本发明专利技术属于生物医学工程技术领域，涉及一种人工心脏辅助装置，尤其是一种磁液悬浮离心式装置。所述装置中，左径向磁化永磁阵列（11）和右径向磁化永磁阵列（13）均呈圆环状，嵌套在磁悬浮定子（1）内壁左右两侧，电机线圈绕组（12）在磁悬浮定子（1）内侧居中位置，液体输入口（14）有2个，液体输出口（16）有2个，左径向磁化永磁环（21）和右径向磁化永磁环（25）固定在转轴（20）的左右两侧，电机转子铁芯（23）固定在转轴（20）的中间，电机转子铁芯（23）的左侧为左液力悬浮叶轮（22），右侧为右液力悬浮叶轮（24）。该装置具有结构简单，体积小、功耗低，可靠性高的优点，满足长期植入人体的需求。
【技术实现步骤摘要】
一种磁液悬浮罔心式装置
本专利技术属于生物医学工程
，涉及一种人工心脏辅助装置，尤其是一种磁液悬浮离心式装置。
技术介绍
心血管疾病已成为医学界普遍关注的焦点，心脏移植是治疗重危心脏病患者的重要途径，然而心脏需求量远远超过了供给量，于是人工心脏辅助装置产生了。目前第三代人工心脏辅助装置最重要的特征是采用非接触式轴承设计，使叶轮在血泵中悬浮旋转，从而解决了机械磨损和发热所诱发的溶血、血拴等问题，根据悬浮机理分为三类:磁悬浮式依靠永磁力和电磁力实现悬浮，因控制系统的存在，其体积大、功耗高；液力悬浮式主要运用运动流体在渐缩结构上产生的动压实现悬浮，无需提供悬浮所需的能量，但悬浮转子的稳定性偏差；磁液悬浮式结合了磁力悬浮和液力悬浮的优点，是研究的热点。 采用磁液混合悬浮技术，人工心脏辅助装置的驱动电机，也需采用无轴承运行方式。无轴承电机是在20世纪后半期最早提出的，把磁悬浮轴承中产生径向力的绕组安装在电机定子上，通过解耦控制实现对电机转矩和径向悬浮力的独立控制。随着材料磁性能的提高、控制电路技术的发展、快速信号处理器的出现，直到20世纪80年代后期才首次制造出无轴承电机，20世纪90年代日本八.011“首次实现开关磁阻电机的无轴承技术，该类电机具有免维修、寿命长，环境适应性强等优点。
技术实现思路
为了解决第三代人工心脏辅助装置体积偏大、发热高、稳定性差的问题，综合应用磁悬浮控制技术、无轴承开关磁阻电机技术、液力悬浮技术，本专利技术提出一种磁液悬浮离心式装置，实现了无接触悬浮，具有体积小、功耗低、结构简单、使命长等优点。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:一种磁液悬浮离心式装置，所述装置可置于人体中，包括磁悬浮定子，磁悬浮转子，间隙，所述磁悬浮定子由定子外壳，左径向磁化永磁阵列，电机线圈绕组，右径向磁化永磁阵列，液体输入口，凹形口，液体输出口，电机定子铁芯组成，左径向磁化永磁阵列和右径向磁化永磁阵列均呈圆环状，嵌套在磁悬浮定子内壁左右两侧，电机线圈绕组在磁悬浮定子内侧居中位置，液体输入口有2个，对称分布在磁悬浮定子左右两侧偏下位置，液体输出口有2个，对称分布在电机线圈绕组的左右两侧，所述磁悬浮转子由转轴，左径向磁化永磁环，左液力悬浮叶轮，电机转子铁芯，右液力悬浮叶轮，右径向磁化永磁环组成，左径向磁化永磁环和右径向磁化永磁环固定在转轴的左右两侧，相对于转轴末端的距离可以调节，电机转子铁芯固定在转轴的中间，电机转子铁芯的左侧为左液力悬浮叶轮，右侧为右液力悬浮叶轮。 作为本专利技术的一种改进，所述电机转子铁芯呈凸齿状，电机定子铁芯亦呈凸齿状，电机转子铁芯和电机定子铁芯为4/6齿结构，或6/8齿结构，或8/12齿结构，在电机线圈绕组控制下，电机转子铁芯实现磁力悬浮和速度调节功能。 作为本专利技术的一种改进，左液力悬浮叶轮上的相邻叶片之间构成楔形槽，右液力悬浮叶轮上的相邻叶片之间构成楔形槽，左液力悬浮叶轮和右液力悬浮叶轮均由尼龙玻纤材料制成，具有液力悬浮和驱动液体的作用。 