專利名稱：脈動泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按照權利要求1的現(xiàn)有技術部分所述的脈動泵，以及一種用于支持或代替人類或動物心臟的血泵。
從DE-C1-19609281中已知一種血泵的電磁驅動器，其中兩個半芯彼此相對移動，與激勵線圈一起形成一個鐵芯磁路。一個半芯固定于血泵殼體，而另一個半芯根據(jù)排出位置和引入位置之間的磁力激發(fā)向后和向前移動。在排放位置，血泵的一個血腔室被壓縮，血液通過排出閥排出。由于在電磁回路的間隙中磁性流體的采用，驅動器的磁特性得到改善，所以泵的體積可被縮小。
US-A-5599173描述了一種帶有一個可變形血液腔室的血泵，該泵具有一對相對的實質上為平面的圓形壁。這些壁被一對螺線管驅動器加壓板壓縮以排空血液腔室。
前述出版物中已知的驅動器或血液泵具有這樣的缺點，即它們占用相對大的空間。因此，在人體或動物體內的移植相對困難或變得不可能。
本發(fā)明的目的是提供泵的驅動器以及泵，其通過小的設計體積尤其是具有小的設計高度而區(qū)別于現(xiàn)有技術，在操作過程中沒有自身移動并且質量小。
本發(fā)明的目的是由具有權利要求1特征和權利要求22特征的脈動泵實現(xiàn)的。本發(fā)明優(yōu)選的和有利的改進在從屬權利要求中給出。
因此，按照本發(fā)明的方案提供了一種尺寸減小的驅動系統(tǒng)，在以這種方式形成驅動器定子和激勵器的情況下，它們在兩種可能的端部位置的一種或另一種位置(嚙合位置)相互嚙合并因此提供僅僅一個小的設計高度。由此嚙合部件的設計高度小于定子和激勵器的設計高度的總和。
以這種方式提供了一種非常扁平的驅動器，因此可以進一步有利地形成一種按照本發(fā)明技術方案的非常扁平的血液泵。這種血液泵能夠較好地被植入。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，定子和激勵器一起在相互嚙合位置形成一個高度，其僅僅稍微大于定子的高度。所以與已知的驅動器相比，驅動器高度或帶有所述驅動器的泵的高度的幾乎二等分是可能的。
有益地，定子以及激勵器具有磁芯組件，所述組件沿周邊延伸并實質上具有一個U形橫截面，在嚙合位置它們相互配合。磁芯組件的U形橫截面設計使得具有簡單幾何結構的磁芯組件能夠相互嚙合。在這種情況下，用于磁激發(fā)由定子和激勵器形成的磁回路的環(huán)形磁線圈最好插入定子的U形橫截面凹進部分內。這樣就提供了一個緊湊的幾何結構。進一步，由于磁線圈整體插入定子內，磁線圈被穩(wěn)定地固定并且不會移動，所以在血液泵工作期間節(jié)約了能量。被移動的質量由此被減小。由于移動件沒有流動支撐面，進一步增加了可靠性。
這里應當注意本發(fā)明特別涉及電磁驅動器?？墒潜景l(fā)明并沒有局限于這種驅動器，而是包括所有泵的驅動器，所述的泵帶有一個定子和一個可移動激勵器。所述激勵器例如也能夠被電磁驅動、電液壓或電氣動驅動。
按照本發(fā)明的驅動器(定子-激勵器-結合)最好具有在嚙合位置將力沿著另一位置方向施加到激勵器上的裝置。所述裝置尤指彈簧裝置，當停止磁激發(fā)時，該裝置將激勵器從定子分離并且壓靠所述流體腔，從而排放要被輸送的流體。激勵器此時最好在其對著流體腔的側面形成一個實質上扁平的壓力板，以便流體腔均勻地受到壓縮。
