血泵的制作方法

本发明涉及血泵，特别是血管内血泵，用于经皮插入患者的血管中，以支持患者的血管中的血液流动。该血泵具有改进的驱动单元。

背景技术：

1、已知不同类型的血泵，诸如轴向血泵、离心(即径向)血泵或由轴向力和径向力两者引起血液流动的混合型血泵。血管内血泵凭借导管被插入患者的诸如主动脉的血管中。血泵一般包括具有由通路连接的血流入口和血流出口的泵壳体。为了引起沿着通路从血流入口到血流出口的血液流动，叶轮或转子可旋转地支撑在泵壳体内，其中叶轮设置有用于输送血液的叶片。

2、血泵一般由驱动单元驱动，驱动单元可以是电动马达。例如，us 2011/0238172a1披露了具有可磁耦合至电动马达的叶轮的体外血泵。该叶轮包括磁体，其设置成与电动马达中的磁体相邻。由于叶轮中与马达中的磁体之间的吸引力，故马达的旋转传递至叶轮。为了减少旋转部件的数量，从us2011/0238172 a1中也已知利用旋转磁场，其中驱动单元具有绕旋转轴线布置的多个定子柱体，每个柱体承载线圈绕组并充当磁芯。控制单元按顺序向线圈绕组供应电压以创建旋转磁场。为了提供足够强的磁耦合，磁力必须足够高，这可以通过向驱动单元供应足够高的电流或通过提供大型磁体实现，然而这导致血泵的总体直径较大。

3、ep 3222301 b1披露了在驱动单元与叶轮之间具有磁耦合的血泵，特别是血管内血泵，其中血泵具有紧凑设计，特别是泵送动力与泵的大小的高比例，造成外尺寸足够小以允许血泵经血管地、经静脉地、经动脉地、或经瓣膜地插入，或出于操作方便的原因而甚至更小。

4、更具体地，ep 3222301 b1中的血泵包括具有血流入口和血流出口的泵壳体、叶轮以及用于使叶轮旋转的驱动单元。通过叶轮绕旋转轴线在泵壳体内部的旋转，血液可以通过叶轮的叶片从血流入口被输送到血流出口。驱动单元包括多个、优选六个柱体以及连接柱体的后端部以充当轭的背板。当在垂直于旋转轴线的平面中看时，柱体围绕旋转轴线呈圆形布置，其中每个柱体具有纵向轴线，纵向轴线优选平行于所述旋转轴线。柱体均具有杆部以及在杆部的与后端部相反的叶轮侧端部处的倾斜头部，头部在径向延伸超出杆部以形成肩部，肩部可以充当设置成围绕每个柱体的线圈绕组的轴向止挡。为了生成旋转磁场以驱动叶轮，线圈绕组可以以协调一致的方式被控制。叶轮包括磁体形式的磁性结构，其布置成与旋转磁场相互作用，使得叶轮跟随其旋转。

5、现有技术的缺点在于，在径向延伸超出杆部的头部彼此之间距离较小。结果造成在头部间存在相当大的寄生磁通，这对于转矩的产生来说是一种损失。本发明的一个目的是在此方面改进驱动单元。

技术实现思路

1、本发明的血泵对应于上文所述的血泵。据此，其可为轴向血泵或部分轴向地且部分径向地泵送的对角血泵(对于血管内应用来说纯离心血泵的直径通常太大)。然而，根据本发明的一个方面，柱体中的至少一个、优选每个柱体以其叶轮侧端部在径向不延伸超出相应线圈绕组的叶轮侧端部，其中术语“径向”涉及横向于、优选垂直于相应柱体的纵向轴线的方向。换句话说，柱体不具有特定的头部。相反，柱体优选具有至少在其叶轮侧端部区域、更优选沿着其全长度不变的截面。

