專利名稱：一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種植入式人工器官制造技術(shù)，尤其涉及一種使用磁懸浮技術(shù)的人工心臟血泵的轉(zhuǎn)子。本發(fā)明還涉及了轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，尤其是轉(zhuǎn)子可能發(fā)生共振的情況下對(duì)振動(dòng)的抑制。
背景技術(shù)：
人工心臟的快速發(fā)展主要得益于其主要部件血泵的迅猛發(fā)展，如今，磁懸浮血泵已經(jīng)成為了新一代人工心臟中的一種重要技術(shù)。為了達(dá)到置入性要求，通常對(duì)人工心臟的磁懸浮磁路進(jìn)行非常細(xì)致的優(yōu)化。血泵通過(guò)磁懸浮系統(tǒng)使葉輪懸浮，葉輪直接永磁化，血泵的定子內(nèi)置入永磁線圈，通過(guò)磁化的葉輪與定子或泵殼之間軸向和徑向磁場(chǎng)相互作用，使得葉輪懸浮于泵殼中間，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，懸浮葉輪可以直接作為馬達(dá)的轉(zhuǎn)子，馬達(dá)直接通過(guò)磁力的變化驅(qū)動(dòng)懸浮的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)推動(dòng)血液流動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，人工心臟中的磁懸浮、電機(jī)磁路會(huì)互相耦合，血泵轉(zhuǎn)子的磁平衡、動(dòng)平衡誤差無(wú)法做到零。由于上述不平衡問(wèn)題，那么血泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將受到與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的某次諧波相對(duì)應(yīng)的干擾。血泵轉(zhuǎn)子在扭擺方向上往往是被動(dòng)懸浮的，存在一個(gè)諧振頻率。當(dāng)前面所述的干擾的頻率接近或者等于轉(zhuǎn)子的諧振頻率時(shí)，轉(zhuǎn)子將會(huì)產(chǎn)生劇烈的共振，大大增加磁懸浮系統(tǒng)的發(fā)熱，增加轉(zhuǎn)子與定子刮擦甚至磁懸浮失效的可能性，從而降低了人工心臟系統(tǒng)的可靠性和舒適度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子。本發(fā)明的目的將通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)—種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，包括通過(guò)磁懸浮系統(tǒng)懸浮于血泵中間的圓環(huán)形轉(zhuǎn)子本體，所述轉(zhuǎn)子本體繞其位于中心的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述轉(zhuǎn)子本體內(nèi)設(shè)有一中空部，所述中空部?jī)?nèi)放置有至少一個(gè)阻尼塊，所述阻尼塊與所述轉(zhuǎn)子本體通過(guò)彈性連接器連接，所述中空部?jī)?nèi)充滿阻尼液。優(yōu)選的，所述中空部為軸向貫穿于轉(zhuǎn)子本體，所述轉(zhuǎn)子本體的兩個(gè)軸向端面外分別固定有一個(gè)端蓋。這樣制備中空部及比較方便。優(yōu)選的，所述中空部為圓環(huán)形或球形。優(yōu)選的，所述阻尼塊的外周面為曲面。優(yōu)選的，所述阻尼塊的軸向和徑向上分別開設(shè)有至少一個(gè)阻尼通孔。這樣就更能通過(guò)計(jì)算更精確地控制阻尼塊的阻尼系數(shù)。優(yōu)選的，所述阻尼塊的軸向和徑向上的阻尼通孔相互貫通。優(yōu)選的，所述彈性連接器為彈簧絲，一端連接于阻尼塊，另一端連接于轉(zhuǎn)子本體的中空部的臨近于旋轉(zhuǎn)軸的第一側(cè)面。優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)子本體及阻尼塊與阻尼液的接觸表面的粗糙度大于轉(zhuǎn)子本體最外周的表面粗糙度。優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)子本體的中空部的遠(yuǎn)離于旋轉(zhuǎn)軸的第二側(cè)面、或阻尼塊外表面、或阻尼通孔表面的其一或所有表面為波紋狀或螺紋狀。優(yōu)選的，所述阻尼液的粘滯系數(shù)大于水的粘滯系數(shù)且小于機(jī)油的粘滯系數(shù)，所述阻尼孔的直徑與阻尼液的粘滯系數(shù)及轉(zhuǎn)子本體的共振頻率成正比。本發(fā)明還揭示了一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子的制備方法，包括如下步驟1)根據(jù)轉(zhuǎn)子高度、直徑尺寸通過(guò)機(jī)加工加工出轉(zhuǎn)子本體，得到轉(zhuǎn)子本體的質(zhì)量；
