磁悬浮血泵

文档序号:557344 发布日期:2021-05-18 浏览:31次 >En<

阅读说明:本技术 磁悬浮血泵 (Magnetic suspension blood pump ) 是由 余顺周 罗次华 孔令林 黄�俊 于 2019-10-30 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种磁悬浮血泵,包括叶轮、电机和控制电路板;电机包括转子及定子,转子固定安装在叶轮上,定子设置在叶轮的外部,定子包括铁芯及缠绕在铁芯上的定子线圈,多个定子线圈设置在叶轮的外部,且多个定子线圈环绕转子设置一周,以使定子能够驱动转子悬浮并转动;控制电路板与多个定子线圈电连接,控制电路板能够控制定子线圈的电流大小。通过上述设置,当定子线圈流进电流时,定子则可同时驱动叶轮悬浮和旋转,即实现了转动和悬浮的集中控制,提高了产品紧凑性,切实解决现有磁悬浮血泵必须将转动和悬浮功能分开控制的问题。(The invention discloses a magnetic suspension blood pump, which comprises an impeller, a motor and a control circuit board, wherein the impeller is arranged on the motor; the motor comprises a rotor and a stator, the rotor is fixedly arranged on the impeller, the stator is arranged outside the impeller and comprises an iron core and stator coils wound on the iron core, the stator coils are arranged outside the impeller, and the stator coils are arranged around the rotor for a circle so that the stator can drive the rotor to suspend and rotate; the control circuit board is electrically connected with the plurality of stator coils, and the control circuit board can control the current of the stator coils. Through the arrangement, when the stator coil flows in current, the stator can simultaneously drive the impeller to suspend and rotate, so that the centralized control of rotation and suspension is realized, the product compactness is improved, and the problem that the rotation and suspension functions of the existing magnetic suspension blood pump are separately controlled is practically solved.)

磁悬浮血泵

技术领域

本发明涉及医疗器械领域,特别涉及一种磁悬浮血泵。

背景技术

通常,磁悬浮血泵会设置电机线圈和悬浮线圈,电机线圈单独用于控制叶轮的转动,悬浮线圈单独用于控制叶轮的悬浮,等同于设置了两套控制系统,这导致了磁悬浮血泵的结构紧凑性较差,难以实现集成化设计,为磁悬浮血泵的发展带来了阻碍。

发明内容

基于此,有必要提供一种结构较为紧凑的磁悬浮血泵。

叶轮;

电机,所述电机包括转子及定子,所述转子固定安装在所述叶轮上,所述定子包括铁芯及缠绕在所述铁芯上的定子线圈,所述定子设置在所述叶轮的外部,且多个所述定子线圈环绕所述转子设置一周,以使所述定子能够驱动所述转子悬浮并转动;

控制电路板,所述控制电路板与多个所述定子线圈电连接,所述控制电路板能够控制所述定子线圈的电流大小。

在其中一个实施例中,所述叶轮包括叶轮本体及设置在所述叶轮本体上的管柱,所述叶轮本体上开设有液流通道,所述管柱与所述液流通道连通,所述转子设置在所述管柱的管壁内,所述定子设置在所述管柱外,并且所述定子线圈环绕所述管柱的周向布置。

在其中一个实施例中,所述铁芯还包括定子轭板及多个定子齿,所述定子轭板上开设有安装孔,所述安装孔贯通所述定子轭相对的两表面,多个所述定子齿均设于所述定子轭板上,并沿所述安装孔的边缘布置;多个所述定子线圈分别缠绕在多个所述定子齿,所述管柱穿设于所述安装孔。

在其中一个实施例中,所述磁悬浮血泵还包括用于检测所述叶轮的位置信息的监测组件,所述监测组件与所述控制电路板电连接,所述监测组件能够将检测到的所述叶轮的位置信息传输给所述控制电路板,所述控制电路板能够根据所述位置信息控制所述定子线圈的电流大小;所述管柱穿设所述监测组件,且所述定子轭板位于所述监测组件与所述控制电路板之间。

在其中一个实施例中,所述定子轭板与所述监测组件之间设有多根第一立柱,多根所述第一立柱固定连接所述定子轭板和所述监测组件;

