專利名稱：旋轉(zhuǎn)式血泵的制作方法
旋轉(zhuǎn)式血泵相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)要求于2006年3月31日提出的名稱為“Rotary BloodPump”的美國(guó)臨時(shí) 申請(qǐng)No. 60/787，738的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)申請(qǐng)以引用方式結(jié)合在本文中。
背景技術(shù)：
血泵對(duì)于治療心臟病且尤其是心力衰竭仍然特別地有用。通常，血泵植入患者體 內(nèi)并連接至患者的循環(huán)系統(tǒng)作為心室輔助裝置，或在某些情況下，作為人造心臟。然而，血 液的脆弱性和泵的可靠性的絕對(duì)必要對(duì)于設(shè)計(jì)更完美的血泵提出了很多障礙。例如，大多數(shù)血泵包含運(yùn)動(dòng)部件，例如，迫使血液進(jìn)入和離開(kāi)泵殼體的推動(dòng)器。如 果這些運(yùn)動(dòng)部件未合理地設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)，則穿過(guò)該泵的血液會(huì)被損壞，從而導(dǎo)致溶血或血栓 癥。此外，這些運(yùn)動(dòng)部件會(huì)相互磨損，從而導(dǎo)致部件故障和對(duì)血液造成的熱積聚的可能性增 大。在授予Wampler等人的美國(guó)專利No. 6，234，772和授予Woodard等人的美國(guó)專利 No. 6，250, 880中，可以看到兩種最近的血泵實(shí)例。Woodard的專利顯示了一種旋轉(zhuǎn)式血泵， 其包括專門(mén)由流體動(dòng)力軸承所支承的推動(dòng)器。Wampler的專利描述了一種旋轉(zhuǎn)式血泵，其既 包括流體動(dòng)力支承軸承又包括利用排斥磁力的徑向磁性軸承。在這兩個(gè)專利中任一者的情況下，血泵的推動(dòng)器都包含布置在推動(dòng)器葉片內(nèi)的電 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)磁體。電磁體定位在泵殼體中，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)磁體且因此驅(qū)動(dòng)推動(dòng)器進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。這兩種血泵都受到液壓低效率的困擾，這至少部分地是由于為了包含電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 磁體所需要的大型、非常規(guī)的推動(dòng)器葉片的幾何結(jié)構(gòu)。這些設(shè)計(jì)的進(jìn)一步低效率是由推動(dòng) 器電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁體與電磁體背鐵之間自然的吸引作用而引起的。另外，這些血泵設(shè)計(jì)唯獨(dú) 依賴于流體動(dòng)力軸承來(lái)提供軸向支承，這會(huì)導(dǎo)致能損壞血液并導(dǎo)致患者健康的醫(yī)學(xué)并發(fā)癥 的過(guò)度剪切力。鑒于以上論述，顯而易見(jiàn)，需要一種克服現(xiàn)有技術(shù)局限性的血泵。具體來(lái)說(shuō)，需要 一種降低現(xiàn)有技術(shù)泵設(shè)計(jì)中固有的會(huì)導(dǎo)致泵故障或血液損壞的低效率。發(fā)明目的與概述本發(fā)明的一個(gè)目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的局限性。本發(fā)明的又一目的是提供一種具有比現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)更長(zhǎng)壽命的旋轉(zhuǎn)泵。本發(fā)明的另一目的是提供一種降低對(duì)患者血液的損壞的旋轉(zhuǎn)泵。本發(fā)明的再一目的是提供一種包括比現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)功率消耗更低的旋轉(zhuǎn)泵。本發(fā)明的另一目的是提供一種更有效地通過(guò)患者循環(huán)系統(tǒng)泵送血液的旋轉(zhuǎn)泵。本發(fā)明試圖通過(guò)提供一種帶有磁性軸向軸承和流體動(dòng)力軸承的旋轉(zhuǎn)式血泵來(lái)實(shí) 現(xiàn)這些目的。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)泵包括通過(guò)磁性軸向軸承和流體動(dòng)力軸 承而支承在泵殼體組件內(nèi)的轉(zhuǎn)子組件。該磁性軸向軸承包括定向?yàn)橄嗷ノ闹辽賰蓚€(gè)磁 體。一個(gè)磁體定位在泵殼體主軸中，而另一磁體布置在轉(zhuǎn)子組件內(nèi)、靠近該主軸。在這個(gè)方 面，這兩個(gè)磁體形成了軸向吸引力，該軸向吸引力至少部分地保持轉(zhuǎn)子組件的相對(duì)軸向位置。流體動(dòng)力軸承形成于在該轉(zhuǎn)子組件下方的形成緊密間隙的傾斜表面之間。當(dāng)血液進(jìn)入 該泵時(shí)，流體動(dòng)力軸承會(huì)在轉(zhuǎn)子組件上產(chǎn)生向上的軸向力。因此，在運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)子組件的 總體位置得以保持，其中在運(yùn)行期間與泵殼體發(fā)生最小的實(shí)體接觸或不發(fā)生實(shí)體接觸。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括泵殼體，其限定了具有入口孔和出口孔的泵腔室； 轉(zhuǎn)子，其布置在泵殼體內(nèi)；及軸向磁性軸承，其布置在所述泵腔室內(nèi)，以至少部分地支承所 述轉(zhuǎn)子；所述軸向磁性軸承包括第一磁體，其形狀設(shè)計(jì)為使得所述第一磁體的質(zhì)量中心偏 離所述軸向磁性軸承的軸線，所述第一磁體產(chǎn)生特定徑向方向上的磁力。該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面可進(jìn)一步包括主軸，且其中所述第一磁體布置在所述主 軸中。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述軸向磁性軸承進(jìn)一步包括第二磁體，所述第 二磁體的形狀設(shè)計(jì)為使得所述第二磁體的質(zhì)量中心與所述軸向磁性軸承的所述軸線對(duì)準(zhǔn)， 所述第二磁體布置在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述第一磁體的截面為非圓形。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述第一磁體的所述非圓形截面大致為“D”形截本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例包括血泵，該血泵包括泵殼體，其限定了具有入口孔和 出口孔的泵腔室；主軸，其布置在所述泵腔室內(nèi)；轉(zhuǎn)子，其布置在所述泵殼體內(nèi)，并且至少 部分地圍繞所述主軸，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁體；及第二磁體，其布置在所述主軸內(nèi)，所述第 二磁體的形狀設(shè)計(jì)為使得所述第二磁體的質(zhì)量中心偏離所述主軸的軸線，以便所述第二磁 體在自所述第二磁體向外的預(yù)定方向上提供降低的徑向磁力；其中所述第一磁體和所述第 二磁體構(gòu)成了軸向磁性軸承。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述第一磁體的所述質(zhì)量中心與所述轉(zhuǎn)子的軸線 對(duì)準(zhǔn)。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述第一磁體是環(huán)狀形狀的。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述第二磁體具有非圓形截面形狀。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述第一磁體包括沿所述第二磁體磁極的相反方 向定向的磁極。