應(yīng)用于離心式人工心臟泵的單端軸向分離式磁懸浮軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于離心式人工心臟泵的單端軸向分離式磁懸浮軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]人工心臟泵已經(jīng)發(fā)展到第三代，主要標(biāo)志是轉(zhuǎn)子軸懸浮技術(shù)的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)是沒有摩擦、沒有磨損，減小了對血液的損害。用磁懸浮軸承替代機(jī)械軸承的第三代人工心臟泵被世界多個國家研宄并在美國、德國等發(fā)達(dá)國家應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有的人工心臟泵多存在體積大、重量大的問題，在植入式非常麻煩，增大了手術(shù)的難度、增加了患者的痛苦。
[0004]減小人工心臟泵的體積、重量以及減小功耗一直是人們努力的目標(biāo)。為了減小人工心臟泵的體積和重量，利于植入人體特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種應(yīng)用于離心式人工心臟泵的單端軸向分離式磁懸浮軸承，本裝置采用分離式結(jié)構(gòu)，依靠單端磁軸承本身產(chǎn)生吸力和斥力達(dá)到轉(zhuǎn)子軸向的穩(wěn)定懸浮，解決不需要軸向其他力、節(jié)省空間而又能實(shí)現(xiàn)軸向穩(wěn)定懸浮的問題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種應(yīng)用于離心式人工心臟泵的單端軸向分離式磁懸浮軸承，包括固定座、懸浮體、磁鐵、永磁體和電磁線圈，其中，固定座呈凸型結(jié)構(gòu)，固定座凸起的上端設(shè)有上徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵，凸起的下端設(shè)有下徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵，固定座內(nèi)部邊緣設(shè)有電磁線圈，固定座凸起部位的底端設(shè)有臺階，臺階內(nèi)設(shè)有軸向永磁軸承下磁鐵；
[0008]懸浮體的內(nèi)側(cè)與固定座形狀相配合，且上端設(shè)有與上徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵相對應(yīng)的上徑向永磁軸承外磁鐵，中部設(shè)有與下徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵相對應(yīng)的下徑向永磁軸承外磁鐵，底端中間位置設(shè)有與軸向永磁軸承下磁鐵相對應(yīng)的軸向永磁軸承上磁鐵，底端邊緣位置設(shè)有永磁體，通過控制電磁線圈的電流大小，實(shí)現(xiàn)懸浮體與固定座之間懸浮的間隙大小的調(diào)節(jié)。
[0009]所述軸向永磁軸承上磁鐵和軸向永磁軸承下磁鐵為一對環(huán)形永磁體。
[0010]所述軸向永磁軸承上磁鐵和軸向永磁軸承下磁鐵的充磁方向一致，放置時兩磁極之間磁力相等、磁性相反，產(chǎn)生斥力。
[0011]所述永磁體固定在懸浮體底部，電磁線圈通電后與永磁體之間產(chǎn)生吸力，調(diào)節(jié)電磁線圈中電流大小，即調(diào)節(jié)吸力大小，控制懸浮體離開固定座的距離。
[0012]所述固定座上設(shè)有傳感器，檢測懸浮體與固定座之間的懸浮間隙。
[0013]本發(fā)明的工作原理:
[0014]為了實(shí)現(xiàn)懸浮體軸向懸浮，需讓懸浮體懸浮在設(shè)定的平衡點(diǎn)上，懸浮體在平衡點(diǎn)位置軸向兩邊受到的力無論是變化的重力、流體力或者其它干擾沖擊力等，在軸向都可以分解為兩個方向相反的力。所以只要軸向斥力設(shè)計的足夠合適，當(dāng)懸浮體在外力作用下位置發(fā)生改變，即離開平衡點(diǎn)時，電磁力相應(yīng)改變，始終保證兩個力大小相等方向相反，使葉輪懸浮在平衡點(diǎn)。
[0015]本發(fā)明的有益效果為:
[0016](I)本發(fā)明的單端軸向分離式結(jié)構(gòu)的磁懸浮軸承，當(dāng)懸浮體在不同方位重力不同或者是受到流體力或者其它力都能夠保持穩(wěn)定懸??；
[0017](2)軸向磁軸承分為兩部分，永磁軸承和電磁軸承，兩個軸承都位于整個懸浮結(jié)構(gòu)底部，沒有額外占用空間；