及/或,所述定子轭板与所述控制电路板之间设有多根第二立柱,多根所述第二立柱固定连接所述定子轭板和所述控制电路板。

在其中一个实施例中,所述磁悬浮血泵还包括连接板,所述连接板设于所述监测组件与所述定子轭板之间,所述连接板与所述定子轭板之间设有多个第一立柱,多个所述第一立柱固定连接所述连接板和所述定子轭板,所述定子轭板与所述控制电路板之间设有多根第二立柱,多根所述第二立柱固定连接所述定子轭板和所述控制电路板,所述监测组件与所述连接板之间设有多根第三立柱,多根所述第三立柱固定连接所述监测组件和所述连接板;所述管柱穿设所述控制电路板和所述连接板。

在其中一个实施例中,多个所述定子齿均设于所述安装孔的侧壁上,每个所述定子齿的延伸方向与所述管柱的延伸方向垂直;或者,多个所述定子齿均设于所述定子轭板的表面上,所述定子齿包括条形部及形成在条形部的一端的弯折部,所述条形部远离所述弯折部的一端与所述定子轭板固接,所述弯折部的延伸方向与所述管柱的延伸方向垂直。

在其中一个实施例中,所述磁悬浮血泵还包括用于检测所述叶轮的位置信息的监测组件,所述监测组件包括监测电路板、定位环及多个位置传感器,所述监测电路板与所述控制电路板电连接,所述定位环设置在所述监测电路板上,多个所述位置传感器均设于所述定位环上,所述管柱穿设所述监测电路板和所述定位环,多个所述位置传感器环绕所述管柱布置。

在其中一个实施例中,所述定位环的内壁上开设有多个凹槽,多个所述位置传感器分别封装于多个所述凹槽内,所述位置传感器的引脚从所述定位环的外壁伸出,并与所述监测电路板电性连接。

在其中一个实施例中,所述叶轮本体位于所述管柱的一端,所述管柱远离所述叶轮本体的一端设有封盖,所述封盖遮盖所述管柱远离所述叶轮本体的一端的开口和所述转子。

本发明的有益效果如下:

由于转子固定安装在叶轮上,定子设置在叶轮的外部,且多个定子线圈环绕转子设置一周,如此设置方式,使得当对定子线圈通电时,定子能够驱动转子悬浮,并同时旋转,从而带动叶轮悬浮和旋转,即实现了叶轮的转动和悬浮由定子集中控制,无需同时设置电机线圈和悬浮线圈,提高了产品紧凑性,切实解决传统的磁悬浮血泵必须将转动和悬浮功能分开控制的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一实施方式的磁悬浮血泵的结构示意图;

图2是图1所示的磁悬浮血泵的第一种剖面图;

图3是图1所示的磁悬浮血泵的第二种剖面图;

图4是一实施方式的磁悬浮血泵的叶轮的剖视图;

图5是一实施方式的磁悬浮血泵的第一种定子与监测组件集成的结构示意图;

图6是图5的分解图;

图7是图6的定位环的结构示意图;

图8是图7的剖视图;

图9是一实施方式的磁悬浮血泵的第二种定子与监测组件集成的结构示意图;

图10是图9的分解图;

图11是图10的铁芯的结构示意图;

图12是一实施方式的磁悬浮血泵的叶轮的受力示意图;

图13是图12的叶轮下移时的受力示意图;

图14是图12的叶轮侧倾时的受力示意图。

附图标记如下:

11、血液进口;12、血液出口;13、线缆;

20、叶轮;21、叶轮本体;21a、液流通道;22、管柱;221、封盖;

31、转子;32、铁芯;321、定子轭板;321a、安装孔;322、定子齿;322a、条形部;322b、弯折部;33、定子线圈;34、控制电路板;35、定子;

40、监测组件;41、监测电路板;42、位置传感器;43、定位环;431、凹槽;

51、第一立柱;52、第二立柱;53、第三立柱;

60、连接板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

从图1可知,一实施方式的磁悬浮血泵设有血液进口11、血液出口12和线缆13,以图中所示方向为参考,此时,血液进口11设于磁悬浮血泵的上部,血液进口11用于供血液进入磁悬浮血泵内部,血液出口12和线缆13均靠近磁悬浮血泵的下部设置,血液出口12用于供血液输出,线缆13用于与电源连接,以此实现磁悬浮血泵的运作。

