CN101695591A - 一种混合式被动悬浮离心血泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合式被动悬浮离心血泵。外壳腔体由正圆台和倒圆台空腔组成，正圆台锥面嵌有悬浮永磁磁环，倒圆台锥面嵌有电磁线圈；转子下端倒锥形圆环，内嵌有驱动永磁磁环，其外表面上、下部分别有螺旋形引流槽，倒锥圆环内表面沿圆周方向等分分布两个倒锥形螺旋导叶；转子上端沿圆周方向等分分布锥形圆环段，每个锥形圆环段都嵌有悬浮永磁磁片。工作时，血液从入口处流入，经过螺旋导叶以及螺旋导叶中心孔流向出口，出口处小部分的血液在进出口压差及转子外表面上的上螺旋形引流槽和下螺旋形引流槽作用下，沿着转子和外壳内表面之间的间隙、锥形圆环段之间的空间与入口处的血液汇合，本发明能够保证血泵磨损少、发热量小和功耗小。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械，特别是涉及一种混合式被动悬浮离心血泵。
背景技术
目前，应用在血泵中的轴承主要有机械接触式轴承和非接触式轴承两大类。机械接触式轴承存在电机轴承磨损和摩擦发热而诱发血栓的问题，严重地制约了血泵的发展及其在临床上的广泛应用。因此，非接触式轴承成为现代血泵的研究热点。
非接触式轴承分主动控制悬浮轴承、被动控制悬浮轴承、混合式轴承。主动控制悬浮轴承主要为电磁悬浮轴承(例如参见美国专利US7470246)，它已被成功地应用在血泵上，它主要是通过电磁线圈通电产生磁力将转子悬浮在泵内。美、日、德等国率先从事此项技术研究多年，至今仍存在许多技术问题，产品均多处于试用阶段。混合式轴承技术也已被美国Arrow International公司和澳大利亚HeartWare公司成功地应用产品中，并进入了临床试验阶段。
对于上述两种轴承技术都存在以下问题：
(1)主动磁悬浮轴承需要更多的能量输入。
(2)为了使电磁悬浮轴承功能稳定，需要高精度的控制结构，从而增加了整个控制系统的复杂性。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合式被动悬浮离心血泵，在血泵工作时，避免磨损和摩擦发热等诱发血栓的因素，并且无需复杂的控制。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明包括外壳和悬浮永磁磁环、转子、电磁线圈、驱动永磁磁环和悬浮永磁磁片，其中：
外壳内部腔体形状分为上部的正圆台空腔和下部的倒圆台空腔两部分组合而成，上部的正圆台空腔锥面壳体内嵌有形状为正锥形的悬浮永磁磁环，下部的倒圆台空腔锥面壳体内嵌有形状为倒锥形的电磁线圈，上部的正圆台空腔上部开有泵进口，下部的倒圆台空腔下部开有泵出口；
转子下端为一个与外壳下部的倒圆台空腔锥度相同的倒锥形圆环，倒锥形圆环内嵌有驱动永磁磁环，倒锥形圆环的外表面上部开有上螺旋形引流槽，外表面下部开有下螺旋形引流槽，倒锥圆环内表面沿圆周方向等分分布两个倒锥形螺旋导叶；转子上端沿圆周方向等分分布6个锥形圆环段，每个锥形圆环段都分别嵌有1个悬浮永磁磁片，锥形圆环段与外壳上部的正圆台空腔锥度相同；
转子装在外壳内，外壳的内腔壁面与转子的表面之间的间隙为0.1～0.5mm。
所述的正圆台空腔锥面锥角β为50～60°，倒圆台空腔锥面锥角α为65～75°。
所述的转子上端沿圆周方向等分分布6个锥形圆环段，其圆周方向弧度为30°。
所述的转子下端倒锥形圆环外表面下部沿圆周方向等分分布12个螺距为80mm，高度为8mm，槽深为的1～1.5mm，槽宽为1～2mm从下往上看为顺时针的下螺旋形引流槽；倒锥形圆环外表面上部圆周方向上每隔30°等分分布2个为一对，共12个螺距为80mm，高度为8mm，槽深为的1～1.5mm，槽宽为1～2mm从下往上看为顺时针的上螺旋形引流槽，每对上螺旋形引流槽的上端出口分别位于各自的两个锥形圆环段之间。