本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例包括補(bǔ)償血泵中徑向偏置的方法，該方法包括提供用 于使血液循環(huán)的血泵；在所述血泵內(nèi)于軸向磁性軸承上旋轉(zhuǎn)推動(dòng)器，以致使血液運(yùn)動(dòng)穿過(guò) 血泵，血液的所述運(yùn)動(dòng)在所述轉(zhuǎn)子上引起徑向偏置；產(chǎn)生方向和量值與所述徑向偏置大致 相反的磁力，所述磁力由形狀設(shè)計(jì)為具有與所述軸向磁性軸承的軸線相間隔開(kāi)的質(zhì)量中心 的磁體來(lái)產(chǎn)生。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，產(chǎn)生所述磁力包括提供具有非圓形截面的磁體。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，提供具有非圓形截面的磁體包括提供具有D形截 面的磁體。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，產(chǎn)生力進(jìn)一步包括提供所述推動(dòng)器繞其旋轉(zhuǎn)的主 軸并在所述主軸中提供磁體。本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例包括血泵，該血泵包括殼體組件、轉(zhuǎn)子和軸向磁性軸承。 該殼體組件包括內(nèi)部空間。該轉(zhuǎn)子布置在所述內(nèi)部空間中。該軸向磁性軸承包括第一磁體，其布置在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)并具有北極和南極；第二磁體，其布置在所述內(nèi)部空間中靠近所述 轉(zhuǎn)子中心，并且具有北極和南極。該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面可進(jìn)一步包括布置在所述殼體組件內(nèi)的主軸，且其中所 述第二磁體布置在主軸中。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述第一磁體的所述北極和南極沿所述第二磁體 的所述北極和南極的相反方向來(lái)定向。該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面可進(jìn)一步包括位置調(diào)節(jié)組件，其聯(lián)接到所述第二磁體 上，以修改所述第二磁體相對(duì)于所述第一磁體的位置。本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例包括血泵，該血泵包括殼體組件，其包括第一殼體部件和 第二殼體部件，所述第一殼體部件由一個(gè)連續(xù)的非組裝材料件形成；所述殼體部件限定了 具有內(nèi)表面的泵腔室；多個(gè)抬升件，其整體地形成于所述第一殼體部件的內(nèi)表面上；所述 抬升件在所述血泵運(yùn)行期間向轉(zhuǎn)子提供了流體動(dòng)力軸承表面。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述第一殼體部件包括定子腔室。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述定子腔室包括用于從所述血泵外部選擇性地 通到所述定子腔室的可移除式通入蓋。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述多個(gè)抬升件中的各裝置均包括細(xì)長(zhǎng)的傾斜表在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述多個(gè)抬升件中的各裝置均還包括與所述細(xì)長(zhǎng) 傾斜表面共同延伸的短小平坦表面。本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例包括血泵，該血泵包括殼體，其限定了具有內(nèi)表面的內(nèi)部 泵腔室；轉(zhuǎn)子，其布置在所述內(nèi)部泵腔室內(nèi)；位于所述轉(zhuǎn)子下方的所述內(nèi)表面由連續(xù)的非 組裝材料形成，其構(gòu)成了所述殼體的下部部分，并且所述內(nèi)表面具有從其上整體地形成的 多個(gè)抬升件，所述抬升件與所述轉(zhuǎn)子的底面形成了流體動(dòng)力軸承。該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面可進(jìn)一步包括可從所述血泵的外部通入的定子腔室。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述抬升件由細(xì)長(zhǎng)傾斜表面構(gòu)成。本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例包括血泵，該血泵包括殼體組件；布置在所述殼體組 件中的推動(dòng)器；由所述殼體組件形成的泵腔室，所述泵腔室具有入口和出口 ；及出口流動(dòng) 路徑，其包括圍繞該泵腔室的周邊而定位、形成環(huán)面形狀的第一槽及連接到所述第一槽和 所述出口的第二槽，所述第二槽具有大于所述第一槽的尺寸，所述第一槽的尺寸設(shè)計(jì)為以 便對(duì)所述出口上游的流動(dòng)節(jié)流，并從而引起所述推動(dòng)器與所述殼體組件之間的泄漏流。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述第二槽的尺寸朝向所述出口逐漸增大。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述泄漏流介于所述推動(dòng)器與所述殼體組件的主 軸之間。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述第二槽與所述主體共同形成與所述出口相連 通的出口通道。本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例包括血泵，該血泵包括泵殼體，其限定了具有入口孔和 出口孔的泵腔室；轉(zhuǎn)子，其布置在所述泵殼體內(nèi)；環(huán)面形狀的渦殼(volute)，其由所述泵殼 體限定，所述渦殼圍繞所述泵腔室沿周邊設(shè)置，形成了與所述出口孔相連通的出口通道，并 且直徑朝向所述出口孔逐漸增大，所述環(huán)面形狀的渦殼具有對(duì)所述出口孔上游流體流進(jìn)行節(jié)流的尺寸，且從而引起所述轉(zhuǎn)子與所述泵殼體之間的泄漏流。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述渦殼圍繞所述泵腔室的整個(gè)周邊而設(shè)置。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述渦殼由所述泵殼體的配合部分的相匹配的槽 構(gòu)成。本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例包括泵送血液的方法，該方法包括提供限定泵腔室的泵 殼體，該泵腔室使血液自所述泵殼體中的入口通過(guò)所述泵腔室的推動(dòng)器運(yùn)動(dòng)到所述泵殼體 中的出口 ；以及增大所述泵腔室中的所述血液在所述出口上游的壓力，以推動(dòng)所述推動(dòng)器 與所述泵殼體的相配合的表面之間的泄漏流。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，增大所述泵腔室中所述血液的壓力包括使血液通 過(guò)所述泵腔室中的節(jié)流渦殼。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，使血液通過(guò)所述泵腔室中的節(jié)流渦殼包括使血液 通過(guò)具有介于約2mm-5mm之間的直徑的所述渦殼。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，使血液通過(guò)所述泵腔室中的節(jié)流渦殼包括相對(duì) 于該出口，使該泵內(nèi)部的壓力增大介于約50%與約100%之間。本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例包括血泵，該血泵包括泵殼體，其限定了具有入口和出口 的泵腔室；轉(zhuǎn)子，其可旋轉(zhuǎn)地布置在所述泵腔室內(nèi)；及至少一個(gè)抬升件，其定位在所述泵腔 室的表面上以與所述轉(zhuǎn)子形成流體動(dòng)力軸承表面，所述抬升件包括從所述泵腔室以一定角 度延伸的第一表面，以及連接到所述第一表面并大致平行于所述泵腔室的所述表面而延伸 的第二表面；其中所述第一表面至少長(zhǎng)于所述第二表面。該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面可進(jìn)一步包括多個(gè)抬升件。在該優(yōu)選實(shí)施例的另一方面中，所述第一表面相對(duì)于所述泵腔室的所述表面傾斜 介于約0.5度與約3度之間。附圖簡(jiǎn)述