T2)根據(jù)公式Wp =-"一計(jì)算得出轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)頻率；
1S^S
Jc3)根據(jù)公式=計(jì)算得出轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)扭轉(zhuǎn)角；
1S^S
τ4)根據(jù)公式y(tǒng) = JV『2i^計(jì)算得到轉(zhuǎn)子的初始阻尼；
P5)根據(jù)轉(zhuǎn)子本體的諧振振幅的倍數(shù)得到需要調(diào)整的轉(zhuǎn)子的阻尼比；
rJ16)根據(jù)公式y(tǒng) =調(diào)整并得到阻尼塊及轉(zhuǎn)子中空部的總阻尼表面積和阻
P
尼液的阻尼系數(shù)；7)根據(jù)總阻尼表面積確定阻尼小孔的數(shù)量和相對(duì)位置，機(jī)加工完成阻尼小孔；8)根據(jù)阻尼液的阻尼系數(shù)確定表面粗糙度，機(jī)加工完成；9)將加工好的阻尼塊放入加工好的轉(zhuǎn)子的中空部中，使用端蓋將轉(zhuǎn)子密封，并留置灌注孔；10)從灌注孔灌入阻尼液并使用激光焊接機(jī)進(jìn)行密封。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在通過(guò)阻尼塊及阻尼液體的設(shè)置，可以在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部給轉(zhuǎn)子自身的扭擺振動(dòng)提供阻尼。據(jù)此，由于各種不平衡引起的血泵轉(zhuǎn)子的振動(dòng)就會(huì)大大減少，從而減少磁懸浮系統(tǒng)的發(fā)熱，減少血泵轉(zhuǎn)子與定子刮擦，大大降低磁懸浮失效的可能性，進(jìn)而提高了人工心臟系統(tǒng)的可靠性和舒適度。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的縱向剖示圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例的橫向剖示圖。圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例的縱向剖示圖。圖4是本發(fā)明用于顯示阻尼效果的轉(zhuǎn)速與振幅關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，如圖1至3所示，包括通過(guò)磁懸浮系統(tǒng)懸浮于血泵中間的圓環(huán)形轉(zhuǎn)子本體1，所述轉(zhuǎn)子本體1繞其中心的旋轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子本體1沿其軸向貫穿所述轉(zhuǎn)子本體1的軸向端面開設(shè)有一圓柱形中空部4，所述中空部4內(nèi)設(shè)有至少1個(gè)阻尼塊5，阻尼塊5最佳為6-12個(gè)。為了防止阻尼塊5與中空部4的內(nèi)表面即轉(zhuǎn)子的外部端面5產(chǎn)生摩擦和抵觸，所述阻尼塊5的外周面51為曲面，所述阻尼塊5與所述轉(zhuǎn)子本體1的第一側(cè)面12通過(guò)可以同時(shí)軸向扭擺也可以在徑向拉長(zhǎng)的彈性連接器3連接，如果確定沒(méi)有徑向振動(dòng)，彈性連接器3 則可以僅僅實(shí)現(xiàn)周向扭擺的功能。當(dāng)然，彈性連接器3也可以與轉(zhuǎn)子本體1的第二側(cè)面11 連接。彈性連接器3—般采用彈簧絲即可。在所述中空部4內(nèi)填充有能部分浸沒(méi)或完全浸沒(méi)阻尼塊5的阻尼液6。阻尼液6 的加入，當(dāng)轉(zhuǎn)子本體1在制備時(shí)，將一邊的端蓋固定好后添加阻尼液6后再對(duì)另一端面進(jìn)行固定；或者也可采用本發(fā)明的方法先使用端蓋將轉(zhuǎn)子密封，并留置用于灌入阻尼液的灌注孔。對(duì)于阻尼液6的選取，所述阻尼液6的粘滯系數(shù)大于水的粘滯系數(shù)且小于機(jī)油的粘滯系數(shù)；原因在于，如果阻尼特性太小，則阻尼效果也很小。如果阻尼特性太大，則阻尼塊將隨轉(zhuǎn)子一起運(yùn)動(dòng)，起不到阻尼作用。由于阻尼塊5在中空部4的位置關(guān)系的分布，每個(gè)阻尼塊5之間的間隙之間也充滿了阻尼液6，也能起到阻尼的作用。所述阻尼塊5的軸向和徑向上分別開設(shè)有至少一個(gè)阻尼通孔8。具體地，所述阻尼通孔8的直徑與阻尼液6的粘滯系數(shù)及轉(zhuǎn)子本體1的共振頻率成正比。