流體腔是通過隔膜形成的，其以一種非固定狀態(tài)靠著激勵器的所述壓力板。在本發(fā)明的一個實施例中，壓力板具有壓力補償孔，其補償在泵送過程中產生的下部和上部壓力并且防止隔膜的粘附。通過壓力板表面的仿形進一步防止了隔膜的粘附。
這就提供了在嚙合位置激勵器和定子僅在鄰接面相互接觸，以致不會出現(xiàn)部件的傾斜或卡滯、摩擦損失、材料磨損、噪音污染等現(xiàn)象。
在按照權利要求11到16的本發(fā)明的進一步的實施例中，所述定子-激勵器-結合具有一個導引裝置，激勵器支撐在所述導引裝置上，通過該裝置激勵器相對于定子可間歇移動。激勵器的導引裝置引起在兩個端部位置之間的一個限定的間歇移動，以致激勵器和定子都可被形成扁平形狀，由于這種扁平設計，消除或減小了易于出現(xiàn)的激勵器和定子的傾斜和卡滯。
所述導引裝置被有利地在中心設置，以便給定一種對稱設置，僅用一個導引裝置就能防止或減小傾斜。由于采用中心導引裝置，組件數(shù)量少，由此進一步增加了驅動裝置的緊湊性。
在一個變形實施例中所述導引裝置具有一個縱向導引件，尤其是具有一個驅動器中心導引銷，激勵器可縱向移動地支撐在該導引銷上?？商鎿Q地，所述導引裝置采用合適的片簧裝置而形成，作為一個片簧導引裝置。這里省去了所需的中心導引件，以致進一步增加了驅動器的緊湊性。所述片簧裝置也以一種找正方式作用，即在激勵器上的非中心作用力沿中心裝置方向經受一個反作用力，以便達到相對于定子按所需的取向對激勵器進行調節(jié)。
理想地，所述導引裝置被形成為一種線性導引裝置，該裝置僅具有一個沿軸向的自由度。然而由于定子和激勵器的扁平設置和與其接觸的小的導引裝置長度，所以必須很精確地形成所述驅動器和導引組件。這是很麻煩的并且也是昂貴的，且常常達不到所需的精度。
所以，當采用軸向導引時，為了防止激勵器在所述導引裝置上和/或與定子的卡滯，所述導引裝置可替換地被形成為一種擺動導引裝置。這種方案允許出現(xiàn)激勵器少量的傾斜。這種傾斜不會阻止驅動器的作用，這是由于按照本發(fā)明的定子和激勵器之間的相互嚙合，在該相互嚙合位置達到了這些組件的一個被限定位置。例如通過一個片簧裝置或一個連接于中心導引銷的擺動軸承可以完成一個擺動導引裝置。
激勵器和定子最好轉動對稱地形成，這又增加了對驅動器設計的簡化和緊湊性。
按照本發(fā)明的血液泵最好具有一個實質上扁平形成的圍繞驅動器和泵腔體的殼體，并且具有被輸送液體的吸入和排出孔，所述孔與泵腔體相連接。為此所述定子穩(wěn)定地固定于所述殼體，同時激勵器相對于定子和殼體是可移動的。
按照本發(fā)明的泵可具有一個或甚至幾個定子-激勵器-結合。采用兩個電磁驅動器具有優(yōu)點，這兩個驅動器在泵殼體內對稱相對設置。流體腔由此被設置在相應的激勵器之間，并且由所述兩個激勵器從兩側壓縮該腔體。帶有兩個對稱設置驅動器的對稱系統(tǒng)的優(yōu)點是其與單側系統(tǒng)相比，在泵泵送已植入所述泵的人體和動物體的過程中僅傳輸小的推進力。由于采用兩個定子-激勵器-結合，進一步提供了一個多余的系統(tǒng)，當一個定子-激勵器-結合停止工作時另一個仍可工作。
按照本發(fā)明的泵不局限于采用兩個驅動裝置。可以提供較大數(shù)量的驅動器，例如可提供四個驅動器。
本發(fā)明的帶有極其扁平驅動器的泵最好具有手一樣的尺寸，以便可將所述泵植入接受治療的人體內不會出現(xiàn)問題。這種泵尤其用作支持或替代人體心臟的一個血液泵。
