一种人工血泵的转子结构的制作方法 专利技术说明

医药医疗技术的改进;医疗器械制造及应用技术1.本发明涉及心脏辅助装置技术领域，具体涉及一种人工血泵的转子结构。背景技术：2.心力衰竭(heart failure)简称心衰，是指由于心脏的收缩功能和(或)舒张功能发生障碍，不能将静脉回心血量充分排出心脏，导致静脉系统血液淤积，动脉系统血液灌注不足，从而引起心脏循环障碍症候群，此种障碍症候群集中表现为肺淤血、腔静脉淤血。心力衰竭并不是一个独立的疾病，而是心脏疾病发展的终末阶段。其中绝大多数的心力衰竭都是以左心衰竭开始的，即首先表现为肺循环淤血。心衰药物治疗二年存活率约80％，五年存活率仅50％左右。心衰的治疗必须寻求突破，才能挽救大量的频死人群。3.人工心脏作为一种可代替心脏完成泵血功能的机械装置，近年来得到了长足发展。人工心脏主要包括人工血泵(泵血单元)、驱动装置、控制系统和能源四部分。其中，血泵的设计是影响人工心脏输血性能的关键因素。磁悬浮血泵作为第三代人工心脏泵，由于磁悬浮泵转子和四周没有接触，能避免轴承摩擦对血液的损伤，血液相容性好，并且体积不大，可植入胸腔，是目前性能最好的血泵。4.现有技术中的磁悬浮血泵为了实现转子旋转和悬浮的效果，往往设有一个用于实现悬浮功能的悬浮线圈和一个实现旋转效果的旋转线圈，这样就使得现有技术的磁悬浮血泵往往存在体积较大且转子稳定性差的问题。5.为了解决上述技术问题，发明人发明了一种磁悬浮轴向端部双电机血泵，该血泵具有两个磁驱动装置和一个转子，转子环绕在中间轴外，两个磁驱动装置分别设置在转子的轴向两侧，两个磁驱动装置能够分别对转子产生电磁力，同时该磁驱动装置仅依靠一个定子线圈就能够同时实现转子的旋转和轴向悬浮的效果，而在实现转子的径向悬浮效果时，采用的是在中间轴内设置永磁组件的结构形式，利用中间轴内永磁组件与转子之间的作用力实现转子的径向悬浮，故发明人发明的这种磁悬浮轴向端部双电机血泵能够大大减小了整个血泵的体积，同时两个磁驱动装置同时对转子进行作用，也大大提高了转子的稳定性，但是该转子结构具体应该如何设计，才能与两个磁驱动装置和中间轴相互作用，以实现转子悬浮和旋转效果也成为了急需解决的技术问题。技术实现要素：6.针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够与两个磁驱动装置和中间轴相互作用，进而实现转子悬浮和旋转效果的人工血泵的转子结构。7.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种人工血泵的转子结构，所述转子结构包括叶轮，所述叶轮包括叶轮体和叶轮盖，在所述叶轮体的一侧开设有环形的第一凹槽和多个第二凹槽，多个所述第二凹槽沿所述叶轮体的周向均布，所述转子结构还包括第一永磁组件和第二永磁组件，所述第一永磁组件包括多个第一永磁体，多个所述第一永磁体依次沿轴向贴合布置在所述第一凹槽内，所述第二永磁组件包括多个第二永磁体，多个所述第二永磁体沿所述叶轮体的周向均布，且所述第二永磁体与所述第二凹槽一一对应并安装在所述第二凹槽内，所述叶轮盖安装在所述叶轮体开设所述第一凹槽和所述第二凹槽的一侧，且所述叶轮盖分别将所述第一永磁组件和所述第二永磁组件封装在所述第一凹槽和所述第二凹槽内。8.本方案中，以转子旋转轴线所在的方向为轴向，与转子轴线垂直的方向为径向。9.