CN104162191A - 一种液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种专用血泵，即一种植入人体的液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵。本发明是由泵系统及电机系统组成，其特征是叶轮的螺旋状叶片顶部有倾斜的顶檐，使得迎流口大，出流口小；在叶轮轮毂内的后段有一个轴向磁锥，在后导叶的轮毂中有一个轴向磁柱，这两个磁体异性磁极相对；在泵管后段外面、电机外壳内有一个轴向磁环，与叶轮轮毂内的轴向磁锥也是异性磁极相对。叶轮后端一对“凸盖—凹窝滑动轴承”对叶轮在启动时起到径向和轴向定位作用，加上磁锥与磁柱相互吸引产生的径向中心定位作用，可以使叶轮平稳地进入“悬浮状态”；泵管后段变径可以起到增压和提高血泵效率的作用；叶轮前端去除了前导叶可以增加入口流道面积，起到提高血泵效率的作用。

Description

一种液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵

技术领域

本发明涉及一种专用血泵，具体的说是一种生物医学工程领域的植入人体的液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵。

背景技术

目前在临床上得到广泛应用的“心脏辅助血泵”主要是“轴流式血泵”。公知的轴流式血泵大多数采用“轴—轴承”的叶轮支撑系统，泵体的泵管中依次摆放着前导叶、叶轮、后导叶。叶轮中心有轴，两支滑动轴承分别镶嵌在前、后导叶中心，以支撑着轴及叶轮旋转。当叶轮高速旋转时，“轴—轴承”容易磨损，先是出现振动，随着磨损量逐渐加大而震动加剧，接着出现叶片碰壁、机械故障、泵停转的问题，并且碰撞及摩擦发热也会引起严重的机械性溶血和血栓等并发症，这些都会导致病人死亡。

公知的轴流式血泵还有采用悬浮轴承系统，并成流行趋势，目前这种悬浮轴承系统基本上是采用主动磁悬浮结构，虽然解决了磨损、振动及发热的问题，泵的寿命长，机械性溶血较轻，但是主动磁悬浮结构是由位置传感器、率放大器、控制器等组成的闭环控制系统，结构复杂，过血部件的体积大，血流的死角多，面积大，血栓问题显得更加突出，这也严重影响了泵的使用效果。

由此可见，优化血泵的结构，减少血流冲刷死角，采用好的轴承系统，提高泵的稳定性和工作寿命，降低溶血和血栓等并发症，是机械血泵技术的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种能降低溶血及血栓等并发症、稳定性好、工作寿命长的液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵。

本发明是由泵系统及驱动电机系统两大部分组成的“泵—机组合体”，泵系统由泵管、叶轮、叶轮轮毂、后导叶、后导叶轮毂组成；驱动电机系统由内永磁转子和定子铁芯、定子线圈绕组、电机外壳、供能导线组成；驱动电机系统的内永磁转子镶嵌在泵系统的叶轮轮毂内，其特征在于：叶轮的螺旋状叶片顶部有顶檐，顶檐有轻微倾斜，使得迎流口大，出流口小；在叶轮轮毂内的后段有一个轴向磁锥，在后导叶的轮毂中有一个轴向磁柱，这两个磁体异性磁极相对；在泵管后段外面、电机外壳内有一个轴向磁环，与叶轮轮毂内后段的轴向磁锥也是异性磁极相对；叶轮受到的血液向前推力与向后的两个磁吸引力的合力趋于平衡。

