一种轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵制造技术

本发明专利技术涉及一种轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，叶轮轮毂中包埋有前转子径向悬浮磁体、后转子径向悬浮磁体，以及驱动电机转子；泵筒壁外包绕有前轴向控制绕组，前定子径向悬浮磁环，后定子径向悬浮磁环和后轴向控制绕组，分别与前轴向控制磁体、前转子径向悬浮磁体、后转子径向悬浮磁体和后轴向控制磁体位置对应。形成叶轮的前径向磁悬浮轴承、后径向磁悬浮轴承。前轴向控制磁体、后轴向控制磁体在前轴向控制绕组、后轴向控制绕组控制下限制叶轮轮毂的轴向位置。后导流椎内的前端包埋霍尔传感器，输出位置信号到轴向反馈控制电路。

【技术实现步骤摘要】
一种轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵
本专利技术涉及一种生物医学工程领域的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵。
技术介绍
心脏辅助装置是治疗晚期心衰的有效手段，而轴流血泵作为可长期植入人体的心脏辅助装置具有诸多优势，近年来发展迅速。轴流血泵的唯一运动部件是高速旋转的“叶轮”，而支撑“叶轮”的轴承是关键技术之一。理想的轴流血泵轴承是能在血液中长期连续工作，不被沉淀蛋白所阻塞，没有大量摩擦产热而致局部温度升高，无机械磨损并有良好的血液相容性。滚珠轴承不能用于轴流血泵，因为轴承浸泡在血液中，滚动体的滚动可破坏血细胞，且血液中蛋白沉积可最终导致滚珠堵塞。滑动轴承利用两个互相接触的光滑表面之间的相对运动来实现对叶轮的支撑。两个机械接触面的物理性质，包括硬度，耐磨性，耐腐蚀性，光洁度，润滑条件等均会影响到轴承的工作状况，采用高硬度材料制成的“球-窝”结构式滑动轴承在轴流血泵中虽然获得较好的应用效果，但目前还没有完美的用于血液环境的滑动轴承，仍然不能完全防止机械摩擦和磨损。由此可见，轴流血泵的轴承系统的探索改进具有重要的意义。采用磁悬浮或“磁-液”联合悬浮支撑叶轮的技术，可完全去除叶轮的机械支撑点，近年来迅速发展。“磁-液”悬浮不需要专门的控制系统，无能量耗损，实施时可不增加心脏辅助装置的体积，这些独特的优点使其得到了较成功的应用，如美国的“HeartWareHVAD”心脏辅助装置。但是，“磁-液”联合悬浮技术的缺点是需要在叶轮和泵壳内壁之间设置“流体悬浮间隙”，此间隙是产生流体动力悬浮所不可缺少的，由于过大的液悬浮间隙往往导致叶轮悬浮不稳定，所以悬浮间隙不宜太大。狭小的悬浮间隙可使局部剪切力增加，加重血细胞的破坏，还可导致血小板的大量激活，这一缺点限制了提高血泵血液相容性的优化改进。另外，由于悬浮间隙的精度要求极高，所以加工制造成本也难以降低。采用完全的磁悬浮结构可形成较大的悬浮间隙，降低血液成份的破坏。根据物理学原理，实现旋转叶轮的五自由度全磁悬浮需要至少在一个运动自由度方向上采用反馈电磁控制机构，需要传感器、信号处理和反馈控制电路系统；在轴流血泵，转子的磁悬浮比较困难，实现高效率轴向反馈控制需要在转子的两端设置具有反馈调节性能的电磁轮毂，因此叶轮轮毂和前、后导叶的轮毂端面较大，相对面间可形成“裂隙样”悬浮间隙,此间隙往往成为很难被液流冲刷的“死区”，易于血栓形成。德国的“BerlinHeartINCOR”轴流泵是目前已经应用于临床的磁悬浮轴流血泵，其采用的轴向反馈控制磁悬浮结构就有可能降低泵内的血流冲刷。图4为另一个类似于“BerlinHeartINCOR”轴流泵结构的专利技术专利(专利申请公布号CN102151341A)示意图。由图可见，前导叶轮毂及后导叶轮毂与叶轮轮毂之间存在裂隙样悬浮间隙，由于前导叶轮毂中包埋有实现轴向反馈控制磁悬浮的电磁轴承绕组及铁芯，其直径不易缩小，端面较大，使悬浮间隙血流冲刷不良。