作为本专利技术的一种改进，所述电机线圈绕组包括悬浮力绕组和电磁力绕组两部分，悬浮力绕组借助电磁吸引力，动态调节磁悬浮转子的径向位置，电磁力绕组根据“磁阻最小原理”，在磁悬浮转子上产生电磁旋转力，实现对磁悬浮转子的速度调节。 作为本专利技术的一种改进，所述左径向磁化永磁阵列和右径向磁化永磁阵列均呈圆环状，均由一个径向充磁的圆环构成或由多个长条状的永磁体拼成圆环状，所述左径向磁化永磁环和右径向磁化永磁环均呈圆环状。 作为本专利技术的一种改进，所述转轴的两端呈凸尖状，在轴向调节失效情况下，顶在磁悬浮定子其中一侧的凹形口里高速旋转，可靠性高。 作为本专利技术的一种改进，液体输入口对称分布在磁悬浮定子的左右两侧，液体输出口对称分布在电机线圈绕组的左右两侧，磁悬浮转子是左右对称的，所述对称结构能抑制液体流动对磁悬浮转子的轴向作用力。 本专利技术的优点是将磁悬浮技术、无轴承开关磁阻电机技术、液力悬浮技术，应用到了人工心脏辅助装置，采用对称分布的结构，抑制液体流动对磁悬浮转子的轴向力作用和磁悬浮转子的自身重力，减小电机线圈绕组中的电流消耗，并且左液力悬浮叶轮和右液力悬浮叶轮通过液体流动所产生的液体悬浮力，进一步降低了电机线圈绕组中的电流消耗。电机线圈绕组包括悬浮力绕组和电磁力绕组两部分，由2个电流单独控制，通过智能控制算法，完成磁悬浮转子的位置估计、电磁转矩和悬浮力的解耦控制。转轴两端呈凸尖状，轴向调节失效时，顶在磁悬浮定子其中一侧的凹形口里高速旋转，其陀螺效应有助于实现径向悬浮。 【附图说明】 图1为本专利技术一个实施例的结构示意图。 图2为本专利技术一个8/12齿实施例的“向视图。 图中:1磁悬浮定子，2磁悬浮转子,3间隙，10定子外壳，11左径向磁化永磁阵列，12电机线圈绕组，13右径向磁化永磁阵列，14液体输入口，15凹形口，16液体输出口，17电机定子铁芯，20转轴，21左径向磁化永磁环，22左液力悬浮叶轮，23电机转子铁芯，24右液力悬浮叶轮，25右径向磁化永磁环。 【具体实施方式】 本专利技术主要由磁悬浮定子1，磁悬浮转子2，间隙3组成，所述磁悬浮定子1包括:定子外壳10，左径向磁化永磁阵列11，电机线圈绕组12，右径向磁化永磁阵列13，液体输入口 14，凹形口 15，液体输出口 16，电机定子铁芯17；所述磁悬浮转子2包括:转轴20，左径向磁化永磁环21，左液力悬浮叶轮22，电机转子铁芯23，右液力悬浮叶轮24，右径向磁化永磁环25。液体输入口 14在磁悬浮定子1左右两侧偏下位置，液体输出口 16对称分布在电机线圈绕组12的左右两侧，液体通过液体输入口 14，进入磁悬浮装置，电机转子铁芯23在电磁力的作用下带动左液力悬浮叶轮22和右液力悬浮叶轮24转动，并将液体从液体输出口 16排出磁悬浮装置。 左径向磁化永磁阵列11和右径向磁化永磁阵列13均呈圆环状，嵌套在磁悬浮定子1的内壁左右两侧，由径向充磁的钕铁硼永磁材料制成。电机线圈绕组12包括悬浮力绕组和电磁力绕组两部分，悬浮力绕组和电磁力绕组中的电流是独立控制的，悬浮力绕组借助电磁吸引力，动态调节磁悬浮转子2的径向位置，电磁力绕组根据“磁阻最小原理”，在磁悬浮转子2上产生电磁旋转力，实现对磁悬浮转子2的速度调节。 左径向磁化永磁环21和右径向磁化永磁环25均由径向充磁的钕铁硼永磁材料制成，套在转轴20的左右两侧，相对于转轴20末端的距离可以调节，以改变永磁之间作用力的大小，实现轴向和径向的无接触非稳态磁悬浮，然后由电机线圈绕组12进行稳态调节。电机转子铁芯23固定在转轴20的中间，呈凸齿状，由硅钢片叠加而成，电机定子铁芯17嵌入在定子外壳10里，亦呈凸齿状，由硅钢片叠加而成，电机转子铁芯23和电机定子铁芯17为4/6齿结构，或6/8齿结构，或8/12齿结构。