下面參考附圖并通過幾個實施例的方式對本發(fā)明進行詳細描述。


圖1a是帶有吸引激勵器的一個泵的圖解示意圖1b是帶有推進激勵器的一個泵的圖解示意圖；圖2是帶有填充液體腔的一個泵的圖解示意圖；圖2b是帶有排空液體腔的一個泵的圖解示意圖；圖3是兩個片簧的圖解示意圖；圖4是帶有一個已知的擺動導向器的泵的圖解剖面圖；圖5是一個單片簧；圖6是帶有壓力盤簧的一個單片簧；圖7是帶有壓力盤簧的一個雙片簧；圖8a-d是按照本發(fā)明的擺動導向器效果的圖解示意圖；圖9是借助擋簧和回轉爪在激勵器和定子之間連接的圖解示意圖；圖10a是扁平(薄片)血泵的圖解剖面圖；圖10b是血泵的頂視示意圖。
圖1a表示一個脈動泵，其形成一個單側系統(tǒng)，即形成一個激勵器-定子-結合。該泵為扁平(薄片)環(huán)形形狀。定子12和激勵器15設置在殼體11中。激勵器15在圖1a所示的視圖中被吸引，這使得流體腔16被填充。流體腔16被一個隔膜161向著激勵器15限制。對激勵器15的吸引通過磁線圈19進行，該線圈在這里形成一種環(huán)帶。
圖1b表示當磁線圈19切斷后通過壓力盤簧18的作用流體腔16受壓縮期間的脈動泵。流體通過吸入或排放孔17從流體腔16中流出。
圖2a和圖2b表示當使用兩個對稱相對的定子-激勵器-結合時脈動泵的抽吸過程。由于激勵器15通過磁線圈19的閉合而被吸引，在泵內的流體腔16的腔體增加，由此使得流體腔16能夠被填充。當切斷磁線圈19后，在流體腔16排空過程中兩個激勵器15通過壓力盤簧18而被壓縮，其中流體的排空過程通過借助回轉爪4和擋簧3(圖9a到9d)的設置限制激勵器15和定子12之間的最大距離而被終止。磁線圈19的電連接線路沒有分別表示。在使用血泵情況下，操作泵的控制裝置和電流供應裝置可在外部攜帶，例如攜帶在病人的腰帶上。
進一步，泵具有幾個在一個環(huán)圈上設置的壓力盤簧18，在激勵器15上施加一個遠離定子12的力。為了壓力盤簧18在定子12和在激勵器15中的支撐，在定子和激勵器上提供小的凹進部分。
用于激勵器15軸向導引的擺動軸承14通過連接件和給定銷連接到激勵器15的基板。特別從圖4中可以清楚地看到，為了激勵器15相對于定子12的傾斜，在軸向延伸導向銷13上采用已知的擺動軸承14提供了兩個附加的自由度。從圖8a到圖8d中可以看到激勵器15的傾斜和補償作用。
盡管通常的軸向導引裝置特別用于防止在所述軸向導引裝置上的件的傾斜，由于傾斜往往與不受歡迎的夾緊相聯(lián)系，本發(fā)明借助擺動軸承14而允許存在傾斜，由此防止了導引裝置13的卡滯。由于定子12的外徑和激勵器15中的相應凹進部分分別以這種方式相互適合，即，即使在激勵器15的傾斜過程中也不會發(fā)生接觸或僅在支撐面上發(fā)生接觸，在這一位置也不會出現(xiàn)卡滯。所以可以進行激勵器15相對于定子12的僅有一個軸向導引裝置的安全導引。
流體泵的操作過程如下在磁線圈19的電流供應期間產生磁場，其在激勵器15上施加一個沿定子12方向的力。激勵器15因此沿著導引裝置13向著定子12移動。與此同時，設置在那里的磁線圈19被接收在激勵器15的凹進部分內。提供定子12和激勵器15的相應形成的凹進部分和突出部分。
激勵器現(xiàn)在處于相互嚙合位置。隨著激勵器15的移動一起進入相互嚙合位置，流體腔16的腔體增大，這導致被輸送的流體通過吸入孔17流入。在流體填充期間，通過磁線圈19的電流保持穩(wěn)定，以便保持所述磁力激發(fā)，激勵器15和定子12在相互嚙合位置保持一定時間，直到血液腔16被填充滿血液為止。
