磁悬浮马达和磁悬浮血泵的制作方法

1.本公开总体上涉及医疗器械领域。更特别地，本公开涉及一种磁 悬浮马达以及包含所述磁悬浮马达的磁悬浮血泵。


背景技术：

2.心脏衰竭是一种流行的和威胁生命的疾病，一旦恶化至晚期，其 一年死亡率约为75％。鉴于晚期心脏衰竭的心脏供体有限，心室辅助 设备(vad)技术已成为搭起患者和移植手术之间的桥梁的可行治疗 选择、或作为替代治疗。但是，当前技术导致的不良事件(ae)仍然 限制了这些设备用于重症患者的治疗。在这些不良事件中，与血液损 伤相关的不良事件(例如溶血、神经性事件、中风、和泵内血栓形成) 占20％的发生率。溶血和血栓形成主要归因于旋转式血泵(rbp)中 的过高生理应力和流动停滞。尽管可以通过液压设计优化来改善血液 相容性，但对于带有血液浸没式轴承的旋转式血泵(其中旋转部件和 固定部件之间的直接接触是不可避免的)而言，这种优化极具挑战性。
3.为了解决这些问题，已经开发出第三代心室辅助设备，它们采用 了利用流体动力悬浮和/或磁悬浮技术的非接触式轴承。流体动力轴承 通过使用血液作为润滑剂而产生一层薄的血膜(通常是二次流动间 隙)，从而消除了转子与定子之间的直接机械接触。悬浮力与旋转部 件和固定部件之间的血膜几何特征以及旋转速度直接相关，并随泵的 工作条件而动态变化。由于血膜几何特征和悬浮力之间的紧密联系， 对流体动力轴承设计而言存在着严格的限制。
4.另一方面，主动式磁轴承可以使二次流动间隙保持恒定，从而断 开了血膜几何特征和悬浮力之间的关联性。这为血泵设计人员提供了 更大的自由度来优化泵腔内的流场以及与流动相关的血液相容性，已 知的是，该血液相容性与剪切应力、暴露时间(血液暴露于剪切应力 的时间段)、和在二次流动路径中的洗脱相关。因此，自2015年以来， 磁悬浮的旋转式血泵逐渐受到关注，因为最新的磁悬浮血泵设计显著 减小了要植入胸腔的血泵的尺寸、并且具有泵内血栓形成率为零的优 越性能。
5.因此，在设计磁悬浮的旋转式血泵时，非常重要的是在保持磁悬 浮支承性能的同时在流体动力优化方面留出足够的自由度。磁悬浮轴 承的关键性能指标是主动控制自由度(dof)的数量和在每个自由度 中的支承刚度。为了在每个自由度中获得较强的刚度，自然需要通过 电磁线圈来主动地控制自由度。这需要沿着所述自由度(方向)放置 一对或一组绕组线圈，从而使得二次流动路径的设计变得复杂并且因 此限制了用于血液流动的机械结构(比如，二次流动路径)的空间。
6.另外，在磁悬浮血泵中存在两种力：(1)旋转力，其用于驱动叶 轮；和(2)平移力，其用于保持叶轮/转子悬浮。为了实现这两种力， 马达中存在两组执行机构，用于为叶轮/转子提供移动力。这两组执行 机构(实际上是两组绕组线圈或呈其它形式的执行机构)要么被配置 为完全分开、要么更紧密地相邻布置。在任意一种配置中都需要两组 部件，并且这两组部件需要独立控制(即：需要两组独立的控制电路)， 从而增加了机械结构的复杂性
以及故障的发生率。


技术实现要素：

7.本公开的目的之一是解决以上问题中的一个或多个并实现其它额 外的优点。
8.在本公开的第一方面，提供了一种磁悬浮马达。所述磁悬浮马达 包括定子组件和沿着所述磁悬浮马达的竖直中心轴线位于所述定子组 件上方的转子组件，所述定子组件和所述转子组件之间具有距离可调 节的轴向间隙。所述定子组件包括定子基体、沿着所述定子基体的圆 周分布并且从所述定子基体的上表面朝向所述间隙向上延伸的多个定 子齿、和设置于由所述多个定子齿围绕成的内部空腔中的定子推力体， 所述定子齿上缠绕有作为执行机构的定子线圈。所述转子组件包括呈 圆环形式的转子环形件、设置于所述转子环形件的下表面的转子驱动 磁体、和设置于所述转子环形件的内部空腔中的转子推力磁体。所述 定子推力体和所述转子推力磁体被配置成能够产生轴向的磁力线并且 能够在所述定子推力体和所述转子推力磁体之间产生轴向斥力。所述 转子驱动磁体包括多个部分，每个部分均被沿着轴向方向磁化并且相 邻的部分具有相反的磁化方向，从而使得所述转子驱动磁体具有交替 的多个磁极。
9.根据本公开的一个实施例，所述转子驱动磁体的每个部分呈圆弧 形，使得每个部分能够跟随所述转子环形件的形状而设置于所述转子 环形件的下表面。
10.根据本公开的一个实施例，所述多个部分的端部彼此邻接，使得 由所述多个部分形成的转子驱动磁体呈封闭的圆环形。