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式血泵的透視圖；圖2顯示了圖1血泵的分解視圖；圖3A顯示了根據(jù)本發(fā)明的殼體頂部的透視圖；圖3B顯示了圖3A的殼體頂部沿圖3A的線3B-3B的剖面圖；圖4A顯示了根據(jù)本發(fā)明的殼體中部的透視圖；圖4B顯示了圖4A的殼體中部沿圖4A的線4B-4B的剖面圖；圖4C顯示了圖4A的殼體中部的俯視圖；圖5A顯示了根據(jù)本發(fā)明的殼體底部的透視圖；圖5B顯示了根據(jù)本發(fā)明的圖5A殼體底部的視圖；圖5C顯示了根據(jù)本發(fā)明的圖5A殼體底部的平面圖；圖5D顯示了根據(jù)本發(fā)明的圖5A殼體底部的仰視圖；圖5E顯示了根據(jù)本發(fā)明的圖5A殼體底部的底部透視圖；圖5F顯示了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的底部透視圖；圖5G顯示了根據(jù)本發(fā)明的殼體底部的仰視圖；圖5H顯示了來(lái)自圖5F的軸組件的透視圖；圖51顯示了來(lái)自圖5G的軸組件的側(cè)面圖6A顯示了根據(jù)本發(fā)明的主軸磁體的俯視圖；圖6B顯示了圖6B的主軸磁體的剖面圖；圖6C顯示了根據(jù)本發(fā)明的主軸磁體的俯視圖；圖6D顯示了根據(jù)本發(fā)明的主軸磁體的俯視圖；圖6E顯示了根據(jù)本發(fā)明的主軸磁體的透視圖；圖7A顯示了根據(jù)本發(fā)明的止推軸承板的透視圖；圖7B顯示了圖7A的止推軸承板的放大透視圖；圖7C顯示了圖7A的止推軸承板的俯視圖；圖7D顯示了圖7A的止推軸承板的剖面圖；圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的柔性電路的仰視圖；圖9A顯示了根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)組件的透視分解圖；圖9B顯示了圖9A的電動(dòng)機(jī)組件的剖面圖；圖9C顯示了根據(jù)本發(fā)明的線圈的透視圖；圖9D顯示了圖9C的線圈的俯視圖；圖9E顯示了圖9C的線圈的剖面圖；圖IOA顯示了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子殼體底部的俯視圖；圖IOB顯示了圖IOA的轉(zhuǎn)子殼體底部的剖面圖；圖IlA顯示了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子殼體頂部的俯視圖；圖IlB顯示了圖IlA的轉(zhuǎn)子殼體頂部的剖面圖；圖IlC顯示了圖IlA的轉(zhuǎn)子殼體頂部的放大剖面圖；圖IlD顯示了圖IlA的轉(zhuǎn)子殼體頂部的簡(jiǎn)化剖面圖；圖12A顯示了根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)磁體的俯視圖；圖12B顯示了圖12A的電動(dòng)機(jī)磁體的剖面圖；圖13A顯示了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子軸向磁體的俯視圖；圖13B顯示了圖13A的轉(zhuǎn)子軸向磁體的剖面圖；圖14顯示了根據(jù)本發(fā)明的磁性軸向軸承的剖面圖；圖14A顯示了根據(jù)本發(fā)明的磁性軸向軸承的剖面圖；圖15A顯示了根據(jù)本發(fā)明的磁性軸向軸承的剖面圖；圖15B顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的磁性軸向軸承的剖面圖；圖15C顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的磁性軸向軸承的剖面圖；圖16顯示了圖1的旋轉(zhuǎn)式血泵的側(cè)部剖面圖；圖17A顯示了圖1的旋轉(zhuǎn)式血泵的透視剖面圖；圖17B顯示了圖1的旋轉(zhuǎn)式血泵的放大剖面圖；圖18A顯示了根據(jù)本發(fā)明的磁性軸向軸承的頂部剖面圖；圖18B顯示了根據(jù)本發(fā)明的磁性軸向軸承的優(yōu)選實(shí)施例的頂部剖面圖；圖19顯示了根據(jù)本發(fā)明的作用于轉(zhuǎn)子組件上的流體靜壓的等值線圖表；及圖20顯示了根據(jù)本發(fā)明的作用于轉(zhuǎn)子組件的底部上的流體靜壓和流體動(dòng)壓的等 值線圖表。發(fā)明詳述
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式血泵100的優(yōu)選實(shí)施例。旋轉(zhuǎn)式血泵100聯(lián)接到患 者的循環(huán)系統(tǒng)，從而允許血液通過(guò)入口 110進(jìn)入，然后在一小段時(shí)間后通過(guò)出口 108離開(kāi)。如圖2中所見(jiàn)，血液主要由殼體組件101內(nèi)的轉(zhuǎn)子組件105驅(qū)動(dòng)穿過(guò)旋轉(zhuǎn)式血 泵100。轉(zhuǎn)子組件105并未實(shí)體連接到殼體組件101上。相反，轉(zhuǎn)子組件105是由如下軸 承來(lái)支承的形成于止推板114與轉(zhuǎn)子組件105的底面之間的軸向流體動(dòng)力軸承、介于轉(zhuǎn) 子組件105的內(nèi)徑與止推板114的主軸部分的外徑之間(或在可選方案中，介于轉(zhuǎn)子組件 105的外部與殼體組件101的內(nèi)徑之間)的徑向流體動(dòng)力軸承、以及形成于主軸磁體119 與轉(zhuǎn)子軸向磁體124之間的軸向磁性軸承。在名稱為“Rotary Blood Pump”的美國(guó)申請(qǐng) No. 10/940, 419中對(duì)這些軸承的性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)地論述，該美國(guó)申請(qǐng)以引用方式并入本文 中。從而在運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)子組件105與殼體組件101之間的接觸得以減少，且在一個(gè)實(shí)施例 中，甚至降至零接觸，從而相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)降低了摩擦，降低了發(fā)熱，并降低了功率要 求。轉(zhuǎn)到圖2，該分解視圖顯示了組成旋轉(zhuǎn)式血泵100的三個(gè)主要組件泵殼體組件 101、電動(dòng)機(jī)組件103和轉(zhuǎn)子組件105?！銇?lái)說(shuō)，泵殼體組件101構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)式血泵100的主體，該泵殼體組件包括殼體 頂部102和殼體底部104，該殼體頂部和殼體底部通過(guò)焊接緊固到、并由對(duì)準(zhǔn)銷(xiāo)112對(duì)準(zhǔn)到 殼體中部106的頂側(cè)和底側(cè)。圖3A顯示了殼體頂部102的透視圖，該殼體頂部102包括部 分地定位穿過(guò)側(cè)面區(qū)域的出口通道102B。圖3B顯示了殼體頂部102的剖視圖，其具有裝納 入口通道102C的隆起區(qū)域102A。圖4A-4C顯示了殼體中部106的各個(gè)視圖，該殼體中部106包括圍繞殼體中部106 的開(kāi)口周邊而設(shè)置的槽106B，槽106B連接到形成收縮渦殼形狀的出口槽106A。當(dāng)殼體頂 部102栓接到(或可選地焊接到)圖4A中所示的頂面上時(shí)，兩個(gè)槽106A和106B協(xié)同隆起 部分102A形成完整的出口通道102B。槽106B包括相對(duì)恒定的寬度或形狀，而出口槽106A 的寬度朝向其端部(即朝向出口的離開(kāi)點(diǎn))增大。通常，這種渦殼形狀通過(guò)在轉(zhuǎn)子組件105后提供穩(wěn)定的“泄露”來(lái)防止血流的停 滯，從而降低了血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)。如圖16、17A和17B中最佳所見(jiàn)，該泄露開(kāi)始于轉(zhuǎn)子組件 105的外徑與殼體中部106的內(nèi)徑之間的圓柱形空隙中，沿軸向流到轉(zhuǎn)子組件105的背部。 