为保证较强的轴向悬浮刚度，前悬浮间隙和后悬浮间隙必须尽可能小，进一步导致裂隙样结构内的血液无法得到充分冲刷，成为血流极其缓慢的“死区”，增加了血栓形成的几率。为了避免血泵内血流“死区”的形成，本专利技术提供一种新型轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，采用泵壳外定子磁环悬浮技术，不同于现有的磁悬浮轴流血泵，用于磁悬浮支撑的前、后定子径向悬浮磁环和前、后轴向控制绕组均以环状结构设置在轴流泵的泵壳外，使前、后导叶的轮毂及叶轮轮毂相对端呈椎体状，悬浮间隙减小、血流冲刷改善；同时在实现稳定的转子径向悬浮的同时，转子轴向悬浮位置在程序控制下不断变化，使悬浮间隙内血液不断更新流动，泵内结构得到更充分的血流冲刷，防止血栓形成。
技术实现思路
为了改善植入式心脏辅助装置的性能,本专利技术提供一种轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵。本专利技术具体技术方案如下：本专利技术提供一种轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，采用永磁悬浮力限制叶轮的径向位移，反馈调控的电磁力限制叶轮的轴向位置；由轴流泵泵筒，驱动电机定子、驱动电机转子、叶轮、前导叶、后导叶、前径向磁悬浮轴承、后径向磁悬浮轴承、轴向电磁轴承、位置传感器和轴向反馈控制电路组成。进一步的改进，驱动电机定子铁芯、驱动电机定子绕组包绕在轴流泵泵筒的壁外，叶轮设置在轴流泵泵筒的腔内，叶轮轮毂中包埋驱动电机转子；驱动电机转子径向充磁，可在驱动电机定子铁芯、驱动电机定子绕组产生的旋转磁场作用下获得转矩带动叶轮旋转；驱动电机转子采用两对磁极的结构，可避免对前、后径向磁悬浮轴承的磁力干扰。进一步的改进，前径向磁悬浮轴承由前定子径向悬浮磁环和前转子径向悬浮磁体组成，前转子径向悬浮磁体为圆柱状，由永磁材料制成，轴向充磁，包埋在叶轮轮毂中，位于驱动电机转子之前，其轴线与泵筒中轴线同心同轴；前定子径向悬浮磁环为圆环状，由永磁材料制成，长度与前转子径向悬浮磁体相等，轴向充磁，包绕在轴流泵泵筒外，位于电机定子前端与泵筒中轴线同心同轴；前定子径向悬浮磁环位置与前转子径向悬浮磁体对应，且磁极与前转子径向悬浮磁体同向排列；前定子径向悬浮磁环与前转子径向悬浮磁体之间的磁排斥力使叶轮的前端处于径向悬浮状态，形成前径向磁悬浮轴承。进一步的改进，后径向磁悬浮轴承由后定子径向悬浮磁环和后转子径向悬浮磁体组成，后转子径向悬浮磁体为圆柱状，由永磁材料制成，轴向充磁，包埋在叶轮轮毂中，位于驱动电机转子之后，其轴线与泵筒中轴线同心同轴；后定子径向悬浮磁环为圆环状，由永磁材料制成，长度与后转子径向悬浮磁体相等，轴向充磁，包绕在轴流泵泵筒外，位于电机定子后端与泵筒中轴线同心同轴；后定子径向悬浮磁环位置与后转子径向悬浮磁体对应，且磁极与后转子径向悬浮磁体同向排列；后定子径向悬浮磁环与后转子径向悬浮磁体之间的磁排斥力使叶轮的后端处于径向悬浮状态，形成后径向磁悬浮轴承。进一步的改进，轴向电磁轴承由前轴向控制磁体、后轴向控制磁体、前轴向控制绕组、后轴向控制绕组、霍尔传感器和轴向反馈控制电路组成；前轴向控制磁体、后轴向控制磁体为圆柱状，由永磁材料制成，轴向充磁，包埋在叶轮轮毂中，位于叶轮轮毂两端，其轴线与泵筒中轴线同心同轴；前轴向控制绕组、后轴向控制绕组为与轴流泵泵筒同心的螺线管，包绕在轴流泵泵筒外，其轴向位置与前、后轴向控制磁体相重叠，电流通过时可对前轴向控制磁体、后轴向控制磁体产生轴向磁作用力。进一步的改进，前轴向控制磁体、后轴向控制磁体和前轴向控制绕组、后轴向控制绕组的轴向长度可根据需要调整，增加前轴向控制磁体、后轴向控制磁体长度可增大轴向磁力调节梯度；前轴向控制磁体、后轴向控制磁体为圆柱状、圆锥状或圆柱和圆锥组合成的锥台状，当前轴向控制磁体、后轴向控制磁体的顶端是圆锥状时，圆锥体部分包埋在叶轮轮毂两顶端的椎体内。进一步的改进，在后导流椎内的前端包埋有霍尔传感器，通过感知后轴向控制磁体的磁场强度将叶轮轮毂的轴向位置信号转变为电信号，输出到轴向反馈控制电路。