提高马达效率的线圈绕组模式制造技术

提供一种用于插入患者体内的血管内血泵。该系统包括具有p个磁极对和n个相的无槽马达，其中p为大于零的整数，并且n为＞3的整数。该马达包括具有2np个线圈的定子绕组，2np个线圈缠绕以形成每相每磁极对两个线圈，使得来自每个相的线圈以序列相顺序周向布置在来自不同相的线圈旁边，该布置沿着定子绕组重复，使得每个线圈围绕定子绕组的横截面跨越360

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】提高马达效率的线圈绕组模式
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年5月29日提交的美国临时申请No.62/853,999的优先权，该专利申请通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]血管内血泵，诸如美国马萨诸塞州丹佛市(Danvers,MA)的Abiomed公司的泵正迅速成为心室辅助设备的当前标准。泵的范围目前包括Impella泵、Impella泵、Impella泵和Impella泵。这些泵通过单个进入点(例如，桡动脉进入、股动脉进入、腋动脉进入)经皮插入患者体内，使得泵头可以经由小直径(6
‑
7Fr)导管放置在患者体内的期望位置。这样的期望位置包括但不限于患者心脏的左心室或右心室。泵头包括电动马达，该电动马达包括定子绕组，该定子绕组被配置为与转子磁性相互作用以使其旋转，从而导致血液的体积流量通过转子并因此通过患者的心脏。寻求产生良好流速的高效马达。

技术实现思路

[0004]目前，泵能够以约2.5至约5.0升/分钟(lpm)的流速输送血液。然而，随着泵在越来越多的外科手术程序中的使用，对将产生的血液流速增加到超过这些水平的需求提出了更高的要求。这意味着电动马达需要更高的转子速度。然而，由于涉及的几何形状小，增加转子速度具有若干牵连(implication)，可能会影响此类小型泵的操作。例如，增加转子速度可能涉及增加电动马达内的热量(焦耳热)的生成。当该设备经皮插入患者体内时，任何此类热量生成的增加都可能对周围组织具有灾难性的影响。另一个考虑因素是施加在设备上的电阻性负载，在这种情况下，对电动马达进行任何修改以实现更高的流速都可能由于电阻损耗而导致马达效率下降。
[0005]鉴于上述现有技术的缺点，非常需要增加由电动马达产生的流速，同时维持或增加马达的效率。
[0006]本文公开了用于解决如上所述的现有技术的各种问题和缺点的设备。更具体地，本文公开了用于插入患者体内的血管内血泵。典型地，该设备将定位在患者的脉管系统中，诸如但不限于患者的心脏或主动脉。在一些方面，设备的一部分(例如，设备的泵部分的马达和转子)位于患者的心脏的外部(即，在主动脉中)，并且设备的另一部分(例如，套管)延伸到患者的心脏(例如，左心室)中。虽然本专利技术的某些方面描述为泵定位在心脏中，但是普通技术人员将理解，泵可以定位在患者的脉管系统的其他位置。对泵定位在患者的心脏中的任何描述都是通过图示说明该设备在患者的脉管系统中的一种可能的放置方式而不是通过限制方式来提供的。血泵包括细长壳体，该细长壳体具有连接到导管的近端和连接到泵的远端，该壳体具有纵向轴线。血泵还包括容纳在壳体内的无槽永磁马达，该马达具有p个磁极对和n个相，其中p为大于零的整数，并且n为≥3的整数。该马达包括具有2np个线圈
