一种带有柔性PCB绕组的微型导管泵电机

一种带有柔性pcb绕组的微型导管泵电机
技术领域
1.本发明专利涉及一种带有柔性pcb绕组的微型导管泵电机，属于微特电机技术领域。


背景技术：

2.近年来，心脏病在许多国家的发病率与致死率逐年升高，终末期阶段心脏移植是有效的救治方案，但是心脏的供体严重不足，供需矛盾的日益严重促使了心室辅助装置的发展。导管泵是一种治疗急性重症心衰的人工心脏泵，用于短期辅助，维持患者生理泵血的小型血液循环辅助装置。由abiomed公司研制的impella商业用导管泵，已在临床上获得应用，可植入心衰患者体内进行短期辅助。导管泵通常以经皮等微创方式植入体内进行临床应用，因此要求导管泵电机能够实现微型化，并在高速旋转时驱动叶轮提供足够的血液灌注量。此外，由于植入体内的特殊要求，要求导管泵电机具备低损耗的特点，以免电机温度过高导致的血液相容性问题。
3.永磁无刷直流电机是一种机电一体化电机，是现代电子技术、控制理论和电机技术结合的产物。永磁无刷直流电机转动惯量小，转矩惯量比高，响应快，工作寿命长，可靠性高，不仅应用于航空航天、工农业生产和日常生活领域，同时也已应用于人工心脏等医疗器械领域。
4.传统微型电机绕组缠绕于定子齿槽上，定子有齿槽的结构会与永磁体相互作用造成齿槽效应，电机的能量损耗比较大，电机的输出效率比较低；目前已知的微型空心杯电机采用的绕组导线横截面一般是圆形，绕组形状的改变，会提高生产的复杂性。
5.因此本专利发明了一种带有柔性pcb绕组的微型导管泵电机，该导管泵电机采用柔性pcb技术，将印制好的柔性pcb板进行多层卷绕，粘连于定子的内壁上，与传统微型电机绕组相比，柔性pcb绕组具有更高的填充效率，并且绕组形状可进行更改，降低了生产的复杂性；同时定子采用无齿槽结构，降低了定子铁损，提高了电机效率。