11.根据本公开的一个实施例，所述多个部分的端部彼此间隔开，使 得各个部分之间具有间隔。
12.根据本公开的一个实施例，每个所述部分包括一段或多段磁体。
13.根据本公开的一个实施例，所述转子驱动磁体包括四个部分，并 且所述定子组件包括八个定子齿。
14.根据本公开的一个实施例，所述多个定子齿构造成从所述定子基 体的上表面朝向所述间隙基本竖直地向上延伸。
15.根据本公开的一个实施例，所述多个定子齿构造成从所述定子基 体的上表面朝向所述间隙基本螺旋地向上延伸。
16.根据本公开的一个实施例，所述多个定子齿构造成在其朝向所述 间隙螺旋地向上延伸的过程中，相邻的定子齿之间的间距逐渐变小。
17.根据本公开的一个实施例，所述转子推力磁体和所述定子推力体 均构造成实心的圆柱形磁体，并且其中，所述转子推力磁体的中心和 所述定子推力体的中心在理想状态下均与所述磁悬浮马达的竖直中心 轴线重合。
18.根据本公开的一个实施例，所述转子推力磁体的外径大于所述定 子推力体的外径。
19.根据本公开的一个实施例，所述转子推力磁体构造成具有内部空 腔的圆环形磁体而所述定子推力体构造成实心的圆柱形磁体，并且其 中，所述转子推力磁体的中心和所述定子推力体的中心在理想状态下 均与所述磁悬浮马达的竖直中心轴线重合。
20.根据本公开的一个实施例，所述转子推力磁体具有第一尺寸的内 径和第二尺寸
的外径，所述定子推力体的外径的尺寸介于所述转子推 力磁体的第一尺寸和第二尺寸之间。
21.根据本公开的一个实施例，所述定子基体呈圆环形或者圆饼形。
22.根据本公开的一个实施例，所述定子推力体由永磁体材料制成、 或者由电磁线圈或电磁铁形成。
23.根据本公开的一个实施例，所述定子推力体、所述转子推力磁体 和所述转子驱动磁体由永磁体材料制成。
24.根据本公开的一个实施例，所述定子基体由导磁性材料制成，用 于提供所述多个定子齿的根部之间的可导磁连接。
25.根据本公开的一个实施例，所述转子环形件由导磁性材料制成， 用于提供所述转子驱动磁体的各个部分之间的可导磁连接。
26.根据本公开的一个实施例，所述定子推力体位于所述定子线圈的 上方、靠近所述定子齿的头部的位置处。
27.根据本公开的一个实施例，所述定子线圈配置成：能够产生与所 述转子驱动磁体的每个部分的磁场对准的直轴分量磁场，用于调节所 述转子组件的轴向位置；并且能够产生与所述转子驱动磁体的每个部 分的磁场相差半个部分的长度而与其不对准的交轴分量磁场，用于驱 动所述转子组件旋转并调节所述转子组件的旋转速度。
28.根据本公开的一个实施例，每个所述定子齿上均缠绕有所述定子 线圈，每个所述定子线圈位于相应定子齿的根部和头部之间并且延伸 相应定子齿的长度的一部分。
29.根据本公开的一个实施例，所述定子线圈分组互联，以形成多个 可独立控制的定子线圈组。
30.根据本公开的一个实施例，每个所述定子线圈组连接至一个放大 器，所述放大器用于使电流流入所述定子线圈组中的定子线圈中。
31.根据本公开的一个实施例，每个所述放大器能够独立地控制，以 使不同大小的电流流入与该放大器连接的定子线圈组中的定子线圈 中。
32.根据本公开的一个实施例，所述磁悬浮马达包括控制器，所述控 制器配置成控制输入至每个所述放大器的电流输入值，以使每个定子 线圈组中的电流符合该定子线圈组的电流设定值，从而控制所述转子 组件的轴向运动、倾斜运动、和旋转运动中的至少一种。
33.根据本公开的一个实施例，所述控制器通过调节并控制输入至所 述放大器的电流输入值而调节所述直轴分量磁场，从而调节并控制在 所述转子组件上产生的轴向力，以确保所述转子组件和所述定子组件 之间的轴向间隙符合设定的距离值。
34.根据本公开的一个实施例，所述控制器通过调节并控制输入至所 述放大器的电流输入值而调节所述交轴分量磁场，从而调节并控制在 所述转子组件上产生的旋转力矩，以确保所述转子组件的旋转速度符 合设定的转速值。
35.根据本公开的一个实施例，所述控制器调节并控制对应于两个相 对的所述部分的定子线圈的电流输入值，从而调节并控制在所述转子 组件上产生的倾斜力矩，以确保所述转子组件的倾斜角符合设定的倾 斜角度值。
36.根据本公开的一个实施例，所述磁悬浮马达包括一个或多个传感 器，用于测量所述转子组件相对于所述定子组件的轴向位置、倾斜角 度、和角位置中的至少一种。
