[發明專利]雙定子混合支承人工心臟泵

有效

• 申請號: 201610024755.4
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105477706B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 劉淑琴;邊忠國;王虎
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: A61M1/12
• 分類號: A61M1/12
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

本發明涉及人工心臟泵，具體涉及雙定子混合支承人工心臟泵。

背景技術

人工心臟經過幾十年的發展歷程，目前已發展到第三代，通過磁懸浮或者其他無接觸支承為標志，替代機械軸承從而消除軸承處血流滯止區，達到消除血栓的目的。軸流式心臟泵一般結構是轉子位于定子的里面，轉子的周邊是葉輪。為了節省電功率，徑向大多采用永磁軸承懸浮，軸向大多采用電磁懸浮，可以控制懸浮間隙，使得轉子始終處于全懸浮狀態。由于轉子的周邊要有葉輪，使得徑向磁懸浮軸承的定子與轉子之間的實際懸浮間隙變大，實際間隙等于葉輪的高度與氣隙之和。

對于磁懸浮支承技術而言，懸浮力與間隙的平方成反比，間隙變大，功耗必然增大，同時泵體積也較大。而植入式人工心臟的發展方向是體積小、重量輕和功耗小，這就要求磁軸承的設計上要有所突破，盡可能的簡化結構，縮小尺寸。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種能有效減小血泵體積和功耗、增強可植入性和運轉可靠性的、能結合動壓支承和永磁支承的新型雙定子混合支承人工心臟泵。

為了達成上述目的，本發明采用如下技術方案：

雙定子混合支承人工心臟泵，包括設于外定子內部的內定子，在內定子與外定子之間設有具有葉輪的轉子，內定子設有徑向軸承磁環，轉子內設有與徑向軸承磁環相互產生斥力的徑向磁環，轉子設有電機磁鐵，電機磁鐵與設于外定子的電磁驅動裝置作用帶動轉子旋轉，內定子的兩端面各固設有用于導入或導出血液的導葉，內定子與外定子之間設置轉子的結構，懸浮氣隙減小；當電磁驅動裝置驅動轉子旋轉時，由于葉輪作用，血液絕大部分通過外定子與轉子之間的主流道由人工心臟泵進口流向出口，由于壓力差的作用，有一部分血液會從轉子與內定子之間的縫隙回流，在轉子兩端與前、后導葉之間有液膜軸承，轉子由靜止開始旋轉時，轉子的葉輪與前導葉或者后導葉接觸，當轉子轉速升高時，轉子與導葉之間血液產生的動壓力將轉子與前導葉或者后導葉脫離接觸，形成液膜，從而形成動壓支承，動壓支承配合永磁支承實現人工心臟泵的五自由度混合懸浮支承。

進一步地，所述電磁驅動裝置為設于外定子外的電機線圈。

進一步地，所述轉子的兩個端部各設有一個軸向液膜軸承。

進一步地，所述內定子與所述轉子間隔設定的距離，轉子與外定子間隔設定的距離。

進一步地，所述徑向軸承磁環為圓環狀。

進一步地，所述混合支撐人工心臟泵的結構對稱設置。

進一步地，所述內定子呈圓柱狀。

進一步地，所述轉子與所述內定子之間的流道設有導流線，暢通了血液流道解決了由于血液滯止產生血栓問題。

本發明的工作原理是：當人工心臟泵工作時，電機線圈與電機磁鐵作用，帶動葉輪旋轉，由于液膜軸承作用，轉子高速運轉時血膜產生的動壓力能將轉子軸向懸浮起來，該懸浮力與內定子和轉子之間的徑向斥力產生的側向力以及人工心臟泵出口血液產生的反作用力實現平衡，即支承負載力由不需外加能量的徑向軸承磁環與液膜軸承承擔，混合支承可使得轉子始終處于全懸浮狀態，從而省略了外加能源，省掉了磁軸承控制導線及控制系統。由于懸浮間隙的減小不僅降低了永磁體的發熱量，而且節省了能源，增加了血流的平穩性。同時由于沒有接觸，所以沒有摩擦升溫導致血栓的問題。由于轉子與內定子之間的回流血液的流道設計有導流線，暢通了血液流道解決了由于血液滯止產生血栓問題。該人工心臟泵能夠實現無機械接觸運轉沒有磨損，使用壽命幾乎可以無限延長。

公式(1)表明了懸浮力與懸浮間隙的關系：

式中s為懸浮間隙。

由公式(1)可知，s變小，懸浮力f增加。由于懸浮力的增大可以降低功耗和體積，這對于內置式人工心臟泵是最重要的指標之一。

本發明的有益效果是：

1)采用內、外雙定子固定，轉子在二者之間的結構形式，實現動壓支承和永磁支承的混合全懸浮支承，增強了可植入性和運轉的可靠性。

2)因為徑向軸承磁環間距離(懸浮氣隙)減小，可以使在采用相同體積的永磁體時徑向懸浮力大，電機驅動力矩增大，從而可以減小功耗和減小永磁體體積。永磁體體積減小，重量就會減小，增強了可植入性。

附圖說明

圖1是本發明人工心臟泵的結構示意圖；

其中：1.前導葉 2.前徑向軸承 3.電機線圈 4.電機磁鐵 5.后軸向液膜軸承 6.后導葉 7.后徑向軸承 8.轉子 9.內定子 10.前軸向液膜軸承 11.外定子。

具體實施方式