[0018](3)解決了現(xiàn)有磁懸浮人工心臟泵存在的體積大、重量大、功耗大、溫升大的問題。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的單端軸向分離式磁軸承示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的軸向永磁軸承上磁鐵與軸向永磁軸承上磁鐵的充磁方向示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明的軸向永磁軸承外形示意圖。
[0022]其中，1、懸浮體；2、上徑向永磁軸承外磁鐵；3、上徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵；4、下徑向永磁軸承內(nèi)磁；5、下徑向永磁軸承外磁鐵；6、軸向永磁軸承上磁鐵；7、軸向永磁軸承下磁鐵；8、固定座；9、傳感器；10、電磁線圈；11、環(huán)形永磁體。
【具體實(shí)施方式】
:
[0023]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024]對于單端軸向磁軸承，一般需要借用重力、流體力或者其他力與單端控制力聯(lián)合以實(shí)現(xiàn)單端穩(wěn)定控制。本發(fā)明創(chuàng)新設(shè)計了單端軸向磁軸承，采用分離式結(jié)構(gòu)，依靠單端磁軸承本身產(chǎn)生吸力和斥力達(dá)到轉(zhuǎn)子軸向的穩(wěn)定懸浮，解決不需要軸向其他力、節(jié)省空間而又能實(shí)現(xiàn)軸向穩(wěn)定懸浮的問題。本發(fā)明提出的單端控制的磁懸浮方式，為了實(shí)現(xiàn)雙向的磁力，設(shè)計了分離式吸力和斥力并存的結(jié)構(gòu)，見圖1中的軸向軸承，充分利用了離心式人工心臟泵葉輪的空間。
[0025]如圖1所示為全懸浮系統(tǒng)，徑向的穩(wěn)定懸浮由徑向磁懸浮軸承實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的實(shí)施過程只介紹在徑向穩(wěn)定懸浮的前提下實(shí)現(xiàn)軸向的穩(wěn)定懸浮。懸浮體I與固定座8之間實(shí)現(xiàn)有間隙懸浮，本發(fā)明巧妙利用離心式人工心臟泵的底部直徑大的結(jié)構(gòu)，將單端的磁懸浮軸承設(shè)計為分離式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)斥力的磁軸承，見圖1中軸向永磁軸承上磁鐵6和軸向永磁軸承下磁鐵7，在靠近軸的里邊；實(shí)現(xiàn)吸力的磁軸承，見圖1中電磁線圈10和環(huán)形永磁體11，在離軸比較遠(yuǎn)的外邊。這種單端軸向磁軸承分離式結(jié)構(gòu)，把軸向軸承的斥力和吸力兩個力軸承全部安排在了血泵轉(zhuǎn)子的下端，單端產(chǎn)生吸力和斥力，并且依靠圖1中電磁線圈10和環(huán)形永磁體11的吸力磁軸承的可控性實(shí)現(xiàn)雙向力平衡，以達(dá)到轉(zhuǎn)子軸向的穩(wěn)定懸浮。采用本結(jié)構(gòu)后，可以明顯減少懸浮結(jié)構(gòu)體積，節(jié)省空間。實(shí)現(xiàn)斥力的磁軸承充磁方向如圖2所示，軸向永磁軸承上磁鐵6和軸向永磁軸承下磁鐵7是一對圓環(huán)形永磁體，軸向充磁，兩個圓環(huán)充磁方向一致，放置時兩磁極之間磁力相等、磁性相反，產(chǎn)生斥力。外形見圖3。
[0026]線圈10固定在固定座8上，為圓環(huán)形線圈。環(huán)形永磁體11為圓環(huán)形永磁體或者其他導(dǎo)磁材料，固定在懸浮體I底部。當(dāng)通電后，環(huán)形線圈10與環(huán)形永磁體11之間產(chǎn)生吸力，根據(jù)傳感器檢測的距離隨時調(diào)節(jié)線圈中電流大小，即調(diào)節(jié)吸力大小，控制懸浮體I離開固定座8的距離。
[0027]本發(fā)明的單端軸向分離式結(jié)構(gòu)的磁懸浮軸承，當(dāng)轉(zhuǎn)子在不同方位重力不同或者是受到流體力或者其它力都能夠保持穩(wěn)定懸浮。
[0028]為了實(shí)現(xiàn)懸浮體軸向懸浮，需讓懸浮體I懸浮在設(shè)定的平衡點(diǎn)上，懸浮體在平衡點(diǎn)位置軸向兩邊受到的力無論是變化的重力、流體力或者其它干擾沖擊力等，在軸向都可以分解為兩個方向相反的力。所以只要軸向斥力設(shè)計的足夠合適，當(dāng)葉輪在外力作用下位置發(fā)生改變，即離開平衡點(diǎn)時，電磁力相應(yīng)改變，始終保證兩個力大小相等方向相反，使葉輪懸浮在平衡點(diǎn)。懸浮的間隙由距離傳感器9檢測，轉(zhuǎn)子達(dá)到軸向的穩(wěn)定懸浮。