為了排放液體，通過電流供應和控制裝置中斷磁線圈19的電流供應。由于壓力盤簧18的夾緊力，激勵器15沿血液腔16的方向移動，并且壓縮血液腔16，由此其側面形成為一個壓力板5，同時上述被輸送的血液通過排放孔18從泵中排出。在這種情況下提供合適的閥(未表示)，這控制血液的流動方向。所述運動在激勵器15的一個進一步的端部位置終止。
在一個進一步的替換中，流體腔16具有壓力補償孔，用于防止高度抽空(真空)，通過該孔可以發(fā)生壓力補償(圖1和圖2)。
從圖8a到圖8d中表示出兩個端部位置之間的激勵器15的移動。由于擺動軸承14(圖4)激勵器15的傾斜由此變得可能，激勵器15在導引裝置13上不發(fā)生卡滯。由于定子12和激勵器15的相互導引，當彼此相互嚙合時，保證在相互嚙合位置出現(xiàn)一個被限定位置。
在一個實施例中，電磁驅動所需功率約為120W。與此同時，線圈16通過電流，每一個排放過程最長10ms(毫秒)。每一個排放過程由泵輸送約70ml流體(例如血液)。所采用的壓力盤簧18在6mm的長度上最好具有80N到120N之間的彈簧力。定子12的高度特別是在5mm到15mm之間，激勵器15的高度也是從5mm到15mm，在相互嚙合位置定子12和轉子15的總高度為6mm到20mm，泵的總高度最好是1.5cm到4.5cm。泵的直徑最好在5cm到11cm之間。
在圖3、5、6和7中表示出一個替換的擺動導引裝置，該導引裝置是通過一個片簧裝置來實現(xiàn)的。所述擺動導引裝置代替了圖4所示的導引裝置13和擺動軸承14。進一步，泵分別如參考圖1和圖2所示那樣形成。
基于片簧裝置的擺動導引裝置具有一個片簧2，該片簧形成為星狀并且從激勵器安裝架23開始具有四條向下彎曲180°的支腿。定子12通過彎曲腿區(qū)域的安裝點32被連接到片簧2。
這種裝置提供了激勵器15相對于定子12三個自由度的運動，即沿軸向的自由度和兩個傾斜自由度。當作用在激勵器15上的非中心力受到沿片簧2的長軸方向的反作用力時，片簧裝置以一種定中心的方式作用。
進一步，這種擺動運動(類似于已經描述的)保證激勵器15和定子12不被卡滯，并且盡管激勵器15和定子12的設計高度小，但為了進一步減小設計高度的這些件也能夠可靠地相互配合。
圖6和圖7表示的壓力盤簧18的實施例，如參考圖1和圖2所描述的那樣作用，用于在激勵器15上產生一個遠離定子12的力，以便當取消磁力激勵時，激勵器15沿流體腔16的方向移動。
圖5表示擺動導引裝置的一個替換實施例，其中沒有采用分離的壓力盤簧18，片簧2用于導引激勵器15，以及用于產生一個抵靠流體腔16移動激勵器15的力。在這種解決方案中，片簧2最好比較堅固，以便保證實現(xiàn)在激勵器15上產生一個力的作用，這使得能夠有一個小的傾斜值。
圖3所示的擺動導引裝置首先對應于圖5所示的擺動導引裝置。但是在設計上相同但較小的又一個片簧2a又額外提供給星狀片簧2，該片簧2a設置在大片簧2內。通過連接件33它們各自的安裝面相互連接在一起。片簧2和片簧2a的彎曲腿端部在安裝點被連接到定子12。為了固定激勵器15，在片簧2的安裝面的上表面提供一個安裝點。
這種片簧裝置導致在相同情況下僅對激勵器15相對于定子12的線性導引，這是由于外片簧2的傾斜受到內片簧2a的阻止或至少被大大減小。這種變形由此實現(xiàn)激勵器15相對于定子12的中心線性導引。當僅提供沿軸向的一個自由度時，相互適合的定子12和激勵器15的組件必須被精確制造，以便能夠保證消除卡滯。
