专利名称：用于人工心脏的液力悬浮轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及医疗器械，尤其涉及一种用于人工心脏的液力悬浮轴承。
背景技术：
目前，应用在人工心脏中的轴承主要有机械接触式轴承和非接触式轴承两 大类。机械接触式轴承存在电机轴承磨损和摩擦发热而诱发血栓的问题，因此， 非接触式轴承是现代人工心脏的研究热点。
非接触式轴承分磁悬浮轴承、液力悬浮轴承、混合式轴承。磁悬浮轴承(例
如参见中国专利CN200610098332.3)已被成功地应用在人工心脏上，但磁悬浮 血泵电机控制技术的复杂性，并且需要额外的能量输入，虽然美、日、德等国 率先从事此项技术研究多年，至今仍存在许多技术问题，产品均多处于试用阶 段。液力悬浮与磁悬浮混合的轴承技术已被美国Arrow International公司和澳大 利亚HeartWare公司成功地应用产品中，并进入了临床试验阶段，但仍然存在控 制系统复杂的问题。由于液力悬浮与另两种悬浮方式相比，无需复杂的控制和 位移传感器，并且无需额外的能量消耗，同时液力悬浮还具有可靠性高、抗冲 击能力强等优点，因此，液力悬浮技术的人工心脏也开始得到更多的重视。
对于磁悬浮轴承技术(例如参见中国专利CN200610098332.3)存在以下问
题
(1) 主动磁悬浮轴承需要更多的能量输入。
(2) 为了使磁悬浮轴承功能稳定，需要高精度的控制结构，从而增加了整 个控制系统的复杂性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于人工心脏的液力悬浮轴承。 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是
本发明包括泵壳和叶轮、转子、定子、永磁磁钢和电磁线圈。将内顶面为 弧形的转子嵌入在顶部为弧形的定子环形凹槽中，环形的永磁磁钢安装在转子 的内圈上，电磁线圈固定在定子的外圈上，定子顶部开有变螺距螺旋槽，转子 外圈开有等螺距螺旋槽，转子上顶面安装叶轮，叶轮安装在泵壳内，泵壳与定 子连接成一体；血液从泵壳入口处流入，大部分血液通过叶轮的旋转从泵壳出
口处流出，少部分血液通过定子与转子的螺旋槽间隙，转子下表面与定子底面
3的间隙，转子内壁与定子的间隙，形成一个封闭的回路，与入口处的血液汇合。 本发明具有的有益效果是
由于采用了液力悬浮轴承结构，结构简单，在长期保持轴承性能的同时， 能够保证轴承磨损少，发热量小，功耗小，而避免了复杂控制系统的设计，减 少了人工心脏的能量输入，有效的减少人工心脏的附加重量，有利于人工心脏 向轻型化、便携式方向发展。
图l是本发明的结构原理示意图。
图2是本发明的叶轮结构原理示意图。
图3是图2叶轮叶片的a夹角示意图。
图4是本发明的转子结构原理示意图。
图5是图4转子凹槽的p夹角示意图。
图6是本发明的定子及外壳部分示意图。
图中1、泵壳，2、叶轮，2A、叶轮薄壁，2B、叶轮厚壁，3、转子，4、 定子，5、变螺距螺旋槽，6、等螺距螺旋槽，7、永磁磁钢，8、电磁线圈，9、 泵壳出口， 10、泵壳入口。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括泵壳1和叶轮2、转子3、定子4、永磁磁钢7和 电磁线圈8;将内顶面为弧形的转子3嵌入在顶部为弧形的定子4环形凹槽中， 环形的永磁磁钢7安装在转子3的内圈上，电磁线圈8固定在定子4的外圈上， 定子4顶部开有变螺距螺旋槽5，转子3外圈开有等螺距螺旋槽6，转子3上顶 面安装叶轮2，叶轮2安装在泵壳1内，泵壳1与定子4连接成一体；血液从泵 壳入口 10处流入，大部分血液通过叶轮2的旋转从泵壳出口 9处流出，少部分 血液通过定子4与转子3的螺旋槽间隙，转子下表面与定子底面的间隙，转子 内壁与定子的间隙，形成一个封闭的回路，与入口处的血液汇合。所述的叶轮2 和转子3，两部分构件之间的接合面为平面，连接方式采用粘贴或者螺栓紧固。
如图2和图3所示，所述叶轮2的叶片，叶片为3 6片，每片沿叶轮旋转 方向上的厚度均逐渐变大，叶轮薄壁2A与叶轮厚壁2B之间的夹角a为 0.1M).5o。
如图4和图5所示，所述转子3的底面设有凹槽，凹槽的个数与叶片的片 数相同，每个凹槽沿旋转方向上的厚度均逐渐变大，凹槽与定子4的夹角卩为0.1 M).50。
如图4所示，所述的转子3外圈开有四头等螺距螺旋槽6，从转子端面等距 分别开一条顺时针的等螺距螺旋槽6。槽的截面形状为圆弧。