37.根据本公开的一个实施例，所述控制器配置成接收来自所述一个 或多个传感器的测量值并根据所述测量值调节所述定子线圈组的电流 输入值而实施控制。
38.根据本公开的一个实施例，所述传感器是基于涡电流的传感器或 霍尔效应传感器。
39.根据本公开的一个实施例，所述定子齿的头部的尺寸大于所述定 子齿的其它部分的尺寸。
40.根据本公开的一个实施例，所述定子齿的头部具有倒角或倾斜面， 使得所述定子齿的头部呈楔形。
41.在本公开的第二方面，提供了一种磁悬浮血泵。所述磁悬浮血泵 包括叶轮和根据本公开的磁悬浮马达，所述磁悬浮马达用于驱动所述 叶轮。
42.本公开的附加和/或其他方面和优点将在下文的描述中阐述，或者 从描述中显而易见或者可以通过本发明的实践来学习。本公开的各种 技术特征可以任意组合，只要它们不相互矛盾即可。
附图说明
43.结合附图，参考下面对本公开的具体实施方式的详细描述，本公 开的上面提到的特征和优点和其他特征和优点、以及实现它们的方式 将会变得更加显而易见。在附图中：
44.图1是根据本公开的一个实施例的磁悬浮马达的示意性立体图。
45.图2是图1所示的磁悬浮马达的剖视图。
46.图3是图1所示的磁悬浮马达的分解图。
47.图4是图1所示的磁悬浮马达的转子驱动磁体的示意图及其示意 性磁化特征。
48.图5是示出了由转子推力磁体和定子推力体所产生的磁场的磁力 线回路的示意性立体图。
49.图6a和图6b分别是示出了由转子驱动磁体所产生的磁场的磁力 线回路的示意性平面图和立体图。
50.图7a和图7b分别是示出了由定子线圈所产生的d轴分量磁场的 磁力线回路的示意性平面图和立体图。
51.图8a和图8b分别是示出了由定子线圈所产生的q轴分量磁场的 磁力线回路的示意性平面图和立体图。
52.图9a至图9c分别示出了磁悬浮马达的转子的轴向控制、倾斜控 制、以及径向控制的示意图。
53.在附图中，相应的附图标记表示相应的部件。这里描述的示例用 于阐述本发明的示例性方面，这些示例不应被解释为以任何方式限制 本公开的范围。
具体实施方式
54.以下将参考附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实 施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来， 并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本 公开的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范 围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合， 从而提供
更多额外的实施例。
55.出于描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“顶”、“底”、“横向”、“纵向”以及它们的 派生词均与本公开的附图中的取向有关。然而应该理解的是，本公开 可以采用各种替代性的变型，除非明确相反地说明。例如，在附图中 的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描 述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90 度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。
56.说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明， 均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有
”ꢀ
表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明 书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部 组合。