2、在运行中，相邻的柱体通常具有不同的磁化，使得磁通在避开叶轮的情况下趋于在相邻的柱体之间流动。这样的磁流动对于转矩的产生来说是一种损失。此类不具有头部的柱体的一个优点是，相邻的柱体之间的这种磁损失由于柱体间的更大距离被减少。结果是，与柱体以其叶轮侧端部在径向延伸超出相应线圈绕组的叶轮侧端部的泵相比，转矩和驱动单元与叶轮之间的轴向力的比例可以被增加。

3、优选柱体的叶轮侧端部具有平面形式。特别是，叶轮侧端部取向为垂直于旋转轴线，柱体的平面叶轮侧端部具有可以减少构造空间的效果。这是因为叶轮的面朝柱体的表面可以也是平面。因此，叶轮可以在旋转轴线的方向具有更短的总体长度。

4、优选地，驱动单元包括用于柱体中的至少两个、优选所有柱体的间隔件。特别是，间隔件构造成使至少两个柱体的叶轮侧端部之间的距离保持不变。这两个柱体可以是相邻的柱体，但是它们也可以是不相邻的柱体。在后者的情况下，间隔件可在不同柱体之间传递力，例如通过旋转轴线。在柱体相邻的情况下，间隔件可填充这些柱体之间的空间。然而，最优选的是所有柱体都被保持在到彼此的距离不变。

5、间隔件可以是盘。盘可以具有开口以将柱体插入这样的开口。柱体间的力可以经由这样的开口的边界被转移。优选盘形的间隔件在旋转轴线的方向具有小厚度。例如，厚度可以在0.05和0.3mm之间，优选在0.066和0.2mm之间，更优选近似为或恰好为0.1mm。小厚度提供了保持距离仅使用了很小的轴向空间的优点。更优选的是，间隔件由非铁磁性材料制成以避免磁短路。优选地，间隔件由钛或另一生物相容材料制成。优选钛是出于其高机械强度，使得小厚度的间隔件是可以的。

6、优选地，线圈绕组布置在间隔件的背对叶轮的侧面。线圈绕组的叶轮侧端部可以靠近间隔件或可以触碰间隔件布置。间隔件可以布置在柱体的叶轮侧端部，优选以与柱体的叶轮侧端部的平面表面齐平的方式。通过这些措施，改善了泵壳体内部的可用空间的利用。

7、可替换地，间隔件可不布置在柱体的叶轮侧端部或可省略。在后者的情况下，线圈绕组的叶轮侧端部可以向上延伸至相应柱体的叶轮侧端部。那么，线圈绕组可以产生向上到柱体的叶轮侧端部的磁动势。

8、柱体中的每个具有纵向轴线。优选地，每个柱体的纵向轴线平行于旋转轴线。柱体均包括在横向于、优选垂直于相应柱体的纵向轴线的截面中不连续的软磁性材料。换句话说，柱体的软磁性材料在横向于、优选垂直于由柱体中的相应线圈绕组引起的磁通方向的截面中是不连续的。通过在截面中分隔或中断软磁性材料，可以减少或避免柱体中的涡电流，使得发热和耗能可以减少。减少耗能对于血泵的长期应用来说特别有用，在长期应用中期望血泵是电池供电的而为患者提供活动能力。而且在长期应用中，血泵可在不清洗(purge)的情况下运行，这只在发热较低的情况下有可能。

9、“不连续”在本技术文件的意义上表示在横向于纵向轴线的任何截面中所见的软磁性材料是通过绝缘材料或其他材料或间隙而中断、分开、截断等，以形成软磁性材料的严格分开的区域或被中断但又在不同部位连接的区域。

10、提供在横向于磁通方向的截平面中的不连续软磁性材料减少了涡电流并因此减少了发热和耗能，如上所述。为了与连续或通体(即实心)软磁性材料相比基本上不减弱磁场，软磁性材料的总量要最大化，同时将软磁性材料的连续区域最小化。这可以例如通过提供呈多个软磁性材料片材形式的软磁性材料实现，诸如电工钢。特别是，片材可形成片材的堆叠。片材优选地彼此电绝缘，例如通过在片材中的相邻片材之间设置粘合剂、漆、烤瓷等。这种布置可以叫做“开缝(slotted)”。与通体软磁性材料相比，软磁性材料的量只减少了一点点并且绝缘材料的量保持较少，使得由开缝柱体引起的磁场与由实心柱体引起的磁场基本上相同。换句话说，在发热和耗能可以显著减少的同时，由绝缘材料引起的磁场的损失是微不足道的。

