用于磁悬浮轴承的刚度增益机构、磁悬浮轴承和血泵制造技术

本公开涉及一种用于磁悬浮轴承的刚度增益机构、包括该刚度增益机构的磁悬浮轴承及血泵。磁悬浮轴承包括定子和布置在定子内部的转子，定子包括定子齿，刚度增益机构包括：转子永磁体，定子永磁体，和轴向动力体。转子永磁体和磁悬浮轴承的转子形成转子组件，该转子组件相对于转子的主平面具有不对称的结构；并且刚度增益机构构造成使得定子永磁体对转子永磁体产生径向吸力、而轴向动力体对转子永磁体产生轴向斥力，轴向斥力的大小能够随轴向动力体和转子永磁体之间的轴向距离的改变而改变。根据本公开的刚度增益机构能够显著增加磁悬浮轴承的转子的扭摆刚度，并有助于磁悬浮轴承的小型化。

【技术实现步骤摘要】
用于磁悬浮轴承的刚度增益机构、磁悬浮轴承和血泵
本公开总体上涉及医疗器械领域。更具体地，本公开涉及一种用于磁悬浮轴承的刚度增益机构、包括该刚度增益机构的磁悬浮轴承和血泵。
技术介绍
在心脏失去泵血功能(例如停跳心脏手术、急性心源性休克等)的情况下，可以使用血泵来代替心脏，以便辅助维持人体血液循环。血泵可以分为可植入血泵和体外血泵，其中，可植入血泵能够被植入到患者体内，以暂时地或长期地维持人体血液循环；而体外血泵可以在体外使用。在血泵中使用磁悬浮轴承是有利的。磁悬浮轴承采用磁力进行工作，其通常包括可围绕特定转动轴转动的转子以及提供磁力以便让转子悬浮的磁力提供机构。根据磁力提供机构的不同，磁悬浮轴承可以分为主动磁悬浮轴承和被动磁悬浮轴承，其中，主动磁悬浮轴承的磁力提供机构可以是电磁铁，而被动磁悬浮轴承的磁力提供机构可以是永磁体或铁磁材料。主动磁悬浮轴承通常还包括位移传感器和根据位移传感器信号控制电磁铁的电流大小以调节悬浮电磁力的控制器，在操作中，首先由位移传感器向控制器提供转子在主动磁悬浮自由度上的位置，然后控制器通过相应的控制算法(PID、PI、PD控制等)给电磁铁提供特定电流，从而产生受控的悬浮电磁力。被动磁悬浮轴承根据永磁体和永磁体、或者永磁体和铁磁材料的交互作用而产生吸力或斥力，以便使转子在平衡位置上悬浮。与机械轴承之类的传统轴承相比，磁悬浮轴承的转子与其它部件(比如磁力提供机构等)没有物理接触、且转子和其它部件之间可以具有较大间隙，这使得磁悬浮轴承具有显著优势。一方面，没有物理接触会消除磁悬浮轴承的各部件的机械磨损；另一方面，较大的间隙会使得流过间隙的流体经受较小的剪切应力，对于血液来说，这有助于减少对血液细胞的伤害，从而有助于改善血液的相容性。图1示出了一种主动磁悬浮轴承10的示意图。主动磁悬浮轴承10包括：可以围绕转动轴A转动的转子101；提供电磁力以便让转子101悬浮的电磁铁102，转子101和电磁铁102之间存在间隙或气隙G1；检测转子101相对于电磁铁102的位移的位移传感器103；以及控制器104，控制器104根据位移传感器103的信号来控制电磁铁102的电流大小以调节悬浮电磁力。在图1所示的主动磁悬浮轴承10中，电磁铁102向转子101提供径向的电磁力(即：位于X-Y平面中的电磁力)，从而保证转子101在径向上稳定地悬浮。然而，对于图1所示的主动磁悬浮轴承10来说，其容易产生围绕X轴或Y轴的扭摆运动。换言之，图1所示的主动磁悬浮轴承10具有一定的扭摆自由度(即：以X轴或Y轴为转动轴的转动自由度)，或者说图1所示的主动磁悬浮轴承10具有较小的扭摆刚度，这是不期望的。期望的是，磁悬浮轴承应具有尽可能大的扭摆刚度，以便使磁悬浮轴承不产生或较少地产生扭摆运动。