如图2至图6所示,磁悬浮血泵包括叶轮20、电机和控制电路板34。

叶轮20能够悬浮并旋转。叶轮20包括叶轮本体21及设置在叶轮本体21上的管柱22。叶轮本体21上开设有液流通道21a,管柱22与液流通道21a连通。

电机包括转子31及定子。转子31固定安装在叶轮20上。其中,转子31设置在管柱22的管壁内。具体地,转子31大致为环形,转子31收容在管柱22的管壁内。定子设置在叶轮20的外部。定子包括铁芯32及缠绕在铁芯32上的定子线圈33,多个定子线圈33环绕转子31设置一周,以使定子能够驱动转子31悬浮并转动。具体地,多个定子线圈33设置在管柱22外,并且环绕管柱22的周向布置。多个定子线圈33共圆设置,转子31的中心轴线经过该圆的圆心且垂直于该圆所在平面。

控制电路板34用于控制电机的工作。控制电路板34与多个定子线圈33电连接,控制电路板34能够控制定子线圈33的电流大小。

在磁悬浮血泵工作时,定子线圈33中会流入电流,以使定子产生磁场,以此促使转子31悬浮和转动,而由于转子31固定安装在叶轮20上,从而带动叶轮20悬浮并转动。

为了对叶轮20的转动情况进行实时监测和调控,进一步地,磁悬浮血泵还包括用于检测叶轮20的位置信息的监测组件40,监测组件40与控制电路板34电连接,监测组件40能够将检测到的叶轮20的位置信息传输给控制电路板34,控制电路板34能够根据位置信息控制定子线圈33的电流大小,从而实现转子31的位置控制。具体地,监测组件40包括监测电路板41及多个位置传感器42,监测电路板41与控制电路板34电连接,管柱22穿过监测电路板41,多个位置传感器42与监测电路板41电连接,多个位置传感器42环绕管柱22布置,多个位置传感器42用于监测叶轮20的位置。即通过位置传感器42实时监测叶轮20的位置后,控制电路板34便可及时改变定子的输入电流,以此调控叶轮20的悬浮转动状态。在图2所示的实施例中,监测电路板41和控制电路板34分别设于叶轮本体21相对的两侧;在图3所示的实施例中,监测电路板41和控制电路板34可设于叶轮本体21的同一侧,都能够实现磁悬浮血泵的正常运作。需要说明的是,监测电路板41的位置不限于为图2、图3所示的位置,还可以为其它位置,只要能够实现磁悬浮血泵的正常运行即可。

其中,监测组件40检测叶轮20的位置,控制电路板34调整叶轮20的位置的实现原理如下:

从图12可知,当转子31置于定子35围成的空间内时,转子31将会受到径向的磁力FR1和磁力FR2,通过控制磁力FR1=FR2,便可确保转子31的受力平行,以此实现了叶轮的平稳悬浮。

从图13可知,当转子31置于定子35围成的空间内时,假若转子31在垂直方向产生了位置偏差,转子31将会受到磁力F1’和磁力F2’,而磁力F1’包括径向分力FR1’和垂直分力FZ1’,磁力F2’包括径向分力FR2’和垂直分力FZ2’,其中径向分力FR1’和径向分力FR2’沿径向方向,并逐渐趋于平衡,垂直分力FZ1’和垂直分力FZ2’会使叶轮向叶轮移动的反方向移动,进而使得叶轮回到平衡位置;位置传感器会实时检测叶轮的位置,通过控制定子的电流,进而控制磁力F1’和磁力F2’。

从图14可知,当转子31置于定子35围成的空间内时,假若转子31处于倾斜状态,转子31相对的两侧会分别受到磁力F1”和磁力F2”,而磁力F1”包括径向分力FR1”和垂直分力FZ1”,磁力F2”包括径向分力FR2”和垂直分力FZ2”,其中径向分力FR1”和径向分力FR2”沿径向方向,并逐渐趋于平衡,垂直分力FZ1”和垂直分力FZ2”会使叶轮向叶轮移动的反方向移动,进而使得叶轮回到平衡位置;位置传感器会实时检测叶轮的位置,通过控制定子的电流,进而控制磁力F1”和磁力F2”。

需要指出,位置传感器42的安装精度有极高的要求,但目前均是将位置传感器42直接安装在监测电路板41上,在装配过程中极容易出现安装误差,从而为磁悬浮血泵的准确控制带来了极大困难;为解决此问题,如图3、图6和图7所示,可设置监测组件40还包括定位环43,定位环43设置在监测电路板41上,多个位置传感器42均设于定位环43上,管柱22穿设于监测电路板41和定位环43。