所述的转子下端倒锥形圆环内表面圆周等分分布两个从下往上看为逆时针的倒锥形螺旋导叶，其螺距为12mm，高度为40mm，其中间形成6～8mm螺旋导叶中心孔。
本发明具有的有益效果是：
(1)采用了永磁悬浮和液力悬浮共同作用的混合式被动悬浮轴承结构，避免了磨损和摩擦发热等诱发血栓因素的产生，避免了复杂的控制系统和位移传感器，同时能够提高血泵的可靠性和抗冲击能力。
(2)由于悬浮方式为被动悬浮，其能量消耗比主动控制悬浮轴承小，从而有效的减少血泵的附加重量，有利于血泵向轻型化、便携式方向发展。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图。
图2是本发明外壳剖面示意图。
图3是本发明转子结构原理图。
图4是图3转子结构剖面示意图。
图5是图3转子结构螺旋导叶示意图。
图6是图5螺旋导叶仰视图。
图7是本发明主流道原理图。
图8是本发明副流道原理图。
图9是图8副流道三维原理图。
图10是本发明悬浮剖面原理图。
图中：1、外壳，1A、正圆台空腔，1B、倒圆台空腔，2、悬浮永磁磁环，3、转子，3A、锥形圆环段，3B、螺旋导叶，3C、下螺旋形引流槽，3D、上螺旋形引流槽，3E、螺旋导叶中心孔，4、电磁线圈，5、驱动永磁磁环，6、悬浮永磁磁片，7、泵进口，8、泵出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，说明本发明的具体实施方式。
如图1～图6所示，本发明包括外壳1和悬浮永磁磁环2、转子3、电磁线圈4、驱动永磁磁环5和悬浮永磁磁片6；其中：
外壳1内部腔体形状分为上部的正圆台空腔1A和下部的倒圆台空腔1B两部分组合而成，上部的正圆台空腔1A锥面壳体内嵌有形状为正锥形的悬浮永磁磁环2，下部的倒圆台空腔1B锥面壳体内嵌有形状为倒锥形的电磁线圈4，上部的正圆台空腔1A上部开有泵进口7，下部的倒圆台空腔1B下部开有泵出口8；
转子3下端为一个与外壳1下部的倒圆台空腔1B锥度相同的倒锥形圆环，倒锥形圆环内嵌有驱动永磁磁环5，倒锥形圆环的外表面上部开有上螺旋形引流槽3D，外表面下部开有下螺旋形引流槽3C，倒锥圆环内表面沿圆周方向等分分布两个倒锥形螺旋导叶3B；转子(3)上端沿圆周方向等分分布6个锥形圆环段3A，每个锥形圆环段3A都分别嵌有1个悬浮永磁磁片6，锥形圆环段3A与外壳1上部的正圆台空腔1A锥度相同；
转子3装在外壳1内，外壳1的内腔壁面与转子3的表面之间的间隙为0.1～0.5mm。
所述的正圆台空腔1A锥面锥角β为50～60°，倒圆台空腔1B锥面锥角α为65～75°。
所述的转子3上端沿圆周方向等分分布6个锥形圆环段3A，其圆周方向弧度为30°，其锥形角γ为50～60°。
所述的转子3下端倒锥形圆环锥形角θ为65～75°，圆环外表面下部沿圆周方向等分分布12个螺距为80mm，高度为8mm，槽深为的1～1.5mm，槽宽为1～2mm从下往上看为顺时针的下螺旋形引流槽3C；倒锥形圆环外表面上部圆周方向上每隔30°等分分布2个为一对，共12个螺距为80mm，高度为8mm，槽深为的1～1.5mm，槽宽为1～2mm从下往上看为顺时针的上螺旋形引流槽3D，每对上螺旋形引流槽3D的上端出口分别位于各自的两个锥形圆环段3A之间。
所述的转子3下端倒锥形圆环内表面圆周等分分布两个从下往上看为逆时针的倒锥形螺旋导叶3B，其螺距为12mm，高度为40mm，其中间形成6～8mm螺旋导叶中心孔3E。