本发明的工作原理是：本发明的转子结构应用在血泵中时，转子的环绕在中间轴上，并在转子的轴向两侧设置磁驱动装置，其中转子第一凹槽内的第一永磁组件极性的选择需要与中间轴内的永磁组件为同性磁极相对而成相互排斥的状态，同时转子第一凹槽内的第一永磁组件和中间轴内的永磁组件之间的排斥力需在选择时远远大于转子自身的重力，由此使得转子的重力可以忽略不仅，此时利用转子第一凹槽内的第一永磁组件和中间轴内的永磁组件之间的排斥力可以使得转子在径向方向处于静止状态，且该排斥力还使得中间轴和转子之间具有径向间隙，由此实现转子的径向悬浮效果。同时，此时中间轴的永磁组件类似于传统电机轴承的内圈部分，而第一永磁组件则类似于轴承的外圈部分，由此本发明中轴承的内圈和外圈部分完全分离，从而使得转子可以达到更高的转速。10.而在实现转子的轴向悬浮和旋转的效果时，分别使得转子轴向两侧的磁驱动装置向转子内的第二永磁组件产生电磁力，同时使得磁驱动装置对转子内第二永磁组件产生的电磁力方向与转子旋转方向之间具有一定的夹角，且该夹角大于0°，这样使得磁驱动装置对转子的电磁力可以分解为沿转子旋转的切线方向的作用力和对转子轴向方向的作用力，此时，两个磁驱动装置的电磁力沿转子旋转的切线方向的作用力将共同推动转子旋转，同时两个磁驱动装置的电磁力沿轴向方向的作用力将同时对转子实现向中间推或向两侧拉的效果，将两个沿轴向方向的力设计的相同，故转子在两个轴向力的作用下将轴向悬浮在稳定的位置。11.综上，本方案的转子结构能够与两个磁驱动装置和中间轴相互作用，实现转子在轴向和径向方向的稳定悬浮，同时能够实现转子旋转的效果。同时，本方案的一个转子结构与两个磁驱动装置结构形式形成的血泵仅依靠磁驱动装置中的一个定子线圈就可以同时实现悬浮和旋转的效果，由此实现减小血泵体积和使用成本的目的。同时本发明转子轴向采用两个磁驱动装置的结构方式，使得两个磁驱动装置同时对转子施加作用力，由此使得转子悬浮时旋转的稳定性更好。12.优选的，所述叶轮体包括叶轮主体、以及沿所述叶轮主体周向均布的多个叶片，所述叶片整体呈弧形结构，在每个所述叶片上均设有一个第二凹槽，相邻两个所述叶片和所述叶轮主体之间形成液流通道，且所述液流通道的底面与水平面之间的夹角为所述液流通道的底面的安息角。13.这样，当血液流动到转子处且转子转动时，血液将主要被分散从两个叶片之间的液流通道处，由于液流通道的底面与水平面之间的夹角为液流通道底面的安息角（安息角，亦作休止角，是斜面使置于其上的物体处于沿斜面下滑的临界状态时，与水平表面所成的最小角度），故当血液在液流通道上流动时，血液将非常平稳的从液流通道上流过，血液不会与液流通道产生激烈的碰撞，血液中的细胞也不会受到较大的损伤，最终血液将非常平稳的从液流通道处流出，以此使得最终从血泵流出的血液也非常平稳，减小了转子转动对血液中细胞的破坏，从而更好的适应人体对血泵的需求。14.优选的，所述叶片背离所述叶轮盖的端面沿其外侧面方向逐渐向外倾斜，且该倾斜角度为1.5°‑3.5。15.这样，叶片背离叶轮盖的端面沿其外侧面方向逐渐向外倾斜，这样可以使得当叶片在血液中转动起来时，叶片能够产生陀螺效应，从而使得叶片具有保持其旋转方向的惯性，这样一旦叶片旋转起来，由于其产生的陀螺效应，此时磁驱动装置只需要对转子提供很小的电磁力就可以维持子的持续旋转，这样一方面可以减小维持转子旋转所消耗的能量，另一方面也可以减小磁驱动装置的发热，从而大大降低血泵使用过程中的能量消耗和发热现象，以更好的满足人体对于血泵的性能要求。16.