57.在说明书中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一 元件、“连接”至另一元件、“联接”至另一元件、或“接触”另一 元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接 至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元 件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接 附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接联接”至另一 元件或、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在说明书 中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相 邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。
58.本公开涉及一种磁悬浮马达。参照图1至图4，示出了根据本公 开的一个实施例的磁悬浮马达10的示意性结构。磁悬浮马达10可以 包括定子组件11和沿着磁悬浮马达10的竖直中心轴线a
‑
a位于定子 组件11上方的转子组件12。定子组件11和转子组件12之间可以具 有距离可调节的轴向间隙13，使得转子组件12能够以期望的轴向位 置悬浮于定子组件11的上方。
59.定子组件11可以包括定子基体111和沿着定子基体111的圆周分 布并且从定子基体111的上表面朝向间隙13向上延伸的多个定子齿 112。定子基体111可以呈圆环状或者呈圆饼状，用于提供所述多个定 子齿112的根部之间的可导磁连接。所述多个定子齿112可以具有基 本相同的高度，使得所述多个定子齿112的靠近转子组件12的头部基 本位于同一平面中。所述多个定子齿112可以形成具有内部空腔的圆 筒。在根据本公开的一个实施例中，定子基体111与所述多个定子齿 112可以一体形成。在根据本公开的另一个实施例中，定子基体111 与所述多个定子齿112可以分别形成，然后以适当的方式(比如，粘 结、焊接、机械连接等)将所述多个定子齿112安装于定子基体111 上。定子基体111与所述多个定子齿112可以由相同的导磁性材料制 成。
60.在图1至图3所示的实施例中，定子齿112构造成从定子基体111 的上表面朝向间隙13基本竖直地向上延伸。然而，本公开不局限于此。 在根据本公开的其它实施例中，定子齿112可以构造成从定子基体111 的上表面朝向间隙13基本螺旋地向上延伸。更具体地，定子齿112 可以从定子基体111的上表面朝向间隙13在一假想圆筒的圆周表面上 沿着相同的取向螺旋地向上延伸(如图5、图6b、图7b和图8b所示)。 在一个优选实施例中，在定子齿112朝向间隙13螺旋地向上延伸的过 程中，相邻定子齿112之间的间距可以逐渐变小。螺旋延伸的定子齿 112可以有助于增加定子组件11的面向转子组件12的那一面的截面 积，从而有助于增加通过轴向间隙13的磁通量。在根据本公开的一个 实施例中，定子齿112的头
部的尺寸可以大于定子齿112的其它部分 的尺寸，使得定子齿112的头部呈比如锄头形等形状。在根据本公开 的另一个实施例中，定子齿112的头部的尺寸可以大于定子齿112的 其它部分的尺寸，并且定子齿112的头部具有倒角或倾斜面，使得定 子齿112的头部呈比如楔形等形状。
61.定子齿112上可以缠绕有定子线圈113。定子线圈113用作执行 机构，用于驱动转子组件11进行比如轴向运动、倾斜运动、旋转运动 等中的一种或多种。在根据本公开的一个实施例中，定子线圈113可 以分布在多个定子齿112上，以形成分布式绕组。在根据本公开的另 一个实施例中，优选地，每个定子齿112上均缠绕有定子线圈113。 每个定子线圈113可以位于相应定子齿112的根部和头部之间并且延 伸该定子齿112的长度的一部分。每个定子线圈113可以具有两个接 线端。所述多个定子齿112上的定子线圈113可以分组互联，以形成 多个可独立控制的定子线圈组。每个定子线圈组可以连接至一个放大 器，所述放大器能够使电流流入该定子线圈组中的定子线圈中。每个 放大器可独立地控制，从而能够使不同大小的电流流入与其连接的定 子线圈组中的定子线圈中。将定子线圈形成多个可独立控制的定子线 圈组使得能够方便地控制转子组件12的倾斜运动以及倾斜角，将在下 文进行详细描述。