技术实现要素：

6.为了克服传统电机高速运行时定子会产生齿槽转矩，绕组形状不易改变等缺点，本专利发明了一种带有柔性pcb绕组的微型导管泵电机，可以实现导管泵电机易植入性，降低导管泵电机损耗，提高导管泵电机高速运行时输出性能，以及定子绕组制作便捷的效果。
7.本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：
8.一种带有柔性pcb绕组的微型导管泵电机，包括：定子组件和转子组件；
9.所述定子组件包括：电子换向器组件(2)，轴承(4)，柔性pcb绕组(9)，定子铁芯(6)，定子左外套(12)，定子右外套(3)，定子左内套(11)和定子右内套(5)；多层柔性pcb绕组(9)用金属胶水粘连于定子铁芯(6)内壁上，定子右内套(5)、定子左内套(11)和定子右外套(3)、定子左外套(12)用金属胶水通过右内外套壁上过孔实现定位，定子左外套(12)，定子右外套(3)，定子左内套(11)和定子右内套(5)从两边相互配合将定子铁芯(6)与柔性pcb
绕组(9)密闭在一空间；a、b、c三相绕组的引线通过定子右外套(3)和定子右内套(5)壁上过孔引出，焊接于电子换向器组件(2)上；
10.所述转子组件包括：永磁磁钢(8)，传动输出轴(13)，转子左外套(10)和转子右外套(7)；永磁磁钢(8)用金属胶水固定在传动输出轴(13)上；同时，转子右外套(7)与转子左外套(10)从两边相互配合将永磁磁钢固定在传动输出轴(13)上，所述传动输出轴可转动的置于两端的轴承(4)内。
11.进一步，所述定子铁芯采用无齿槽结构。
12.进一步，所述轴承采用聚四氟乙烯加工而成。
13.进一步，所述定子左外套和定子右外套，采用不锈钢加工而成，定子右外套壁上开直径1.5mm过孔；所述定子左内套和定子右内套，采用不锈钢加工而成，定子右内套壁上开直径1.5mm过孔。
14.进一步，所述柔性pcb绕组在柔性印制线路板正反面印制三相绕组电路，三相绕组线路包含a相绕组线路、b相绕组线路、c相绕组电路，柔性印制线路板卷制成柔性pcb绕组，在柔性pcb绕组的平面展开状态下，三相绕组线路呈星型连接；
15.所述柔性印制线路板是通过一种可弯曲卷绕的基材，其表面用光成像图形转移和蚀刻工艺方法而制成各种导体电路图形；双面和多层电路板的表层与内层通过金属化孔洞实现内外层电气联通，线路表面以绝缘材料pi与胶层进行保护与绝缘。
16.进一步，所述永磁磁钢采用一对极一体成型的方式。
17.进一步，所述传动输出轴采用轴承钢制成直径1mm的输出轴。
18.进一步，所述转子左外套和转子右外套采用不锈钢制成。
19.进一步，转子左外套和转子右外套用金属胶水将永磁磁钢与转子外套粘连。
20.柔性pcb绕组，所述柔性pcb绕组是在柔性印制线路板正反面印制三相电路，其中每个所述绕线呈菱形形状，每相每个绕线通过金属过孔相连形成完整的一相，制作完成的柔性pcb绕组通过卷绕，用具有耐水，耐热和耐腐蚀性能的金属胶水粘连于定子的内壁上，三相绕组的引线通过定子内外套壁上的过孔焊接于电子换向器上。
21.定子右外套、定子做外套和定子右内套、定子左内套，所述定子右外套、定子左外套和定子右内套、定子左内套是用金属胶水将定子铁心与柔性pcb绕组密闭在一空间，防止定子铁芯与绕组进水生锈，损坏电机。
22.柔性印制线路板，所述柔性印制线路板是由聚酰亚胺或聚脂薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，配线密度高，重量轻，厚度薄，弯折性好可挠性印刷电路板。
23.电子换向器组件，所述电子换向器组件用于改变电枢绕组的电流方向。
24.传动输出轴，所述传动输出轴可转动的置于轴承内。
25.永磁磁钢，所述永磁磁钢采用一对极一体成型方式，并与传动输出轴之间用金属胶水进行粘结。
26.转子右外套和转子左外套，所述转子右外套和转子左外套将永磁磁钢固定在传动输出轴上，防止电机高速旋转时，永磁磁钢脱落以及保护永磁磁钢遇水，影响磁钢性能。
27.所述定子组件，转子组件与所述的传动输出轴在同一水平面同心。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
29.1.定子绕组采用柔性pcb绕组，柔性pcb绕组配线、组装密度高，省去了多余排线的
连接；弯折性好、柔软度高、可靠性高。
30.2.柔性pcb绕组生产工艺简单，能够通过改变导线形状，优化电机转矩输出性能，降低电机损耗；柔性pcb绕组还具有良好的散热性和可焊性以及易于装连、综合成本较低等优点。