接下來(lái)，該血流流向轉(zhuǎn)子組件105的位于止推板114與轉(zhuǎn)子組件105背部之間的中心。最 后，血流向前流入轉(zhuǎn)子組件105的開(kāi)孔與主軸114D的外徑之間的間隙，向回流過(guò)主軸114D 的頂部。因此，利用該血液循環(huán)路徑，通過(guò)產(chǎn)生在轉(zhuǎn)子組件105的周邊處高于轉(zhuǎn)子組件105 中心處的壓力梯度，可獲得低的流率。典型離心泵的正常運(yùn)行產(chǎn)生壓力梯度，使得當(dāng)流體接近轉(zhuǎn)子葉片的出口時(shí)壓力升 高。在典型的左心室輔助裝置(LVAD)移植中，該壓力將高到足以確保轉(zhuǎn)子周?chē)牧己眯?露，這類(lèi)似于前述的流動(dòng)路徑。在這種布置中，推動(dòng)器周邊處的靜壓小于泵排放噴嘴處的壓 力。這是因?yàn)樵摐u殼和排放噴嘴的形狀設(shè)計(jì)為將速度頭轉(zhuǎn)變成靜壓頭，并提高泵的液壓效率。然而，本優(yōu)選實(shí)施例的設(shè)計(jì)考慮了泵出口處并未配置有相對(duì)于泵入口的較高壓力 頭的應(yīng)用。更具體來(lái)說(shuō)，本優(yōu)選實(shí)施例的“工作頭(working head)”是低工作頭，且因此如 果使用高效、優(yōu)化的渦殼和排放噴嘴(即出口 108)，則驅(qū)動(dòng)壓力將不足以確保越過(guò)泄露路徑的充分泄露。因此，如前所述，本優(yōu)選實(shí)施例通過(guò)利用收縮的渦殼形狀對(duì)血流進(jìn)行節(jié)流來(lái)增大 泵殼體中的壓力，從而增大泄露路徑上驅(qū)動(dòng)壓力。該環(huán)面形狀的渦殼的直徑很小(例如直 徑介于約2-5mm之間)，使得該渦殼中有顯著的壓力損失。相比于泵100內(nèi)部的泵腔室，渦 殼中的這些損失導(dǎo)致了出口 108處較低的壓力。所得到的在轉(zhuǎn)子組件105周邊處的較高壓 力提供了足夠的驅(qū)動(dòng)壓力(例如，在給定設(shè)計(jì)點(diǎn)(例如，1.31pm)處約為IOOmm Hg，在低于 給定設(shè)計(jì)點(diǎn)的流速(0.71pm)下約為25mmHg，且在高于給定設(shè)計(jì)點(diǎn)的流速(例如，21pm)下 為200mm Hg)，并且提供足夠的泄漏流，以降低血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子組件105在約 2500RPM至6000RPM之間轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在出口處測(cè)得的壓力會(huì)升高約50% -100%。圖5A-5G顯示了殼體底部104，該殼體底部104限定了接收本說(shuō)明書(shū)中稍后描述的 電動(dòng)機(jī)組件103的環(huán)形凹陷或環(huán)形隔艙104A(圖5D-5G中最佳地可見(jiàn))。如圖中所見(jiàn)，隔艙 104A通過(guò)底部蓋115(圖16中最佳地可見(jiàn))密封(例如，激光焊接)在泵100的底部處。除了電動(dòng)機(jī)組件103以外，隔艙104A還允許通入到止推板114 (圖7A-7D)的主軸 114D的內(nèi)部，主軸114D包括主軸磁體119 (如圖5H、圖6D和圖6E中所見(jiàn))以及部分地組 成該泵的軸向軸承的軸組件109A(5H和51)。如圖5H中最佳所見(jiàn)，主軸磁體119的中心孔 口滑過(guò)主軸109B，并由軸頸基部109C來(lái)支承。軸組件109A的螺紋部分109D旋入帶螺紋的 中心通道104C中，以使得主軸磁體119定位在主軸114D的內(nèi)部。雖然該螺紋布置保持了 軸組件109A的位置，但是它也允許使用者調(diào)節(jié)主軸磁體119在主軸內(nèi)部的軸向高度。換言 之，使用者可旋轉(zhuǎn)軸組件109A來(lái)軸向地移動(dòng)主軸磁體119(用標(biāo)記109E來(lái)視覺(jué)追蹤軸組件 109A的旋轉(zhuǎn))。因此，使用者可根據(jù)需要微調(diào)軸向磁性軸承，以優(yōu)化泵100的性能。在一個(gè)備選的優(yōu)選實(shí)施例(未顯示)中，可從頂部或內(nèi)表面通入殼體底部104的 隔艙104A。更具體來(lái)說(shuō)，止推板114可為非整體式的或可移除的，從而防止從泵100的外部 通入。如圖7A-7D中所見(jiàn)，殼體底部104的頂面包括整體式止推板114，該整體式止推板 包括先前提及的包括主軸磁體119的主軸114D。止推板114具有至少三個(gè)抬升件114A，其 各由細(xì)長(zhǎng)傾斜表面114B和抬高的短小平坦表面114C來(lái)形成。在一個(gè)實(shí)例中，細(xì)長(zhǎng)傾斜表 面114B相對(duì)于止推板114的頂面傾斜了約0. 5度至約3度之間。當(dāng)轉(zhuǎn)子組件105與止推 板114的抬升件114A之間的間隙低于預(yù)定閾值時(shí)，這些抬升件114A會(huì)形成流體動(dòng)力軸承。 在一個(gè)實(shí)施例中，該預(yù)定閾值在約0. 0002英寸至0. 001英寸的范圍內(nèi)。流體動(dòng)力軸承的另 外的實(shí)例可參見(jiàn)授予Woodard等人的美國(guó)專利No. 6，250，880，該專利的內(nèi)容以引用方式并 入本文中。如圖2、圖8、圖9A和圖9B中最佳所見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)組件103布置在密封的環(huán)形隔艙 104A內(nèi)。如圖9C-圖9E中所示，電動(dòng)機(jī)組件103通過(guò)使電流傳導(dǎo)經(jīng)過(guò)線圈130的導(dǎo)線130A 來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。如圖8中最佳所見(jiàn)，每個(gè)線圈130的導(dǎo)線130A都連接到柔性電路132上的觸 點(diǎn)132A上。如圖2中最佳所見(jiàn)，柔性電路132通常較薄且為環(huán)形，經(jīng)由三個(gè)接點(diǎn)132B而連 接至從泵100引出的引線131的細(xì)長(zhǎng)區(qū)域，其通過(guò)殼體底部104的環(huán)形隔艙104A壁內(nèi)的通 道133得到饋送。然后，線路131的外部細(xì)長(zhǎng)區(qū)域的端部連接至電纜(未顯示)并最終連 接至控制器(也未顯示)，該控制器提供產(chǎn)生所需的磁場(chǎng)以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)組件105所必需的電 力。應(yīng)理解，觸點(diǎn)132A在柔性電路132上的位置可布置成各種不同的構(gòu)造。例如，柔性電路132的周邊附近的觸點(diǎn)132A可定位成更加靠近電路132的中心，以便更好地使觸點(diǎn)132A EfePBig (electrically insulate)。應(yīng)注意，在其中止推板114與殼體底部104不成整體(例如，止推板114通過(guò)粘合 劑或環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)附連)的備選的優(yōu)選實(shí)施例中，線圈130的頂側(cè)覆蓋有鈦箔，該鈦箔焊接到 殼體底部104上，以提供血液與電動(dòng)機(jī)組件103之間的密封。另外，還可將止推板114(其 也可由鈦構(gòu)成)焊接到殼體底部104上。在其中止推板114是殼體底部104的整體組成部 分的優(yōu)選實(shí)施例中，鈦箔就不是必需的了。電動(dòng)機(jī)組件103還包括背鐵134，該背鐵具有與環(huán)形隔艙104A的形狀類(lèi)似的環(huán)形 形狀。優(yōu)選的是，背鐵134定位在柔性電路132下方，以增強(qiáng)由線圈130所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。一 旦激活，電動(dòng)機(jī)組件103便產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)定位在止推板114上方的電動(dòng)機(jī)組件105進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的 磁場(chǎng)。另外，電動(dòng)機(jī)組件103還包括外部部件135B、內(nèi)部部件135A和頂部部件137，其優(yōu) 選地由非導(dǎo)電材料構(gòu)成以有助于將線圈130電隔絕。