壓性能在這些極限之間都發(fā)生了改變，因此都對泵500的液壓性能調(diào)節(jié)作出貢獻。如圖18所示，存在用于左泵542的閾值效應(在210rpm下為3.5LPM)，但是僅在低流量時。所以，在極端的運行條件中，左泵性能會根據(jù)需要增加以保持在給定速度下的最低流量。
[0144]圖19示出圖2的血泵10的液壓性能特征。在圖19中，示出展示左泵42和右泵52的壓力相對于流量的曲線的圖表或圖解，其中在1500rpm的給定泵速下泵抽比重為1.06的水和甘油的溶液以模擬泵血。圖19示出轉(zhuǎn)子組件在最左位置和最右位置時左泵42和右泵52的液壓性能。
[0145]圖19示出左泵42的液壓性能基本上提供了泵10全部的性能改變和調(diào)節(jié)。當Al減小時，性能以特定的流速轉(zhuǎn)移，正比于速度。圖19示出了對于圖2的泵10的配置，左泵42以特定的流量系數(shù)(流量/速度)值從展現(xiàn)離心泵的特征過渡到展現(xiàn)旋渦泵的特征。如果左心房壓力由于左泵性能相對較弱而比較高，則轉(zhuǎn)子組件向右邊移動，Al變小，且左泵性能提升。由于圖19所示的閾值效應，系統(tǒng)會自動趨于保持閾值流量(1500rpm時為6LPM)。因此，流量趨于平衡并且正比于速度。
[0146]本領域技術人員應理解，在標稱操作過程中，期望將泵700的左心房壓力偏置到比右入口壓力略高一點(例如3mmHg)，以符合人體正常血液動力學數(shù)值。根據(jù)本發(fā)明，上述過程可以通過將左泵入口 746的橫截面積調(diào)節(jié)至小于右泵入口 756橫截面積來實現(xiàn)，所述調(diào)節(jié)在左泵742處產(chǎn)生了壓降。如圖14至16所示，左泵入口 746直徑E3小于右泵入口直徑E4。由于左泵742減小的入口直徑造成的壓降，施加在左葉輪734泵上或者在左泵葉輪734處“看到”的心房壓力低于(例如低3mmHg)在標稱目標流速(5_61pm)處的實際值。這導致轉(zhuǎn)子組件730通過向左過量調(diào)節(jié)或者向右欠量調(diào)節(jié)來實現(xiàn)過量補償，如圖14至16所示。因此，泵在泵入口壓力差是OmmHg的位置處達到平衡，此時心房壓力差將實際近似3mmHg，左心房壓略高。左入口額外的壓降也在大流量時幫助更充分地打開右泵孔832。
[0147]圖20示出了本發(fā)明的第六實施方式。圖20的實施方式示出了可在文中的泵組設計中的任何一個中實施的電機850。電機850包括沿電機軸線852同心排列的定子860和轉(zhuǎn)子880。轉(zhuǎn)子880被定子860包圍并且可相對于定子以圍繞軸線852旋轉(zhuǎn)。
[0148]在圖20的實施方式中，定子860包括被非磁墊片864間隔開的兩個疊層862。疊層可由例如鋼來構(gòu)造。疊層862和墊片864堆疊以形成定子860的芯868。疊層862因此形成芯868的軸向端部。電機繞組886圍繞疊層-墊片堆疊(即，芯868)纏繞。
[0149]轉(zhuǎn)子880具有上方安裝有兩個磁體組件884的空心圓柱芯882。磁體組件884包圍芯882并且沿芯的軸向端部方向延伸。芯882可由鐵質(zhì)材料例如鋼構(gòu)造。磁體組件由非磁墊片886隔開。墊片886包圍芯882并且在磁體組件884之間沿芯中部延伸。磁體組件884與各自的疊層862對應。墊圈886和864相互對應。
[0150]根據(jù)圖20的實施方式，單獨、間隔的成對疊層862和磁體組件864充當電機850的單獨的驅(qū)動器，墊片886和864在磁體組件和疊層的磁性性質(zhì)中提供間隙。每個磁體組件884的軸向長度短于相應的疊層862。這允許轉(zhuǎn)子880在電機運行時在疊層862的軸向長度內(nèi)相對于定子860軸向地移動或穿梭。轉(zhuǎn)子880相對于定子860可軸向穿梭的長度或者距離一般來說等于疊層862的軸向長度減去磁體組件884的軸向長度。在圖20中，自由軸一般用標記為“D”的箭頭來標識。
