一种基于章动原理的磁悬浮心室辅助泵及其应用

摘要

本发明涉及一种基于章动原理的磁悬浮心室辅助泵及其应用，其泵体的上盖和下盖分别与外壳连接以围成流体容腔，所述流体容腔内设置有中部为球体的章动盘，所述球体的上、下表面分别覆盖有上、下球面磁铁，所述上、下盖内分别安装有与上、下球面磁铁相对应的上、下磁瓦，所述上球面磁铁的内表面与下球面磁铁的内表面磁性相反，所述上球面磁铁的外表面与上磁瓦的内表面磁性相同，所述下球面磁铁的外表面与下磁瓦的内表面磁性相同，所述球体中心开设有圆形通孔，所述圆形通孔内安装有与球体形成转动副的斜套，所述斜套由外部的驱动电机带动。本发明实现了运动部件的无接触悬浮，降低了溶血和血栓的发生概率及对血液的污染，极大程度提高了性能与寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及心室辅助泵，特别是一种基于章动原理的磁悬浮心室辅助泵及其应用。

背景技术

常见的心室辅助泵主要有叶片式泵和容积式泵。叶片式泵是一种靠叶轮带动血液旋转实现增压的连续流式泵，通过流体动力参数的变化把能量传给液体的机械。叶片式泵由于叶片工作时的高速旋转，会对血细胞造成机械破坏，对溶血和血栓也会有很大的影响。多数容积式泵是由容积可变的容腔和单向阀构成，通过容积的改变来对液体做功，使其能量增加，由单向阀作用使血液到达所要求的地方。这类容积式泵的缺点是体积大、不易植入、易感染、瓣和膜这些关键部件易损坏以及血栓和溶血问题也比较严重。如公开号CN103341220A的中国发明专利，部分容积式泵的支撑方式采用球副支撑，当用于心室辅助时，运动部件连续工作时间长，球副容易出现磨损，且接触性的运动副也会对血液带来不良的影响。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种运动部件不接触、无摩擦且降低对血液污染的基于章动原理的磁悬浮心室辅助泵及其应用。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：一种基于章动原理的磁悬浮心室辅助泵，包括泵体，所述泵体包含上盖、外壳和下盖，所述上盖和下盖分别与外壳连接以围成流体容腔，所述流体容腔内设置有中部为球体的章动盘，所述球体的上、下表面分别覆盖有上、下球面磁铁，所述上盖内安装有两片与上球面磁铁相对应的上磁瓦，所述下盖内安装有两片与下球面磁铁相对应的下磁瓦，所述上球面磁铁的内表面磁性与下球面磁铁的内表面磁性相反以使上、下球面磁铁与章动盘的球体保持配合，所述上球面磁铁的外表面磁性与上磁瓦的内表面磁性相同以使章动盘不与上盖直接接触，所述下球面磁铁的外表面磁性与下磁瓦的内表面磁性相同以使章动盘不与下盖直接接触，所述球体中心开设有圆形通孔，所述圆形通孔内安装有与球体形成转动副的斜套，所述斜套由外部的驱动电机带动。

在进一步的技术方案中，所述外壳侧壁设置有与流体容腔连通的入液口和出液口，所述章动盘的边缘部开设有槽口，所述章动盘的球体上加工有位于槽口内的销钉，所述槽口内安装有固定于上盖与下盖之间的滑槽板和隔板，所述滑槽板朝内一端开设有供销钉在竖直平面内滑动的滑槽，所述隔板位于滑槽板朝外一端与外壳内侧壁之间，所述滑槽板和隔板将入液口与出液口之间的流体容腔隔断。

在进一步的技术方案中，所述隔板和滑槽板与上盖和下盖的连接靠平面定位，所述上盖和下盖分别通过螺钉与滑槽板固定连接。

在进一步的技术方案中，所述上盖和下盖的内盖面中部分别设置有与相应球面磁铁间隙配合的球面凹槽，所述上盖和下盖的内盖面并以球面凹槽为顶形成内锥面，所述球面凹槽侧壁加工有用于安装相应磁瓦的槽位。

在进一步的技术方案中，所述上盖和下盖的内盖面分别覆盖有上隔磁材料层和下隔磁材料层，所述上隔磁材料层和下隔磁材料层中部分别设置有与相应球面磁铁间隙配合的球面凹槽，所述上隔磁材料层将上磁瓦固定于上盖的槽位内，所述下隔磁材料层将下磁瓦固定于下盖的槽位内。

