[发明专利]三极血泵体外磁力驱动系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三极血泵体外磁力驱动系统及其控制方法，特别适用于人工心脏及胃肠道机器人的非接触式外磁场驱动，并且可以根据不同体形进行调整。

背景技术

外磁场驱动方式通过非接触式、远距离磁场驱动技术驱动血泵叶轮，没有任何经皮导线，避免了内外贯通，大大降低了感染的机会，极大地提高了病人的生活质量。同时，外磁场驱动系统使用电能转化为电磁场能进行驱动，不仅可以减少泵体上的接缝和磨擦部分，而且可以更有效地控制血液破坏和减少泵体中产生的热量，克服了传统驱动方式中存在的难题。在血泵外磁场驱动方面，国内外已有不少研究者进行了研究工作。

Hoshi.Hideo等设计了一种新的应用磁力轴承的离心式血泵，减少了转子与血液之间的磨损，较好地解决了血泵的溶血问题。Hilton A等则为离心式回转血泵提出了一种新型电磁驱动系统，包括嵌入永磁体的叶轮和驱动电磁体，通过定子和转子之间的吸引力实现驱动。但都还停留在概念设计阶段，还未制作出完整系统。

史保定提出一种动脉内永磁转子蜗轮泵的马鞍型体外驱动装置(专利号：01260350.3)，动脉内设有永磁转子式涡轮，在体外作为驱动定子的驱动装置是由类似于双极电动机的定子，由铁芯和导线线圈绕组组成，铁芯呈马鞍型，两端相距20-25厘米，可跨越人体胸部前后，对应于人体内升主动脉的体表位置。该想法新颖，但过于理想化，张建涛研究表明当定子与转子气隙达到60mm时，所能传递的力矩只有不到0.1Nm，因此一直未见该装置在其应用方面的发展。

谭建平提出了一种非接触式大间隙磁力驱动方法(申请号：200810030545.1)，通过安装在U型铁芯线圈产生交变磁场，驱动从动磁极旋转。这种驱动装置都与马鞍型铁芯有相似之处。

高殿荣(专利号：200820227624.7)等提出一种外磁场驱动磁悬浮可植入式锥形旋转叶轮转子血泵，该装置由在体外径向均匀分布的若干个线圈产生交变磁场来驱动锥形叶轮旋转。事实上，其未考虑到人体的身形和心脏的位置，医学研究表明心脏的位置一般人的心脏位于胸腔内两肺之间，约2/3居正中线左侧，1/3居正中线右侧，心尖向左前下方体表投影位置，相当于左侧第五肋间隙，约距正中线8厘米处。因而该装置实际上无法以心脏为圆心径向均匀分布，因而无法得到对称的驱动效果，并且多达10个线圈不便于安装，效率也很低。

从上述研究现状可知，血泵外磁场驱动是新一代血泵系统研究的重点，但是为了满足临床实践过程中对血泵长期稳定使用的要求，血泵的磁力驱动方式还需要进一步改进，以提高整个驱动装置的能量传递效率和稳定性，推动血泵大规模的临床应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的转矩小、效率低和适应性差的缺点，提供一种三极血泵体外磁力驱动系统及其控制方法。

发明的技术解决方案如下：

一种三极血泵体外磁力驱动系统，包括环形支座、铁芯和绕组线圈；铁芯为三个，三个铁芯沿径向对称安装在环形支座上；绕组线圈为三套，分别绕装在三个铁芯上；三套绕组线圈分别接三组驱动电路；三极血泵体外磁力驱动系统工作时，三套绕组线圈产生交变磁场，绕组线圈与置于体内的永磁轴流血泵电磁耦合。

环形支座上设有用于安装铁芯的铁芯座；环形支座由多段环形支座单体通过铰链连接而成。

所述的每一段环形支座单体为伸缩机构。

所述的伸缩机构包括环形齿条和环形片，环形片上设有用于环形齿条滑动的滑槽和用于与环形齿条上的凸齿啮合的啮合齿。

铰链包括第一旋转部、第二旋转部和带圆盘销钉的转轴，转轴上套装有压缩弹簧；第一旋转部与第二旋转部通过转轴连接，圆盘销钉安装在轴上圆盘销钉包括多个销钉，多个销钉均沿转轴的轴向安装，销钉沿转轴的周向均匀布置，第一旋转部和第二旋转部上都设有与所述销钉适配的销孔，且销孔的数量等于或大于销钉的数量。。

所述的圆盘销钉为两组，分设在转轴的两端，第一旋转部和第二旋转部上都设有两组与所述销钉适配的销孔。

所述的三极血泵体外磁力驱动系统还包括用于输出控制脉冲的控制器，每一组驱动电路包括一对用于电磁隔离的光耦以及一个L298N驱动芯片，L298N驱动芯片的输出端接绕组线圈；L298N驱动芯片的输入端通过光耦与控制器的脉冲输出端相接。

一种三极血泵体外磁力驱动系统的控制方法，基于前述的三极血泵体外磁力驱动系统，三极磁极上的线圈通电后能产生NNS、SSN、NSN，SSS，NNN，SNS，NSS，SNN共8种磁极状态，选择其中的三种、四种、六种或八种状态组成驱动序列以驱动永磁轴流血泵。