CN1330561A

CN1330561A - 脉动泵

Info

Publication number: CN1330561A
Application number: CN99814681A
Authority: CN
Inventors: 厄休拉·布吕什克; 曼弗莱德·格尔纳; 享德里克·海因策; 彼得拉·基拉特; 约翰内斯·米勒; 沃纳·诺伊曼; 彼得·尼塞尔
Original assignee: BERLIN KARDIOTECHNIK GmbH
Current assignee: BERLIN KARDIOTECHNIK GmbH
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2002-01-09
Also published as: CA2355324A1; EP1140249A1; DE19963533A1; AU2284400A; RU2211709C2; WO2000037126A1; JP2002532204A

Abstract

本发明涉及一种脉动泵以及一种支持或替代人体或动物心脏的血液泵。本发明的目的是提供一种泵驱动器和泵,其具有小体积,尤其是较低的总高度,操作期间没有自身移动,并且质量小。为此,本发明提供一种脉动泵,该脉动泵包括设置在壳体内的一个定子和一个相对于所述定子可由电磁力和弹簧力移动的激励器,所述激励器在一个第一位置和一个第二位置之间来回移动,由此增加或减小带有一个吸入孔和一个排放孔的流体腔的体积,其特征在于:激励器(15)包括在邻接定子(12)一侧的凹进部分(154)和突出部分(121),它们可与所述定子(12)的结构相应并与定子(12)相互啮合。

Description

脉动泵

本发明涉及一种按照权利要求1的现有技术部分所述的脉动泵，以及一种用于支持或代替人类或动物心脏的血泵。

从DE-C1-19609281中已知一种血泵的电磁驱动器，其中两个半芯彼此相对移动，与激励线圈一起形成一个铁芯磁路。一个半芯固定于血泵壳体，而另一个半芯根据排出位置和引入位置之间的磁力激发向后和向前移动。在排放位置，血泵的一个血腔室被压缩，血液通过排出阀排出。由于在电磁回路的间隙中磁性流体的采用，驱动器的磁特性得到改善，所以泵的体积可被缩小。

US-A-5599173描述了一种带有一个可变形血液腔室的血泵，该泵具有一对相对的实质上为平面的圆形壁。这些壁被一对螺线管驱动器加压板压缩以排空血液腔室。

前述出版物中已知的驱动器或血液泵具有这样的缺点，即它们占用相对大的空间。因此，在人体或动物体内的移植相对困难或变得不可能。

本发明的目的是提供泵的驱动器以及泵，其通过小的设计体积尤其是具有小的设计高度而区别于现有技术，在操作过程中没有自身移动并且质量小。

本发明的目的是由具有权利要求1特征和权利要求22特征的脉动泵实现的。本发明优选的和有利的改进在从属权利要求中给出。

因此，按照本发明的方案提供了一种尺寸减小的驱动***，在以这种方式形成驱动器定子和激励器的情况下，它们在两种可能的端部位置的一种或另一种位置(啮合位置)相互啮合并因此提供仅仅一个小的设计高度。由此啮合部件的设计高度小于定子和激励器的设计高度的总和。

以这种方式提供了一种非常扁平的驱动器，因此可以进一步有利地形成一种按照本发明技术方案的非常扁平的血液泵。这种血液泵能够较好地被植入。

在本发明的一个优选实施例中，定子和激励器一起在相互啮合位置形成一个高度，其仅仅稍微大于定子的高度。所以与已知的驱动器相比，驱动器高度或带有所述驱动器的泵的高度的几乎二等分是可能的。

有益地，定子以及激励器具有磁芯组件，所述组件沿周边延伸并实质上具有一个U形横截面，在啮合位置它们相互配合。磁芯组件的U形横截面设计使得具有简单几何结构的磁芯组件能够相互啮合。在这种情况下，用于磁激发由定子和激励器形成的磁回路的环形磁线圈最好***定子的U形横截面凹进部分内。这样就提供了一个紧凑的几何结构。进一步，由于磁线圈整体***定子内，磁线圈被稳定地固定并且不会移动，所以在血液泵工作期间节约了能量。被移动的质量由此被减小。由于移动件没有流动支撑面，进一步增加了可靠性。

这里应当注意本发明特别涉及电磁驱动器。可是本发明并没有局限于这种驱动器，而是包括所有泵的驱动器，所述的泵带有一个定子和一个可移动激励器。所述激励器例如也能够被电磁驱动、电液压或电气动驱动。

