CN107469169A - 一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵，它解决了轴流式血泵的悬浮间隙无法有效减小的问题，将径向永磁轴承和叶轮采用错位布置，在不增大磁铁尺寸的情况下减小了悬浮间隙，提高了悬浮磁力，其技术方案为：包括泵壳，在泵壳内血液入口端设有前导叶，在泵壳内血液出口端设有后导叶；所述前导叶和后导叶之间轴向设置叶轮，在叶轮的径向方向上设有永磁轴承，永磁轴承包括静磁铁环和动磁铁环，所述动磁铁环的转子外圆与叶轮根部位于不同直径圆上。

Description

一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵。

背景技术

目前，血泵作为终末期心力衰竭短期或长期的辅助治疗装置发展十分迅速，目前已发展到了第三代-磁力(液力)支承血泵，有离心式和轴流式两种。相比于传统机械支承的旋转血泵，磁悬浮血泵依靠磁力使叶轮转子悬浮在泵体内，具有无摩擦、无机械接触、无需润滑、能耗低、寿命长等特点。轴流式血泵外形为管状且尺寸较小，更适合植入人体。因此，轴流式磁悬浮血泵已成为人工心脏领域的重要研究方向。

为适应人体需要和便于移植，轴流式磁悬浮血泵要求轴向尺寸不能太长，径向尺寸要小，整体结构紧凑，这里错位就使得轴向尺寸减小了。

轴流式磁悬浮血泵整体结构可以分为三大部分：流体部分、支承部分和驱动部分。流体部分包括流道泵腔、前导叶、叶轮和后导叶；支承部分由轴向轴承、径向磁力轴承构成；驱动部分则是指永磁电机。其中电机定子位于泵壳外部。通常情况下径向轴承定子也置于泵壳外表面，电机转子、径向磁力轴承转子与回转芯轴配合在一起，一起置于叶轮转子内，这样电机驱动转子旋转时也带动叶轮转动。

在轴流血泵中，要保证血流量必须保证一定的叶轮高度，一般轴流血泵结构中叶轮的叶片位于永磁径向轴承的定子和转子之间，因此，磁悬浮轴承的支承间隙受叶轮高度的限制不可能减小，而磁力是与间隙的平方成反比，所以间隙大悬浮磁力就小，径向轴承刚度就很小，为此有的轴流血泵在径向就采用液悬浮，又会带来一些其它问题。

综上所述，现有技术中对于轴流式血泵的悬浮间隙无法有效减小的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵，其将径向永磁轴承和叶轮采用错位布置，在不增大磁铁尺寸的情况下减小了悬浮间隙，提高了悬浮磁力；

进一步的，本发明采用下述技术方案：

一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵，包括泵壳，在泵壳内血液入口端设有前导叶，在泵壳内血液出口端设有后导叶；所述前导叶和后导叶之间轴向设置叶轮，在叶轮的径向方向上设有永磁轴承，永磁轴承包括静磁铁环和动磁铁环，所述动磁铁环的转子外圆和叶轮的根部位于不同直径圆上。将动磁铁环的转子外圆和叶轮根部设置在不同直径圆上，实现了永磁轴承相对于叶轮的错位设置，可以在不增大磁铁尺寸的情况下提高悬浮磁力。

进一步的，所述泵壳中心设置回转芯轴。回转芯轴作为支承件，安装电机磁钢、径向磁力轴承转子与叶轮，这样在电机驱动转子旋转时也带动叶轮转动。

进一步的，所述前导叶和后导叶均套设于回转芯轴外部，且前导叶与回转芯轴之间设有间隙，后导叶与回转芯轴之间也设有间隙。前导叶与回转芯轴之间的间隙作为血液的流道，后导叶和回转芯轴的间隙可以使得出口处的血液在压差作用下流向叶轮后端面，设置两间隙在合理范围内，可以消除血液流动滞止，避免血栓。

进一步的，所述永磁轴承包括两个，其中一个的静磁铁环设置于前导叶内，动磁铁环设置于回转芯轴内；另一个的静磁铁环设置于后导叶内，动磁铁环设置于回转芯轴内。

进一步的，在所述泵壳内的轴向方向上设有液膜轴承或耐磨轴承或磁悬浮轴承。

进一步的，所述回转芯轴在血液出口端设有耐磨轴承或液膜轴承或磁悬浮轴承。

进一步的，在所述泵壳外圈设置电机定子，在回转芯轴外圈设有与电机定子相对的电机磁钢，电机磁钢位于叶轮内部。

进一步的，所述叶轮外部带有螺旋沟槽。当叶轮旋转时，推动血液沿着沟槽螺旋线方向从血泵进口向出口流动。

或者，本发明的另一种可能的技术方案为：

一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵，包括泵壳，在泵壳内血液入口端设有前导叶，在泵壳内血液出口端设有后导叶；所述前导叶和后导叶之间轴向设置叶轮，在叶轮的径向方向上设有永磁轴承，永磁轴承包括静磁铁环和动磁铁环，所述动磁铁环的转子外圆和叶轮的根部位于不同直径圆上。将动磁铁环的转子外圆和叶轮根部设置在不同直径圆上，实现了永磁轴承相对于叶轮的错位设置，可以在不增大磁铁尺寸的情况下提高悬浮磁力。