31.3.电机体积小、重量轻，减小了电机的转动惯量，能够提高电机的响应速度与效率。
32.4.电机采用定子无齿槽的结构，有效的降低了电机在高速运行时带来的定子铁芯损耗，提高了电机的输出性能。
33.基于上述分析的效果，可知本发明适用于绕组密度高、功率密度高的微型电机批量化生产，提高生产效率。
附图说明
34.图1为本微型导管泵用电机结构剖视图；
35.图2为本微型导管泵电机永磁磁钢结构图；
36.图3为本微型导管泵用电机结构分解图；
37.图4为本微型导管泵电机柔性基板结构示意图；
38.图5为本微型导管泵用电机所述的柔性印制线路板的一种实施方式的平面示意图；
39.图6为本微型导管泵用电机所述的柔性印制线路板正面导线走线方式平面示意图；
40.图7为为本微型导管泵用电机所述的柔性印制线路板反面导线走线方式平面示意图；
41.附图标记说明：
42.1、外接线端子；2、电子换向器组件；3、定子右外套；4、轴承；5、定子右内套；6、定子铁芯；7、转子右外套；8、永磁磁钢；9、柔性pcb绕组；10、转子左外套；11、定子左内套；12、定子左外套；13、传动输出轴。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
44.下面结合附图来说明本发明：
45.如图2，永磁磁钢(8)可以采用多对极一体成型加工方式，本发明为了减少制作难度，节省成本，永磁磁钢采用一对极一体成型方式加工而成；充磁方式采用平行径向充磁，充磁方向为n极到s极。
46.如图3，本发明所述的定子带有柔性pcb绕组微型导管泵电机，多层柔性pcb绕组(9)用金属胶水粘连于定子铁芯(6)内壁上，定子右内套(5)、定子左内套(11)和定子右外套(3)、定子左外套(12)用金属胶水通过右内外套壁上过孔实现定位，将左右内外套从两边相
互配合将定子铁芯与柔性pcb绕组密闭在一空间，对定子铁芯与绕组起到保护作用。
47.a、b、c三相绕组的引线通过定子右内外套壁上过孔引出，焊接于电子换向器上(2)。
48.永磁磁钢(8)用金属胶水固定在传动输出轴(13)上；同时，转子右外套(7)与转子左外套(10)从两边相互配合将永磁磁钢固定在传动输出轴上，防止电机高速旋转时，永磁磁钢脱落，并且保护永磁磁钢，防止永磁磁钢退磁。
49.如图4所示，所述柔性印制线路板由无胶基材和保护膜材料组成。所述无胶基材也就是没有胶层的基材，相较于普通有胶基材，少了中间的胶层，只有铜箔和pi(绝缘材料)组成；保护膜一般起到保护线路的作用，防尘防污防静电保护线路不暴露在空气中，避免铜箔的氧化与腐蚀。
50.如图5，所述柔性pcb绕组(9)由柔性印制线路板进行多层环绕卷制而成，柔性印制线路板上正反面通过提前设计印刷绕组线路，并在线路板上加工出多个绕组接线金属过孔，通过金属过孔进行每层正反面绕组的连接以及层与层之间的定位；柔性印制线路板通常进行4层或6层环绕并压合，形成三相电路。
51.如图6，所述柔性pcb绕组(9)正面走线，正面导线与金属过孔预先设计，由于加工工艺的要求，所设计的导线横截面长度为0.2mm，宽度为0.01mm，金属过孔直径为0.15mm。
52.如图7，所述柔性pcb绕组(9)反面走线，将预先设计好的反面导线通过金属过孔与正面导线连接，形成a、b、c三相回路。
53.本实施例以三相绕组为例，柔性印制线路板上印刷三相绕组线路，三相绕组线路包含a相绕组线路，b相绕组线路，c相绕组线路，如图3所示；柔性印制线路板卷成柔性pcb绕组(9)后，在柔性pcb绕组(9)的平面展开状态下，三相绕组呈星型连接。
54.本方案将超薄的柔性pcb绕组进行多层卷绕，从而形成杯状型pcb定子绕组。这种结构无电机齿槽，不存在因齿槽效应而引起的涡流损耗，同时定子无铁芯结构也会使定子铁芯的损耗明显降低；传统微型电机的绕组应通过专用机器或复杂的工艺来制造，而柔性pcb中的导体可在柔性基材表面上采用光成像图形和蚀刻工艺方法印制成不同的形状，利于电机后期的性能优化，因此柔性pcb绕组适用于本发明设计的微型导管泵电机。
55.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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。
56.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。