按照本发明的驱动器(定子-激励器-结合)最好具有在啮合位置将力沿着另一位置方向施加到激励器上的装置。所述装置尤指弹簧装置，当停止磁激发时，该装置将激励器从定子分离并且压靠所述流体腔，从而排放要被输送的流体。激励器此时最好在其对着流体腔的侧面形成一个实质上扁平的压力板，以便流体腔均匀地受到压缩。

流体腔是通过隔膜形成的，其以一种非固定状态靠着激励器的所述压力板。在本发明的一个实施例中，压力板具有压力补偿孔，其补偿在泵送过程中产生的下部和上部压力并且防止隔膜的粘附。通过压力板表面的仿形进一步防止了隔膜的粘附。

这就提供了在啮合位置激励器和定子仅在邻接面相互接触，以致不会出现部件的倾斜或卡滞、摩擦损失、材料磨损、噪音污染等现象。

在按照权利要求11到16的本发明的进一步的实施例中，所述定子-激励器-结合具有一个导引装置，激励器支撑在所述导引装置上，通过该装置激励器相对于定子可间歇移动。激励器的导引装置引起在两个端部位置之间的一个限定的间歇移动，以致激励器和定子都可被形成扁平形状，由于这种扁平设计，消除或减小了易于出现的激励器和定子的倾斜和卡滞。

所述导引装置被有利地在中心设置，以便给定一种对称设置，仅用一个导引装置就能防止或减小倾斜。由于采用中心导引装置，组件数量少，由此进一步增加了驱动装置的紧凑性。

在一个变形实施例中所述导引装置具有一个纵向导引件，尤其是具有一个驱动器中心导引销，激励器可纵向移动地支撑在该导引销上。可替换地，所述导引装置采用合适的片簧装置而形成，作为一个片簧导引装置。这里省去了所需的中心导引件，以致进一步增加了驱动器的紧凑性。所述片簧装置也以一种找正方式作用，即在激励器上的非中心作用力沿中心装置方向经受一个反作用力，以便达到相对于定子按所需的取向对激励器进行调节。

理想地，所述导引装置被形成为一种线性导引装置，该装置仅具有一个沿轴向的自由度。然而由于定子和激励器的扁平设置和与其接触的小的导引装置长度，所以必须很精确地形成所述驱动器和导引组件。这是很麻烦的并且也是昂贵的，且常常达不到所需的精度。

所以，当采用轴向导引时，为了防止激励器在所述导引装置上和/或与定子的卡滞，所述导引装置可替换地被形成为一种摆动导引装置。这种方案允许出现激励器少量的倾斜。这种倾斜不会阻止驱动器的作用，这是由于按照本发明的定子和激励器之间的相互啮合，在该相互啮合位置达到了这些组件的一个被限定位置。例如通过一个片簧装置或一个连接于中心导引销的摆动轴承可以完成一个摆动导引装置。

激励器和定子最好转动对称地形成，这又增加了对驱动器设计的简化和紧凑性。

按照本发明的血液泵最好具有一个实质上扁平形成的围绕驱动器和泵腔体的壳体，并且具有被输送液体的吸入和排出孔，所述孔与泵腔体相连接。为此所述定子稳定地固定于所述壳体，同时激励器相对于定子和壳体是可移动的。

按照本发明的泵可具有一个或甚至几个定子-激励器-结合。采用两个电磁驱动器具有优点，这两个驱动器在泵壳体内对称相对设置。流体腔由此被设置在相应的激励器之间，并且由所述两个激励器从两侧压缩该腔体。带有两个对称设置驱动器的对称***的优点是其与单侧***相比，在泵泵送已植入所述泵的人体和动物体的过程中仅传输小的推进力。由于采用两个定子-激励器-结合，进一步提供了一个多余的***，当一个定子-激励器-结合停止工作时另一个仍可工作。