图7示意性的表示了本发明主流道原理图。当电磁线圈4中通电时，转子3会在交变电流产生的交变磁场作用下以ω转速顺时针转动，血液从泵进口7处流入，有一小部分血液会从螺旋导叶中心孔3E中直接通过流向泵出口8，大部分液体在转子转动过程中，沿着螺旋导叶3B流向泵出口8。导叶采用螺旋形状，在血泵工作过程中增大了出口处血液的流速，并且螺旋导叶3B为倒锥形，增大了出口处血液的压力。
图8和图9示意性的表示了本发明副流道原理图。转子3转动过程中，主流道上大部分血液会从泵出口8中泵出，而主流道上的小部分血液在进出口压差及转子外表面上的上螺旋形引流槽3D和下螺旋形引流槽3C作用下，沿着转子3和外壳1内表面之间的间隙、锥形圆环段3A之间的空间与入口处血液汇合，从而形成一个副流道。
图10示意性地表示了本发明悬浮剖面原理图。泵工作过程中，泵内充满血液，当转子处于中心平衡位置时，悬浮永磁磁环2和悬浮永磁磁片6的相互作用形成永磁悬浮轴承，使得转子3受到斜向下的两个力F1和F2的支承作用，同时在转子3高速转动过程中，下端倒锥形圆环和外壳1之间由于存在血液，会形成液力悬浮轴承，使转子3受到斜向上的两个支承力F3和F4，F1、F2、F3、F4处于相对平衡状态；当转子偏移中心位置时，偏移方向上对应的力会增大，偏移方向反向上的力会减小，从而驱使转子向着偏移方向反向运动，最终保持转子在泵内稳定悬浮。
Claims (5)
1.一种混合式被动悬浮离心血泵，其特征在于：包括外壳(1)和悬浮永磁磁环(2)、转子(3)、电磁线圈(4)、驱动永磁磁环(5)和悬浮永磁磁片(6)，其中
外壳(1)内部腔体形状分为上部的正圆台空腔(1A)和下部的倒圆台空腔(1B)两部分组合而成，上部的正圆台空腔(1A)锥面壳体内嵌有形状为正锥形的悬浮永磁磁环(2)，下部的倒圆台空腔(1B)锥面壳体内嵌有形状为倒锥形的电磁线圈(4)，上部的正圆台空腔(1A)上部开有泵进口(7)，下部的倒圆台空腔(1B)下部开有泵出口(8)；
转子(3)下端为一个与外壳(1)下部的倒圆台空腔(1B)锥度相同的倒锥形圆环，倒锥形圆环内嵌有驱动永磁磁环(5)，倒锥形圆环的外表面上部开有上螺旋形引流槽(3D)，外表面下部开有下螺旋形引流槽(3C)，倒锥圆环内表面沿圆周方向等分分布两个倒锥形螺旋导叶(3B)；转子(3)上端沿圆周方向等分分布6个锥形圆环段(3A)，每个锥形圆环段(3A)都分别嵌有1个悬浮永磁磁片(6)，锥形圆环段(3A)与外壳(1)上部的正圆台空腔(1A)锥度相同；
转子(3)装在外壳(1)内，外壳(1)的内腔壁面与转子(3)的表面之间的间隙为0.1～0.5mm。
2.根据权利要求1所述的一种混合式被动悬浮离心血泵，其特征在于：所述的正圆台空腔(1A)锥面锥角β为50～60°，倒圆台空腔(1B)锥面锥角α为65～75°。
3.根据权利要求1所述的一种混合式被动悬浮离心血泵，其特征在于：所述的转子(3)上端沿圆周方向等分分布6个锥形圆环段(3A)，其圆周方向弧度为30°。
4.根据权利要求1所述的一种混合式被动悬浮离心血泵，其特征在于：所述的转子(3)下端倒锥圆环外表面下部沿圆周方向等分分布12个螺距为80mm，高度为8mm，槽深为的1～1.5mm，槽宽为1～2mm从下往上看为顺时针的下螺旋形引流槽(3C)；倒锥形圆环外表面上部圆周方向上每隔30°等分分布2个为一对，共12个螺距为80mm，高度为8mm，槽深为的1～1.5mm，槽宽为1～2mm从下往上看为顺时针的上螺旋形引流槽(3D)，每对上螺旋形引流槽(3D)的上端出口分别位于各自的两个锥形圆环段(3A)之间。
5.根据权利要求1所述的一种混合式被动悬浮离心血泵，其特征在于：所述的转子(3)下端倒锥形圆环内表面圆周等分分布两个从下往上看为逆时针的倒锥形螺旋导叶(3B)，其螺距为12mm，高度为40mm，其中间形成6～8mm螺旋导叶中心孔(3E)。
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