轉(zhuǎn)子組件105的外部形狀由轉(zhuǎn)子殼體底部126 (如圖IOA和圖IOB中所見(jiàn))及轉(zhuǎn) 子頂部118 (如圖IlA-圖IlD中所見(jiàn))來(lái)限定。轉(zhuǎn)子頂部118和轉(zhuǎn)子殼體底部126兩者都 包括尺寸設(shè)計(jì)為以便圍繞止推板114的主軸114D的周邊而配合的中心孔口。轉(zhuǎn)子頂部118 包括驅(qū)使進(jìn)入的血液從開(kāi)口 108離開(kāi)的曲面推動(dòng)器葉片118A。優(yōu)選的是，每個(gè)葉片118A都 具有設(shè)計(jì)為以便滿足所需的流速要求和壓力要求的高度和曲線。此外，轉(zhuǎn)子組件105的尺 寸和形狀是以優(yōu)選流速范圍(泵設(shè)計(jì)為在該范圍中運(yùn)行)的所需標(biāo)稱流量和壓力頭為基礎(chǔ) 進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，流速范圍介于約0. 5升/分鐘與2升/分鐘之間，且最 優(yōu)的是約1. 3升/分鐘的流速。如圖IlD中最佳所見(jiàn)，轉(zhuǎn)子頂部118的頂面118B包括總體 傾斜的斜坡形狀。與某些現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)不同，轉(zhuǎn)子頂部118的頂面118B的角度相對(duì)較淺， 從而提供了一個(gè)總體較薄的輪廓。例如，頂面118B可優(yōu)選傾斜小于約10度，且更具體來(lái)說(shuō) 相對(duì)于水平面處于約3. 80度到4. 00度的范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)子組件105包括三個(gè)主要構(gòu)件轉(zhuǎn)子軸向磁體組件124、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁體122和 背鐵120。如圖2和圖16中最佳所見(jiàn)，背鐵120和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁體122具有大致相同的直 徑，從而允許背鐵120坐落于電動(dòng)機(jī)磁體122的頂部上以增強(qiáng)磁場(chǎng)。如圖16中最佳所見(jiàn)， 圖13A和圖13B中所見(jiàn)的轉(zhuǎn)子軸向磁體組件124圍繞轉(zhuǎn)子組件105的內(nèi)徑而定位，并且定 位在電動(dòng)機(jī)磁體122和背鐵120的中心孔口內(nèi)。優(yōu)選的是，在轉(zhuǎn)子殼體底部126內(nèi)，圍繞其 內(nèi)部空間的外周邊還包括間隔體123，以保持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁體122和背鐵120在殼體底部 126內(nèi)的位置。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖12A和圖12B中所見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁體122由多個(gè)具有 交替極性的磁體區(qū)域122A構(gòu)成。隨著將電力到電動(dòng)機(jī)組件103，線圈130產(chǎn)生了磁場(chǎng)，該磁 場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)磁體122，從而使電動(dòng)機(jī)組件105進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁體122優(yōu)選是吸引電動(dòng)機(jī)組件103的背鐵134的永久磁體。該吸引 作用傾向于將轉(zhuǎn)子組件105拉向止推板144，從而對(duì)轉(zhuǎn)子組件105形成顯著的軸向載荷。先 前的旋轉(zhuǎn)泵設(shè)計(jì)(例如，美國(guó)專利No. 6，234，772和No. 6，250，880中所見(jiàn)的那些旋轉(zhuǎn)泵設(shè) 計(jì))主要依賴于流體動(dòng)力止推軸承來(lái)克服這種軸向載荷力。然而，由于這些流體動(dòng)力軸承 在轉(zhuǎn)子與止推板之間使用了一薄層血液，所以經(jīng)過(guò)的血液必須支承該軸向載荷的全部力。
13結(jié)果，由于強(qiáng)烈的剪切力，血細(xì)胞更加容易受到損壞，從而形成嚴(yán)重的并發(fā)癥，例如，溶血或 結(jié)塊。此外，承載該流體動(dòng)力軸承所需的動(dòng)力隨著載荷增大而增大。因此，高度承載的流體 動(dòng)力軸承會(huì)給泵造成顯著的動(dòng)力損失。如編號(hào)No. 10/940，419的美國(guó)申請(qǐng)(上文以引用方式并入)中詳細(xì)論述的那樣， 本發(fā)明將該軸向載荷力分布在流體動(dòng)力軸承與軸向磁性軸承之間。然而，在本申請(qǐng)中，詳細(xì) 闡述這種構(gòu)造是有益的。如前所述，該流體動(dòng)力軸承包括位于止推板114上的三個(gè)止推錐或抬升件，由于 轉(zhuǎn)子底部表面與止推錐114之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子組件105處于靠近止推板144的 預(yù)定距離時(shí)，止推板114對(duì)轉(zhuǎn)子組件105產(chǎn)生向上的力。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所有抬升件 114A的累積總面積介于止推板114的總面積的約40%至90%的范圍內(nèi)。經(jīng)確定，呈這種構(gòu) 造的三個(gè)抬升件為本發(fā)明泵提供了必要的流體動(dòng)力軸承效應(yīng)。如圖14、圖16、圖17A和圖17B中所見(jiàn)，軸向磁性軸承包括轉(zhuǎn)子軸向磁體124和主 軸磁體119。在圖14中所見(jiàn)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子軸向磁體124和主軸磁體119具有 沿軸向方向反向平行的磁場(chǎng)。因此，磁體119和磁體124處于彼此沿軸向相互吸引的恒定狀 態(tài)，且由此降低了轉(zhuǎn)子組件105上的軸向載荷。圖14A顯示了類(lèi)似于圖14的優(yōu)選實(shí)施例， 其中反轉(zhuǎn)了磁體119和磁體124的極性。由磁體119和磁體124所產(chǎn)生的軸向預(yù)加載力或偏置力可在軸向磁性軸承組裝期 間進(jìn)行調(diào)節(jié)。優(yōu)選的是，應(yīng)朝泵的背部對(duì)轉(zhuǎn)子施加足夠的正力，以在最大速度時(shí)穩(wěn)定轉(zhuǎn)子組 件105并防止不希望的運(yùn)動(dòng)。應(yīng)施加實(shí)現(xiàn)該預(yù)加載的最小的力，因?yàn)檫^(guò)大的力將增大液體 動(dòng)力止推軸承中的動(dòng)力損失(如本申請(qǐng)中其他地方所述)，且可增加溶血。優(yōu)選的是，可在于模擬循環(huán)回路中帶有血液模擬物的功能性測(cè)試過(guò)程中，根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)來(lái)確定主軸磁體119的最佳位置。最大速度是通過(guò)表征多個(gè)泵的流體性能來(lái)確定的。一 旦確定了最大速度，就將該多個(gè)泵的各個(gè)泵調(diào)節(jié)至2. Olpm的流速和105mm Hg的壓力，并調(diào) 節(jié)軸向磁體119的位置直到檢測(cè)到(例如，通過(guò)聽(tīng)到泵殼體組件101所產(chǎn)生的聲音發(fā)生變 化來(lái)進(jìn)行檢測(cè))轉(zhuǎn)子組件105的不穩(wěn)定性。當(dāng)檢測(cè)到該不穩(wěn)定性的閾值時(shí)，可在該閾值以 下(即朝向殼體底部104移動(dòng))旋轉(zhuǎn)軸組件109A。因此，主軸磁體119可最終定位在相對(duì) 于轉(zhuǎn)子軸向磁體124的多個(gè)不同高度的其中一個(gè)高度處。圖15A顯示軸向磁性軸承的另一優(yōu)選實(shí)施例，其中磁體119和磁體124中的各磁 體都由兩個(gè)不同的磁性區(qū)域構(gòu)成，這兩個(gè)不同的磁性區(qū)域定位成使一個(gè)磁極朝向另一相同 磁極而沿軸向?qū)?zhǔn)。例如，轉(zhuǎn)子軸向磁體124的頂部磁性區(qū)域124A定位成使得其北極朝下 指向底部磁性區(qū)域124B的北極。