11、片材优选基本上平行于相应柱体的纵向轴线延伸。换句话说，片材可基本上平行于磁通方向延伸，使得柱体在横向于或垂直于磁通方向的截面中是不连续的。可以理解，片材可相对于相应柱体的纵向轴线成角度地延伸，只要软磁性材料在横向于纵向轴线的截面中是不连续的。片材优选具有范围在25μm至1mm，更优选50μm至450μm，例如200μm的厚度。

12、在电动马达中提供开缝软磁性材料，诸如电工钢，以避免或减少涡电流是周知的。然而，此技术过去应用于片材通常具有范围在约500μm或更高的厚度的大型设备。在小型应用中，诸如在柱体中的一个通常具有所述数量级的直径并且动力输入相对较低(例如上至20瓦特(w))的本发明的血泵中，预期不会有涡电流和相关问题。出乎意料地，虽然柱体的直径小，但可以通过提供开缝柱体减少涡电流并因此减少发热和耗能。这对血泵的运行是有利的，血泵可在上至50,000rpm(转数每分钟)的高速运行。

13、可以理解，除上述开缝布置以外的其他布置可用于提供柱体中的不连续软磁性材料。例如，代替多个片材，多个线材、纤维、柱体或其他细长元件可以被提供以形成驱动单元的每个柱体。线材等可提供为束的形式，其中线材例如凭借环绕每个线材的涂层或线材所嵌入的绝缘基质彼此电绝缘，并且可具有各种截面形状，诸如圆形、倒圆、矩形、正方形、多边形等等。相似地，可以提供软磁性材料的颗粒、线材绒或其他海绵状或多孔结构的软磁性材料，其中软磁性材料的区域之间的空间包括电绝缘材料，诸如粘合剂、漆、聚合物基质等。软磁性材料的多孔且因此不连续的结构也可由烧结材料或压制材料形成。在这种结构中，可省略附加的绝缘材料，因为绝缘层可通过软磁性材料暴露于空气的氧化造成的氧化层自动形成。

14、尽管片材或软磁性材料的其他结构可均一地形成，即柱体中的一个或所有柱体内的片材可具有相同厚度或线材可具有相同直径，但是也可以提供非均一布置。例如，片材可具有不一样的厚度或线材可具有不一样的直径。更具体地，特别是对于片材的堆叠，一个或更多个中心片材可具有更大的厚度，而朝向该堆叠的端部的相邻片材可具有更小的厚度，即片材的厚度从中心朝向该堆叠的端部减小，即朝向该堆叠中的最外部片材减小。类似地，线材束中的一个或更多个中心线材可具有更大的直径，而在柱体边缘的线材可具有更小的直径，即线材的直径可从中心朝向该束的边缘减小，即朝向该束中的最外部线材减小。在柱体的关于横向于其纵向轴线的截面的中心提供更大连续面积的软磁性材料，即在中心提供相对较厚的片材或线材可为有利的，因为这可增强沿着每个柱体的纵向轴线穿过中心的磁通，而且在中心的涡电流比在柱体的侧部的涡电流更不相关。换句话说，这种布置可为有利的，因为在柱体的侧部区域的涡电流更关键并且可以通过侧部区域的薄片材或线材而被减少。

15、驱动单元可包括连接柱体的后端部的背板。优选地，柱体中的至少一个、优选所有柱体的后端部表面布置成基本上垂直于柱体中的至少一个的纵向轴线。柱体中的至少一个、优选所有柱体可还包括绕柱体的纵向轴线设置并沿着所述纵向轴线延伸的周向/外缘表面，其中后端部表面设置在所述周向表面的纵向后端部并且后端部表面背向叶轮。优选地，后端部表面基本上垂直于周向表面。