为解决上述问题，已知的一种做法是结合多层永磁体和铁磁材料，形成类似于三明治的结构，从而在垂直于转动轴A的平面(即：图1中所示的X-Y平面)上形成多个平行的推拉力，从而增加扭摆刚度，以提高扭摆稳定性。然而，这种三明治结构存在着缺陷。一方面，永磁体的强度和体积成正比，体积越大，永磁体的强度越大；而另一方面，永磁体体积越小，永磁体的磁化边际效应越明显，也就是说多块小的永磁体组合而成的永磁体所产生的磁场强度并不等于单块相同体积的永磁体所产生的磁场强度、而是小于单块相同体积的永磁体所产生的磁场强度。因此，使用上述由多块永磁体形成的三明治结构时，为了使磁场强度达到单块永磁体所产生的期望磁场强度，必须要增大每一块小永磁体的体积，这必然增大磁悬浮轴承的总体积，从而限制其应用范围。在目前的很多应用中，通常对转子体积具有严格的要求、并且通常希望转子能够小型化。比如，在血泵的应用中，磁悬浮轴承中的间隙或气隙一般与血泵的二次流道共用，血液在相对于主流道更狭小的二次流道中流动时会经受较长时间的剪切力，因而对血液细胞造成破坏。因此，使转子小型化从而尽可能缩短二次流道的长度对于血泵的血液相容性非常重要。在这类应用中，转子的小型化是重要的优化指标，而三明治结构与此目标相背。因此，存在着对目前的磁悬浮轴承进行进一步改进的需求。
技术实现思路
通过本公开的示例性实施例来克服上述问题以及其他问题并实现额外的优点。根据本公开的示例性实施例的第一方面，提供了一种用于磁悬浮轴承的刚度增益机构，所述磁悬浮轴承可以包括定子和布置在定子内部的转子，所述定子包括定子齿。所述刚度增益机构可以包括：转子永磁体，所述转子永磁体以平行于所述转子的主平面且与所述转子相抵接的方式布置于所述转子的一侧，所述转子的主平面为所述转子在径向方向上的对称平面；定子永磁体，所述定子永磁体以平行于所述转子的主平面且与所述定子的定子齿相抵接的方式布置在所述定子的定子齿的一侧，所述定子永磁体所处的一侧与所述转子永磁体所处的一侧相同并且所述定子永磁体与所述转子永磁体在径向方向上间隔开一定距离；以及轴向动力体，所述轴向动力体以面对着所述转子永磁体且与所述转子永磁体在轴向方向上间隔开一定距离的方式布置。所述转子永磁体和所述转子形成转子组件，所述转子组件相对于所述转子的主平面具有不对称的结构。所述刚度增益机构构造成使得所述定子永磁体对所述转子永磁体产生径向吸力、而所述轴向动力体对所述转子永磁体产生轴向斥力，所述轴向斥力的大小能够随所述轴向动力体和所述转子永磁体之间的轴向距离的改变而改变。根据本公开的一个示例性实施例，所述转子永磁体和所述定子永磁体可以具有单一磁化方向。根据本公开的一个示例性实施例，所述转子永磁体和/或所述定子永磁体可以具有轴向磁化方向。根据本公开的一个示例性实施例，所述转子永磁体和/或所述定子永磁体可以具有径向磁化方向。根据本公开的一个示例性实施例，所述转子永磁体和所述定子永磁体可以呈圆环形的一体结构。根据本公开的一个示例性实施例，所述转子永磁体和/或所述定子永磁体可以由沿着圆周方向间隔开的多个离散的永磁体构成。根据本公开的一个示例性实施例，所述轴向动力体可以构造成固定不动。根据本公开的一个示例性实施例，所述轴向动力体可以为永磁体。根据本公开的一个示例性实施例，所述轴向动力体可以为具有呈圆环形的一体结构的永磁体。根据本公开的一个示例性实施例，所述轴向动力体可以由沿着圆周方向间隔开的多个离散的永磁体构成。