[發明專利]一種磁阻懸浮離心式裝置

有效

• 申請號: 201410549526.5
• 申請日: 2014-10-17
• 公開（公告）號: CN104307063A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 孫傳余;肖林京;李波;文藝成
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: A61M1/12
• 分類號: A61M1/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于生物醫學工程技術領域，涉及一種人工心臟輔助裝置，尤其是一種磁阻懸浮離心式裝置。

背景技術

心臟是人體血液循環的動力源，心血管疾病已成為醫學界關注的熱點，心臟移植是治療重危心臟病患者的重要途徑，然而心臟需求量遠遠超過了供給量，人工心臟輔助裝置產生了。第一代人工心臟輔助裝置利用機械或電磁驅動產生周期性的容積變化，模擬心臟的跳動，其體積大、結構復雜、壽命短；第二代人工心臟輔助裝置采用機械軸承支承高速旋轉的葉輪，因摩擦造成血液磨損、發熱，誘發溶血、血栓等問題，嚴重制約人工心臟的發展；第三代人工心臟輔助裝置采用非接觸磁懸浮技術，通過非接觸磁力的作用實現葉輪的旋轉，從而驅動血液流動，然而根據英國科學家Earnshaw的理論，全依靠永磁體是無法實現五自由度穩定懸浮的，為保持系統的穩定性，需要進行電磁控制，因此這一代人工心臟輔助裝置基本包括：傳感器、控制器、電磁鐵、驅動葉輪，機械結構等，其體積偏大、發熱和能耗較高。

采用磁懸浮控制技術，可以實現無接觸支承，完全取代機械式軸承，但如果僅僅是為了取代人工心臟輔助裝置中的機械軸承，加之電機部分，那么其體積是不可能小的，也就無法移入人體使用。隨著科學技術的發展和進步，小功率電機技術日益成熟，特別是開關磁阻電機具有結構簡單堅固，啟動電流小，效率高功耗小，可靠性高，調速性能優異等優點，引起了人們的日益關注，已成功應用于電動車驅動系統、家用電器、工業應用、伺服系統、高速驅動、航空航天等眾多領域，而無軸承開關磁阻電機也成為學術界研究的熱點之一。

發明內容

為了解決第三代人工心臟輔助裝置體積偏大、發熱和能耗較高、可靠性差的問題，綜合應用磁懸浮控制技術、無軸承開關磁阻電機技術，本發明提出一種磁阻懸浮離心式裝置，采用對稱分布的永磁結構，實現無接觸懸浮，降低了控制系統的功耗，具有體積小、結構簡單、使用使命長等優點。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種磁阻懸浮離心式裝置，所述裝置可置于人體中，包括磁懸浮定子，磁懸浮轉子，間隙，所述磁懸浮定子由定子外殼，左徑向磁化永磁陣列，左線圈繞組，右線圈繞組，右徑向磁化永磁陣列，液體輸入口，液體輸出口，凹形口，電機定子鐵芯組成，左徑向磁化永磁陣列和右徑向磁化永磁陣列均呈圓環狀，嵌套在磁懸浮定子內壁左右兩側，左線圈繞組和右線圈繞組，纏繞在磁懸浮定子內側居中位置的電機定子鐵芯上，液體輸入口在磁懸浮定子左右兩側偏下位置，液體輸出口在磁懸浮定子上側居中位置，所述磁懸浮轉子由轉軸，左徑向磁化永磁環，電機轉子鐵芯葉片，右徑向磁化永磁環組成，左徑向磁化永磁環和右徑向磁化永磁環固定在轉軸的左右兩側，且相對于轉軸末端的距離可以調節，電機轉子鐵芯葉片固定在轉軸的中間，呈彎齒狀，由硅鋼片疊加而成。

作為本發明的一種改進，左徑向磁化永磁陣列，右徑向磁化永磁陣列，左徑向磁化永磁環，右徑向磁化永磁環均呈圓環形，均由一個徑向充磁的圓環構成或由多個長條狀的永磁體拼成圓環狀，所述左徑向磁化永磁陣列與左徑向磁化永磁環產生軸向和徑向的排斥力，所述右徑向磁化永磁陣列與右徑向磁化永磁環產生軸向和徑向的排斥力，所述排斥力的合力能實現磁懸浮轉子的五自由度非穩定磁懸浮。

作為本發明的一種改進，左線圈繞組和右線圈繞組均包括懸浮力繞組和電磁力繞組兩部分，懸浮力繞組借助電磁吸引力，動態調節磁懸浮轉子的徑向位置，電磁力繞組根據“磁阻最小原理”，在磁懸浮轉子上產生電磁旋轉力，實現對磁懸浮轉子的速度調節。

作為本發明的一種改進，電機轉子鐵芯葉片呈彎齒狀，電機定子鐵芯呈凸齒形，電機轉子鐵芯葉片和電機定子鐵芯對應的齒數為4/6齒，或6/8齒，或8/12齒，以轉軸為圓心，電機轉子鐵芯葉片與間隙接觸的表面平行于電機定子鐵芯與同一間隙接觸的表面，以通過較多的磁通量，在左線圈繞組和右線圈繞組控制下，電機轉子鐵芯葉片具有磁力懸浮、速度調節和血液驅動三項功能，結構簡單、體積小。

作為本發明的一種改進，轉軸的兩端呈凸尖狀，在軸向調節失效情況下，頂在磁懸浮定子其中一側的凹形口里高速旋轉，可靠性高。