电机转子铁芯23的左侧安装左液力悬浮叶轮22，右侧安装右液力悬浮叶轮24，所述液力悬浮叶轮有驱动液体和液力悬浮的作用，能进一步降低径向电磁调节的电流消耗。转轴20的两端呈凸尖状，在轴向调节失效情况下，顶在磁悬浮定子1其中一侧的凹形口 15里高速旋转，提高了系统可靠性。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁液悬浮离心式装置，其特征在于：所述装置可置于人体中，包括磁悬浮定子（1），磁悬浮转子（2），间隙（3），所述磁悬浮定子（1）由定子外壳（10），左径向磁化永磁阵列（11），电机线圈绕组（12），右径向磁化永磁阵列（13），液体输入口（14），凹形口（15），液体输出口（16），电机定子铁芯（17）组成，左径向磁化永磁阵列（11）和右径向磁化永磁阵列（13）均呈圆环状，嵌套在磁悬浮定子（1）内壁左右两侧，电机线圈绕组（12）在磁悬浮定子（1）内侧居中位置，液体输入口（14）有2个，对称分布在磁悬浮定子（1）左右两侧偏下位置，液体输出口（16）有2个，对称分布在电机线圈绕组（12）的左右两侧，所述磁悬浮转子（2）由转轴（20），左径向磁化永磁环（21），左液力悬浮叶轮（22），电机转子铁芯（23），右液力悬浮叶轮（24），右径向磁化永磁环（25）组成，左径向磁化永磁环（21）和右径向磁化永磁环（25）固定在转轴（20）的左右两侧，相对于转轴（20）末端的距离可以调节，电机转子铁芯（23）固定在转轴（20）的中间，电机转子铁芯（23）的左侧为左液力悬浮叶轮（22），右侧为右液力悬浮叶轮（24）。...
【技术特征摘要】
1.一种磁液悬浮离心式装置，其特征在于:所述装置可置于人体中，包括磁悬浮定子(I)，磁悬浮转子(2)，间隙(3)，所述磁悬浮定子(I)由定子外壳(10)，左径向磁化永磁阵列(II)，电机线圈绕组(12)，右径向磁化永磁阵列(13)，液体输入口(14)，凹形口( 15)，液体输出口(16),电机定子铁芯(17)组成,左径向磁化永磁阵列(11)和右径向磁化永磁阵列(13)均呈圆环状，嵌套在磁悬浮定子(I)内壁左右两侧，电机线圈绕组(12)在磁悬浮定子(I)内侧居中位置，液体输入口(14)有2个，对称分布在磁悬浮定子(I)左右两侧偏下位置，液体输出口( 16)有2个，对称分布在电机线圈绕组(12)的左右两侧，所述磁悬浮转子(2)由转轴(20 )，左径向磁化永磁环(21)，左液力悬浮叶轮(22 )，电机转子铁芯(23 )，右液力悬浮叶轮(24 )，右径向磁化永磁环(25 )组成，左径向磁化永磁环(21)和右径向磁化永磁环(25 )固定在转轴(20)的左右两侧，相对于转轴(20)末端的距离可以调节，电机转子铁芯(23)固定在转轴(20)的中间，电机转子铁芯(23)的左侧为左液力悬浮叶轮(22)，右侧为右液力悬浮叶轮(24)。2.根据权利要求1所述的一种磁液悬浮离心式装置，其特征在于:所述电机转子铁芯(23)呈凸齿状，电机定子铁芯(17)亦呈凸齿状，电机转子铁芯(23)和电机定子铁芯(17)为4/6齿结构，或6/8齿结构，或8/12齿结构，在电机线圈绕组(12)控制下，电机转...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙传余，肖林京，文艺成，李波，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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