[发明专利]旋转式血泵

说明书

本申请有关申请日为2004年9月14日且名称为“旋转式血泵”的申请号200480034041.7的分案申请。

发明领域

本发明涉及旋转式泵。特别涉及用于各种转子和叶轮结构的轴承。

发明背景

一般旋转式泵使用一叶轮，其中，该叶轮的运动用机械接触轴承在5个自由度(两个角自由度，三个平动自由度)上受到限制。某些工作流体会受到机械接触轴承的破坏。用具有接触轴承的泵抽运的血会发生血细胞溶解，即破坏血细胞。一般来说，某些场合需要使用能抽运需要小心处理的工作流体如血的高效液压且高功率的泵。

Wampler等人的美国专利No.6,234,772B1(“Wampler”)说明了一种有径向磁斥力轴承和轴向流体动力轴承的离心血泵。Woodard等人的美国专利No.6,250,880B1(“Woodard”)说明了一种其叶轮只受液体动力支撑的离心血泵。

两血泵都是基于轴向磁通间隙电动机的设计。叶轮中携带电动机的驱动磁铁，从而用作电动机转子。在此两种情况中，驱动磁铁都位于叶轮的叶片中。驱动绕组的位置在泵室外但在用作电动机定子的泵壳体内。由于电动机与泵一体化，因此省略了驱动轴和泵的密封。该泵/电动机包括增强用于驱动叶轮的磁通的背铁。

两血泵的问题都是液力不足，其至少一部分的原因是将磁铁设置在叶轮叶片中要求大且非常规的叶片几何形状。

该泵要有效工作必须克服叶片携带的磁铁与背铁之间很大的自然轴向吸力。尽管叶片与泵壳体之间不发生接触，但液力轴承会由于与液力轴承承载的负载有关的剪切力造成血细胞的破坏。因此只使用液力轴承可能对血有害。

发明内容

鉴于公知血泵和方法的不足，旋转式泵用各种“非接触”轴承机构取代机械接触轴承。用各种转子和壳体设计特征实现磁轴承和液力轴承。这些设计特征可组合在一起。由于不使用机械接触轴承，因此泵的使用寿命延长，对工作流体如血的破坏减小。

在一实施例中，该泵包括一磁推力轴承。该泵包括界定泵室的泵壳体。该泵壳体有伸入该泵室中的心轴。该心轴设有包括第一和第二磁铁的心轴磁铁组件。该心轴磁铁组件的第一和第二磁铁的位置互相紧临，其磁向量相反。该泵包括有可围绕该心轴转动的叶轮的转子。该转子的非叶片部中设有包括第一和第二磁铁的转子磁铁组件。该转子磁铁组件的第一和第二磁铁的位置互相紧临，其磁向量相反。心轴和转子磁铁组件的相对方向选择成使得心轴和转子磁铁组件互相吸引。该转子可包括开槽孔。在各实施例中，含有的液力轴承用于径向支撑或轴向支撑或径向和轴向支撑。

附图说明

下面结合例示性附图举例说明本发明，在各附图中相同部件用同一标号表示，附图中：

图1为一有一被动轴向磁轴承的泵的剖面图；

图2示出该被动轴向磁轴承一实施例；

图3示出该被动轴向磁轴承的中央和偏心设置；

图4示出一叶轮实施例；以及

图5示出该泵的一实施例用于医学中。

具体实施方式

图1示出一离心血泵的一个实施例。该泵包括界定在进口114和出口116之间的泵室112的壳体110。在该泵室中，转子120围绕从该泵壳体底部伸出的心轴130转动。该转子还包括界定提供流体流动面的叶轮的叶片部。该叶轮包括一个或多个在叶轮转动时推动流体的叶片121。

“转子”和“叶轮”在某些上下文中的意思相同。例如，转子转动时，转子的叶片部也转动，因此可以说转子转动，也可说叶轮转动。但需要时可用“转子的非叶片部”或“叶轮之外的转子”专指转子的在叶片之外的部分。转子的每一叶片都可称为叶轮，但叶轮一般指一个或多个叶片的集合。

该泵建立在活动磁铁轴向磁通间隙电动机结构。在一实施例中，该电动机为一无刷DC电动机。转子中的磁铁122的磁向量与转子转动轴线190平行。在所示实施例中，驱动磁铁位于转子的非叶片部内。

驱动绕组140位于泵壳体内。电力加到驱动绕组生成与驱动磁铁互相作用的随时间而变的电流，使得叶轮转动。一背铁150增强电动机转子磁铁产生的磁通。在一实施例中，转子底面124或下泵壳体的相对表面118具有这样的表面(如172)：在转子与壳体之间间隙小于一预定阈值时能形成液力轴承。在一实施例中，该预定阈值为0.0002-0.003英寸。