62.在所述多个定子齿112形成的圆筒的内部空腔中、优选在定子线 圈113的上方并靠近所述多个定子齿112的头部的位置处设置有定子 推力体114。定子推力体114被配置成能够产生轴向的磁力线，用于 产生轴向斥力，以将转子组件12悬浮于定子组件11的上方。在根据 本公开的一个实施例中，定子推力体114构造成实心的圆柱形磁体， 其中心在理想状态下与磁悬浮马达10的竖直中心轴线a
‑
a重合，以 使定子推力体114在磁悬浮马达10中基本旋转对称地布置。在根据本 公开的一个实施例中，定子推力体114可以由永磁体材料制成。在根 据本公开的另一个实施例中，定子推力体114可以由电磁线圈或电磁 铁形成。
63.转子组件12可以包括呈圆环形式的、具有内部空腔的转子环形件 121和设置于转子环形件121的下表面的转子驱动磁体122。在根据本 公开的实施例中，转子驱动磁体122由多个部分123构成，每个部分 123呈圆弧形，使其可以跟随转子环形件121的形状而设置于转子环 形件121的下表面。每个部分123可以由一段或多段磁体构成。每个 部分123均可以被沿着轴向磁化，并且相邻的部分123可以具有相反 的磁化方向，从而使得由所述多个部分123构成的转子驱动磁体122 具有交替的多个磁极。比如，如果第一部分的上表面为n极而下表面 为s极，则与第一部分的一端相邻的第二部分以及与第一部分的另一 端相邻的第三部分的上表面为s极而下表面为n极。这样的构造使得 围绕转子组件12的圆环所测量的轴向磁场类型可以包含p个磁极分 量，其中，p对应于部分123的数量。在本公开的实施例中，p可以 优选地为偶数，并且p可以优选地大于等于4。当每个部分123由多 段磁体构成时，每个部分123的多段磁体可以具有相同的磁化方向， 然而相邻的部分123具有相反的磁化方向。
64.在图4所示的实施例中，转子驱动磁体122由四个部分123构成。 四个部分123的端部可以彼此邻接，使得由四个部分123构造成的转 子驱动磁体122呈封闭的圆环形。然而，本公开不局限于此。转子驱 动磁体122可以由其它数量的部分123构成，比如，可以由六个、八 个或更多个部分123构成。另外，每个部分123可以与其它部分123 间隔开，使得各个部分123之间具有间隔(如图5、图6b、图7b和 图8b所示)。每个部分123可以以适当的方式(比
如粘结、焊接、机 械连接等)安装于转子环形件121的下表面。
65.转子环形件121用于提供转子驱动磁体122的各个部分123之间 的可导磁连接。转子驱动磁体122用于在定子线圈113的驱动下带动 转子组件11进行比如轴向运动、倾斜运动、旋转运动等中的一种或多 种，将在下文详细描述。优选地，转子环形件121可以具有与定子基 体111基本相同的尺寸，即：转子环形件121可以具有与定子基体111 基本相同的外径。
66.转子组件12包括转子推力磁体124。转子推力磁体124可以具有 基本上旋转对称的形式，并且被沿着轴向方向磁化(即：被磁化成能 够产生轴向的磁力线)。转子推力磁体124可以设置在转子环形件121 的内部空腔中，并且其中心在理想状态下与磁悬浮马达10的竖直中心 轴向a
‑
a重合。
67.可以选择转子推力磁体124与定子推力体114的磁力线方向，以 使得能够在转子推力磁体124和定子推力体114之间产生轴向斥力而 使转子组件12悬浮与定子组件11的上方。这可以通过比如使转子推 力磁体124的磁力线方向与定子推力体114的磁力线方向相反来实现。
68.还可以选择转子推力磁体124和定子推力体114的形状，以使得 当转子推力磁体124的中心与定子推力体114的中心不对准时在转子 推力磁体124和定子推力体114之间产生力的径向分量，该力的径向 分量倾向于将转子推力磁体124和定子推力体114拉回到其中心彼此 对准的位置。在图1至图3所示的实施例中，转子推力磁体124构造 成与定子推力体114类似的实心圆柱形磁体，并且转子推力磁体124 的外径可以大于定子推力体114的外径。在图5、图6b、图7b和图 8b所示的实施例中，转子推力磁体124构造成具有内部空腔的圆环形 磁体，其具有第一尺寸的内径和第二尺寸的外径；而定子推力体114 构造成实心的圆柱形磁体，并且定子推力体114的外径的尺寸介于转 子推力磁体124的第一尺寸和第二尺寸之间。