即此时位置传感器42是先设置于定位环43上,然后再将定位环43装配于监测电路板41上,此结构的好处在于定位环43能够根据需求进行定制,制作符合需求的定位环43,然后将多个位置传感器42安装在定位环43上,要远简单于直接将多个位置传感器42与监测电路板41进行准确对位连接;所以通过精密加工后,将可在定位环43上设置准确的工位安装位置传感器42,从而确保了位置传感器42的安装精度,切实解决了现有技术存在的困境。

需要指出,此时为了便于位置传感器42在定位环43上的安装固定,如图6至图8所示,定位环43的内壁上开设有多个凹槽431,多个位置传感器42分别封装于多个凹槽431内,位置传感器42的引脚从定位环43的外壁伸出,并与监测电路板41电性连接。

由于凹槽431可以在定位环43上通过精密加工制成,所以凹槽431的位置偏差极少,只要将位置传感器42安装于凹槽431内,便可确保位置传感器42的安装精度;而且又由于位置传感器42的引脚能够经定位环43的外壁直接引出,从而也便于位置传感器42与监测电路板41进行电性连接,为位置传感器42的装配提供了便利。

需要指出,为实现叶轮20与定子之间的匹配安装,一种优选的设置方式如图5至图6所示,铁芯32包括定子轭板321及多个定子齿322,定子轭板321上开设有安装孔321a,安装孔321a贯通定子轭板321相对的两表面,多个定子齿322均设于定子轭板321上,多个定子齿322沿安装孔321a的边缘布置。具体地,铁芯32为一体成型结构,所以无需进行定子轭板321及定子齿322的安装操作,大大提高了装配效率。其中,多个定子线圈33分别缠绕在多个定子齿322上。管柱22穿过安装孔321a,如此设置能够使定子齿322简单地设置成环绕转子31,同时,也利用了管柱22的周侧空间布置定子齿322。

进一步地,管柱22穿设监测组件40,且定子轭板321位于监测组件40与控制电路板34之间,从而能够进一步增加管柱22周侧的空间利用率。具体地,管柱22穿设于监测电路板41。通过使管柱22穿设监测电路板41和定子轭板321的安装孔321a,能够提高管柱22、监测电路板41和定子轭板321的安装紧凑性,也确保了监测电路板41上的位置传感器42与管柱22距离相近,从而提高了位置传感器42的监测准确性。

进一步地,管柱22还穿设于控制电路板34,即管柱22穿设于监测电路板41、定子轭板321和控制电路板34,如此设置,监测电路板41、控制电路板34、定子轭板321和定子等结构均会设于管柱22的周侧,而不会额外占用空间,从而大大提高了磁悬浮血泵的结构紧凑性。

其中,定子轭板321设于监测电路板41和控制电路板34之间,但并限制监测电路板41和控制电路板34的设置方位;譬如,可将监测电路板41设于定子轭板321靠近叶轮20的一侧,将控制电路板34设于定子轭板321远离叶轮20的一侧,也可将监测电路板41设于定子轭板321远离叶轮20的一侧,将控制电路板34设于定子轭板321靠近叶轮20的一侧,无论是哪种方式均不会影响磁悬浮血泵的正常工作。

需要指出,为了进一步提高磁悬浮血泵的结构紧凑性,可将监测电路板41、控制电路板34和定子轭板321进行集成,定子轭板321与监测组件40之间、定子轭板321与控制电路板34之间均设置有连接件,一些连接件固定连接定子轭板321和监测电路板41,另一些连接件固定连接定子轭板321和控制电路板34。如图5和6所示,定子轭板321与监测电路板41之间设有多根第一立柱51,多根第一立柱51的两端分别于定子轭板321与监测电路板41固接;定子轭板321与控制电路板34之间设置有多根第二立柱52,多根第二立柱52的两端分别与控制电路板34和定子轭板321固接。其中,第一立柱51和第二立柱52即为上述连接件的一种形式。

即定子轭板321与监测电路板41之间通过第一立柱51实现连接固定,定子轭板321与控制电路板34之间通过第二立柱52实现固定,定子轭板321、监测电路板41和控制电路板34连接为一体,不但提高了磁悬浮血泵的结构紧凑性,也为磁悬浮血泵的装配提供了便利。

其中,为了提高定子轭板321、监测电路板41和控制电路板34之间的连接稳定性,可优选设置第一立柱51和第二立柱52为周向布置;譬如,多根第一立柱51沿监测电路板41的周向布置,从而确保定子轭板321与监测电路板41之间的各处连接牢固;同理,多根第二立柱52沿控制电路板34的周向布置,以此确保定子轭板321与控制电路板34之间的各处连接牢固。