類(lèi)似地，主軸磁體119的頂部磁性區(qū)域119A定向成使得 其南極朝下指向底部磁性區(qū)域119B的南極。在該方面中，軸向磁性軸承通過(guò)在轉(zhuǎn)子軸向磁 體124的中央和主軸磁體119的中央(S卩，同磁極)之間形成吸引力并在一個(gè)磁體的端部 與另一磁體的中央之間形成排斥力來(lái)降低軸向載荷。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，磁體119和磁體124可由區(qū)域的多種不同組合來(lái)構(gòu)成。例 如，如圖15B中所示，一個(gè)磁體119可具有單個(gè)N-S區(qū)域，而另一磁體124在頂部具有S-N 區(qū)域且在下方具有N-S區(qū)域。類(lèi)似地，如圖15C中所示，一個(gè)磁體119可在頂部具有N-S區(qū) 域且在下方具有S-N區(qū)域，而另一磁體124具有單個(gè)S-N區(qū)域?？赏ㄟ^(guò)用具有較高或較低強(qiáng)度的磁體來(lái)代替磁體119和磁體124，或簡(jiǎn)單地通過(guò)調(diào)節(jié)穿過(guò)殼體底部104的中心通道104C定位的螺紋軸109來(lái)調(diào)節(jié)主軸磁體19在泵100內(nèi) 的高度，來(lái)調(diào)節(jié)圖14和圖15A-15C兩實(shí)施例之一中的由軸向磁性軸承所產(chǎn)生的力。如圖14 和圖15A中所示，可將主軸磁體119定位在相對(duì)于轉(zhuǎn)子軸向磁體124的較高的高度處，以提 高轉(zhuǎn)子組件105上的方向朝上的軸向力，或定位在較低高度處以降低轉(zhuǎn)子組件105上的方 向朝上的軸向力。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子軸向磁體124可以是永久磁體，而主軸磁體119可 為鐵磁材料，反之亦然。類(lèi)似地，主軸磁體119和軸向磁體124可由兩個(gè)單獨(dú)的區(qū)域構(gòu)成， 一個(gè)由永久磁體材料制成且另一個(gè)由鐵磁材料制成。當(dāng)然，任何這些實(shí)施例中的磁性材料 的極性要符合上述其中一個(gè)實(shí)施例，以提供結(jié)合本發(fā)明所討論的軸向軸承載荷。應(yīng)注意，可能存在根據(jù)本發(fā)明的磁性軸向軸承的其他實(shí)施例。例如，可將轉(zhuǎn)子軸向 磁體124布置在轉(zhuǎn)子組件105的外周邊附近，而可將主軸磁體119嵌入在殼體中部106的 側(cè)壁內(nèi)。在這個(gè)方面中，磁體的不同位置也可產(chǎn)生軸向力以便補(bǔ)償轉(zhuǎn)子組件105的向下預(yù) 加載。如圖16中最佳所見(jiàn)，血液通過(guò)入口通道102C進(jìn)入泵100并由轉(zhuǎn)子頂部的推動(dòng)器 葉片118A分配，并且進(jìn)入渦殼并被驅(qū)出泵100的側(cè)面上的出口 108，或者在轉(zhuǎn)子組件下方 (為流體動(dòng)力止推軸承供應(yīng)流體)圍繞轉(zhuǎn)子組件的外部，并且然后沿著主軸與轉(zhuǎn)子組件105 之間的空隙向上，從而為軸頸軸承供應(yīng)流體。在某些情況下，由于血流穿過(guò)泵100的運(yùn)動(dòng)，可存在施加于轉(zhuǎn)子組件105上的徑向 偏置。例如，當(dāng)血液被迫離開(kāi)泵100時(shí)，出口處的出口壓力會(huì)上升，這就會(huì)導(dǎo)致對(duì)轉(zhuǎn)子組件 105的上述偏置。在圖5G、圖6C、圖6D、圖6E和圖18B中所見(jiàn)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可通過(guò) 在軸向磁性軸承中使用非徑向?qū)ΨQ或非圓形的主軸磁體119以形成非對(duì)稱磁場(chǎng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì) 該徑向偏置的補(bǔ)償。例如，主軸磁體可以具有非對(duì)稱或非圓形截面形狀，例如，圖6D和圖6E 中主軸磁體119的“D”形狀及圖6C中所示的主軸磁體117。該形狀可以以使得磁力沿與該 偏置力相反的預(yù)定方向和量值增大的方式進(jìn)行定位。具體來(lái)說(shuō)，主軸磁體119的曲面區(qū)域 相對(duì)于平坦側(cè)面產(chǎn)生更大的磁場(chǎng)。換言之，主軸磁體119的形狀設(shè)計(jì)為使其質(zhì)量中心偏離 軸向磁性軸承的旋轉(zhuǎn)軸線，且因此也相對(duì)于轉(zhuǎn)子組件105的轉(zhuǎn)子軸向磁體124而偏離。因 此，主軸磁體119的具有較大磁場(chǎng)的區(qū)域可定向?yàn)榕c偏置力的方向相反(偏置力指向磁體 119的平坦側(cè)部)，從而沿該方向?qū)D(zhuǎn)子軸向磁體124產(chǎn)生更大的力，且由此降低或基本消 除了偏置力對(duì)轉(zhuǎn)子組件的影響。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，用沿著止推板114、沿著殼體中部106的內(nèi)周表面或沿著該 兩者的表面特征，例如，傾斜表面、漸縮體、墊或其他表面幾何變化，來(lái)補(bǔ)償該偏置。通過(guò)非 均勻地布置這些特征(例如布置在殼體中部106的一側(cè)上)，可在泵100的一側(cè)上形成流體 動(dòng)力軸承，從而形成徑向方向上的偏置力。通過(guò)正確地定位這些徑向流體動(dòng)力軸承，可大大 降低出口 108的偏置力。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)使主軸磁體116偏離轉(zhuǎn)子軸向磁體124和主軸114D的 中心來(lái)補(bǔ)償該徑向偏置。例如，圖18A顯示了定位到主軸114D的中心140的一側(cè)上的主軸 磁體116。根據(jù)磁體116和磁體124的構(gòu)造，偏移的主軸磁體116會(huì)在轉(zhuǎn)子組件105旋轉(zhuǎn)時(shí) 產(chǎn)生徑向合力。因此，通過(guò)形成大小相等方向相反的徑向力，可抵消由血液離開(kāi)泵所引入的 徑向偏置。
本發(fā)明的另一方面是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁體122、定子背鐵120以及軸向磁體124之間 的軸向力，用止推板114所形成流體動(dòng)力軸承，以及泵的流體靜壓的相互作用。這在下文更 加詳細(xì)地闡述。在泵100運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)子頂部118的曲面推動(dòng)器葉片118A產(chǎn)生流體靜壓，該流體 靜壓的大部分用來(lái)形成穿過(guò)出口 108的有效流量。在所有離心泵中，流體靜壓都施加至轉(zhuǎn) 子和殼體的所有潤(rùn)濕表面上。該流體靜壓的總和對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了必須由軸承來(lái)承載的合力。 這些力可能難以測(cè)量；然而，通過(guò)本領(lǐng)域中已知的計(jì)算流體動(dòng)態(tài)分析可較為容易地對(duì)這些 力進(jìn)行預(yù)測(cè)。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)是允許對(duì)泵的性能進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)的有限元程序。然 后，可使用該分析的結(jié)果來(lái)確定某一特定設(shè)計(jì)所預(yù)計(jì)的參數(shù)，例如，液壓性能、效率、所獲得 的力和剪切。使用一款商用CFD程序(ANSYS CFX-5)對(duì)根據(jù)本發(fā)明的泵100建立了 CFD模型。 并使用帶有背部、殼體間隙和流體動(dòng)力軸承的完整轉(zhuǎn)子組件105的周期模型來(lái)評(píng)估作用于 轉(zhuǎn)子組件105的力及轉(zhuǎn)子組件105后的泄露。由于計(jì)算出的雷諾數(shù)最大為236 (完全處在層流范圍內(nèi)并遠(yuǎn)低于2，000的過(guò)渡范 圍)，所以使用了層流模型。雷諾數(shù)的公式為R= P VD/μ在該公式中，P是密度(1.0kg/l)，V是速度(6.5m/s)，D是間隙(0. 0127cm)且μ 是黏度(3. 5cps)。圖19顯示了作用于轉(zhuǎn)子組件105的流體靜壓的等值線圖表。