69.在根据本公开的一个实施例中，定子齿112的数量可以是转子驱 动磁体122的部分123的数量(以及因此是交替的磁极的数量)的若 干倍，比如2倍。换言之，当转子驱动磁体122包括四个部分123而 使得转动驱动磁体122具有4个磁极时，定子组件11可以包括例如8 个定子齿112。
70.在根据本公开的一个实施例中，转子推力磁体124可以由永磁体 材料制成，而定子基体111、定子齿112和转子环形件121可以由导 磁性材料(比如，金属铁等)制成。
71.接下来，参照图5至图9c来描述根据本公开的磁悬浮马达10的 工作原理及其控制。
72.图5示出了定子推力体114和转子推力磁体124之间的磁场的磁 力线回路。从图5中可以清楚地看到定子推力体114和转子推力磁体 124的磁力线在彼此面对的位置中相对地流动，从而在定子推力体114 和转子推力磁体124之间产生轴向斥力、并进一步在转子组件12的转 子环形件121上产生向上的轴向力，使得整个转子组件12可以悬浮于 定子组件11的上方。当转子组件12更靠近定子组件11时，磁力线将 被更强烈地推向径向方向，磁场的该扭曲将会导致轴向力的变化。
73.图6a和图6b分别以示意性平面图和立体图的形式示出了由转子 组件12的转子驱动磁体122的其中一个部分123所产生的磁场的磁力 线回路。如图6a和图6b所示，所示部分
123的磁力线可以向下穿过 该部分123本身、继续向下穿过定子齿112并到达定子基体111、沿 着定子基体111的圆周绕行穿过定子基体111的一部分(当转子驱动 磁体122包括四个部分123时，磁力线绕行90
°
而穿过定子基体111 的四分之一圆周)、向上穿过另一个定子齿112、向上穿过与该部分 123相邻的具有相反磁化方向的另一个部分123的本体而到达转子环 形件121、沿着转子环形件121的圆周以与穿过定子环形环111时的 方向相反的方向绕行穿过转子环形件121的一部分而形成一个完整的 磁场回路。具有相同磁化方向的部分123可以产生具有相反磁力线流 动方向的磁力线回路。因此，整个转子驱动磁体122可以产生磁力线 流动方向交替变化的磁力线回路。
74.转子驱动磁体122所产生的磁场将与定子线圈113所产生的磁场 相互作用而产生相应的磁力轴向分量和磁力转矩分量，从而可以产生 用于使转子组件12悬浮于定子组件11上方的轴向力以及产生用于使 转子组件12旋转的旋转力矩。
75.具体地，由定子齿112的定子线圈113所产生的磁场可以被认为 具有两个分量磁场：直轴分量(d轴分量)磁场，其磁力线回路与转 子驱动磁体122的磁极(即：各部分123)所产生的磁场的磁力线回 路对准；和交轴分量(q轴分量)磁场，其磁力线回路与转子驱动磁 体122的磁极(即：各部分123)所产生的磁场的磁力线回路彼此相 差半个部分的长度而彼此不对准。
76.图7a和图7b分别以示意性平面图和立体图的形式示出了由定子 线圈113所产生的d轴分量磁场的磁力线回路。可以看到d轴分量磁 场的磁力线回路与转子驱动磁体122所产生的磁力线回路完全对准， 并且d轴分量磁场的磁力线流动方向可以与转子驱动磁体122所产生 的磁力线流动方向相同或相反，以使得转子驱动磁体122下方的净磁 场变强或变弱。由定子线圈113所产生的d轴分量磁场不会在转子组 件12上产生使转子组件12旋转的旋转力矩，然而其可以在转子组件 12和定子组件11之间产生向下的吸引力，该吸引力会试图将转子组 件12朝向定子组件11吸引而闭合间隙13并且该吸引力与净磁场强度 的平方成比例。利用该性质，通过改变由定子线圈113所产生的d轴 分量磁场的大小，可以调节作用在转子组件12上的净轴向力，该净轴 向力补偿由定子推力体114和转子推力磁体124所产生的向上的轴向 力，从而可以控制转子组件12在轴向方向上的位置(参见图9a)。
77.图8a和图8b分别以示意性平面图和立体图的形式示出了由定子 线圈113所产生的q轴分量磁场的磁力线回路。可以看到q轴分量磁 场的磁力线回路与转子驱动磁体122所产生的磁力线回路相差半个部 分123的长度而彼此不对准。由于定子线圈113所产生的q轴分量磁 场的磁力线回路与转子驱动磁体122所产生的磁力线回路不对准，在 二者之间将产生试图使其对准的旋转力，该旋转力使得在转子组件12 上产生旋转力矩，从而使得转子组件12旋转。