需要说明的是,连接件的形式不限于为上述第一立柱51和第二立柱52的形式,在其它实施例中,连接件为杆状,连接件的中部与定子轭板321固接,连接件的两端分别与控制电路板34和监测电路板41固接。或者,连接件不限于为柱状形式,也可以为条状,片状等等。

如图3和图6所示,在其中一个实施例中,多个定子齿322设于安装孔321a的侧壁上,且定子齿322的延伸方向与管柱22的延伸方向垂直。由于安装孔321a的侧壁与管柱22的侧壁相对,所以当定子齿322设于安装孔321a的侧壁后,定子齿322将与管柱22的侧壁相对,而设置定子齿322的延伸方向与管柱22的延伸方向垂直后,将可确保定子产生的磁力能够更好传递至管柱22内的转子31。

当然,为了实现更好的控制效果,多个定子齿322围绕管柱22均匀排布。

需要指出,定子除了上述的设置方式外,还可采用图3、以及图9至图11所示的设置方式,多个定子齿322设于定子轭板321的表面上。具体地,多个定子齿322位于定子轭板321的同一个表面上。定子齿322包括条形部322a及形成在条形部322a的一端的弯折部322b,条形部322a远离弯折部322b的一端与定子轭板321固接,弯折部322b的延伸方向与管柱22的延伸方向垂直。此时,定子齿322大致呈倒置的L形,条形部322a的一端与定子轭板321固接,条形部322a的另一端与弯折部322b固接,并使得弯折部322b与定子轭板321处于平行相对的状态,以确保定子产生的磁力能够更好地传递至管柱22内的转子31。在图3、以及图9至图11所示的实施例中,定子齿322设于定子轭板321朝向叶轮本体21的表面。当然,定子齿322不限于设于定子轭板321朝向叶轮本体21的表面,定子齿322也可设于定子轭板321背离叶轮本体21的表面,即定子齿322设于定子轭板321朝或背离向叶轮本体21的表面均可,具体根据产品设计需求进行选择便可。

需要指出,若定子齿322设置在定子轭板321的表面上,为了加强位置传感器42的检测准确性,监测电路板41优选为靠近定子轭板321设置有铁芯32的一面设置,但由于定子齿322具备一定高度,这将增加定子轭板321与监测电路板41的间距,所以为了实现定子轭板321与监测电路板41的连接固定,可采用图3、图9、图10所示的方案,此时,磁悬浮血泵还包括连接板60,连接板60设于监测组件40与定子轭板321之间,连接板60与定子轭板321之间设有多个第一立柱51,多个第一立柱51固定连接连接板60和定子轭板321,定子轭板321与控制电路板34之间设有多根第二立柱52,多根第二立柱52固定连接定子轭板321和控制电路板34,监测组件40与连接板60之间设有多根第三立柱53,多根第三立柱53固定连接监测组件40和连接板60;管柱22穿设控制电路板34和连接板60,即管柱22穿设控制电路板34、定子轭板321、连接板60和监测组件40。

即设置了连接板60作为中转结构,连接板60一表面通过第一立柱51与定子轭板321连接固定,连接板60另一表面通过第三立柱53与监测组件40连接固定,譬如连接板60可以通过第三立柱53与监测电路板41连接固定,此设置方式能够避免立柱长度过长,防止出现立柱折弯断裂的现象,从而确保了定子轭板321、连接板60和监测组件40三者之间的连接强度。

当然,为了提高定子轭板321、连接板60和监测组件40之间的连接稳定性,可优选设置第一立柱51和第三立柱53为周向布置;譬如,第一立柱51为多根,多根第一立柱51沿连接板60的周向布置,从而确保定子轭板321与连接板60之间的各处连接牢固,同理,也可设置第三立柱53为多根,多根第三立柱53沿监测组件40的周向布置,以此确保连接板60与监测组件40之间的各处连接牢固。

需要指出,转子31设于管柱22的管壁内,所以为了便于转子31的装配,可采用图3和图4所示的设置,此时叶轮本体21位于管柱22的一端,管柱22远离叶轮本体21的一端设有封盖221,封盖221遮盖管柱22远离叶轮本体21的一端的开口和转子31;即在进行装配时,可先将转子31放置于管柱22内,然后用封盖221遮盖管柱22的开口便可,此方式即便于转子31的安装,也能够对转子31进行保护。

以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

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