的定子绕组，2np个线圈缠绕以形成每相每磁极对两个线圈，使得来自每个相的线圈以序列相顺序周向布置在来自不同相的线圈旁边，该布置沿着定子绕组重复，使得2np个线圈中的每个线圈围绕定子绕组的横截面跨越360/(2np)机械角度。该马达还包括永磁转子，该永磁转子被支撑用于旋转，并且被配置为生成与定子绕组相互作用的磁通量。血泵被配置为使得定子绕组的每相每磁极对两个线圈串联连接，使得通过两个线圈中的第一线圈的电流的方向与两个线圈中的第二线圈中的电流的方向相反，第一线圈中的电流和第二线圈中的电流与转子的磁通量的相反极性相互作用，以产生相同方向的扭矩，从而促进转子的旋转以使血液流经泵。
[0007]在另一个实施例中，提供了一种无槽永磁电动马达，其具有p个磁极对和n个相，其中p为大于零的整数，并且n为≥3的整数，该马达具有纵向轴线。该马达包括具有2np个线圈的定子绕组，2np个线圈缠绕以形成每相每磁极对两个线圈，使得来自每个相的线圈以序列相顺序周向布置在来自不同相的线圈旁边，该布置沿着定子绕组重复，使得2np个线圈中的每个线圈围绕定子绕组的横截面跨越360/(2np)机械角度。该马达还包括永磁转子，该永磁转子被支撑用于旋转，并且被配置为生成与定子绕组相互作用的磁通量。马达被配置为使得定子绕组的每相每磁极对两个线圈串联连接，使得通过两个线圈中的第一线圈的电流的方向与两个线圈中的第二线圈中的电流的方向相反，第一线圈中的电流和第二线圈中的电流与转子的磁通量的相反极性相互作用，以产生相同方向的扭矩，从而促进转子的旋转。
[0008]在一些实施方式中，针对偶数值的N，线圈中的每个包括N/2个匝，或者针对奇数值的N，线圈中的每个包括(N
±
1)/2个匝，其中N是常规定子绕组的线圈中的绕组匝数，该常规定子绕组具有np个线圈，np个线圈缠绕以形成每相每磁极对一个线圈，其中N为≥1的整数。在某些实施方式中，每个相串联连接的两个线圈的电阻等于常规定子绕组的单个线圈的电阻。在其他实施方式中，每个相的两个线圈串联连接，使得它们的起始端子或它们的结束端子连接在一起。
[0009]在某些实施方式中，每个相的两个线圈以星形或三角形配置连接到其他相的线圈。在一些实施方式中，2np个线圈包括螺旋绕组、斜方形绕组、常规绕组和混合绕组中的任一种。在其他实施方式中，定子绕组具有线圈利用率函数(coil usage function)，该函数限定了线圈的相对于定子绕组的纵向长度的竖直分量，该竖直分量与转子的磁场相互作用以有助于在马达中生成的扭矩。在某些实施方式中，对于螺旋线圈绕组，当竖直分量是定子绕组的纵向长度的三分之二时，线圈利用率函数最大化。在一些实施方式中，线圈利用率函数对于所有相具有相同的形式，但是对于每个相偏移360/n电角度。
[0010]在进一步的实施方式中，线圈利用率函数限定了线圈的相对于定子绕组的纵向长度的竖直分量，该竖直分量有助于在马达中生成的扭矩。在一些实施方式中，马达包括三相两极机。在其他实施方式中，马达包括六线圈两极机，每个线圈围绕定子绕组的横截面跨越60机械角度。在某些实施方式中，该马达生成的扭矩常数比具有常规定子绕组的马达的扭矩常数大约15.5％，该常规定子绕组具有np个线圈，np个线圈缠绕以形成每相每磁极对一个线圈。
[0011]在其他实施方式中，转子以约1.0lpm至约6.0lpm之间的速率泵送血液。在一些实施方式中，泵可以插入患者的心脏的右心室。在进一步的实施方式中，泵可以插入患者的心脏的左心室。
[0012]根据本公开的实施例的定子绕组采用如上所述连接的每相每磁极对两个线圈。与具有每相每磁极对一个线圈的定子绕组的常规电动马达相比，这在使用这种定子绕组的电动马达的扭矩常数中提供了15.5％的增加。这种定子配置不会增加定子上的电阻性负载，并且因此减少了电动马达内的焦耳热。实际上，本公开的电动马达提供了具有提高的马达效率的定子线圈绕组模式。