78.根据本公开的磁悬浮马达10基于以上原理进行操作和控制。然 而，与传统马达不同，在根据本公开的磁悬浮马达10中，用于每个磁 极(即：每个部分123)的d轴分量磁场可以被独立地控制(借助于 上文描述的可独立控制的定子线圈组)，从而允许将磁悬浮马达10 的转子组件12的不同侧的轴向力控制至不同的数值。这允许将倾斜扭 矩施加至转子组件12，从而控制转子组件12的倾斜角(参见图9b)。 另外，根据本公开的磁悬浮马达10的转子组件12在径向方向上的稳 定性是被动获得的，当转子组件12的中心偏离磁悬浮马达10的竖直 中心轴线a
‑
a时，在定子基体111和转子环形件121之间将会产生使 其彼此对准的
径向力分量，该径向力分量沿着径向方向将转子组件12 拉回到与定子组件11对准的位置(参见图9c)。
79.根据本公开的磁悬浮马达10可以包括控制器，所述控制器配置成 控制转子组件12的轴向运动、倾斜运动、和旋转运动中的至少一种。 控制器可以通过以电压控制或电流控制的方式独立地控制每个放大器 而控制输入至每个定子线圈组的电流输入值，以使得每个定子线圈组 中的电流符合用于该定子线圈组的电流设定值，所述电流设定值是可 调节的，以从定子组件11产生净的磁动力。在根据本公开的一个实施 例中，通过调节并控制输入至定子线圈组的电流输入值，控制器可以 调节对应于p个磁极的定子线圈113的d轴分量磁场和q轴分量磁场 以调节和控制在转子组件12上产生的旋转力矩以及在转子组件12上 产生的轴向力，其中，控制器调节并控制在转子组件12上产生的轴向 力以确保转子组件12和定子组件11之间的轴向间隙符合设定的距离 值，并且控制器调节并控制在转子组件12上产生的旋转力矩以确保转 子组件12的旋转速度符合设定的转速值。在根据本公开的另一个实施 例中，控制器可以通过以电压控制或电流控制的方式独立地控制相应 的放大器而调节并控制对应于两个相对的磁极(部分213)的定子线 圈113的电流输入值，从而调节并控制在转子组件12上产生的倾斜力 矩，以确保转子组件12的倾斜角符合设定的倾斜角度值。
80.根据本公开的磁悬浮马达10还可以包括一个或多个传感器，所述 一个或多个传感器用于测量转子组件12相对于定子组件11的轴向位 置(高度)、倾斜角度、和角位置中的至少一种。控制器可以接收来 自所述一个或多个传感器的测量值并根据所述测量值来调节相应的定 子线圈或定子线圈组的电流输入值而实施控制。在根据本公开的实施 例中，所述一个或多个传感器可以是基于涡电流的传感器、霍尔效应 传感器、和其它适当类型传感器中的任意一种或多种。
81.根据本公开的磁悬浮马达10可以在比如体内或体外磁悬浮血泵 中使用，用于驱动所述体内或体外磁悬浮血泵的叶轮。
82.根据本公开的磁悬浮马达10仅利用一套可独立控制的定子线圈 113来同时产生旋转驱动力和轴向平移驱动力，避免了像现有技术马 达那样需要分别采用两套不同的定子线圈来分别产生旋转驱动力和轴 向平移驱动力，从而有效降低了磁悬浮马达10的零部件的数量并且因 此能够减小磁悬浮马达10的尺寸并降低其失效的风险。在此基础上， 根据本公开的磁悬浮马达10可以将作为执行机构的定子线圈113仅仅 置于转子组件12的一侧(比如，下方)，从而在其应用于磁悬浮血泵 时能够使血泵的流动路径设计具有更多的自由度和灵活性，并因此允 许血泵的流动路径具有尽可能简单的结构。这样，可以使磁悬浮血泵 的流体动力学非常简单，从而最大化地降低了对血液的损坏。
83.再者，根据本公开的磁悬浮马达10可以借助于单个控制器调节输 入至不同定子线圈组上的电流大小而根据需要调节转子组件12的轴 向位置、倾斜位置、和旋转速度，从而能够利用单个控制器实现磁悬 浮马达10的多自由度控制、并因此能够以简单的机械和控制机构实现 更好的控制。
84.上文结合附图描述了本公开的示范实施例。然而，本领域技术人 员应当理解的是，本公开不局限于所公开的具体结构。在不脱离本公 开的精神和范围的情况下，能够对本公开的示范实施例进行多种变化 和改变。所有这些变化和改变均包含在由本公开的权
利要求所限定的 保护范围内。