16、如同柱体一样，背板可包括不连续软磁性材料。因为背板中的磁通基本上横向于或垂直于旋转轴线，所以背板的软磁性材料优选在平行于旋转轴线的截面中是不连续的。除此之外，上文提到的关于柱体的不连续材料的基本上所有的功能和阐释对于背板也有效。例如，如同柱体一样，背板可被开缝，即可由多个堆叠的片材形成，并且背板的片材优选彼此电绝缘。背板的片材可基本上垂直于柱体的片材延伸。如上所述，可以减少涡电流以及从而减少发热和耗能。然而，背板可替换地可由连续的、即实心的软磁性材料形成。

17、背板如同柱体一样，优选由软磁性材料制成，诸如电工钢(磁性钢)或适合用于使磁通回路闭合的其他材料，优选钴钢。背板的直径可在3mm至9mm的范围，诸如5mm或6mm至7mm。背板的厚度可在0.5mm至2.5mm的范围，诸如1.5mm。血泵的外径可在4mm至10mm的范围，优选7mm。多个柱体的布置的外径可在3mm至8mm的范围，诸如4mm至7.5mm，优选6.5mm。

18、如上所述，柱体由诸如电工钢(磁性钢)的软磁性材料制成。柱体和背板可由相同材料制成。优选地，包括柱体和背板的驱动单元由钴钢制成。钴钢的使用有助于减少泵的大小，特别是直径。利用在所有磁性钢之中最高的磁导率和最高的饱和磁通密度，对于相同数量的所使用的材料，钴钢产生最多磁通。

19、柱体的尺寸，特别是长度和截面面积，可依据于各种因素变化。对照血泵的尺寸，例如外径，依据于血泵的应用来说，柱体的尺寸由电磁特性确定，并被调节以实现驱动单元的期望性能。其中一个因素是要实现的穿过柱体的最小截面面积的磁通密度。截面面积越小，实现期望磁通所必需的电流就越高。然而，电流越高，线圈的线材中由于电阻所产生的热量就更多。这表示，尽管优选“薄”柱体以减少总体大小，但是这会需要高电流并且因此造成不期望的热量。线材中所产生的热量也依据于用于线圈绕组的线材的长度和直径。优选短线材长度和大线材直径以最小化绕组损失(如果使用铜线材的话则称作“铜损失”或“铜能量损失”，这是通常情况)。换句话说，如果线材直径小，则在相同电流下与更厚的线材相比产生更多的热量，从而优选的线材直径为例如0.05mm至0.2mm，诸如0.1mm。影响柱体尺寸和驱动单元的性能的另外的因素是线圈的绕组的数量以及绕组的，即包括绕组的柱体的外径。大量的绕组可布置成围绕每个柱体多于一层，例如，可设置两层或三层。然而，层数越高，所产生的热量就会由于外层中具有更大绕组直径的线材的增加的长度而更多。线材的增加的长度由于长线材与更短的线材相比阻抗更高而可产生更多的热量。因此，绕组直径小的单层绕组将是优选的。绕组的一般数量转而又依据于柱体的长度，可为约50至约150，例如56或132。与绕组的数量相独立，线圈绕组由导电材料制成，特别是金属，诸如铜或银。银可比铜优选，因为银具有比铜的电阻小约5％的电阻。

20、优选地，至少一个柱体、更优选每个柱体具有横向于柱体的纵向轴线的三角形截面。优选地，柱体的截面在其整个长度上是三角形的。三角形柱体可以高百分比地利用泵壳体内部的可用空间，因为这样的柱体可以密集地围绕旋转轴线而群集。优选地，该三角形的一侧远离旋转轴线地面向并且是弯曲的。该弯曲围绕旋转轴线弯折。曲率半径优选对应于绕旋转轴线布置的多个柱体限定的外径的半径。通过这样的弯曲，可以实现圆柱形泵壳体内部的空间的使用的进一步拓展。