圖7表示雙片簧裝置2和2a的一種結合方式，其除了片簧2和片簧2a外還有壓力盤簧裝置18。在該實施例中，片簧2和2a形成較小，由于它們僅起導引作用。
圖10示范地表示按照本發(fā)明的血泵的一個實施例，其提供有一個如圖6所示的帶有取代導引裝置13的一個單片簧2和壓力盤簧18的片簧裝置。如圖9a所示的沖程限制在這里也能夠實現(xiàn)。
本發(fā)明并不僅限于上述實施例的實施方式。本發(fā)明不特別限制于具有類似U形橫截面和相互嚙合的這種使用方式。本發(fā)明的實質僅在于在一個流體泵的驅動裝置中，定子12和激勵器15在它們的側面分別具有相應的形式，且具有凹進部分和突出部分，并且以這種方式相互鄰接，即定子12和激勵器15在相互嚙合位置相互配合，與此同時驅動器的設計高度被減小，和/或提供一個激勵器導引裝置。
標記號目錄2片簧 2a片簧3擋簧 4 回轉爪5壓力板11殼體12 定子 13導引裝置14 擺動軸承 15激勵器16 流體腔/血液腔 161 隔膜17 吸入-或排放孔 18壓力盤簧(線圈彈簧)19 磁線圈23激勵器安裝部分25 通到外部環(huán)境的開口26壓力補償開口32 在定子上的安裝部分33定子和激勵器之間的連接墊T擺動點E 平面Ss 定子軸線 Ss激勵器軸線
權利要求
1.一種脈動泵，包括設置在殼體內的一個定子和一個相對于所述定子可由電磁力和彈簧力移動的激勵器，所述激勵器在一個第一位置和一個第二位置之間間歇移動，由此增加或減小帶有一個吸入孔和一個排放孔的流體腔的體積，其特征在于激勵器(15)在鄰接定子(12)的一側參考該定子的設計具有相應的凹進部分(154)和相應的突出部分(121)，它們可與所述定子(12)相互嚙合。
2.按照權利要求1所述的脈動泵，其特征在于，在相互嚙合位置所述定子(12)和激勵器(15)一起形成一個高度，其僅稍微大于定子(12)的高度。
3.按照權利要求1或2所述的脈動泵，其特征在于，定子(12)和激勵器(15)具有磁流傳送區(qū)域，其沿周邊延伸并且實質上形成U形橫截面，且在相互嚙合位置相互配合。
4.按照權利要求1到3任何之一所述的脈動泵，其特征在于，磁線圈(19)整體形成在定子(12)內。
5.按照權利要求3和4任何之一所述的脈動泵，其特征在于，磁線圈(19)環(huán)狀地設置在定子(12)內。
6.按照權利要求1到5任何之一所述的脈動泵，其特征在于，一個柔性隔膜(161)設置在所述激勵器(15)上，該隔膜限制一個流體腔(16)，并且不經常地與激勵器(15)的壓力板接觸。
7.按照權利要求l到6任何之一所述的脈動泵，其特征在于，借助一個壓力盤簧(18)激勵器(15)可遠離所述相互嚙合位置移動。
8.按照權利要求1到7任何之一所述的脈動泵，其特征在于，激勵器(15)在其遠離定子(12)的一側實質上形成一個平面壓力板(5)。
9.按照權利要求1到8任何之一所述的脈動泵，其特征在于，激勵器(15)和定子(12)僅在支撐面可相互接觸。
10.按照權利要求1到9任何之一所述的脈動泵，其特征在于，激勵器(15)被支撐在一個導引裝置(13)上。
11.按照權利要求1到10任何之一所述的脈動泵，其特征在于，導引裝置(13)在中心設置。
12.按照權利要求1到11任何之一所述的脈動泵，其特征在于，所述導引裝置(13)是一個縱向導引裝置，激勵器(15)可縱向移動地支撐在該導引裝置上。
