本说明书实施例涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种控位悬浮离心式血泵。
背景技术：
心血管疾病严重威胁着人类的健康，全世界每年有数千万人最终因心衰死亡。对于晚期心衰患者，治疗终末期心衰，至今仍没有效简单高效的办法，“人工心脏”被认为是诸多晚期心衰患者的最后一根救命稻草。
心室辅助装置为辅助性人工心脏，又简称“血泵”，近几年，已经在临床获得较为广泛的应用，每年临床应用总数近万例。目前国际市场上应用最多的是美国的四大产品，其中两个为第二代血泵，两个为三代血泵，二代血泵为轴承式结构，主要缺点是：轴承很容易磨损，严重制约了血泵的使寿命；因为轴承摩擦，造成的溶血相对严重；第三代血泵为磁悬浮式结构，虽然使用寿命长，但是也有新问题，主要问题：一是磁悬浮结构复杂，加大了血泵的体积，增大了手术侵犯性，比如三代磁悬浮血泵heartmateiii的体积和重量是二代血泵jarvik2000的三倍多；二是结构复杂，有血流死角甚至死腔，容易出现血栓等并发症。
由此可见，减小悬浮式血泵的体积与重量，简化泵内结构，减少溶血及血栓等并发症，是血泵需要解决的难题。
技术实现要素：
本说明书实施例所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供体积小、重量轻、结构简洁的一种控位悬浮离心式血泵。
为实现以上目的，本说明书实施例采用如下技术方案：
一种控位悬浮离心式血泵，包括：泵壳、转子、叶轮、伺服电机、内磁芯组、外磁环组和控位轴承；所述转子和所述叶轮无缝连接，所述转子设置在所述血泵的内管中，所述转子由所述伺服电机驱动，带动所述叶轮做功；
所述内磁芯组由多块圆磁片组成，内置在所述转子内部的顶端，所述外磁环组由多块磁环组成，并套在所述内管的外壁上；
所述控位轴承由陶瓷球与陶瓷窝组成，所述陶瓷球镶嵌在所述转子叶轮的下端内，并且露出所述转子，所述陶瓷窝设置在所述陶瓷球的下方。
可选的，所述内磁芯组由三块圆磁片组成，所述外磁环组由两块磁环组成；或者
所述内磁芯组由四块圆磁片组成，所述外磁环组由三块磁环组成；或者
所述内磁芯组由五块圆磁片组成，所述外磁环组由四块磁环组成。
可选的，所述内磁芯组和所述外磁环组的磁材为强磁钕铁硼。
可选的，所述叶轮的顶部中间部位的倾斜面为液动压结构。
可选的，所述倾斜面的倾斜角为1-20°
可选的，所述叶轮为片状，包括多个叶片，所述叶片根部与所述转子相接。
可选的，所述叶轮包括3-5个叶片。
可选的，所述泵壳还包括：入口管道、泵腔盖和泵腔下壳；
所述入口管道包括入口支架、外隔热套、中套筒和内管；
所述外隔热套与所述中套筒及所述内管为同轴心结构，三者的一头与所述入口支架连接，另一头镶嵌在所述泵腔盖上；
所述泵腔盖为圆环状，与所述内管同心连接，外圆与所述泵腔下壳相接；
所述泵腔下壳的内底有一个凸圆台，侧边有一个泵出口。
可选的，所述伺服电机包括转子磁钢、定子铁芯和定子绕组；
所述转子磁钢置在所述转子内部，所述定子铁芯和所述定子绕组置在所述入口管道的内壁，即内置在所述内管与所述中套筒之间；
所述转子磁钢与所述转子融为一体，所述定子铁芯和定子绕组与所述入口管道融为一体。
可选的，所述伺服电机还包括电信传输线，所述电信传输线一头与所述定子绕组连接，另一头延伸到体外，与控制系统连接。
本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本发明提供的悬浮轴承是永磁轴承，属于无源磁悬浮，不需要复杂的检测、反馈、控制系统，结构较简单、性能稳定，可以大大提高血泵的技术可靠性与使用的安全性；血泵的体积与重量较小，可降低血泵的手术侵犯性，提高实用性；这种全悬浮式血泵的内部结构简洁流畅，没有死腔或死角，也可以有效地防止血栓形成。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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说明书实施例的一些实施例，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为本说明书实施例提供的控位悬浮离心式血泵的结构剖面示意图；
图2为本说明书实施例提供的控位悬浮离心式血泵启动时的结构示意图；
图3为本说明书实施例提供的转子叶轮的的受力分析示意图。
