[发明专利]一种磁悬浮轴流式自发电人工心脏泵

说明书

技术领域

本发明涉及人工心脏泵领域，特别是涉及一种磁悬浮轴流式自发电人工心脏泵。

背景技术

心脏疾病一直以来都是导致人类死亡的重要原因，由于可移植自然心脏资源的缺乏，对人工心脏的研发逐渐受到国内外专家学者的广泛关注。

人工心脏的研发始于20世纪初，目前为止主要经历了三次大变革：第一代人工心脏泵按照人体心脏的生理特性研制，借助容积周期性变化的气动泵来模仿心脏脉动式泵血，但这种泵结构复杂、体积大、耗能高、易造成血栓，对接受人工心脏移植的患者有很大副作用；第二代人工心脏泵为轴流式，采用高速转子进行连续泵血，尺寸较小、输出流量大，但由于采用传统机械结构，产生的机械摩擦容易导致温度升高和溶血、血栓等问题；为了解决第二代人工心脏泵存在的问题，第三代人工心脏泵采用磁悬浮技术，通过磁力使转子与其它结构无直接接触，有效克服了机械摩擦等问题，但仍存在续航能力差和因磁场耦合而导致的运行稳定性差、功率损耗高等问题，还有较大的发展空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有人工心脏泵的缺点，综合采用磁悬浮技术、无轴承开关磁阻技术、温差电技术和普通电机技术，提出一种自带发电装置、续航能力强、运行稳定性高、功率损耗低的磁悬浮轴流式自发电人工心脏泵，技术方案是：一种磁悬浮轴流式自发电人工心脏泵，包括悬浮力定子、旋转机构、转矩定子、泵体、血液通道、回流发电装置和废热发电装置；所述泵体内腔设有转矩定子，转矩定子包括转矩定子铁芯和转矩绕组，且转矩绕组绕在转矩定子铁芯上；所述转矩定子上下两端设有转矩定子电池腔，内置转矩定子电池；所述泵体上下两端各设有一个泵盖，下泵盖的底部中间位置设有血液输入口，上泵盖的顶部中间位置设有血液输出口；所述泵盖设有悬浮力定子电池腔，内置悬浮力定子电池；所述外径向磁化永磁体嵌于泵盖端部；所述泵盖设有四个呈圆周阵列分布的连接架，通过连接架将泵盖内部和外部连接成一个整体；所述泵体和泵盖设有相互配合的螺纹，可对整体结构进行拆分和组装；下泵盖与上泵盖之间设有悬浮力定子和旋转机构；所述悬浮力定子位于旋转机构内腔中，由上下两个泵盖压紧固定，悬浮力定子包括悬浮力定子铁芯和悬浮力绕组，且悬浮力绕组绕在悬浮力定子铁芯上；所述旋转机构自内向外依次设有径向位置调节环、隔磁环和磁悬浮转子，三者高度相同且依次固定连接，旋转机构两端设有隔磁底座和内径向磁化永磁体，内径向磁化永磁体安装在隔磁底座上且与外径向磁化永磁体同性磁极相对；所述泵盖端部的轴上设有回流发电装置；所述转矩定子的内侧和悬浮力定子的外侧设有环状的废热发电装置。

本发明的技术方案还有：所述磁悬浮转子为8齿螺旋结构，螺旋升角为30度，可降低磁悬浮转子齿的旋转运动对血细胞造成的损伤，磁悬浮转子直接作为叶轮，驱动血液自血液输入口流入，并从血液输出口流出；所述悬浮力定子为四齿螺旋结构，螺旋升角为30度；所述转矩定子为12齿螺旋结构，螺旋升角为30度。

本发明的技术方案还有：所述悬浮力绕组为四相，包括P1相、P2相、P3相和P4相，根据旋转机构的不同状态导通相应的绕组相，悬浮力绕组通电后，根据“磁阻最小原理”，产生作用于径向位置调节环的径向电磁吸引力，进而对整个旋转机构的径向位置进行调节，使旋转机构保持稳定悬浮。

本发明的技术方案还有：所述转矩绕组为三相，包括A相、B相和C相，导通顺序为“A相-C相-B相”，转矩绕组通电后，根据“磁阻最小原理”，产生作用于磁悬浮转子的电磁转矩，驱动旋转机构旋转。

本发明的技术方案还有：所述隔磁环用隔磁材料制成，位于径向位置调节环和磁悬浮转子之间，将悬浮力绕组产生的磁力线和转矩绕组产生的磁力线隔开，从而实现转矩磁场和悬浮磁场的解耦，提高运行稳定性、降低控制算法难度、减少功率损耗。

本发明的技术方案还有：所述内径向磁化永磁体和外径向磁化永磁体之间产生的排斥力与血液流动产生的轴向力、血液对旋转机构的浮力、旋转机构的自身重力和径向力共同作用，实现旋转机构的非稳态悬浮；一方面，永磁的使用减少了维持旋转机构悬浮的能量损耗，另一方面，内径向磁化永磁体和外径向磁化永磁体之间具有排斥力，可在悬浮力绕组径向调节失效的情况下使旋转机构仍可保持一定的稳定性，不会与其他部分发生碰撞，提高了安全性能。

本发明的技术方案还有：所述旋转机构和悬浮力定子之间设有血液回流通道，在磁悬浮转子工作时，血液主通道的输出端压力会大于血液主通道的输入端压力，因此会有少部分血液因压力差从血液主通道的输出端流入血液回流通道，血液回流通道中的血液会在压力差的作用下继续流动，重新被送到血液主通道的输入端。