优选的，所述叶轮盖上与所述液流通道对应的位置均设有与所述液流通道相适应的液流槽，所述叶轮盖的内端面分别与第一永磁组件和第二永磁组件相抵，所述叶轮盖的外端面沿其外侧面方向逐渐向外倾斜，且所述叶轮盖的外端面与所述叶轮体的对应端面平滑过渡。17.这样，叶轮该上的液流槽于液流通道相适应，保证血液的稳定流动效果，叶轮盖的外端面也沿其外侧面方向向外倾斜，叶轮盖上的该倾斜角度能够与叶轮体上的倾斜角度配合以更好的实现陀螺效应。18.优选的，所述叶轮盖的外端面沿其外侧面方向向外的倾斜角度为1.5°‑3.5°。19.这样，叶轮盖上的该倾斜角度可以更好的实现陀螺效应。20.优选的，所述叶片背离所述叶轮盖的一端凸出于所述叶轮主体，且所述叶片朝向所述叶轮盖的一端与所述叶轮主体的端面齐平。21.这样，当血液流入到叶片时，叶片凸出于叶轮主体能够将血液基本都集中在叶片处，并随着叶片的转动从各个液流通道处流出，从而保证了对血液的输送效果。22.优选的，所述叶轮主体和所述叶片的相接处均设有圆弧形倒角，且所述叶轮主体和所述叶片的四周均设有圆弧形倒角。23.这样，圆弧形倒角能减小对血液流动的影响。24.优选的，所述叶轮体朝向所述叶轮盖的一侧沿径向方向向外依次设有第一台阶部、第二台阶部和第三台阶部，所述第一台阶部和所述第二台阶部之间形成第一凹槽，所述第二台阶部和所述第三台阶部之间形成第二凹槽，且所述第一台阶部朝向所述叶轮盖的端面和所述第二台阶部朝向所述叶轮盖的端面齐平，所述第二台阶部朝向所述叶轮盖的端面低于所述第三台阶部朝向所述叶轮盖的端面。25.优选的，所述叶轮盖包括与所述第一凹槽位置对应的第一盖体部、以及与所述第二凹槽位置相对应的第二盖体部，所述第一盖体部朝向所述第一永磁组件的一端向外凸出并伸入到所述第一凹槽内与所述第一永磁组件相抵，所述第二盖体部朝向所述第二永磁组件的一端与所述第二永磁组件相抵。26.优选的，所述叶轮体和所述叶轮盖均采用钛合金制成。27.这样，由于叶轮体和叶轮盖是直接与人体的血液进行接触的，故均使用钛合金。附图说明28.图1为本发明人工血泵的转子结构的结构示意图；图2为本发明人工血泵的转子结构另一侧的结构示意图；图3为本发明人工血泵的转子结构的剖视图；图4为本发明人工血泵的转子结构中去除叶轮盖后的结构示意图；图5为本发明人工血泵的转子结构中叶轮体的结构示意图；图6为本发明人工血泵的转子结构与磁驱动装置和中间轴配合使用时的结构示意图。29.附图标记说明：叶轮体1、第一台阶部101、第二台阶部102、第三台阶部103、第一凹槽104、第二凹槽105、叶轮盖2、叶片3、叶轮主体4、液流通道5、第一永磁组件6、第二永磁组件7、磁驱动装置8、中间轴9。具体实施方式30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。31.本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。32.如附图1到附图5所示，一种人工血泵的转子结构，转子结构包括叶轮，叶轮包括叶轮体1和叶轮盖2，在叶轮体1的一侧开设有环形的第一凹槽104和多个第二凹槽105，多个第二凹槽105沿叶轮体1的周向均布，转子结构还包括第一永磁组件6和第二永磁组件7，第一永磁组件6包括多个第一永磁体，多个第一永磁体依次沿轴向贴合布置在第一凹槽104内，第二永磁组件7包括多个第二永磁体，多个第二永磁体沿叶轮体1的周向均布，且第二永磁体与第二凹槽105一一对应并安装在第二凹槽105内，叶轮盖2安装在叶轮体1开设第一凹槽104和第二凹槽105的一侧，且叶轮盖2分别将第一永磁组件6和第二永磁组件7封装在第一凹槽104和第二凹槽105内。