在进一步的技术方案中，所述上盖和下盖以及上隔磁材料层和下隔磁材料层与外壳的连接均靠圆周台阶定位。

在进一步的技术方案中，所述上球面磁铁和下球面磁铁分别与章动盘的球体过盈配合。

在进一步的技术方案中，所述外壳的内侧壁加工成球面状，所述章动盘的边缘部也加工成球面状，所述章动盘的边缘部球面半径略小于外壳的内侧壁球面半径。

在进一步的技术方案中，所述驱动电机为无刷直流电机，所述无刷直流电机的电机轴依次穿过上盖和上球面磁铁的中心通孔后与斜套的内孔相配合，所述斜套的内孔为矩形孔。

为了解决上述问题，本发明还采用如下技术方案：一种基于章动原理的磁悬浮心室辅助泵的应用，将上述的基于章动原理的磁悬浮心室辅助泵应用于心室辅助装置中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该泵采用磁悬浮技术，实现了运动部件的无接触悬浮，具有无摩擦、无需润滑、噪声小、发热少及能效比高等优点，同时降低了心室辅助泵产生溶血和血栓的概率及对血液的污染，极大程度提高了泵的性能与寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的结构爆炸图。

图2为章动盘的结构示意图。

图3为上、下磁瓦和上、下球面磁铁的对称布置图。

图4为本发明实施例的横切面示意图。

图5为本发明实施例的内部结构示意图。

图6为本发明实施例的流体流动示意图。

图中标记：1-上盖，2-上磁瓦，3-上隔磁材料层，4-斜套，5-上球面磁铁，6-章动盘，6-1球体，6-2-槽口，6-3-销钉，7-滑槽板，7-1-滑槽，8-隔板，9-下球面磁铁，10-外壳，11-下隔磁材料层，12-下磁瓦，13-下盖，14-螺钉，15-1接触线，15-2-入口区域，15-3-出口区域。

具体实施方式

为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~6所示，一种基于章动原理的磁悬浮心室辅助泵，包括泵体，所述泵体包含上盖1、外壳10和下盖13，所述上盖1和下盖13分别通过螺钉与外壳10连接以围成流体容腔，所述流体容腔内设置有中部为球体6-1的章动盘6，所述球体6-1的上、下表面分别覆盖有上、下球面磁铁5、9，所述上盖1内对称安装有两片与上球面磁铁5相对应的上磁瓦2，所述下盖13内对称安装有两片与下球面磁铁9相对应的下磁瓦12，所述上球面磁铁5的内表面磁性与下球面磁铁9的内表面磁性相反以使上、下球面磁铁5、9与章动盘6的球体6-1保持配合，所述上球面磁铁5的外表面磁性与上磁瓦2的内表面磁性相同以使章动盘6不与上盖1直接接触，所述下球面磁铁9的外表面磁性与下磁瓦12的内表面磁性相同以使章动盘6不与下盖13直接接触，所述球体6-1中心开设有圆形通孔，所述圆形通孔内安装有与球体6-1形成转动副的斜套4，所述斜套4由外部的驱动电机带动。

本发明的章动原理如下：章动运动是一种简单而又巧妙的运动，一个物体绕自身轴线自转的同时，其自身轴线绕与其相交成一定夹角的空间轴线做圆周摆动。章动盘6做章动运动时，当章动盘6自转速度为零，章动盘6只做章动摆动，章动盘6的边缘做沿着圆周传递的起伏运动，章动摆动的章动盘6在自身不自转的情况下能驱动章动盘6上下两侧的流体做圆周运动。

上述的上、下球面磁铁5、9和上、下磁瓦2、12均为对称结构，章动盘6在做章动摆动的过程中，磁铁能够提供足够的磁通保证工作过程中的磁力稳定。上述的斜套4的外圆柱面与球体6-1的圆形通孔间隙配合，斜套4的倾斜角度等于章动盘6做章动摆动时的章动角。工作时，驱动电机带动斜套4同步转动，进而斜套4带动章动盘6做章动摆动，从而实现心室辅助泵泵血的功能。

在本发明实施例中，所述上球面磁铁5的内表面充磁为S极，所述下球面磁铁9的内表面充磁为N极，它们中间虽隔着章动盘6，但由于磁铁的异性相吸的特性，有效保证了上、下球面磁铁5、9与章动盘6的球体6-1的配合。所述上球面磁铁5的外表面充磁为N极，所述上磁瓦2的内表面充磁为N极，所述上磁瓦2的外表面充磁为S极；所述下球面磁铁9的外表面充磁为S极，所述下磁瓦12的内表面充磁为S极，所述下磁瓦12的外表面充磁为N极，由于磁铁的同性相斥的特性，章动盘6不与上、下盖1、13直接接触，而是在磁力的作用下实现被动式悬浮，从而避免了机械支撑带来的摩擦磨损。当然，上述的S极与N极位置可以互换。