如图6所示，所述定子4的顶部开有四头变螺距螺旋槽5，从定子4上表面 等距分别开一条逆时针的变螺距螺旋槽5，变螺距螺旋槽5从定子4顶部开始为 变螺距。槽的截面形状为矩形。
本发明的工作原理如下
图1表示了本发明实施方案的液力悬浮轴承应用在人工心脏中时的总体结 构，当电磁线圈8中通电时，叶轮2会在交变电流产生的交变磁场作用下跟转 子3 —起转动，由泵壳入口 10流入的血液大部分在叶轮2的作用下以一定的速 度从泵壳出口9处泵出，当转子3以一定速度沿圆周方向运动时，由于在叶轮2 的中心处会形成低压，在泵壳出口 9出会形成高压，因此，在压差和离心力的 作用下，少部分血液会在定子4与转子3的螺旋槽间隙，转子下表面与定子底 面的间隙，转子内壁与定子的间隙，形成一个流动的封闭回路，使得血液从该 流道中形成二次回流与入口处的血液汇合，并从泵壳出口9一起流出。在叶轮2 与泵壳1之间，转子3下表面与定子4底面之间会产生止推液膜，对叶轮2和 转子3起到轴向支撑作用，从而形成轴向的液力悬浮轴承；在转子3外圈等距 螺旋槽6与定子4之间以及转子3内圈与定子4之间会产生径向液膜，对转子3 起到径向支撑作用，从而形成径向液力悬浮轴承。其中，变螺距螺旋槽5和等 螺距螺旋槽6的作用是在转子3转动的过程中，血液沿着转子3外周的等螺 距螺旋槽6到达转子的底部并聚集，更有利于轴向止推液力悬浮轴承的形成； 同时，在定子4顶部的变螺距螺旋槽5与转子2之间，二次回流的血液在该处 聚集，更有利于形成轴向的液力悬浮轴承，同样起到轴向悬浮轴承作用。因此， 整个叶轮2和转子3处在一种不断变化的动平衡中。
权利要求
1.一种用于人工心脏的液力悬浮轴承，其特征在于包括泵壳(1)和叶轮(2)、转子(3)、定子(4)、永磁磁钢(7)和电磁线圈(8)；将内顶面为弧形的转子(3)嵌入在顶部为弧形的定子(4)环形凹槽中，环形的永磁磁钢(7)安装在转子(3)的内圈上，电磁线圈(8)固定在定子(4)的外圈上，定子(4)顶部开有变螺距螺旋槽(5)，转子(3)外圈开有等螺距螺旋槽(6)，转子(3)上顶面安装叶轮(2)，叶轮(2)安装在泵壳(1)内，泵壳(1)与定子(4)连接成一体；血液从泵壳入口(10)处流入，大部分血液通过叶轮(2)的旋转从泵壳出口(9)处流出，少部分血液通过定子(4)与转子(3)的螺旋槽间隙，转子下表面与定子底面的间隙，转子内壁与定子的间隙，形成一个封闭的回路，与入口处的血液汇合。
2. 根据权利要求1所述的一种用于人工心脏的液力悬浮轴承，其特征在于: 所述叶轮(2)的叶片，叶片为3 6片，每片沿叶轮旋转方向上的厚度均逐渐变大， 叶轮薄壁(2A)与叶轮厚壁(2B)之间的夹角a为0.1° 0.5°。
3. 根据权利要求1所述的一种用于人工心脏的液力悬浮轴承，其特征在于 所述转子(3)的底面设有凹槽，凹槽的个数与叶片的片数相同，每个凹槽沿旋转 方向上的厚度均逐渐变大，凹槽与定子(4)的夹角p为0.1°~0.5°。
4. 根据权利要求1所述的一种用于人工心脏的液力悬浮轴承，其特征在于 所述的转子(3)外圈开有四头等螺距螺旋槽(6)，从转子端面等距分别开一条顺时 针的等螺距螺旋槽(6)。
5. 根据权利要求1所述的一种用于人工心脏的液力悬浮轴承，其特征在于: 所述定子(4)的顶部开有四头变螺距螺旋槽(5)，从定子(4)上表面等距分别开一条 逆时针的变螺距螺旋槽(5)，变螺距螺旋槽(5)从定子(4)顶部开始为变螺距。
全文摘要
本发明公开了一种用于人工心脏的液力悬浮轴承。将内顶面为弧形的转子嵌入在顶部为弧形的定子环形凹槽中，环形的永磁磁钢安装在转子的内圈上，电磁线圈固定在定子的外圈上，定子顶部开有变螺距螺旋槽，转子外圈开有等螺距螺旋槽，转子上顶面安装叶轮，叶轮安装在泵壳内，泵壳与定子连接成一体；血液从泵壳入口处流入，大部分血液通过叶轮的旋转从泵壳出口处流出，少部分血液通过定子与转子的螺旋槽间隙，转子下表面与定子底面的间隙，转子内壁与定子的间隙，形成一个封闭的回路，与入口处的血液汇合。本发明结构简单，能够保证轴承磨损少，发热量小，功耗小，减少了人工心脏的能量输入，有利于人工心脏向轻型化、便携式方向发展。
文档编号A61M1/10GK101513546SQ20091009697
公开日2009年8月26日 申请日期2009年3月26日 优先权日2009年3月26日
发明者杨华勇, 哲 林, 俊 邹, 阮晓东, 青 韩 申请人:浙江大学