按照本发明的泵不局限于采用两个驱动装置。可以提供较大数量的驱动器，例如可提供四个驱动器。

本发明的带有极其扁平驱动器的泵最好具有手一样的尺寸，以便可将所述泵植入接受治疗的人体内不会出现问题。这种泵尤其用作支持或替代人体心脏的一个血液泵。

下面参考附图并通过几个实施例的方式对本发明进行详细描述。

图1a是带有吸引激励器的一个泵的图解示意图；

图1b是带有推进激励器的一个泵的图解示意图；

图2是带有填充液体腔的一个泵的图解示意图；

图2b是带有排空液体腔的一个泵的图解示意图；

图3是两个片簧的图解示意图；

图4是带有一个已知的摆动导向器的泵的图解剖面图；

图5是一个单片簧；

图6是带有压力盘簧的一个单片簧；

图7是带有压力盘簧的一个双片簧；

图8a-d是按照本发明的摆动导向器效果的图解示意图；

图9是借助挡簧和回转爪在激励器和定子之间连接的图解示意图；

图10a是扁平(薄片)血泵的图解剖面图；

图10b是血泵的顶视示意图。

图1a表示一个脉动泵，其形成一个单侧***，即形成一个激励器-定子-结合。该泵为扁平(薄片)环形形状。定子12和激励器15设置在壳体11中。激励器15在图1a所示的视图中被吸引，这使得流体腔16被填充。流体腔16被一个隔膜161向着激励器15限制。对激励器15的吸引通过磁线圈19进行，该线圈在这里形成一种环带。

图1b表示当磁线圈19切断后通过压力盘簧18的作用流体腔16受压缩期间的脉动泵。流体通过吸入或排放孔17从流体腔16中流出。

图2a和图2b表示当使用两个对称相对的定子-激励器-结合时脉动泵的抽吸过程。由于激励器15通过磁线圈19的闭合而被吸引，在泵内的流体腔16的腔体增加，由此使得流体腔16能够被填充。当切断磁线圈19后，在流体腔16排空过程中两个激励器15通过压力盘簧18而被压缩，其中流体的排空过程通过借助回转爪4和挡簧3(图9a到9d)的设置限制激励器15和定子12之间的最大距离而被终止。磁线圈19的电连接线路没有分别表示。在使用血泵情况下，操作泵的控制装置和电流供应装置可在外部携带，例如携带在病人的腰带上。

进一步，泵具有几个在一个环圈上设置的压力盘簧18，在激励器15上施加一个远离定子12的力。为了压力盘簧18在定子12和在激励器15中的支撑，在定子和激励器上提供小的凹进部分。

用于激励器15轴向导引的摆动轴承14通过连接件和给定销连接到激励器15的基板。特别从图4中可以清楚地看到，为了激励器15相对于定子12的倾斜，在轴向延伸导向销13上采用已知的摆动轴承14提供了两个附加的自由度。从图8a到图8d中可以看到激励器15的倾斜和补偿作用。

尽管通常的轴向导引装置特别用于防止在所述轴向导引装置上的件的倾斜，由于倾斜往往与不受欢迎的夹紧相联系，本发明借助摆动轴承14而允许存在倾斜，由此防止了导引装置13的卡滞。由于定子12的外径和激励器15中的相应凹进部分分别以这种方式相互适合，即，即使在激励器15的倾斜过程中也不会发生接触或仅在支撑面上发生接触，在这一位置也不会出现卡滞。所以可以进行激励器15相对于定子12的仅有一个轴向导引装置的安全导引。

流体泵的操作过程如下：

在磁线圈19的电流供应期间产生磁场，其在激励器15上施加一个沿定子12方向的力。激励器15因此沿着导引装置13向着定子12移动。与此同时，设置在那里的磁线圈19被接收在激励器15的凹进部分内。提供定子12和激励器15的相应形成的凹进部分和突出部分。

激励器现在处于相互啮合位置。随着激励器15的移动一起进入相互啮合位置，流体腔16的腔体增大，这导致被输送的流体通过吸入孔17流入。在流体填充期间，通过磁线圈19的电流保持稳定，以便保持所述磁力激发，激励器15和定子12在相互啮合位置保持一定时间，直到血液腔16被填充满血液为止。

为了排放液体，通过电流供应和控制装置中断磁线圈19的电流供应。由于压力盘簧18的夹紧力，激励器15沿血液腔16的方向移动，并且压缩血液腔16，由此其侧面形成为一个压力板5，同时上述被输送的血液通过排放孔18从泵中排出。在这种情况下提供合适的阀(未表示)，这控制血液的流动方向。所述运动在激励器15的一个进一步的端部位置终止。

在一个进一步的替换中，流体腔16具有压力补偿孔，用于防止高度抽空(真空)，通过该孔可以发生压力补偿(图1和图2)。

从图8a到图8d中表示出两个端部位置之间的激励器15的移动。由于摆动轴承14(图4)激励器15的倾斜由此变得可能，激励器15在导引装置13上不发生卡滞。由于定子12和激励器15的相互导引，当彼此相互啮合时，保证在相互啮合位置出现一个被限定位置。