壓力單位是帕斯卡 (1帕斯卡=0.0075mm Hg)。該軟件的功能計(jì)算器指示轉(zhuǎn)子組件105的轂上的面積平均壓 力是9754帕斯卡或73. 15mmHg(1.415psi)0轉(zhuǎn)子組件10的環(huán)形面積為1.041平方英寸，這 表示作用于該轂上的液體靜力軸向合力為1.472磅，且方向朝向泵的背部或底部。圖20顯示了作用于轉(zhuǎn)子組件105底部(即轉(zhuǎn)子殼體底部126)的流體靜壓和流體 動(dòng)壓的等值線。圖20中可見(jiàn)止推板114上的三個(gè)抬升件114A的輪廓，它們是由這些軸承 所產(chǎn)生的不同壓力區(qū)域。該軟件的功能計(jì)算器指示三個(gè)抬升件114A的區(qū)域外的流體靜壓 為8395. 72帕斯卡或62. 97mm Hg或1. 219psi。轉(zhuǎn)子殼體底部126上的面積也是1. 041平 方英寸，從而形成了離開(kāi)泵背部的方向上的1.27磅的流體靜力。在這方面，CFD計(jì)算顯示作用于轉(zhuǎn)子組件105的軸向流體動(dòng)力合力/流體靜力合 力(即，作用于轉(zhuǎn)子組件105頂部的力與作用于轉(zhuǎn)子組件105底部的力之間的差)為0. 202 磅且方向朝向泵的背部。該軸向流體動(dòng)力合力/流體靜力合力還與電動(dòng)機(jī)磁體122和背 鐵134的作用所引起的力組合在一起。電動(dòng)機(jī)磁體122和背鐵134的典型吸引力將約為 1. 1磅。因此，由抬升件114A所形成的流體動(dòng)力軸承必須對(duì)流體動(dòng)合力力/流體靜力合力 (0. 202磅)與電動(dòng)機(jī)磁體122和背鐵134的吸引力(1. 1磅)的組合(至少1. 302磅的總 的軸向力)進(jìn)行補(bǔ)償。換言之，流體動(dòng)力軸承產(chǎn)生足以補(bǔ)償這兩個(gè)力的力量，從而在正常運(yùn) 行過(guò)程中保持轉(zhuǎn)子組件105的總體位置與殼體組件101發(fā)生最小的實(shí)體接觸甚至不發(fā)生實(shí) 體接觸。最后，對(duì)泵的運(yùn)行進(jìn)行闡述。在運(yùn)行時(shí)，血泵100通過(guò)入口 110和出口 108而連接 至患者的循環(huán)系統(tǒng)。使用者通過(guò)促動(dòng)血泵控制器來(lái)啟動(dòng)血泵100。控制器將適當(dāng)?shù)碾娏鱾?遞至柔性電路132，柔性電路132然后將該電流分配到線圈130。流過(guò)線圈130的導(dǎo)線130A的電流形成與電動(dòng)機(jī)磁體122相互作用的磁場(chǎng)，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)組件105旋轉(zhuǎn)。主軸磁體 119的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子軸向磁體124的磁場(chǎng)相互作用，以形成有助于在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中保持組件105 的軸向位置的磁性軸向軸承。轉(zhuǎn)子組件105旋動(dòng)時(shí)，止推板114上的抬升件114A所形成的 液體動(dòng)力止推軸承對(duì)轉(zhuǎn)子組件施加了額外的軸向力。當(dāng)轉(zhuǎn)子組件105旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子殼體頂部118上的推動(dòng)器葉片118A驅(qū)動(dòng)血液自入口 110和入口通道102穿過(guò)出口 108流出。在這個(gè)方面中，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組件105驅(qū)動(dòng)患者血液 穿過(guò)泵100，從而有助于血液循環(huán)。雖然以特定的實(shí)施例和應(yīng)用對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了闡述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)該教 導(dǎo)可做出額外的實(shí)施例和修改形式，而不脫離提出權(quán)利要求的發(fā)明主旨或超出提出權(quán)利要 求的發(fā)明范圍。因此，應(yīng)理解的是，本文中的附圖和說(shuō)明以舉例的方式而提供以有助于理解 本發(fā)明，而不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。
權(quán)利要求
一種血泵，其包括泵殼體，其限定了具有入口孔和出口孔的泵腔室；轉(zhuǎn)子，其布置在所述泵殼體內(nèi)；及軸向磁性軸承，其布置在所述泵腔室內(nèi)以至少部分地支承所述轉(zhuǎn)子；所述軸向磁性軸承包括第一磁體，所述第一磁體的形狀設(shè)計(jì)為使得所述第一磁體的質(zhì)量中心偏離所述軸向磁性軸承的軸線，所述第一磁體產(chǎn)生特定徑向方向上的磁力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血泵，其特征在于，所述血泵還包括主軸，且所述第一磁體布 置在所述主軸中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的血泵，其特征在于，所述軸向磁性軸承還包括第二磁體，所述 第二磁體的形狀設(shè)計(jì)為使得所述第二磁體的質(zhì)量中心與所述軸向磁性軸承的所述軸線對(duì) 準(zhǔn)，所述第二磁體布置在所述轉(zhuǎn)子中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的血泵，其特征在于，所述第一磁體的截面為非圓形截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的血泵，其特征在于，所述第一磁體的所述非圓形截面大致是 “D”形截面。
6.一種血泵，其包括泵殼體，其限定了具有入口孔和出口孔的泵腔室；主軸，其布置在所述泵腔室中；轉(zhuǎn)子，其布置在所述泵殼體中并至少部分地圍繞所述主軸，所述轉(zhuǎn)子包括第一磁體；以及第二磁體，其布置在所述主軸內(nèi)，所述第二磁體的形狀設(shè)計(jì)為使得所述第二磁體的質(zhì) 量中心偏離所述主軸的軸線，以便所述第二磁體在自所述第二磁體向外的預(yù)定方向上提供 降低的徑向磁力；其中，所述第一磁體和所述第二磁體構(gòu)成了軸向磁性軸承。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的血泵，其特征在于，所述第一磁體的所述質(zhì)量中心與所述轉(zhuǎn) 子的軸線對(duì)準(zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的血泵，其特征在于，所述第一磁體是環(huán)形的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的血泵，其特征在于，所述第二磁體具有非圓形截面形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的血泵，其特征在于，所述第一磁體包括沿所述第二磁體的磁 極的相反方向定向的磁極。
11.一種補(bǔ)償血泵中的徑向偏置的方法，其包括提供用于使血液循環(huán)的血泵；使轉(zhuǎn)子在所述血泵內(nèi)、于軸向磁性軸承上旋轉(zhuǎn)，以致使血液運(yùn)動(dòng)穿過(guò)所述血泵，所述血 液運(yùn)動(dòng)在所述轉(zhuǎn)子上引起了徑向偏置；對(duì)所述徑向偏置產(chǎn)生具有大致相反的方向和量值的磁力，所述磁力由形狀設(shè)計(jì)為具有 與所述軸向磁性軸承的軸線相間隔開(kāi)的質(zhì)量中心的磁體來(lái)產(chǎn)生。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生所述磁力包括提供具有非圓 形截面的磁體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述提供具有非圓形截面的磁體包括 提供具有“D”形截面的磁體。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生力還包括提供所述推動(dòng)器繞其旋 轉(zhuǎn)的主軸并在所述主軸中提供磁體。