[0151]有利地，圖20的實施方式提高了電機850的軸向剛性。如果/當轉(zhuǎn)子880被驅(qū)動以軸向地移動以將磁體884定位為超過疊層862軸向范圍時，存在阻止移動的兩個磁力，即左和右磁體疊層對的磁力。如果轉(zhuǎn)子軸向地行進超越疊層，則該雙作用對以更強的總磁力量驅(qū)使轉(zhuǎn)子880歸位。因此，圖20的電機850在轉(zhuǎn)子880移動至自由移動端部處的界限之外時提供了由強磁回復力限制的自由軸向移動的窗口。這允許文中描述的各種泵組可自我調(diào)節(jié)，同時避免轉(zhuǎn)子組件(電機轉(zhuǎn)子和葉輪)與血泵殼體之間的摩擦。例如，這個自由軸向移動的窗口在每個方向上可以是0.04英寸。
[0152]作為另一個優(yōu)點，圖20的實施方式在沒有增加磁體軸承的徑向負荷的基礎上提高了軸向剛性。因為兩個磁體884/兩個疊層862的設計在疊層862和磁體884之間分別放置了墊片864、886(例如，塑料墊片)，所以轉(zhuǎn)子880的總重量可以降低，從而幫助實現(xiàn)轉(zhuǎn)子組件中性懸浮的目標。
[0153]此外，根據(jù)圖20的實施方式，電機850的另一特征是可以實時追蹤轉(zhuǎn)子880的軸向位置并且將轉(zhuǎn)子位置發(fā)送給電機控制器而無需在電機和電機控制器之間添加任何多余的導體。對于任何可植入的電機，期望在電機和電機控制器之間導體(導線)越少越好，以降低電纜的復雜程度和尺寸。電機850是只需要三個導體來完全控制速度和扭矩的無傳感器的、無電刷直流(SLBLDC)電機。
[0154]圖20的實施方式中的轉(zhuǎn)子位置監(jiān)視系統(tǒng)(RPMS)利用霍爾傳感器來檢測轉(zhuǎn)子880的軸向位置并且使用兩個已經(jīng)存在的電機導體900來發(fā)送位置數(shù)據(jù)而無需干涉電機850的正?？刂?。運行轉(zhuǎn)子位置電路的電源也是來自于已經(jīng)存在的三根電機導線。RPMS包括供電電路902、霍爾傳感器904和電壓至頻率轉(zhuǎn)換電路906，所述轉(zhuǎn)換電路在用于控制電機的頻段之上的波段調(diào)制一個載波頻率。然后在電機控制器908上通過利用有源濾波器分離出轉(zhuǎn)子位置波段以及通過頻率至電壓轉(zhuǎn)換器解調(diào)出轉(zhuǎn)子位置信號來還原轉(zhuǎn)子的軸向位置。有利地，由于轉(zhuǎn)子880的軸向位置與泵的左右側(cè)之間的壓力差直接相關，故轉(zhuǎn)子軸向位置的監(jiān)視特征提供了重要的血液動力學信息。
[0155]從本發(fā)明的上述描述中，本領域技術人員應考慮到改進、變化和修正。例如在圖20的實施方式中，電機850軸向剛性的進一步的調(diào)整或提高可以通過額外的磁體/疊層對(例如三個或者更多)來實現(xiàn)。這種在本領域內(nèi)公知技術內(nèi)的改進、變化和修正旨在由所附權(quán)利要求覆蓋。
【主權(quán)項】