阻尼通孔8的直徑選取與阻尼液6的粘滯系數(shù)和轉(zhuǎn)子本體1的軸向尺寸、轉(zhuǎn)子的共振頻率有關(guān)。軸向共振頻率越高，阻尼液6的阻尼系數(shù)越高，阻尼通孔8的直徑越大。軸向尺寸越大，阻尼通孔8的直徑越大。當(dāng)然，阻尼通孔8的數(shù)量可以根據(jù)需要而定。所述阻尼通孔8為直線形或曲線形，阻尼通孔8內(nèi)充滿了阻尼液6。以上這些結(jié)果都由后續(xù)的計(jì)算公式進(jìn)行推導(dǎo)而來(lái)。所述轉(zhuǎn)子本體1的第二側(cè)面11、阻尼塊5外表面及阻尼通孔8的表面，稱為阻尼表面。為了增大阻尼系數(shù)，阻尼表面均形成有具有一定粗糙度的波紋狀或螺紋狀。當(dāng)然，為了改善阻尼特性，如圖3所示，本發(fā)明的又一實(shí)施例，中空部4為球形面， 或者也可以其他形狀。中空部4內(nèi)充滿了阻尼液6。其中的阻尼塊5的外表面51為曲面。本發(fā)明的血泵轉(zhuǎn)子工作時(shí)，轉(zhuǎn)子本體1在繞旋轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果轉(zhuǎn)子本體1平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子本體1中的阻尼塊5、阻尼液體6、以及彈性連接器3最終都將與轉(zhuǎn)子本體1 一同轉(zhuǎn)動(dòng)，它們之間的相對(duì)速度為零，整體的運(yùn)動(dòng)情況與實(shí)心轉(zhuǎn)子相同。當(dāng)轉(zhuǎn)子本體11在受到了與轉(zhuǎn)速成某次諧波的擾動(dòng)力的影響，且發(fā)生共振時(shí)，轉(zhuǎn)子本體11將會(huì)有3種行為A.轉(zhuǎn)子本體11沿轉(zhuǎn)軸2做軸向振動(dòng)，B.轉(zhuǎn)子本體1的轉(zhuǎn)軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)，發(fā)生扭擺振動(dòng)，C.轉(zhuǎn)子本體1產(chǎn)生徑向振動(dòng)。具體地，如圖1所示的轉(zhuǎn)子，在發(fā)生上述振動(dòng)時(shí)其特性與實(shí)心轉(zhuǎn)子不同。發(fā)生扭擺或者周向振動(dòng)時(shí)，由于慣性和陀螺效應(yīng)，阻尼塊5傾向于保持原來(lái)的狀態(tài)不變。這時(shí)，彈性連接器3發(fā)生形變，轉(zhuǎn)子本體1與阻尼塊5的軸向間隙發(fā)生改變。此時(shí)，阻尼液6必須通過(guò)此軸向間隙或者阻尼通孔8流動(dòng)。流動(dòng)過(guò)程中由于阻尼液6的粘滯特性和阻尼表面引起的湍流，整個(gè)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)能量將被損耗。這樣，轉(zhuǎn)子在此轉(zhuǎn)速上的尖銳諧振峰將會(huì)消失，因此轉(zhuǎn)子可以在原來(lái)的諧振區(qū)間內(nèi)正常工作。發(fā)生徑向振動(dòng)時(shí)，由于慣性，阻尼塊5傾向于保持原來(lái)的狀態(tài)不變。這時(shí)，彈性連接器3發(fā)生形變，表現(xiàn)為長(zhǎng)度發(fā)生變化，因此轉(zhuǎn)子本體1與阻尼塊5的徑向間隙發(fā)生改變。此時(shí)，阻尼液6必須通過(guò)此徑向間隙或者阻尼通孔8流動(dòng)。流動(dòng)過(guò)程中由于阻尼液6的粘 滯特性和阻尼表面引起的湍流，整個(gè)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)能量將被損耗。這樣，轉(zhuǎn)子在此轉(zhuǎn)速上的尖 銳諧振峰將會(huì)消失，因此轉(zhuǎn)子可以在原來(lái)的諧振區(qū)間內(nèi)正常工作。下面通過(guò)具體的數(shù)據(jù)驗(yàn)證本發(fā)明磁懸浮轉(zhuǎn)子的效果。一、磁懸浮轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)與扭轉(zhuǎn)當(dāng)轉(zhuǎn)子受到垂直與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的外力矩時(shí)，轉(zhuǎn)子角動(dòng)量的方向會(huì)改變。滿足下 式
權(quán)利要求