附图标号说明：转子磁钢-1、定子铁芯-2、定子绕组-3、外磁环组-4、内磁芯组-5、电信传输线-6、内管-7、中套筒-8、外隔热套-9、入口支架-10、转子-11、叶轮-12、倾斜面-13、陶瓷球-14、陶瓷窝-15、凸圆台-16、楔形槽-17、泵腔下壳-18、泵腔盖-19、泵出口-20、泵入口-21、缝合环-22、第一个向后轴向力-f1、第二个向后轴向力-f2、第三个向后轴向力-f3、向前轴向力-f4。
具体实施方式
为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本说明书实施例的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本说明书实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本说明书实施例所保护的范围。
下面结合本说明书实施例附图进一步说明实施例具体实现。
参见图1至图3，本说明书实施例提供一种控位悬浮离心式血泵，包括：泵装置、伺服电机和控位系统。
所述泵装置包括泵壳、转子11和叶轮12。
所述泵壳包括入口管道、泵腔盖19和泵腔下壳18。
所述入口管道包括入口支架10、外隔热套9、中套筒8和内管7。
外隔热套9与中套筒8及内管7为同轴心结构，三者的一头与入口支架10连接，另一头连接在泵腔盖19上，连接处需要焊接，防泄漏。
入口支架10为凸起状，是为了防止血泵工作时，因负压吸住心室间隔，导致泵工作失效、栓塞。
外隔热套9与中套筒8之间为空腔，可起到阻热降温作用，保障血泵与电机安全有效地工作。
在外隔热套9靠近泵腔盖19部位有一个缝合环22，用于固定血泵与心尖的。
泵腔盖19为圆环状，中心开口与内管7同心连接，外圆与所述泵腔下壳18连接，连接处需要焊接，防泄漏。
泵腔下壳18的内底有一个凸圆台16，侧边有一个泵出口20，泵腔盖19扣上泵腔下壳18后，作密封焊接处理。
转子11与叶轮12，二者无缝连接为一个整体。
转子11由伺服电机驱动，带动叶轮12做功，促使血液不断地从泵入口21流入，经过离心后，从泵出口20流出。
叶轮12为片状，一般为4个叶片，所述叶片根部与所述转子11相接，均匀分布。
可选的，所述叶轮12为3个叶片或5个叶片。
伺服电机主要包括转子磁钢1、定子铁芯2、定子绕组3和电信传输线6。
转子磁钢1置在转子11内；定子铁芯2和定子绕组3置在中套筒8及内管7夹层内。
电信传输线6是用于传输电能与电信号的，其一头与定子绕组3连接，另一头延伸到体外，与控制系统连接。
由于伺服电机与泵装置融为一体，因此而形成“泵—电机一体化”。
控位系统包括控位磁组、控位轴承和液动压结构。
控位磁组由包括内磁芯组5和外磁环组4。内磁芯组5由三块圆磁片同轴心叠在一起，并内置在转子内部的顶端；外磁环组4由两块磁环同轴心叠在一起，并套在所述内管的外壁上，其轴向安装位置是和内磁芯组5靠下沿。圆磁片与磁环的磁向为轴向，叠起顺序均为同极相对而强行粘接在一起。
可选的，内磁芯组5可以由四块圆磁片组合而成，外磁环组4由三块磁环组合而成；或者内磁芯组5由五块圆磁片组合而成，外磁环组4由四块磁环组合而成，且安装位置是靠下沿。
优选的，控位磁组的磁材为强磁钕铁硼。
控位轴承包括陶瓷球14和陶瓷窝15，陶瓷球14镶嵌在所述转子叶轮12的下端，露出近一半，陶瓷窝15镶嵌凸圆台16的顶端，边沿平齐，在控位磁组产生的轴向压力作用下，陶瓷球14顶住陶瓷窝15，组成一组滑动轴承，可以很好的支撑与控位血泵的启动，如图2所示。
所述液动压结构是所述叶轮12的顶部中间部位为倾斜的，即叶片顶部中间从入口迎流边到背流边呈倾斜，该倾斜面13与所述泵腔盖19的内表面形成楔形空间，并且斜面的两侧有与顶面平齐的边沿，可阻止液流外溢，当泵工作时，在离心力的作用下，有液流进入在楔形槽17，因受到挤压而产生液动压，轴向力推开叶片，使得叶片始终不能与所述泵腔盖19接触。
可选的，所述倾斜面13的倾斜角为1-20°。
本说明书实施例提供的一种控位悬浮离心式血泵，在平稳地起动后，转子叶轮如何如图1所示的实现悬浮运转，就需要进行分析，悬浮可分解为径向悬浮和轴向悬浮。
径向悬浮主要由控位磁组来实现，内磁芯组5与外磁环组4因为磁力径向排斥，斥力能足以克服及平衡各种径向力，使得转子叶轮始终控位在内管7的中心，加上转子叶轮旋转时的陀螺定轴效应，因此可获得良好的径向悬浮效果。