13.按照權利要求9或10所述的脈動泵，其特征在于，導引裝置(13)具有一個片簧(2，2a)。
14.按照權利要求11或12所述的脈動泵，其特征在于，所述導引裝置(13)在中心線性形成。
15.按照權利要求1到14任何之一所述的脈動泵，其特征在于，導引裝置(13)被形成為一個擺動導引裝置(14，2)
16.按照權利要求1到15任何之一所述的脈動泵，其特征在于，片簧(2，2a)形成星狀，并且具有至少三個向下彎曲180°的并從激勵器安裝架(23)的上表面延伸的支腿，其中激勵器(15)連接到片簧(2)的上表面，定子(12)連接到向下彎曲的片簧(2)的支腿上，或反過來也是一樣的。
17.按照權利要求15所述的脈動泵，其特征在于，片簧(2)額外具有又一個小尺寸片簧(2a)，其設置在較大的片簧(2)內，其中所述兩個片簧(2，2a)的支腿和上表面相互剛性連接。
18.按照權利要求15或16所述的脈動泵，其特征在于，片簧(2，2a)額外用作一個產生力的彈簧件，驅使激勵器(15)遠離定子(12)。
19.按照前述權利要求任何一個所述的脈動泵，其特征在于，激勵器(15)和定子(12)旋轉對稱形成。
20.按照權利要求1到19任何之一所述的脈動泵，其特征在于，定子(12)和激勵器(15)通過設置擋簧(3)和回轉爪(4)而被限制。
21.按照權利要求1到20任何之一所述的脈動泵，其特征在于，設置兩個相對的定子(12)-激勵器(15)-結合，其中流體腔(16)被設置在所述裝置的兩個激勵器(15)之間。
22.支持或替代人體或動物心臟的血液泵，其特征在于，一種按照權利要求1到21所述的脈動泵(1)。
23.按照權利要求22所述的脈動泵，其特征在于，一個實質上扁平狀的殼體(11)圍繞所述定子-激勵器-結合和一個血液腔(16)，并且具有連接到血液腔(16)的吸入口和排放口(17)。
24.按照權利要求22或23所述的脈動泵，其特征在于，殼體(11)被形成圓形。
25.按照權利要求1到22任何之一所述的脈動泵，其特征在于，激勵器(15)具有壓力補償孔(26)。
26.按照權利要求1到22和25任何之一所述的脈動泵，其特征在于，激勵器(15)的壓力板(5)具有一個流線型的結構(溝槽)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脈動泵以及一種支持或替代人體或動物心臟的血液泵。本發(fā)明的目的是提供一種泵驅動器和泵,其具有小體積,尤其是較低的總高度,操作期間沒有自身移動,并且質量小。為此,本發(fā)明提供一種脈動泵,該脈動泵包括設置在殼體內的一個定子和一個相對于所述定子可由電磁力和彈簧力移動的激勵器,所述激勵器在一個第一位置和一個第二位置之間來回移動,由此增加或減小帶有一個吸入孔和一個排放孔的流體腔的體積,其特征在于:激勵器(15)包括在鄰接定子(12)一側的凹進部分(154)和突出部分(121),它們可與所述定子(12)的結構相應并與定子(12)相互嚙合。
文檔編號F04B43/02GK1330561SQ99814681
公開日2002年1月9日 申請日期1999年12月20日 優(yōu)先權日1998年12月18日
發(fā)明者厄休拉·布呂什克, 曼弗萊德·格爾納, 享德里克·海因策, 彼得拉·基拉特, 約翰內斯·米勒, 沃納·諾伊曼, 彼得·尼塞爾 申請人:柏林心臟公開股份有限公司