附图说明
[0013]通过结合附图考虑以下详细描述，上述和其他目的和优点将变得显而易见，在附图中相同的附图标记始终指代相同的部分，并且其中：
[0014]图1示出根据本公开的实施例的血管内血泵的图示说明性纵向横截面；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于插入患者体内的血管内血泵，所述泵包括：细长壳体，其具有连接到导管的近端和连接到所述泵的远端，所述壳体具有纵向轴线；以及无槽永磁马达，其容纳在所述壳体内，所述马达具有p个磁极对和n个相，其中p为大于零的整数，并且n为≥3的整数，所述马达包括：定子绕组，其具有2np个线圈，所述2np个线圈缠绕以形成每相每磁极对两个线圈，使得来自每个相的线圈以序列相顺序周向布置在来自不同相的线圈旁边，所述布置沿着所述定子绕组重复，使得所述2np个线圈中的每个线圈围绕所述定子绕组的横截面跨越360/(2np)机械角度，以及永磁转子，其被支撑用于旋转并且被配置为生成与所述定子绕组相互作用的磁通量，其中所述定子绕组的所述每相每磁极对两个线圈串联连接，使得通过所述两个线圈中的第一线圈的电流的方向与所述两个线圈中的第二线圈中的电流的方向相反，所述第一线圈中的所述电流和所述第二线圈中的所述电流与所述转子的所述磁通量的相反极性相互作用，以产生相同方向的扭矩，从而促进所述转子的旋转以使血液流经所述泵。2.根据权利要求1所述的血管内血泵，其中所述线圈中的每个包括N/2个绕组匝或(N
±
1)/2个绕组匝，其中N是常规定子绕组的线圈中的绕组匝数，所述常规定子绕组具有np个线圈，所述np个线圈缠绕以形成每相每磁极对一个线圈，其中N为≥1的整数。3.根据权利要求1和2中任一项所述的血管内血泵，其中每个相的所述两个线圈串联连接，使得它们的起始端子或它们的结束端子连接在一起。4.根据权利要求1和2中任一项所述的血管内血泵，其中每个相的所述两个线圈以星形或三角形配置连接到其他相的所述线圈。5.根据权利要求1所述的血管内血泵，其中所述2np个线圈包括螺旋绕组、斜方形绕组、常规绕组和混合绕组中的任一种。6.根据权利要求1和5中任一项所述的血管内血泵，其中所述定子绕组具有线圈利用率函数，所述线圈利用率函数限定了所述线圈的相对于所述定子绕组的纵向长度的竖直分量，所述竖直分量与所述转子的磁场相互作用以有助于在所述马达中生成的所述扭矩，当所述竖直分量是所述定子绕组的所述纵向长度的三分之二时，所述线圈利用率函数最大化。7.根据权利要求6所述的血管内血泵，所述线圈利用率函数对于所有相具有相同的形式，并且对于每个相偏移360/n电角度。8.根据权利要求7所述的血管内血泵，其中所述线圈利用率函数限定了线圈的相对于所述定子绕组的所述纵向长度的竖直分量，所述竖直分量有助于在所述马达中生成的扭矩。9.根据权利要求1和5中任一项所述的血管内血泵，其中所述马达包括三相两极机。10.根据权利要求1和5中任一项所述的血管内血泵，其中所述马达包括六线圈两极机，每个线圈围绕所述定子绕组的所述横截面跨越60机械角度。11.根据权利要求9所述的血管内血泵，其中所述马达生成的扭矩常数比具有其中np个线圈缠绕以形成每相每磁极对一个线圈的定子绕组的马达生成的所述扭矩大约15.5％。12.根据权利要求1和5中任一项所述的血管内血泵，其中所述转子以约1.0lpm至约
6.0lpm之间的速率泵送血液。13.一种无槽永磁电动马达，其具有p个磁极对和n个相，...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：阿比奥梅德公司，
类型：发明
国别省市：