如何实现轴向悬浮，就需要分析轴向力，血泵在高速工作时会受到多个轴向力的影响，其中可分为弱轴向力与强轴向力，弱轴向力主要包括转子叶轮的重力的轴向分量、其它因素的轴向力，这些是弱影响因素；强轴向力主要包括四个轴向力，可从图3所示进行分析，f4为向前轴向力(指向泵入口)，f1、f2、f3为三个向后轴向力(背向泵入口)，f1是由控位磁组产生，因内磁芯组5比外磁环组4多一块，且位置稍高出，因此对转子叶轮产生一个向后轴向压力，该力较小，但大小基本不变，且与泵的转速没有关系；f2是由液流动量对叶轮产生冲力的轴向分量，该力的大小与转速正相关；f3是由液动压对叶轮12的倾斜面13施加压力的轴向分量，该力的大小与转速成几何级数正相关，但与楔形空间的大小呈负相关；f4是由于泵工作时，泵腔盖19内表面和吸入口的低液压与下盖面的高液压之间的压差产生的，该力在泵启动后，随着泵转速增大而迅速增大，当转速达到一定高度，f4大于f1、f2、f3的总和时，f4带动转子叶轮及陶瓷球14脱离陶瓷窝15，轴向向前位移，随着叶片顶端向泵腔盖19靠拢，楔形空间变小，产生的液动压轴向分量f3呈几何级数增大，此力会自动对抗f4，当达到轴向力的合力平衡，就迫使转子叶轮停止轴向位移，f3也不再增长，也就是说，在一定的转速范围内，转子叶轮轴向受力可以自动平衡，自动轴向悬浮。
如上所述，转子叶轮的径向悬浮合并轴向悬浮即可实现全方位的控位悬浮，从而平稳地运转工作。
本说明书实施例能够达到的技术效果如下：
与现有机械轴承血泵相比，本说明书实施例的血泵在正常工作时的悬浮状态，轴承没有摩擦，可降低溶血，延长血泵的寿命，还可减少因摩擦发热触发的血栓并发症。
与现有磁悬浮血泵相比，本说明书实施例的悬浮轴承是永磁轴承，属于无源磁悬浮，不需要复杂的检测、反馈、控制系统，结构较简单、性能稳定，可以大大提高血泵的技术可靠性与使用的安全性；血泵的体积与重量较小，可降低血泵的手术侵犯性，提高实用性；这种全悬浮式血泵的内部结构简洁流畅，没有死腔或死角，也可以有效地防止血栓形成。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
1.一种控位悬浮离心式血泵，其特征在于，包括：泵壳、转子、叶轮、伺服电机、内磁芯组、外磁环组和控位轴承；所述转子和所述叶轮无缝连接，所述转子设置在所述血泵的内管中，所述转子由所述伺服电机驱动，带动所述叶轮做功；
所述内磁芯组由多块圆磁片组成，内置在所述转子内部的顶端，所述外磁环组由多块磁环组成，并套在所述内管的外壁上；
所述控位轴承由陶瓷球与陶瓷窝组成，所述陶瓷球镶嵌在所述转子叶轮的下端内，并且露出所述转子，所述陶瓷窝设置在所述陶瓷球的下方。
2.如权利要求1所述的血泵，其特征在于，所述内磁芯组由三块圆磁片组成，所述外磁环组由两块磁环组成；或者
所述内磁芯组由四块圆磁片组成，所述外磁环组由三块磁环组成；或者
所述内磁芯组由五块圆磁片组成，所述外磁环组由四块磁环组成。
3.如权利要求1所述的血泵，其特征在于，所述内磁芯组和所述外磁环组都是由强磁钕铁硼材料同性相斥强行粘接在一起的。
4.如权利要求1所述的血泵，其特征在于，所述叶轮的顶部中间部位的倾斜面为液动压结构。
5.如权利要求4所述的血泵，其特征在于，所述倾斜面的倾斜角为1-20°。
6.如权利要求1所述的血泵，其特征在于，所述叶轮为片状，包括多个叶片，所述叶片根部与所述转子相接。
7.如权利要求6所述的血泵，其特征在于，所述叶轮包括3-5个叶片。
8.如权利要求1所述的血泵，其特征在于，所述泵壳包括：入口管道、泵腔盖和泵腔下壳；
所述入口管道包括入口支架、外隔热套、中套筒和内管；
所述外隔热套与所述中套筒及所述内管为同轴心结构，三者的一头与所述入口支架连接，另一头镶嵌在所述泵腔盖上；
所述泵腔盖为圆环状，与所述内管同心连接，外圆与所述泵腔下壳相接；
所述泵腔下壳的内底有一个凸圆台，侧边有一个泵出口。
9.如权利要求8所述的血泵，其特征在于，所述伺服电机包括转子磁钢、定子铁芯和定子绕组；
所述转子磁钢置在所述转子内部，所述定子铁芯和所述定子绕组置在所述入口管道的内壁，即内置在所述内管与所述中套筒之间；
所述转子磁钢与所述转子融为一体，所述定子铁芯和定子绕组与所述入口管道融为一体。
10.如权利要求9所述的血泵，其特征在于，所述伺服电机还包括电信传输线，所述电信传输线一头与所述定子绕组连接，另一头延伸到体外，与控制系统连接。
技术总结