上述的泵管前、后段的管径呈流线型的渐变缩口过渡。

上述的叶轮轮毂内的径向永磁转子和叶轮轮毂后段的轴向磁锥之间设置有一个起磁屏蔽作用的磁屏蔽圈软磁铁。 

上述的定子线圈绕组与泵管后段外面、电机外壳内的轴向磁环之间设置有一个电磁屏蔽环软磁铁。

上述的软磁铁为硅钢或铁块或非晶软磁合金材料。

上述的叶轮轮毂后端和后导叶轮毂之间滑动配合。

上述的叶轮轮毂后端为陶瓷凸盖，后导叶轮毂的前端口（磁柱前面）有一个宝石端盖凹窝，二者相配合，形成一对“凸盖—凹窝滑动轴承”。

上述的叶轮前端去除了前导叶。

本发明与现有的技术相比有如下优点：

本发明虽然结构简单，但是对旋转叶轮能形成“径向液压悬浮”和“轴向永磁悬浮”，没有机械摩擦，延长了轴承及泵的寿命，降低了机械性溶血和因摩擦热触发血栓的机会；并且因为这种结构比主动磁悬浮的结构简单，过血部件的体积小，血流阴面及死角少，大大降低了因血液冲刷不好而形成血栓的几率；叶轮后端的“凸盖—凹窝滑动轴承”对叶轮在启动时起到径向和轴向定位作用，加上磁锥与磁柱相互吸引产生的径向中心定位作用，可以是叶轮平稳地进入“悬浮状态”；泵管后段变径可以起到增压和提高血泵效率的作用；叶轮前端去除了前导叶可以增加入口流道面积，起到提高血泵效率的作用。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构剖视图。

图2是叶轮及后导叶立体示意图。

图3是图2的B-B剖视图。

图中： 1.叶轮，2.叶片，3.顶檐，4.叶轮轮毂，5.永磁转子，6.磁锥，7. 陶瓷凸盖，8.宝石端盖凹窝，9.磁柱，10.后导叶，11.后导叶轮毂，12.泵入口，13.泵管，14.供能导线，15.电机外壳，16.定子铁芯，17.定子线圈绕组，18.磁屏蔽圈，19.电磁屏蔽环，20.变径段，21.磁环，22.泵出口，23.泵管内壁，24.迎流口，25.出流口，26.旋转方向。

具体实施方式

本发明是由泵系统及驱动电机系统两大部分组成的“泵—机组合体”，泵系统由泵管13、叶轮1、叶轮轮毂4、后导叶10、后导叶轮毂11组成，叶轮前端去除了前导叶；驱动电机系统由内永磁转子5和定子铁芯16、定子线圈绕组17、电机外壳15、供能导线14组成；驱动电机系统的内永磁转子5镶嵌在泵系统的叶轮轮毂4内，叶轮1的每个叶片2的外沿都有一片倾斜的顶檐3，顶檐3与泵管内壁23形成迎流口24、出流口25，并使得迎流口24大，出流口25小，当叶轮1按照旋转方向26旋转时，大部分的血液从叶片间的主流道流过，小部分血液从顶檐3与泵管内壁23之间流过，由于迎流口24比出流口25大，血液受到挤压，对叶轮1四周产生均匀的液动压，于是叶轮1被“径向液压悬浮”；在叶轮轮毂内的后段有一个轴向磁锥6，在后导叶的轮毂中有一个轴向磁柱9，这两个磁体异性磁极相对，异极相吸对可移动的叶轮产生了向后的吸引力，并吸引在径向的中心；在泵管13后段外面、电机外壳15内有一个轴向磁环21，与叶轮轮毂内的后段的轴向磁锥6也是异性磁极相对，其磁性强，对叶轮1产生更大的向后吸引力，血泵工作时，血液对旋转的叶轮1有一个轴向向前推力，转速越大，推力越大，经过合理的设计，血泵正常工作在一定的转速范围内，叶轮1受到的血液向前推力与向后的两个磁吸引力的合力趋于平衡，因此正常工作时的叶轮1被“轴向永磁悬浮”，也就是说，正常工作的叶轮1径向和轴向都可以“悬浮”起来了，即实现叶轮“全悬浮”。