33.本方案中，以转子旋转轴线所在的方向为轴向，与转子轴线垂直的方向为径向。34.本发明的工作原理是：本发明的转子结构应用在血泵中时，转子的环绕在中间轴9上，并在转子的轴向两侧设置磁驱动装置8（如附图6所示），其中转子第一凹槽104内的第一永磁组件6极性的选择需要与中间轴9内的永磁组件为同性磁极相对而成相互排斥的状态，同时转子第一凹槽104内的第一永磁组件6和中间轴9内的永磁组件之间的排斥力需在选择时远远大于转子自身的重力，由此使得转子的重力可以忽略不仅，此时利用转子第一凹槽104内的第一永磁组件6和中间轴9内的永磁组件之间的排斥力可以使得转子在径向方向处于静止状态，且该排斥力还使得中间轴9和转子之间具有径向间隙，由此实现转子的径向悬浮效果。同时，此时中间轴9的永磁组件类似于传统电机轴承的内圈部分，而第一永磁组件6则类似于轴承的外圈部分，由此本发明中轴承的内圈和外圈部分完全分离，从而使得转子可以达到更高的转速。35.而在实现转子的轴向悬浮和旋转的效果时，分别使得转子轴向两侧的磁驱动装置8向转子内的第二永磁组件7产生电磁力，同时使得磁驱动装置8对转子内第二永磁组件7产生的电磁力方向与转子旋转方向之间具有一定的夹角，且该夹角大于0°，这样使得磁驱动装置8对转子的电磁力可以分解为沿转子旋转的切线方向的作用力和对转子轴向方向的作用力，此时，两个磁驱动装置8的电磁力沿转子旋转的切线方向的作用力将共同推动转子旋转，同时两个磁驱动装置8的电磁力沿轴向方向的作用力将同时对转子实现向中间推或向两侧拉的效果，将两个沿轴向方向的力设计的相同，故转子在两个轴向力的作用下将轴向悬浮在稳定的位置。36.综上，本方案的转子结构能够与两个磁驱动装置8和中间轴9相互作用，实现转子在轴向和径向方向的稳定悬浮，同时能够实现转子旋转的效果。同时，本方案的一个转子结构与两个磁驱动装置8结构形式形成的血泵仅依靠磁驱动装置8中的一个定子线圈就可以同时实现悬浮和旋转的效果，由此实现减小血泵体积和使用成本的目的。同时本发明转子轴向采用两个磁驱动装置8的结构方式，使得两个磁驱动装置8同时对转子施加作用力，由此使得转子悬浮时旋转的稳定性更好。37.在本实施例中，叶轮体1包括叶轮主体4、以及沿叶轮主体4周向均布的多个叶片3，叶片3整体呈弧形结构，在每个叶片3上均设有一个第二凹槽105，相邻两个叶片3和叶轮主体4之间形成液流通道5，且液流通道5的底面与水平面之间的夹角为液流通道5的底面的安息角。38.这样，当血液流动到转子处且转子转动时，血液将主要被分散从两个叶片3之间的液流通道5处，由于液流通道5的底面与水平面之间的夹角为液流通道5底面的安息角（安息角，亦作休止角，是斜面使置于其上的物体处于沿斜面下滑的临界状态时，与水平表面所成的最小角度），故当血液在液流通道5上流动时，血液将非常平稳的从液流通道5上流过，血液不会与液流通道5产生激烈的碰撞，血液中的细胞也不会受到较大的损伤，最终血液将非常平稳的从液流通道5处流出，以此使得最终从血泵流出的血液也非常平稳，减小了转子转动对血液中细胞的破坏，从而更好的适应人体对血泵的需求。39.在本实施例中，液流通道5的底面沿叶轮的转动方向弯曲。40.这样，液流通道5的底面沿叶轮的转动方向弯曲，可以更好的实现对血液的引流效果。41.