[0029]軸向磁軸承分為兩部分，永磁軸承(軸向永磁軸承上磁鐵6和軸向永磁軸承下磁鐵7兩部分)和電磁軸承(電磁線圈10和環(huán)形永磁體11兩部分)。兩個軸承都位于整個懸浮結(jié)構(gòu)底部，沒有額外占用空間。解決了現(xiàn)有磁懸浮人工心臟泵存在的體積大、重量大、功耗大、溫升大的問題。
[0030]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種應(yīng)用于離心式人工心臟泵的單端軸向分離式磁懸浮軸承，其特征是:包括固定座、懸浮體、磁鐵、永磁體和電磁線圈，其中，固定座呈凸型結(jié)構(gòu)，固定座凸起的上端設(shè)有上徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵，凸起的下端設(shè)有下徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵，固定座內(nèi)部邊緣設(shè)有電磁線圈，固定座凸起部位的底端設(shè)有臺階，臺階內(nèi)設(shè)有軸向永磁軸承下磁鐵； 懸浮體的內(nèi)側(cè)與固定座形狀相配合，且上端設(shè)有與上徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵相對應(yīng)的上徑向永磁軸承外磁鐵，中部設(shè)有與下徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵相對應(yīng)的下徑向永磁軸承外磁鐵，底端中間位置設(shè)有與軸向永磁軸承下磁鐵相對應(yīng)的軸向永磁軸承上磁鐵，底端邊緣位置設(shè)有永磁體，通過控制電磁線圈的電流大小，實(shí)現(xiàn)懸浮體與固定座之間懸浮的間隙大小的調(diào)節(jié)。2.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于離心式人工心臟泵的單端軸向分離式磁懸浮軸承，其特征是:所述軸向永磁軸承上磁鐵和軸向永磁軸承下磁鐵為一對環(huán)形永磁體。3.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于離心式人工心臟泵的單端軸向分離式磁懸浮軸承，其特征是:所述軸向永磁軸承上磁鐵和軸向永磁軸承下磁鐵的充磁方向一致，放置時兩磁極之間磁力相等、磁性相反，產(chǎn)生斥力。4.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于離心式人工心臟泵的單端軸向分離式磁懸浮軸承，其特征是:所述永磁體固定在懸浮體底部，電磁線圈通電后與永磁體之間產(chǎn)生吸力，調(diào)節(jié)電磁線圈中電流大小，即調(diào)節(jié)吸力大小，控制懸浮體離開固定座的距離。5.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于離心式人工心臟泵的單端軸向分離式磁懸浮軸承，其特征是:所述固定座上設(shè)有傳感器，檢測懸浮體與固定座之間的懸浮間隙。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于離心式人工心臟泵的單端軸向分離式磁懸浮軸承，包括固定座、懸浮體、磁鐵、永磁體和電磁線圈，其中，固定座凸起的上端設(shè)有上徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵，凸起的下端設(shè)有下徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵，固定座內(nèi)部邊緣設(shè)有電磁線圈，固定座凸起部位的底端設(shè)有臺階，臺階內(nèi)設(shè)有軸向永磁軸承下磁鐵；懸浮體的內(nèi)側(cè)與固定座形狀相配合，且上端設(shè)有與上徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵相對應(yīng)的上徑向永磁軸承外磁鐵，中部設(shè)有與下徑向永磁軸承內(nèi)磁鐵相對應(yīng)的下徑向永磁軸承外磁鐵，底端中間位置設(shè)有與軸向永磁軸承下磁鐵相對應(yīng)的軸向永磁軸承上磁鐵，底端邊緣位置設(shè)有永磁體，通過控制電磁線圈的電流大小，實(shí)現(xiàn)懸浮體與固定座之間有間隙懸浮和間隙大小。
【IPC分類】F16C32/04, A61M1/12
【公開號】CN104895922
【申請?zhí)枴緾N201510284041
【發(fā)明人】劉淑琴, 邊忠國
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月28日