towards the center of the stator housing.

С каждого торца статора 6, как изображено на фиг. 1 и на фиг. 2, впрессованы постоянные магниты 7 (фиг. 3). При этом поверхности ротора и статоры конгруэнтны и в показанном варианте осуществления изобретения имеют сферическую поверхность (форму) (фиг. 4). На фиг. 5 показан электромагнит и ответный к нему постоянный магнит с зазором между ними.At each end of the stator 6, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, permanent magnets 7 are pressed in (FIG. 3). In this case, the surfaces of the rotor and stators are congruent and in the shown embodiment of the invention have a spherical surface (shape) (Fig. 4). FIG. 5 shows an electromagnet and a corresponding permanent magnet with a gap between them.

Геометрия электромагнитов статора со сферической головкой более подробно представлена на фиг. 6.The geometry of the ball head stator electromagnets is shown in more detail in FIG. 6.

На фиг. 7 изображена конфигурация насоса с конической геометрией головки сердечника статорных электромагнитов и эквивалентной конической поверхностью постоянных магнитов ротора.FIG. 7 shows a pump configuration with a tapered geometry of the stator electromagnet core head and an equivalent tapered surface of the permanent magnets of the rotor.

Для стабилизации ротора в магнитном подвесе в радиальном и осевом направлении может быть использована радиальная магнитная подвеска, выполненная в виде закрепленного на роторе цилиндрического стабилизирующего по меньшей мере одного магнитного кольца 14, причем стабилизирующее кольцо размещено в начале и/или в конце ротора или между этими положениями. На фиг. 8 изображен ротор с двумя стабилизирующими кольцами, расположенные с торцов ротора.To stabilize the rotor in a magnetic suspension in the radial and axial directions, a radial magnetic suspension can be used, made in the form of a cylindrical stabilizing ring 14 fixed to the rotor, and the stabilizing ring is located at the beginning and / or at the end of the rotor or between these positions ... FIG. 8 shows a rotor with two stabilizing rings located at the ends of the rotor.

На фиг. 9 представлено изображения конфигурации насоса с двумя магнитными кольцами, закрепленным по краям ротора и в пазах. Кольцо закрепляется в пазе, который может быть осуществлен посредством изготовления трубки протока разъемной. Удержание ротора стабилизирующим кольцом может быть реализовано двумя способами:FIG. 9 shows an image of a pump configuration with two magnetic rings fixed at the edges of the rotor and in the slots. The ring is fixed in a groove, which can be realized by making the duct tube separable. Retaining the rotor with a stabilizing ring can be implemented in two ways:

1. Кольцо изготавливается из ферромагнитных сплавов таким образом, чтобы взаимодействовать с магнитным полем постоянных магнитов в трубке протока;1. The ring is made of ferromagnetic alloys in such a way as to interact with the magnetic field of permanent magnets in the duct tube;

2. В пазе трубки протока установлены постоянные магниты, а кольцо изготавливается из материала ротора, при этом в него впрессовываются постоянные магниты. с радиальной и осевой намагниченностью (либо один из вариантов).2. Permanent magnets are installed in the groove of the duct tube, and the ring is made of rotor material, while permanent magnets are pressed into it. with radial and axial magnetization (or one of the options).

Диаметр поддерживающего кольца больше диаметра полой трубки протока.The diameter of the support ring is larger than the diameter of the hollow duct tube.

В некоторых вариантах осуществления (не показаны на чертежах), что радиальная магнитная подвеска выполнена в виде сопряженной пары взаимодействующих постоянных магнитов, расположенных в стенке трубки протока и роторе, при этом магниты установлены по краям от центра тяжести ротора.In some embodiments (not shown in the drawings), the radial magnetic suspension is made in the form of a conjugated pair of interacting permanent magnets located in the wall of the duct tube and the rotor, with the magnets being installed at the edges from the center of gravity of the rotor.

Важно, что левитация ротора в магнитном поле возможна в двух случаях:It is important that the rotor levitation in a magnetic field is possible in two cases:

1) При двухстаторном исполнении статорного блока (ротор расположен между первым и вторым статорами).1) With a two-stator design of the stator unit (the rotor is located between the first and second stators).

2) При одностаторном исполнении статорного блока при условии наличия радиальной магнитной подвески.2) With a single stator version of the stator unit, subject to the presence of a radial magnetic suspension.

Устройство работает следующим образом (в двухстаторном исполнении насоса, когда в первом и втором статорах расположены электромагниты).The device operates as follows (in a two-stator pump design, when electromagnets are located in the first and second stators).