15.一種血泵，其包括 殼體組件，其包括內(nèi)部空間； 轉(zhuǎn)子，其布置在所述內(nèi)部空間中； 軸向磁性軸承，其包括第一磁體，其布置在所述轉(zhuǎn)子中并具有北極和南極；及第二磁體，其布置在所述內(nèi)部空間中、所述轉(zhuǎn)子的中心附近，并且具有北極和南極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的血泵，其特征在于，所述血泵還包括布置在所述殼體組件 中的主軸，并且所述第二磁體布置在主軸中。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的血泵，其特征在于，所述第一磁體的所述北極和南極沿所 述第二磁體的所述北極和南極的相反方向定向。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的血泵，其特征在于，所述血泵還包括聯(lián)接到所述第二磁體 上以修改所述第二磁體相對(duì)于所述第一磁體的位置的位置調(diào)節(jié)組件。
19.一種血泵，其包括殼體組件，其包括第一殼體部件和第二殼體部件，所述第一殼體部件由一個(gè)連續(xù)的非 組裝材料件形成；所述殼體部件限定了具有內(nèi)表面的泵腔室；多個(gè)抬升件，其整體地形成于所述第一殼體部件的內(nèi)表面上；所述抬升件在所述血泵運(yùn)行期間向轉(zhuǎn)子提供流體動(dòng)力軸承表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的血泵，其特征在于，所述第一殼體部件包括定子腔室。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的血泵，其特征在于，所述定子腔室包括用于從所述血泵外 部選擇性地通入所述定子腔室的可移除式通入蓋。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的血泵，其特征在于，所述多個(gè)抬升件中的各抬升件均包括 細(xì)長(zhǎng)的傾斜表面。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的血泵，其特征在于，所述多個(gè)抬升件中的各抬升件均包括 與所述細(xì)長(zhǎng)傾斜表面共同延伸的短小平坦表面。
24.—種血泵，其包括殼體，其限定了具有內(nèi)表面的內(nèi)部泵腔室； 轉(zhuǎn)子，其布置在所述內(nèi)部泵腔室內(nèi)；所述轉(zhuǎn)子下方的所述內(nèi)表面由連續(xù)的非組裝材料形成，所述連續(xù)的非組裝材料構(gòu)成了 所述殼體的下部部分，并且所述內(nèi)表面具有從所述內(nèi)表面上整體地形成的多個(gè)抬升件，所 述抬升件與所述轉(zhuǎn)子的底面形成了流體動(dòng)力軸承。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的血泵，其特征在于，所述血泵還包括可從所述血泵的外部 通入的定子腔室。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的血泵，其特征在于，所述抬升件包括細(xì)長(zhǎng)傾斜表面。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的血泵，其特征在于，所述抬升件還包括與所述細(xì)長(zhǎng)傾斜表 面共同延伸的短小平坦表面。
28.—種血泵，其包括殼體組件；推動(dòng)器，其布置在所述殼體組件中；泵腔室，其由所述殼體組件形成，所述泵腔室具有入口和出口 ；以及出口流動(dòng)路徑，其包括圍繞所述泵腔室的周邊定位、形成環(huán)面形狀的第一槽及連接至 所述第一槽和所述出口的第二槽；所述第二槽具有大于所述第一槽尺寸的尺寸；所述第一槽的尺寸設(shè)計(jì)為以便對(duì)所述出口上游的血流進(jìn)行節(jié)流，并從而引起所述推動(dòng) 器與所述殼體組件之間的泄漏流。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的血泵，其特征在于，所述第二槽的尺寸朝向所述出口逐漸 增大。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的血泵，其特征在于，所述泄漏流介于所述轉(zhuǎn)子與所述殼體 組件的主軸之間。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的血泵，其特征在于，所述第二槽協(xié)同所述主體形成與所述 出口相連通的出口通道。
32.一種血泵，其包括泵殼體，其限定了具有入口孔和出口孔的泵腔室；轉(zhuǎn)子，其布置在所述泵殼體內(nèi)；及環(huán)面形狀的渦殼，其由所述泵殼體限定，所述渦殼圍繞所述泵腔室沿周邊布置，形成了 與所述出口孔相連通的出口通道，并且直徑朝向所述出口孔逐漸增大；所述環(huán)面形狀的渦殼具有對(duì)所述出口孔上游的流體流進(jìn)行節(jié)流的尺寸，并從而引起所 述轉(zhuǎn)子與所述泵殼體之間的泄漏流。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的血泵，其特征在于，所述渦殼圍繞所述泵腔室的整個(gè)周邊 而布置。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的血泵，其特征在于，所述渦殼包括所述泵殼體的配合部分 的相匹配的槽。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的血泵，其特征在于，所述出口通道具有大致圓形的截面。
36.一種泵送血液的方法，其包括提供限定泵腔室的泵殼體；使血液自所述泵殼體中的入口通過(guò)所述泵腔室的推動(dòng)器而運(yùn)動(dòng)到所述泵殼體中的出 口 ；以及增大所述泵腔室中的所述血液在所述出口的上游的壓力，以推動(dòng)所述泵殼體及所述推 動(dòng)器的相配合的表面之間的泄漏流。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述增大所述泵腔室中的所述血液的 壓力包括使血液通過(guò)所述泵腔室中的節(jié)流渦殼。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，使血液通過(guò)所述泵腔室中的節(jié)流渦殼 包括使血液通過(guò)具有介于約2mm-5mm之間的直徑的所述渦殼。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，使血液通過(guò)所述泵腔室中的節(jié)流渦殼 包括相對(duì)于所述出口使所述泵內(nèi)側(cè)的壓力增大介于約50%與約100%之間。
40.一種血泵，其包括泵殼體，其限定了具有入口和出口的泵腔室；轉(zhuǎn)子，其可旋轉(zhuǎn)地布置在所述泵腔室中；及至少一個(gè)抬升件，其定位在所述泵腔室的表面上，以與所述轉(zhuǎn)子形成流體動(dòng)力軸承表 面，所述抬升件包括從所述泵腔室以某角度延伸的第一表面及連接到所述第一表面上、并 且大致平行于所述泵腔室的所述表面而延伸的第二表面； 其中，所述第一表面至少長(zhǎng)于所述第二表面。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的血泵，其特征在于，所述血泵還包括多個(gè)抬升件。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的血泵，其特征在于，所述第一表面相對(duì)于所述泵腔室的所 述表面傾斜介于約0. 5度與約3度之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種帶有吸引性磁性軸向軸承及流體動(dòng)力軸承的旋轉(zhuǎn)式血泵。在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)泵包括通過(guò)磁性軸向軸承和流體動(dòng)力軸承而支承在泵殼體組件內(nèi)的推動(dòng)器組件。該磁性軸向軸承包括定向?yàn)橄嗷ノ闹辽賰蓚€(gè)磁體。一個(gè)磁體定位在泵殼體的主軸中，而另一磁體布置在轉(zhuǎn)子組件內(nèi)靠近該主軸。在這個(gè)方面，這兩個(gè)磁體形成了至少部分地保持轉(zhuǎn)子組件的相對(duì)軸向位置的軸向吸引力。流體動(dòng)力軸承形成在于轉(zhuǎn)子組件下方形成緊密間隙的傾斜表面之間。
文檔編號(hào)F04D29/04GK101932837SQ200780020212
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者大衛(wèi)·M·蘭西西, 理查德·K·萬(wàn)普勒 申請(qǐng)人:索羅泰克公司