1.一種泵，包括: 殼體； 支撐在所述殼體內(nèi)的定子；以及 轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子支撐在所述殼體內(nèi)以相對于所述定子繞軸線旋轉(zhuǎn)； 所述定子包括:定子芯、圍繞所述定子芯的軸向部分纏繞的第一疊層和圍繞所述定子芯的第二軸向部分纏繞的第二疊層，所述第一疊層和所述第二疊層沿所述定子芯的長度彼此隔開； 所述轉(zhuǎn)子包括:轉(zhuǎn)子芯、圍繞所述轉(zhuǎn)子芯的軸向部分延伸的第一磁體組件和圍繞所述轉(zhuǎn)子芯的第二軸向部分延伸的第二磁體組件；所述第一磁體組件和所述第二磁體組件沿著所述轉(zhuǎn)子的長度彼此隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的泵，其中所述第一疊層的軸向長度大于所述第一磁體組件的軸向長度，并且所述第二疊層的軸向長度大于所述第二磁體組件的軸向長度，使得在電機運行期間，在所述第一磁體組件和所述第二磁體組件在軸向上位于它們的相應疊層的長度內(nèi)的同時，允許所述轉(zhuǎn)子組件相對于所述定子的自由軸向移動。
3.如權(quán)利要求1所述的泵，其中，所述第一疊層的軸向長度大于所述第一磁體組件的軸向長度，并且所述第二疊層的軸向長度大于所述第二磁體組件的軸向長度，從而在電機運行期間限制所述轉(zhuǎn)子組件相對移動至所述第一磁體組件和所述第二磁體組件在軸向上超越它們的相應疊層的長度的位置。
4.如權(quán)利要求1所述的泵，進一步包括: 第一間隔件，包圍所述定子芯并在所述第一疊層與所述第二疊層之間沿所述定子芯的一部分軸向延伸。
5.如權(quán)利要求1所述的泵，進一步包括: 第二間隔件，包圍所述轉(zhuǎn)子定子芯并在所述第一磁體組件與所述第二磁體組件之間沿所述轉(zhuǎn)子芯的一部分軸向延伸。
6.如權(quán)利要求1所述的泵，進一步包括: 霍爾傳感器，用于檢測所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子的軸向位置并生成指示所述軸向位置的位置信號； 電壓至頻率轉(zhuǎn)換電路，調(diào)制載波頻率，所述載波頻率的頻段與用于控制所述電機的頻段不同，所述位置信號在用于為所述電機供電的導線上以所述載波頻率承載至電機控制器。
7.如權(quán)利要求1所述的泵，進一步包括: 第一葉輪，可操作地耦接至所述轉(zhuǎn)子的第一軸向端以與所述轉(zhuǎn)子一起繞所述軸線旋轉(zhuǎn)；以及 第二葉輪，可操作地耦接至所述轉(zhuǎn)子的、與所述第一軸向端相反的第二軸向端以與所述轉(zhuǎn)子一起繞所述軸線旋轉(zhuǎn)； 所述轉(zhuǎn)子組件能夠沿所述軸線相對于所述殼體移動以調(diào)節(jié)所述泵的液壓性能特征。
8.如權(quán)利要求1所述的泵，其中，所述轉(zhuǎn)子在血液里具有中性浮性。
9.如權(quán)利要求1所述的泵，其中，所述轉(zhuǎn)子包括磁體并且所述定子包括電機繞組，所述磁體的軸向長度短于所述電機繞組的軸向長度。
10.如權(quán)利要求7中所述的泵，其中，所述泵包括: 第一泵站，包括幫助限定第一泵腔的第一泵殼部分，在所述第一泵腔內(nèi)，所述第一葉輪被支撐以繞所述軸線旋轉(zhuǎn)，所述第一葉輪能夠沿所述軸線相對于所述第一泵殼部分移動；以及 第二泵站，包括幫助限定第二泵腔的第二泵殼部分，在所述第二泵腔內(nèi)，所述第二葉輪被支撐以繞所述軸線旋轉(zhuǎn)，所述第二葉輪能夠沿所述軸線相對于所述第二泵殼部分移動； 在與所述轉(zhuǎn)子組件一起沿所述軸線移動時，所述第一葉輪和所述第二葉輪相對于所述第一泵殼部分和所述第二泵殼部分軸向移動，以調(diào)節(jié)第一泵級和第二泵級的液壓性能特征。
11.如權(quán)利要求10所述的泵，其中所述第一泵殼部分和所述第一葉輪被配置為通過調(diào)節(jié)所述第一泵級的液壓性能特征來響應所述轉(zhuǎn)子組件的軸向移動；以及 所述第二泵殼部分和所述第二葉輪被配置為通過調(diào)節(jié)所述第二泵級的液壓性能特征來響應所述轉(zhuǎn)子組件的軸向移動。