根据本公开的一个示例性实施例，所述轴向动力体可以为电磁铁或空气线圈。根据本公开的一个示例性实施例，所述轴向动力体可以由沿着圆周方向间隔开的多个电磁铁或空气线圈构成。根据本公开的一个示例性实施例，所述刚度增益机构还可以包括控制器或控制电路，所述控制器或控制电路能够单独地改变流过每个电磁铁或空气线圈的电流的大小，从而能够单独地改变相应的一个或多个电磁铁或空气线圈向所述转子永磁体产生的轴向斥力的大小。根据本公开的一个示例性实施例，在所述转子发生围绕径向方向的扭摆运动时，所述刚度增益机构的控制器或控制电路减小与所述转子的远离所述轴向动力体的一端相对应的一个或多个电磁铁或空气线圈的电流、并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于磁悬浮轴承的刚度增益机构，所述磁悬浮轴承包括定子和布置在定子内部的转子，所述定子包括定子齿，所述刚度增益机构包括：/n转子永磁体，所述转子永磁体以平行于所述转子的主平面且与所述转子相抵接的方式布置于所述转子的一侧，所述转子的主平面为所述转子在径向方向上的对称平面；/n定子永磁体，所述定子永磁体以平行于所述转子的主平面且与所述定子的定子齿相抵接的方式布置在所述定子的定子齿的一侧，所述定子永磁体所处的一侧与所述转子永磁体所处的一侧相同并且所述定子永磁体与所述转子永磁体在径向方向上间隔开一定距离；以及/n轴向动力体，所述轴向动力体以面对着所述转子永磁体且与所述转子永磁体在轴向方向上间隔开一定距离的方式布置；/n其中，所述转子永磁体和所述转子形成转子组件，所述转子组件相对于所述转子的主平面具有不对称的结构；并且/n其中，所述刚度增益机构构造成使得所述定子永磁体对所述转子永磁体产生径向吸力、而所述轴向动力体对所述转子永磁体产生轴向斥力，所述轴向斥力的大小能够随所述轴向动力体和所述转子永磁体之间的轴向距离的改变而改变。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于磁悬浮轴承的刚度增益机构，所述磁悬浮轴承包括定子和布置在定子内部的转子，所述定子包括定子齿，所述刚度增益机构包括：
转子永磁体，所述转子永磁体以平行于所述转子的主平面且与所述转子相抵接的方式布置于所述转子的一侧，所述转子的主平面为所述转子在径向方向上的对称平面；
定子永磁体，所述定子永磁体以平行于所述转子的主平面且与所述定子的定子齿相抵接的方式布置在所述定子的定子齿的一侧，所述定子永磁体所处的一侧与所述转子永磁体所处的一侧相同并且所述定子永磁体与所述转子永磁体在径向方向上间隔开一定距离；以及
轴向动力体，所述轴向动力体以面对着所述转子永磁体且与所述转子永磁体在轴向方向上间隔开一定距离的方式布置；
其中，所述转子永磁体和所述转子形成转子组件，所述转子组件相对于所述转子的主平面具有不对称的结构；并且
其中，所述刚度增益机构构造成使得所述定子永磁体对所述转子永磁体产生径向吸力、而所述轴向动力体对所述转子永磁体产生轴向斥力，所述轴向斥力的大小能够随所述轴向动力体和所述转子永磁体之间的轴向距离的改变而改变。


2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐嘉颢，徐博翎，颜翊凡，汤姆·洛根，
申请(专利权)人：苏州心擎医疗技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32