在一个实施例中，电磁驱动所需功率约为120W。与此同时，线圈16通过电流，每一个排放过程最长10ms(毫秒)。每一个排放过程由泵输送约70ml流体(例如血液)。所采用的压力盘簧18在6mm的长度上最好具有80N到120N之间的弹簧力。定子12的高度特别是在5mm到15mm之间，激励器15的高度也是从5mm到15mm，在相互啮合位置定子12和转子15的总高度为6mm到20mm，泵的总高度最好是1.5cm到4.5cm。泵的直径最好在5cm到11cm之间。

在图3、5、6和7中表示出一个替换的摆动导引装置，该导引装置是通过一个片簧装置来实现的。所述摆动导引装置代替了图4所示的导引装置13和摆动轴承14。进一步，泵分别如参考图1和图2所示那样形成。

基于片簧装置的摆动导引装置具有一个片簧2，该片簧形成为星状并且从激励器安装架23开始具有四条向下弯曲180°的支腿。定子12通过弯曲腿区域的安装点32被连接到片簧2。

这种装置提供了激励器15相对于定子12三个自由度的运动，即沿轴向的自由度和两个倾斜自由度。当作用在激励器15上的非中心力受到沿片簧2的长轴方向的反作用力时，片簧装置以一种定中心的方式作用。

进一步，这种摆动运动(类似于已经描述的)保证激励器15和定子12不被卡滞，并且尽管激励器15和定子12的设计高度小，但为了进一步减小设计高度的这些件也能够可靠地相互配合。

图6和图7表示的压力盘簧18的实施例，如参考图1和图2所描述的那样作用，用于在激励器15上产生一个远离定子12的力，以便当取消磁力激励时，激励器15沿流体腔16的方向移动。

图5表示摆动导引装置的一个替换实施例，其中没有采用分离的压力盘簧18，片簧2用于导引激励器15，以及用于产生一个抵靠流体腔16移动激励器15的力。在这种解决方案中，片簧2最好比较坚固，以便保证实现在激励器15上产生一个力的作用，这使得能够有一个小的倾斜值。

图3所示的摆动导引装置首先对应于图5所示的摆动导引装置。但是在设计上相同但较小的又一个片簧2a又额外提供给星状片簧2，该片簧2a设置在大片簧2内。通过连接件33它们各自的安装面相互连接在一起。片簧2和片簧2a的弯曲腿端部在安装点被连接到定子12。为了固定激励器15，在片簧2的安装面的上表面提供一个安装点。

这种片簧装置导致在相同情况下仅对激励器15相对于定子12的线性导引，这是由于外片簧2的倾斜受到内片簧2a的阻止或至少被大大减小。这种变形由此实现激励器15相对于定子12的中心线性导引。当仅提供沿轴向的一个自由度时，相互适合的定子12和激励器15的组件必须被精确制造，以便能够保证消除卡滞。

图7表示双片簧装置2和2a的一种结合方式，其除了片簧2和片簧2a外还有压力盘簧装置18。在该实施例中，片簧2和2a形成较小，由于它们仅起导引作用。

图10示范地表示按照本发明的血泵的一个实施例，其提供有一个如图6所示的带有取代导引装置13的一个单片簧2和压力盘簧18的片簧装置。如图9a所示的冲程限制在这里也能够实现。

本发明并不仅限于上述实施例的实施方式。本发明不特别限制于具有类似U形横截面和相互啮合的这种使用方式。本发明的实质仅在于在一个流体泵的驱动装置中，定子12和激励器15在它们的侧面分别具有相应的形式，且具有凹进部分和突出部分，并且以这种方式相互邻接，即定子12和激励器15在相互啮合位置相互配合，与此同时驱动器的设计高度被减小，和/或提供一个激励器导引装置。

标记号目录：

2 片簧 2a 片簧

3 挡簧 4 回转爪

5 压力板 11 壳体

12 定子 13 导引装置

14 摆动轴承 15 激励器

16 流体腔/血液腔 161 隔膜

17 吸入-或排放孔 18 压力盘簧(线圈弹簧)

19 磁线圈 23 激励器安装部分

25 通到外部环境的开口 26 压力补偿开口

32 在定子上的安装部分 33 定子和激励器之间的连接垫

T 摆动点 E 平面

Ss 定子轴线 Ss 激励器轴线

Claims

1、一种脉动泵，包括设置在壳体内的一个定子和一个相对于所述定子可由电磁力和弹簧力移动的激励器，所述激励器在一个第一位置和一个第二位置之间间歇移动，由此增加或减小带有一个吸入孔和一个排放孔的流体腔的体积，其特征在于：