12.如權(quán)利要求10所述的泵，其中所述第一泵殼部分和所述第二泵殼部分的構(gòu)造以及所述第一葉輪和所述第二葉輪的構(gòu)造被選擇為使得所述第一泵級的液壓性能特征響應于所述轉(zhuǎn)子組件的軸向移動進行調(diào)節(jié)，其中所述第一泵級的液壓性能特征響應于所述轉(zhuǎn)子組件的軸向移動進行調(diào)節(jié)的方式與所述第二泵級的液壓性能特征響應于所述轉(zhuǎn)子組件的相同軸向移動進行調(diào)節(jié)的方式不同。
13.如權(quán)利要求10所述的泵，其中所述第一泵級和所述第二泵級中的至少一個泵級包括泵腔和與所述泵腔流體聯(lián)通的相鄰腔，與所述至少一個泵級相關聯(lián)的葉輪的至少一部分能夠響應于所述轉(zhuǎn)子組件的軸向移動而從所述泵腔中向所述相鄰腔內(nèi)進出。
14.如權(quán)利要求13所述的泵，其中所述相鄰腔位于所述泵腔與所述至少一個泵級的入口之間，相關聯(lián)泵級包括在相關聯(lián)葉輪與相關聯(lián)泵殼部分的側(cè)壁的、位于或靠近所述泵腔與所述相鄰腔之間的接口的一部分之間限定的孔，所述孔的尺寸根據(jù)相關聯(lián)葉輪的軸向位置變化。
15.如權(quán)利要求13所述的泵，其中相關聯(lián)葉輪位于所述相鄰腔內(nèi)的部分至少基本禁止通過相關聯(lián)泵級泵送流體。
16.如權(quán)利要求7所述的泵，其中所述泵被構(gòu)造為使得作用在所述第一葉輪上的流體入口壓力沿著所述軸線在第一方向上向所述轉(zhuǎn)子組件施加軸向力，并使得作用在所述第二葉輪上的流體入口壓力沿著所述軸線在與所述第一方向相反的第二方向上向所述轉(zhuǎn)子組件施加的軸向壓力。
17.如權(quán)利要求16所述的泵，其中通過作用在所述第一葉輪和所述第二葉輪上的液體入口壓力施加在所述轉(zhuǎn)子組件上的軸向力調(diào)節(jié)所述轉(zhuǎn)子組件的軸向位置以幫助平衡作用在所述第一葉輪和所述第二葉輪上的液體入口壓力。
18.如權(quán)利要求7所述的泵，進一步包括與所述第一葉輪關聯(lián)的第一入口和與所述第二葉輪關聯(lián)的第二入口，所述第一入口和所述第二入口具有不同的內(nèi)徑。
19.如權(quán)利要求18所述的泵，其中所述第一入口和所述第二入口的內(nèi)徑被選擇為具有不同大小，該不同大小產(chǎn)生有差異的入口壓降以使作用在所述第一葉輪和所述第二葉輪上的所述軸向力偏置。
【專利摘要】一種泵，包括殼體、支撐在殼體內(nèi)的定子、以及轉(zhuǎn)子組件，轉(zhuǎn)子組件包括支撐在殼體內(nèi)以相對于定子圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。定子包括定子芯、圍繞定子芯的軸向部分纏繞的第一疊層和圍繞定子芯的第二軸向部分纏繞的第二疊層。第一和第二疊層沿定子芯的長度彼此間隔。轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子芯、繞轉(zhuǎn)子芯的軸向部分延伸的第一磁體組件以及繞轉(zhuǎn)子芯的第二軸向部分延伸的第二磁體組件。第一和第二磁體組件沿轉(zhuǎn)子的長度彼此間隔。
【IPC分類】F04D29-042, F04D29-041, A61M1-10, F04D29-048
【公開號】CN104619361
【申請?zhí)枴緾N201380044142
【發(fā)明人】大衛(wèi)·J·霍瓦斯, 倫納德·A·R·郭丁, 亞歷克斯·馬希耶羅, 巴里·D·庫班
【申請人】克里夫蘭診所基金會
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2013年6月27日
【公告號】EP2866852A1, WO2014008078A1