1.一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，包括通過(guò)磁懸浮系統(tǒng)懸浮于血泵中間的圓環(huán)形轉(zhuǎn)子本體，所述轉(zhuǎn)子本體繞其位于中心的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子本體內(nèi)設(shè)有一中空部，所述中空部?jī)?nèi)放置有至少一個(gè)阻尼塊，所述阻尼塊與所述轉(zhuǎn)子本體通過(guò)彈性連接器連接，所述中空部?jī)?nèi)充滿阻尼液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，其特征在于所述中空部為軸向貫穿于轉(zhuǎn)子本體，所述轉(zhuǎn)子本體的兩個(gè)軸向端面外分別通過(guò)一個(gè)端蓋固定密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，其特征在于所述中空部為圓環(huán)形或球形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，其特征在于所述阻尼塊的外周面為曲面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，其特征在于所述阻尼塊的軸向和徑向上分別開設(shè)有至少一阻尼通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，其特征在于所述阻尼塊的軸向和徑向上的阻尼通孔相互貫通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，其特征在于所述彈性連接器為彈簧絲，一端連接于阻尼塊，另一端連接于轉(zhuǎn)子本體的中空部的臨近于旋轉(zhuǎn)軸的第一側(cè)面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，其特征在于所述轉(zhuǎn)子本體及阻尼塊與阻尼液的接觸表面的粗糙度大于轉(zhuǎn)子本體最外周的表面粗糙度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，其特征在于所述轉(zhuǎn)子本體的中空部的遠(yuǎn)離于旋轉(zhuǎn)軸的第二側(cè)面、或阻尼塊外表面、或阻尼通孔表面的其一或所有表面為波紋狀或螺紋狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，其特征在于所述阻尼液的粘滯系數(shù)大于水的粘滯系數(shù)且小于機(jī)油的粘滯系數(shù)，所述阻尼孔的直徑與阻尼液的粘滯系數(shù)及轉(zhuǎn)子本體的共振頻率成正比。
11.一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子的制備方法，其特征在于包括如下步驟，1)根據(jù)轉(zhuǎn)子高度、直徑尺寸通過(guò)機(jī)加工加工出轉(zhuǎn)子本體，得到轉(zhuǎn)子本體的質(zhì)量； T2)根據(jù)公式㈨p=7計(jì)算得出轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)頻率； 3)根據(jù)公式=一 P計(jì)算得出轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)扭轉(zhuǎn)角； 4)根據(jù)公式y(tǒng)=十算得到轉(zhuǎn)子的初始阻尼； 5)根據(jù)轉(zhuǎn)子本體的諧振振幅的倍數(shù)得到需要調(diào)整的轉(zhuǎn)子的阻尼比；6)根據(jù)公式
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種自阻尼抑制振動(dòng)的磁懸浮人工心臟血泵轉(zhuǎn)子，包括通過(guò)磁懸浮系統(tǒng)懸浮于血泵中間的圓環(huán)形轉(zhuǎn)子本體，所述轉(zhuǎn)子本體繞其位于中心的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述轉(zhuǎn)子本體內(nèi)設(shè)有一中空部，所述中空部?jī)?nèi)放置有至少一個(gè)阻尼塊，所述阻尼塊與所述轉(zhuǎn)子本體通過(guò)彈性連接器連接，所述中空部?jī)?nèi)充滿阻尼液。本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在通過(guò)阻尼塊及阻尼液體的設(shè)置，可以在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部給轉(zhuǎn)子自身的扭擺振動(dòng)提供阻尼。據(jù)此，由于各種不平衡引起的血泵轉(zhuǎn)子的振動(dòng)就會(huì)大大減少，從而減少磁懸浮系統(tǒng)的發(fā)熱，減少血泵轉(zhuǎn)子與定子刮擦，大大降低磁懸浮失效的可能性，進(jìn)而提高了人工心臟系統(tǒng)的可靠性和舒適度。
文檔編號(hào)A61M1/12GK102319457SQ20111024541
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者尹成科, 陳琛 申請(qǐng)人:蘇州同心醫(yī)療器械有限公司