进一步的，所述永磁轴承包括两个，两个永磁轴承的静磁铁环均位于泵壳外部，两个永磁轴承的动磁铁环均位于叶轮内部。

进一步的，所述泵壳内设置两个耐磨轴承，其中一个位于前导叶尾部，另一个位于后导叶首部。

进一步的，所述泵壳外部设有电机定子，在叶轮内部设有与电机定子相对的电机磁钢。

进一步的，所述叶轮外部带有螺旋沟槽。当叶轮旋转时，推动血液沿着沟槽螺旋线方向从血泵进口向出口流动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的血泵在叶轮与永磁径向轴承采用错位设置，叶轮和驱动电机在转子的中间，永磁径向轴承在叶轮的两端，解决叶轮高度不变情况下减小永磁径向轴承的悬浮间隙从而减小径向永磁轴承的体积，在不增大磁铁尺寸的情况下提高悬浮磁力。

本发明利用径向永磁轴承与叶轮错位布置的新结构，使得悬浮间隙减小，可以在不增大磁铁尺寸的情况下提高悬浮磁力，同时保证叶轮一定的高度悬浮间隙。通过叶轮与径向永磁轴承错位设计可以实现减小泵体积同时降低功耗。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例1的轴流式血泵的结构示意图；

图2为本发明实施例2的轴流式血泵的结构示意图；

图中，1泵壳，2后径向永磁轴承，3电机磁钢，4回转芯轴，5液膜轴承，6前径向永磁轴承，7前导叶，8叶轮，9电机定子，10后导叶，11耐磨轴承，12前导叶，13泵壳，14前径向永磁轴承，15叶轮，16电机，17后径向永磁轴承，18后导叶，19耐磨轴承。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在轴流式血泵的悬浮间隙无法有效减小的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵，主要由泵壳1、后径向永磁轴承2、电机磁钢3、回转芯轴4、液膜轴承5、前径向永磁轴承6、前导叶7、叶轮8、电机定子9、后导叶10、耐磨轴承11构成；

前导叶7与后导叶10固定在泵壳1内部，叶轮8外部带有螺旋沟槽，叶轮8正常工作时与四周没有接触，径向由前径向永磁轴承6、后径向永磁轴承2支承。每个径向轴承都是由两个环形永磁体组成，即外部的静磁铁环和内部的动磁铁环，动磁铁环处转子外圆和叶轮8的根部位于不同直径圆上。此时为了增大径向斥力径向磁轴承间隙可以做到较小，因为永磁轴承中永磁体内外环极性相反、磁力相等，所以在斥力作用下叶轮8实现径向悬浮。

电磁铁吸力公式如下：

μ₀------真空磁导率；

n------绕组的匝数；

i------绕组中的激磁电流；

s------铁心的横截面积；

z------气隙的长度。

由公式可知，理论上磁铁间的吸(斥)力与距离z的平方成反比，所以间隙大小对磁铁间力的大小影响很大。

泵壳1中心设置回转芯轴4，前导叶7和后导叶10均套设于回转芯轴4外部，且前导叶7与回转芯轴4之间设有间隙，后导叶10与回转芯轴4之间也设有间隙。本实施例的永磁轴承设置两个，前径向永磁轴承6的静磁铁环设置于前导叶7内，动磁铁环设置于回转芯轴4内；后径向永磁轴承2的静磁铁环设置于后导叶10内，动磁铁环设置于回转芯轴4内。

叶轮8的轴向悬浮采用液膜轴承5、耐磨轴承11、径向永磁轴承产生的轴向力构成，液膜轴承5设置于轴向方向前导叶7的尾部，耐磨轴承11设置于回转芯轴4的血液出口端，耐磨轴承11尾端抵靠于后导叶10内右侧端部位置。本实施例的轴向轴承采用液膜轴承5、耐磨轴承11，实际应用时设置为液膜轴承、耐磨轴承、磁悬浮轴承都可以。