在本发明实施例中，所述外壳10侧壁设置有与流体容腔连通的入液口和出液口，所述章动盘6的边缘部开设有槽口6-2，所述章动盘6的球体6-1上加工有位于槽口6-2内的销钉6-3，所述槽口6-2内安装有固定于上盖1与下盖13之间的滑槽板7和隔板8，所述滑槽板7朝内一端开设有供销钉6-3在竖直平面内滑动的滑槽7-1，从而限制章动盘6的自转；所述隔板8位于滑槽板7朝外一端与外壳10内侧壁之间，所述滑槽板7和隔板8将入液口与出液口之间的流体容腔隔断。也就是说，所述滑槽板7和隔板8设置在流体流动循环回路上，以将流体流动循环回路隔断，迫使流体做定向流动。

在本发明实施例中，所述隔板8和滑槽板7与上盖1和下盖13的连接靠平面定位，所述上盖1和下盖13分别通过螺钉锁紧在滑槽板7上。

在本发明实施例中，所述上盖1和下盖13的内盖面中部分别设置有与相应球面磁铁间隙配合的球面凹槽，所述上盖1和下盖13的内盖面并以球面凹槽为顶形成内锥面，所述球面凹槽侧壁加工有用于安装相应磁瓦的槽位。

在本发明实施例中，所述上盖1和下盖13的内盖面分别覆盖有上隔磁材料层3和下隔磁材料层11，所述上隔磁材料层3和下隔磁材料层11中部分别设置有与相应球面磁铁间隙配合的球面凹槽，使章动盘6在做章动摆动时上、下球面磁铁5、9与上、下隔磁材料层3、11无接触、无摩擦；所述上隔磁材料层3将上磁瓦2固定于上盖1的槽位内，所述下隔磁材料层11将下磁瓦12固定于下盖13的槽位内。上、下磁瓦2、12分别用隔磁材料进行隔磁，隔磁材料既可实现对磁瓦的固定，又能有效防止漏磁现象的产生。

在本发明实施例中，所述上盖1和下盖13以及上隔磁材料层3和下隔磁材料层11与外壳10的连接均靠圆周台阶定位，所述上盖1和上隔磁材料层3、下盖13和下隔磁材料层11分别通过螺钉锁紧在外壳10上。

在本发明实施例中，所述上球面磁铁5和下球面磁铁9分别与章动盘6的球体6-1过盈配合。

在本发明实施例中，所述外壳10的内侧壁加工成球面状，所述章动盘6的边缘部也加工成球面状，所述章动盘6的边缘部球面半径略小于外壳10的内侧壁球面半径，例如小于0.1mm左右，保证密封的同时又可避免摩擦。

在本发明实施例中，所述驱动电机采用无刷直流电机，其结构上与传统的有刷直流电机相反，永磁铁作为转子而电枢绕组作为定子，工作时电流同样需要换相，但其电流换相是通过电子换相器实现，省去了电刷或换向器这些电接触部件。

在本发明实施例中，所述无刷直流电机的电机轴依次穿过上盖1和上球面磁铁5的中心通孔后与斜套4的内孔相配合，所述斜套4的内孔为矩形孔，即电机轴与斜套4采用矩形孔配合。当然，上述的无刷直流电机也可以设置在泵体的下盖13这一侧，即电机轴依次穿过下盖13和下球面磁铁9的中心通孔后与斜套4的内孔相配合。

本发明的具体工作过程如下：零件装配所形成的内部流体容腔由外壳10内侧壁的球面和上、下盖1、13的两个内锥面围成，章动盘6在流体容腔内处于倾斜状态，且与流体容腔上、下锥面形成线接触，其内部剖面如图4和图5所示。

以章动盘6下方的腔体为例，如图6所示，由于章动盘6的下盘面与下盖13的内锥面形成线接触，接触线15-1将下腔体分为两个区域。与入液口相连的区域为入口区域15-2，与出液口相连的区域为出口区域15-3，当电机轴逆时针旋转时（从上往下看），章动盘6做逆时针无自转的圆周循环摆动，接触线15-1也做逆时针转动，且接触线15-1的转速等于电机轴的转速，这时入口区域15-2不断变大，形成负压，流体从入液口流入，出口区域15-3不断变小，将流体从出液口压出。当接触线15-1转到滑槽板7和隔板8位置时，入口区域15-2达到最大，出口区域15-3达到最小，此时接触线15-1以很短的时间绕过滑槽板7和隔板8，将原来的入口区域15-2变成出口区域15-3，然后入口区域15-2又从小不断变大，出口区域15-3从大不断变小，如此循环。章动盘6上方腔体的工作情况跟下方腔体相同。简单来讲，电机带动章动盘6做逆时针循环摆动，从而驱动章动盘6两侧的血液也做逆时针圆周运动，由于滑槽板7和隔板8将环形容腔隔断，迫使流体必须从滑槽板7和隔板8右边的入液口流向滑槽板7和隔板8左边的出液口。

本发明基于章动原理的磁悬浮心室辅助泵可应用于心室辅助装置中。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的基于章动原理的磁悬浮心室辅助泵及其应用。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。