Установка насоса происходит посредством надрезов в грудной клетке. Насос вводится в перикард через межреберные расстояния, либо посредством торакотомии. Входная часть насоса через входной штуцер и канюлю подшивается к вершине желудочка сердца, выходной штуцер соединяется с канюлей и подшивается к выходному отделу аорты. В клинической практике такая операция получила название «обход желудочка».The pump is installed through incisions in the chest. The pump is introduced into the pericardium through the intercostal spaces, or through thoracotomy. The inlet of the pump through the inlet and the cannula is sutured to the apex of the heart ventricle, the outlet is connected to the cannula and sutured to the outlet of the aorta. In clinical practice, this operation is called "ventricular bypass".

При включении электромагнитов статоров вращающееся электромагнитное поле, генерируемое в статорах 3 и 10, взаимодействует с постоянными магнитами 7 и приводит во вращение ротор 6.When the stator electromagnets are turned on, the rotating electromagnetic field generated in the stators 3 and 10 interacts with the permanent magnets 7 and drives the rotor 6 into rotation.

Кровь поступает в трубку протока через входной штуцер 1, попадая на лопатки входного спрямителя 2, поток стабилизируется, т.е. окружная составляющая его скорости уменьшается за счет взаимодействия с лопатками входного спрямителя 2. Далее поток попадает на лопатки ротора 6, которые раскручивает его, передавая потоку дополнительную энергию вращения. После ротора 6 поток попадает на лопатки статора 10, которые, за счет геометрии своих лопаток, выполненных таким образом, чтобы поток расширялся по оси движения жидкости, тормозят его и преобразуют кинетическую энергию потока в энергию давления на выходе из устройства. Далее поток попадает в выходной штуцер 12 и продолжает свое движение по системе кровообращения.The blood enters the flow tube through the inlet nozzle 1, falling on the blades of the inlet straightener 2, the flow is stabilized, i.e. the circumferential component of its speed decreases due to interaction with the blades of the inlet rectifier 2. Further, the flow falls on the blades of the rotor 6, which spins it, transferring additional rotational energy to the flow. After the rotor 6, the flow enters the stator blades 10, which, due to the geometry of their blades, made in such a way that the flow expands along the axis of fluid movement, inhibit it and convert the kinetic energy of the flow into pressure energy at the outlet of the device. Further, the flow enters the outlet 12 and continues its movement through the circulatory system.

Благодаря тому, что у каждого электромагнита на статоре есть ответная часть в виде постоянного магнита на роторе осуществляется непрерывное взаимодействие электромагнитов статора и постоянных магнитов ротора, причем направление тока в обмотках электромагнитов обеспечивает чередование сил отталкивания и притягивания, заставляя ротор вращаться, т.е. создает вращающий момент. Частота такого чередования характеризует скорость вращения ротора.Due to the fact that each electromagnet on the stator has a counterpart in the form of a permanent magnet on the rotor, a continuous interaction of the stator electromagnets and the permanent magnets of the rotor is carried out, and the direction of the current in the windings of the electromagnets provides an alternation of repulsive and attractive forces, forcing the rotor to rotate, i.e. creates a torque. The frequency of this alternation characterizes the rotor speed.

Вне зависимости от вариантов осуществления насоса вспомогательного кровообращения его работа, основанная на принципе вращения ротора посредством электромагнитов, для специалистов является очевидным.Regardless of the embodiments of the pump for auxiliary blood circulation, its operation based on the principle of rotation of the rotor by means of electromagnets is obvious to specialists.

Несмотря на то что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные варианты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.Although the invention has been described with reference to the disclosed embodiments, it should be apparent to those skilled in the art that the specific embodiments described in detail are provided only for purposes of illustrating the present invention and should not be construed as in any way limiting the scope of the invention. It should be understood that various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

Claims (22)