上述的泵管13前、后段之间有变径段20，可配合后导叶10更好地整流，起到提高血泵效率和增压的作用。

上述的叶轮轮毂4内的径向永磁转子5和叶轮轮毂4后段的轴向永磁磁锥6之间设置有一个起磁屏蔽作用的磁屏蔽圈18。

上述的定子线圈绕组17与泵管13后段外面、电机外壳15内的轴向磁环21之间设置有一个电磁屏蔽环19，对定子线圈绕组17与磁环21起到电磁屏蔽作用。

上述的磁屏蔽圈18和电磁屏蔽环19为硅钢或铁块或非晶软磁合金软磁材料。

上述的叶轮轮毂末端是一个陶瓷凸盖7，其与后导叶轮毂11前端口的一个同向窝状的宝石端盖凹窝8滑动配合，叶轮受到磁吸引力作用，在静止和低速转动时，陶瓷凸盖7顶住宝石端盖凹窝8，形成一对“凸盖—凹窝滑动轴承”，对叶轮2在启动时起到径向和轴向定位作用，当叶轮2转动后，随着转速提高，叶轮受到的血液向前推力增大，滑动轴承的摩擦也逐渐减轻，当血泵转速到达正常工作状态后，叶轮呈“轴向永磁悬浮”状态，陶瓷凸盖7离开了宝石端盖凹窝8，滑动摩擦被消除。

轴流式血泵被植入到心衰病人的体内，泵入口12接一弯管，与心脏的心尖部切口连通，泵出口22通过人造血管与人体主动脉通过“端—侧”吻合相连通。在驱动电机工作时，定子线圈绕组17 产生的旋转磁场与永磁转子5的磁场相互作用，为叶轮1的旋转提供了转矩及动能，心衰病人心室里的血液被抽吸，从泵入口12进入到泵管13，经叶轮2的推压，再经尾导叶10整流、变径段20增压后，从泵出口22流出，经人造血管流入到人体动脉内，这是泵血的基本过程，以此实现血泵辅助心脏的功能或完全代替心脏做功。

Claims (7)

1.一种液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵，由泵系统及驱动电机系统两大部分组成的“泵—机组合体”，泵系统由泵管、叶轮、叶轮轮毂、后导叶、后导叶轮毂组成；驱动电机系统由内永磁转子和定子铁芯、定子线圈绕组、电机外壳、供能导线组成；驱动电机系统的内永磁转子镶嵌在泵系统的叶轮轮毂内，其特征在于：叶轮的螺旋状叶片顶部有顶檐，顶檐有轻微倾斜，使得迎流口大，出流口小；在叶轮轮毂内的后段有一个轴向磁锥，在后导叶的轮毂中有一个轴向磁柱，这两个磁体异性磁极相对；在泵管后段外面、电机外壳内有一个轴向磁环，与叶轮轮毂内后段的轴向磁锥也是异性磁极相对；叶轮受到的血液向前推力与向后的两个磁吸引力的合力趋于平衡。

2.如权利要求1所述的一种液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵，其特征在于所述的泵管前、后段的管径呈流线型的渐变缩口过渡。

3.如权利要求1所述的一种液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵，其特征在于所述的叶轮轮毂内的径向永磁转子和叶轮轮毂后段的轴向磁锥之间设置有一个起磁屏蔽作用的磁屏蔽圈软磁铁。

4.如权利要求1所述的一种液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵，其特征在于所述的定子线圈绕组与泵管后段外面、电机外壳内的轴向磁环之间设置有一个电磁屏蔽环软磁铁。

5.如权利要求3或4所述的一种液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵，其特征在于所述的软磁铁为硅钢或铁块或非晶软磁合金材料。

6.如权利要求1所述的一种液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵，其特征在于所述的叶轮轮毂后端和后导叶轮毂之间为滑动配合。

7.如权利要求1所述的一种液磁悬浮轴流式心脏辅助血泵，其特征在于所述的叶轮轮毂后端为陶瓷凸盖，后导叶轮毂的前端口有一个宝石端盖凹窝，二者相配合，形成一对“凸盖—凹窝滑动轴承”。