在本实施例中，液流通道5的两个侧面均沿叶轮的转动方向弯曲。42.这样，液流通道5的两个侧面也沿叶轮的转动方向弯曲，利用液流通道5的两个侧面也能够进一步实现对血液的引流效果。43.在本实施例中，叶片3背离叶轮盖2的端面沿其外侧面方向逐渐向外倾斜，且该倾斜角度为1.5°‑3.5，即附图3中的ɵ1。44.这样，叶片3背离叶轮盖2的端面沿其外侧面方向逐渐向外倾斜，这样可以使得当叶片3在血液中转动起来时，叶片3能够产生陀螺效应，从而使得叶片3具有保持其旋转方向的惯性，这样一旦叶片3旋转起来，由于其产生的陀螺效应，此时磁驱动装置8只需要对转子提供很小的电磁力就可以维持子的持续旋转，这样一方面可以减小维持转子旋转所消耗的能量，另一方面也可以减小磁驱动装置8的发热，从而大大降低血泵使用过程中的能量消耗和发热现象，以更好的满足人体对于血泵的性能要求。45.在本实施例中，叶片3背离叶轮盖2的端面沿其外侧面方向向外的倾斜角度为2°。46.在本实施例中，叶轮盖2上与液流通道5对应的位置均设有与液流通道5相适应的液流槽，叶轮盖2的内端面分别与第一永磁组件6和第二永磁组件7相抵，叶轮盖2的外端面沿其外侧面方向逐渐向外倾斜，且叶轮盖2的外端面与叶轮体1的对应端面平滑过渡。47.这样，叶轮该上的液流槽于液流通道5相适应，保证血液的稳定流动效果，叶轮盖2的外端面也沿其外侧面方向向外倾斜，叶轮盖2上的该倾斜角度能够与叶轮体1上的倾斜角度配合以更好的实现陀螺效应。48.在本实施例中，叶轮盖2的外端面沿其外侧面方向向外的倾斜角度为1.5°‑3.5°，即附图3中的ɵ2。49.这样，叶轮盖2上的该倾斜角度可以更好的实现陀螺效应。50.在本实施例中，叶轮盖2的外端面沿其外侧面方向向外的倾斜角度为2°。51.在本实施例中，叶片3背离叶轮盖2的一端凸出于叶轮主体4，且叶片3朝向叶轮盖2的一端与叶轮主体4的端面齐平。52.这样，当血液流入到叶片3时，叶片3凸出于叶轮主体4能够将血液基本都集中在叶片3处，并随着叶片3的转动从各个液流通道5处流出，从而保证了对血液的输送效果。53.在本实施例中，叶轮主体4和叶片3的相接处均设有圆弧形倒角，且叶轮主体4和叶片3的四周均设有圆弧形倒角。54.这样，圆弧形倒角能减小对血液流动的影响。55.在本实施例中，叶轮体1朝向叶轮盖2的一侧沿径向方向向外依次设有第一台阶部101、第二台阶部102和第三台阶部103，第一台阶部101和第二台阶部102之间形成第一凹槽104，第二台阶部102和第三台阶部103之间形成第二凹槽105，且第一台阶部101朝向叶轮盖2的端面和第二台阶部102朝向叶轮盖2的端面齐平，第二台阶部102朝向叶轮盖2的端面低于第三台阶部103朝向叶轮盖2的端面。56.在本实施例中，叶轮盖2包括与第一凹槽104位置对应的第一盖体部、以及与第二凹槽105位置相对应的第二盖体部，第一盖体部朝向第一永磁组件6的一端向外凸出并伸入到第一凹槽104内与第一永磁组件6相抵，第二盖体部朝向第二永磁组件7的一端与第二永磁组件7相抵。57.在本实施例中，叶轮体1和叶轮盖2均采用钛合金制成。58.这样，由于叶轮体1和叶轮盖2是直接与人体的血液进行接触的，故均使用钛合金。59.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。









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