1. Насос вспомогательного кровообращения, включающий1. A pump of auxiliary blood circulation, including полую трубку протока, внутри которой установлен торцевой двигатель между спрямителем входного потока и спрямителем выходного потока,a hollow duct tube, inside which an end motor is installed between the inlet flow straightener and the outlet flow straightener, при этом двигатель выполнен в виде соосно расположенных по меньшей мере одного статора и приводимого во вращение по меньшей мере одним статором ротора,wherein the motor is made in the form of coaxially located at least one stator and rotated by at least one stator of the rotor, причем по меньшей мере один статор установлен внутри одного из спрямителей и снабжен торцевыми электромагнитами, а ротор снабжен ответными торцевыми постоянными магнитами с вектором намагниченности, который соосен вектору намагниченности торцевых электромагнитов статора,moreover, at least one stator is installed inside one of the rectifiers and is equipped with end electromagnets, and the rotor is equipped with counter end permanent magnets with a magnetization vector, which is aligned with the magnetization vector of the stator end electromagnets, торцевые поверхности ротора и статора, направленные друг к другу, конгруэнтны, а количество электромагнитов статора и постоянных магнитов ротора совпадает и равно 2m, где m ≥ 2.the end surfaces of the rotor and stator directed towards each other are congruent, and the number of stator electromagnets and permanent magnets of the rotor coincides and is equal to 2m, where m ≥ 2. 2. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что геометрия соответствующих поверхностей торцов по меньшей мере одного статора и ротора является плоской, сферической, конической или эллиптической.2. The pump according to claim. 1, characterized in that the geometry of the respective surfaces of the ends of at least one stator and rotor is flat, spherical, conical or elliptical. 3. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что постоянные магниты выполнены в виде чередующихся сегментов постоянных магнитов разной полярности.3. The pump according to claim. 1, characterized in that the permanent magnets are made in the form of alternating segments of permanent magnets of different polarity. 4. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что каждый торцевой электромагнит статора состоит из обмотки и сердечника, причем сердечник выполнен в виде ножки, на которую наматывают требуемое число витков обмотки, и головки.4. The pump according to claim. 1, characterized in that each end electromagnet of the stator consists of a winding and a core, and the core is made in the form of a leg, on which the required number of winding turns is wound, and a head. 5. Насос по п. 4, характеризующийся тем, что головка сердечника торцевого электромагнита статора представляет объемную часть цилиндра с плоской, сферической, конической или эллиптической поверхностью торца.5. The pump according to claim 4, characterized in that the head of the stator end electromagnet core is a volumetric part of a cylinder with a flat, spherical, conical or elliptical end surface. 6. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что ротор торцевого двигателя выполнен в виде цельного цилиндра или цельного усеченного конуса с лопатками с переменным шагом.6. The pump according to claim 1, characterized in that the rotor of the end engine is made in the form of a solid cylinder or a solid truncated cone with blades with variable pitch. 7. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что спрямитель выполнен в виде полого устройства, имеющего форму трубки, цилиндра или конуса с тонкостенной оболочкой.7. The pump according to claim. 1, characterized in that the straightener is made in the form of a hollow device in the form of a tube, cylinder or cone with a thin-walled shell. 8. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что статор выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с тонкостенной оболочкой, внутри которого коаксиально оси вращения ротора, которая совпадает с продольной осью насоса, расположены по меньшей мере четыре электромагнита.8. The pump according to claim. 1, characterized in that the stator is made in the form of a hollow cylindrical body with a thin-walled shell, inside which, coaxially to the rotor rotation axis, which coincides with the longitudinal axis of the pump, there are at least four electromagnets. 9. Насос по любому из пп. 1-8, характеризующийся тем, что двигатель выполнен в виде двух статоров и ротора, при этом первый статор установлен внутри спрямителя входного потока, а второй статор установлен внутри спрямителя выходного потока, ротор расположен между первым статором и вторым статором.9. The pump according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that the motor is made in the form of two stators and a rotor, while the first stator is installed inside the input flow straightener, and the second stator is installed inside the output flow straightener, the rotor is located between the first stator and the second stator. 10. Насос по п. 9, характеризующийся тем, что в каждый из статоров вмонтированы торцевые электромагниты.10. The pump according to claim 9, characterized in that end electromagnets are mounted in each of the stators. 11. Насос по п. 9, характеризующийся тем, что в первый статор вмонтированы торцевые электромагниты, а во второй статор вмонтированы торцевые постоянные магниты, причем магниты статора и магниты ротора располагаются разноименными полюсами один к другому и их количество одинаковое.11. The pump according to claim 9, characterized in that end electromagnets are mounted in the first stator, and end permanent magnets are mounted in the second stator, and the stator magnets and rotor magnets are located with opposite poles to one another and their number is the same. 12. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что в полой трубке протока расположена радиальная магнитная подвеска, причем магнитная подвеска расположена таким образом, чтобы обеспечивать радиальную устойчивость ротора при его вращении в потоке.12. A pump according to claim. 1, characterized in that a radial magnetic suspension is located in the hollow duct tube, and the magnetic suspension is located in such a way as to ensure the radial stability of the rotor when it rotates in the flow. 13. Насос по п. 12, характеризующийся тем, что радиальная магнитная подвеска выполнена в виде сопряженной пары взаимодействующих постоянных магнитов, расположенных в стенке трубки протока и роторе, при этом магниты установлены по краям от центра тяжести ротора.13. The pump according to claim 12, characterized in that the radial magnetic suspension is made in the form of a conjugated pair of interacting permanent magnets located in the wall of the duct tube and the rotor, with the magnets installed along the edges from the center of gravity of the rotor. 14. Насос по п. 12, характеризующийся тем, что радиальная магнитная подвеска выполнена в виде закрепленного на роторе по меньшей мере одного цилиндрического стабилизирующего кольца, причем стабилизирующее кольцо размещено в начале и/или в конце ротора или между этими положениями.14. The pump according to claim. 12, characterized in that the radial magnetic suspension is made in the form of at least one cylindrical stabilizing ring fixed to the rotor, and the stabilizing ring is located at the beginning and / or at the end of the rotor or between these positions. 15. Насос по п. 14, характеризующийся тем, что диаметр поддерживающего кольца больше диаметра полой трубки протока.15. The pump of claim. 14, characterized in that the diameter of the support ring is greater than the diameter of the hollow flow tube. 16. Насос по п. 15, характеризующийся тем, что полая трубка протока имеет паз для размещения стабилизирующего кольца.16. A pump according to claim 15, characterized in that the hollow duct tube has a groove to accommodate a stabilizing ring. 17. Насос по п. 16, характеризующийся тем, что в пазах трубки протока установлены постоянные магниты, причем стабилизирующее кольцо имеет ответные постоянные магниты.17. The pump according to claim. 16, characterized in that permanent magnets are installed in the grooves of the flow tube, and the stabilizing ring has reciprocal permanent magnets. 18. Насос по любому из пп. 16, 17, характеризующийся тем, что двигатель выполнен в виде одного статора и ротора.18. Pump according to any one of paragraphs. 16, 17, characterized in that the motor is made in the form of one stator and a rotor.
RU2020120118A 2020-06-17 2020-06-17 Auxiliary blood circulation pump with end engine RU2744482C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120118A RU2744482C1 (en) 2020-06-17 2020-06-17 Auxiliary blood circulation pump with end engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120118A RU2744482C1 (en) 2020-06-17 2020-06-17 Auxiliary blood circulation pump with end engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2744482C1 true RU2744482C1 (en) 2021-03-10