激励器(15)在邻接定子(12)的一侧参考该定子的设计具有相应的凹进部分(154)和相应的突出部分(121)，它们可与所述定子(12)相互啮合。

2、按照权利要求1所述的脉动泵，其特征在于，在相互啮合位置所述定子(12)和激励器(15)一起形成一个高度，其仅稍微大于定子(12)的高度。

3、按照权利要求1或2所述的脉动泵，其特征在于，定子(12)和激励器(15)具有磁流传送区域，其沿周边延伸并且实质上形成U形横截面，且在相互啮合位置相互配合。

4、按照权利要求1到3任何之一所述的脉动泵，其特征在于，磁线圈(19)整体形成在定子(12)内。

5、按照权利要求3和4任何之一所述的脉动泵，其特征在于，磁线圈(19)环状地设置在定子(12)内。

6、按照权利要求1到5任何之一所述的脉动泵，其特征在于，一个柔性隔膜(161)设置在所述激励器(15)上，该隔膜限制一个流体腔(16)，并且不经常地与激励器(15)的压力板接触。

7、按照权利要求l到6任何之一所述的脉动泵，其特征在于，借助一个压力盘簧(18)激励器(15)可远离所述相互啮合位置移动。

8、按照权利要求1到7任何之一所述的脉动泵，其特征在于，激励器(15)在其远离定子(12)的一侧实质上形成一个平面压力板(5)。

9、按照权利要求1到8任何之一所述的脉动泵，其特征在于，激励器(15)和定子(12)仅在支撑面可相互接触。

10、按照权利要求1到9任何之一所述的脉动泵，其特征在于，激励器(15)被支撑在一个导引装置(13)上。

11、按照权利要求1到10任何之一所述的脉动泵，其特征在于，导引装置(13)在中心设置。

12、按照权利要求1到11任何之一所述的脉动泵，其特征在于，所述导引装置(13)是一个纵向导引装置，激励器(15)可纵向移动地支撑在该导引装置上。

13、按照权利要求9或10所述的脉动泵，其特征在于，导引装置(13)具有一个片簧(2，2a)。

14、按照权利要求11或12所述的脉动泵，其特征在于，所述导引装置(13)在中心线性形成。

15、按照权利要求1到14任何之一所述的脉动泵，其特征在于，导引装置(13)被形成为一个摆动导引装置(14，2)

16、按照权利要求1到15任何之一所述的脉动泵，其特征在于，片簧(2，2a)形成星状，并且具有至少三个向下弯曲180°的并从激励器安装架(23)的上表面延伸的支腿，其中激励器(15)连接到片簧(2)的上表面，定子(12)连接到向下弯曲的片簧(2)的支腿上，或反过来也是一样的。

17、按照权利要求15所述的脉动泵，其特征在于，片簧(2)额外具有又一个小尺寸片簧(2a)，其设置在较大的片簧(2)内，其中所述两个片簧(2，2a)的支腿和上表面相互刚性连接。

18、按照权利要求15或16所述的脉动泵，其特征在于，片簧(2，2a)额外用作一个产生力的弹簧件，驱使激励器(15)远离定子(12)。

19、按照前述权利要求任何一个所述的脉动泵，其特征在于，激励器(15)和定子(12)旋转对称形成。

20、按照权利要求1到19任何之一所述的脉动泵，其特征在于，定子(12)和激励器(15)通过设置挡簧(3)和回转爪(4)而被限制。

21、按照权利要求1到20任何之一所述的脉动泵，其特征在于，设置两个相对的定子(12)-激励器(15)-结合，其中流体腔(16)被设置在所述装置的两个激励器(15)之间。

22、支持或替代人体或动物心脏的血液泵，其特征在于，一种按照权利要求1到21所述的脉动泵(1)。

23、按照权利要求22所述的脉动泵，其特征在于，一个实质上扁平状的壳体(11)围绕所述定子-激励器-结合和一个血液腔(16)，并且具有连接到血液腔(16)的吸入口和排放口(17)。

24、按照权利要求22或23所述的脉动泵，其特征在于，壳体(11)被形成圆形。

25、按照权利要求1到22任何之一所述的脉动泵，其特征在于，激励器(15)具有压力补偿孔(26)。

26、按照权利要求1到22和25任何之一所述的脉动泵，其特征在于，激励器(15)的压力板(5)具有一个流线型的结构(沟槽)。