进一步的改进，霍尔传感器也可以包埋在前导叶轮毂内，也可以在前导流椎、后导流椎内同时包埋霍尔传感器以增强对叶轮轴向位置的定位精度。进一步的改进，轴向反馈控制电路可根据霍尔传感器传递的电信号确定叶轮的轴向位置，并根据叶轮轴向位置调节向前轴向控制绕组、后轴向控制绕组馈电的强度和方向，通过负反馈控制机制维持叶轮轴向位置的恒定。进一步的改进，叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，采用永磁悬浮力限制叶轮的径向位移，反馈调控的电磁力限制叶轮的轴向位置；由轴流泵泵筒，驱动电机定子、驱动电机转子、叶轮、前导叶、后导叶、前径向磁悬浮轴承、后径向磁悬浮轴承、轴向电磁轴承、位置传感器和轴向反馈控制电路组成。

【技术特征摘要】
1.一种轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，采用永磁悬浮力限制叶轮的径向位移，反馈调控的电磁力限制叶轮的轴向位置；由轴流泵泵筒，驱动电机定子、驱动电机转子、叶轮、前导叶、后导叶、前径向磁悬浮轴承、后径向磁悬浮轴承、轴向电磁轴承、位置传感器和轴向反馈控制电路组成。2.根据权利要求1所述的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，驱动电机定子铁芯、驱动电机定子绕组包绕在轴流泵泵筒的壁外，叶轮设置在轴流泵泵筒的腔内，叶轮轮毂中包埋驱动电机转子；驱动电机转子径向充磁，可在驱动电机定子铁芯、驱动电机定子绕组产生的旋转磁场作用下获得转矩带动叶轮旋转；驱动电机转子采用两对磁极的结构，可避免对前、后径向磁悬浮轴承的磁力干扰。3.根据权利要求1所述的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，前径向磁悬浮轴承由前定子径向悬浮磁环和前转子径向悬浮磁体组成，前转子径向悬浮磁体为圆柱状，由永磁材料制成，轴向充磁，包埋在叶轮轮毂中，位于驱动电机转子之前，其轴线与泵筒中轴线同心同轴；前定子径向悬浮磁环为圆环状，由永磁材料制成，长度与前转子径向悬浮磁体相等，轴向充磁，包绕在轴流泵泵筒外，位于电机定子前端与泵筒中轴线同心同轴；前定子径向悬浮磁环位置与前转子径向悬浮磁体对应，且磁极与前转子径向悬浮磁体同向排列；前定子径向悬浮磁环与前转子径向悬浮磁体之间的磁排斥力使叶轮的前端处于径向悬浮状态，形成前径向磁悬浮轴承。4.根据权利要求1所述的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，后径向磁悬浮轴承由后定子径向悬浮磁环和后转子径向悬浮磁体组成，后转子径向悬浮磁体为圆柱状，由永磁材料制成，轴向充磁，包埋在叶轮轮毂中，位于驱动电机转子之后，其轴线与泵筒中轴线同心同轴；后定子径向悬浮磁环为圆环状，由永磁材料制成，长度与后转子径向悬浮磁体相等，轴向充磁，包绕在轴流泵泵筒外，位于电机定子后端与泵筒中轴线同心同轴；后定子径向悬浮磁环位置与后转子径向悬浮磁体对应，且磁极与后转子径向悬浮磁体同向排列；后定子径向悬浮磁环与后转子径向悬浮磁体之间的磁排斥力使叶轮的后端处于径向悬浮状态，形成后径向磁悬浮轴承。5.根据权利要求1所述的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，轴向电磁轴承由前轴向控制磁体、后轴向控制磁体、前轴向控制绕组、后轴向控制绕组、霍尔传感器和轴向反馈控制电路组成；前轴向控制磁体、后轴向控制磁体为圆柱状，由永磁材料制成，轴向充磁，包埋在叶轮轮毂中，位于叶轮轮毂两端，其轴线与泵筒中轴线同心同轴；前轴向控制绕组、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国荣，朱晓东，
申请(专利权)人：中国医学科学院阜外医院，
类型：发明
国别省市：北京,11