泵壳1内在回转芯轴4上嵌设电机磁钢3，电机磁钢3位于叶轮8内部，泵壳1外部对应于叶轮8处设置电机定子9。在血泵内设置一个电机，电机定子9，包含硅钢片和线圈。

正常工作时，血液从图1中左边流入(此为血液入口端)，此时依靠径向轴承径向斥力产生的轴向力使回转芯轴4顶在后端，如有突然撞击使叶轮向左移动时，液膜轴承5起作用，防止叶轮撞击前导叶7，外力消除后，叶轮在径向永磁轴承产生的轴向力作用下迅速复位。

当叶轮8转动时，左边进口端血液由两条通道吸入，一条为前导叶7与泵壳1之间，此为主流道，一条为前径向永磁轴承6之间的间隙，随后血液由叶轮8推动到右边血泵输出端。输出端的血流绝大部分顺着出口流出，另外有少部分血液由于压差作用，顺着后径向永磁轴承2之间的间隙从出口向叶轮后端面流动。考虑合适的永磁轴承间隙，可以消除血液流动滞止，避免血栓。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵，如图2所示，主要由泵壳13、后径向永磁轴承17、电机16、前径向永磁轴承14、前导叶12、叶轮15、电机16、后导叶18、耐磨轴承19构成；

前导叶12与后导叶18固定在泵壳13内部，叶轮15外部带有螺旋沟槽，叶轮15正常工作时与四周没有接触，径向由前径向永磁轴承14、后径向永磁轴承17支承。每个径向轴承都是由两个环形永磁体组成，即外部的静磁铁环和内部的动磁铁环，动磁铁环处转子外圆和叶轮15的根部位于不同直径圆上。叶轮15径向悬浮在泵壳13之间。

本实施例中，前径向永磁轴承14、后径向永磁轴承17的静磁铁环均位于泵壳13外部，动磁铁环均位于泵壳13内部，埋在叶轮15两端内部，叶轮15叶片高度不变情况下让径向永磁轴承内外环间隙尽量小。

泵壳13内设置两个耐磨轴承19，其中一个位于前导叶12尾部，另一个位于后导叶18首部；叶轮15的轴向支承采用两个耐磨轴承19实现。

在对应于叶轮15处设有电机16，电机16定子在泵壳13外部设置，电机16磁钢在叶轮15内部设置，电机磁钢和电机定子相对设置。

永磁轴承的错位设置也可以采用其他方式，只要径向永磁轴承的动磁铁环处转子外圆与叶轮根部不在一个直径圆上即可。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有错位设计径向永磁轴承的轴流式血泵，其特征是，包括泵壳，在泵壳内血液入口端设有前导叶，在泵壳内血液出口端设有后导叶；所述前导叶和后导叶之间轴向设置叶轮，在叶轮的径向方向上设有永磁轴承，永磁轴承包括静磁铁环和动磁铁环，所述动磁铁环的转子外圆和叶轮的根部位于不同直径圆上。

2.如权利要求1所述的轴流式血泵，其特征是，所述泵壳中心设置回转芯轴；所述前导叶和后导叶均套设于回转芯轴外部，且前导叶与回转芯轴之间设有间隙，后导叶与回转芯轴之间也设有间隙。

3.如权利要求2所述的轴流式血泵，其特征是，所述永磁轴承包括两个，其中一个的静磁铁环设置于前导叶内，动磁铁环设置于回转芯轴内；另一个的静磁铁环设置于后导叶内，动磁铁环设置于回转芯轴内。

4.如权利要求1所述的轴流式血泵，其特征是，在所述泵壳内的轴向方向上设有液膜轴承或耐磨轴承或磁悬浮轴承。

5.如权利要求1所述的轴流式血泵，其特征是，所述回转芯轴在血液出口端设有耐磨轴承或液膜轴承或磁悬浮轴承。

6.如权利要求2所述的轴流式血泵，其特征是，在所述泵壳外圈设置电机定子，在回转芯轴外圈设有与电机定子相对的电机磁钢，电机磁钢位于叶轮内部。

7.如权利要求1所述的轴流式血泵，其特征是，所述叶轮外部带有螺旋沟槽。

8.如权利要求1所述的轴流式血泵，其特征是，所述永磁轴承包括两个，两个永磁轴承的静磁铁环均位于泵壳外部，两个永磁轴承的动磁铁环均位于叶轮内部。

9.如权利要求1或8所述的轴流式血泵，其特征是，所述泵壳内设置两个耐磨轴承，其中一个位于前导叶尾部，另一个位于后导叶首部。

10.如权利要求1或8所述的轴流式血泵，其特征是，所述泵壳外部设有电机定子，在叶轮内部设有与电机定子相对的电机磁钢。