Family

ID=74857697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120118A RU2744482C1 (en) 2020-06-17 2020-06-17 Auxiliary blood circulation pump with end engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2744482C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2430748C2 (en) * 2009-12-29 2011-10-10 Федеральное государственное учреждение "Научно-исследовательский институт трансплантологии и искусственных органов Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи" (ФГУ "НИИТ и ИО Росмедтехнологий") Blood pumping apparatus
US8376926B2 (en) * 2007-11-29 2013-02-19 Micromed Technology, Inc. Rotary blood pump
US20140343352A1 (en) * 2007-08-03 2014-11-20 Berlin Heart Gmbh Rotational pump and methods for controlling rotational pumps
RU167307U1 (en) * 2016-05-27 2016-12-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" FRONT VALVE ENGINE
RU2637605C1 (en) * 2016-11-09 2017-12-05 Алексей Васильевич Коротеев Microaxial pump for circulation maintenance (versions)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140343352A1 (en) * 2007-08-03 2014-11-20 Berlin Heart Gmbh Rotational pump and methods for controlling rotational pumps
US8376926B2 (en) * 2007-11-29 2013-02-19 Micromed Technology, Inc. Rotary blood pump
RU2430748C2 (en) * 2009-12-29 2011-10-10 Федеральное государственное учреждение "Научно-исследовательский институт трансплантологии и искусственных органов Федерального агентства по высокотехнологичной медицинской помощи" (ФГУ "НИИТ и ИО Росмедтехнологий") Blood pumping apparatus
RU167307U1 (en) * 2016-05-27 2016-12-27 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" FRONT VALVE ENGINE
RU2637605C1 (en) * 2016-11-09 2017-12-05 Алексей Васильевич Коротеев Microaxial pump for circulation maintenance (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11344716B2 (en) Impeller for axial flow pump
US10744245B2 (en) Cavopulmonary viscous impeller assist device and method
US7972122B2 (en) Multiple rotor, wide blade, axial flow pump
CA2253435C (en) Hybrid magnetically suspended and rotated centrifugal pumping apparatus and method
US6394769B1 (en) Pump having a magnetically suspended rotor with one active control axis
JP5038316B2 (en) Axial pump with multi-groove rotor
JP5155186B2 (en) Rotary blood pump
WO2006053384A1 (en) Fluid pump
EP3624868B1 (en) Center rod magnet
WO2001042653A1 (en) Electromagnetically suspended and rotated centrifugal pumping apparatus and method
JP2006525460A (en) Fluid pump
RU2744482C1 (en) Auxiliary blood circulation pump with end engine
EP1003970B1 (en) Improved rotor for blood pump
CN113082506B (en) Blood pump applied to artificial heart
US20230381489A1 (en) Implantable centrifugal cardiac assist pump having permanent magnets embedded in impeller
CN117861059A (en) Magnetic suspension centrifugal type atrium decompression blood pump
AU2004236369A1 (en) Fluid pump