[发明专利]一种轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵

权利要求书

1.一种轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，采用永磁悬浮力限制叶轮的径向位移，反馈调控的电磁力限制叶轮的轴向位置；由轴流泵泵筒，驱动电机定子、驱动电机转子、叶轮、前导叶、后导叶、前径向磁悬浮轴承、后径向磁悬浮轴承、轴向电磁轴承、位置传感器和轴向反馈控制电路组成；

轴向电磁轴承由前轴向控制磁体、后轴向控制磁体、前轴向控制绕组、后轴向控制绕组、霍尔传感器和轴向反馈控制电路组成；前轴向控制磁体、后轴向控制磁体为圆柱状，由永磁材料制成，轴向充磁，包埋在叶轮轮毂中，位于叶轮轮毂两端，其轴线与泵筒中轴线同心同轴；前轴向控制绕组、后轴向控制绕组为与轴流泵泵筒同心的螺线管，包绕在轴流泵泵筒外，其轴向位置与前、后轴向控制磁体相重叠，电流通过时可对前轴向控制磁体、后轴向控制磁体产生轴向磁作用力；

霍尔传感器包埋在前导叶轮毂内，或者在前导流椎、后导流椎内同时包埋霍尔传感器以增强对叶轮轴向位置的定位精度。

2.根据权利要求1所述的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，驱动电机定子铁芯、驱动电机定子绕组包绕在轴流泵泵筒的壁外，叶轮设置在轴流泵泵筒的腔内，叶轮轮毂中包埋驱动电机转子；驱动电机转子径向充磁，可在驱动电机定子铁芯、驱动电机定子绕组产生的旋转磁场作用下获得转矩带动叶轮旋转；驱动电机转子采用两对磁极的结构，可避免对前、后径向磁悬浮轴承的磁力干扰。

3.根据权利要求1所述的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，前径向磁悬浮轴承由前定子径向悬浮磁环和前转子径向悬浮磁体组成，前转子径向悬浮磁体为圆柱状，由永磁材料制成，轴向充磁，包埋在叶轮轮毂中，位于驱动电机转子之前，其轴线与泵筒中轴线同心同轴；前定子径向悬浮磁环为圆环状，由永磁材料制成，长度与前转子径向悬浮磁体相等，轴向充磁，包绕在轴流泵泵筒外，位于电机定子前端与泵筒中轴线同心同轴；前定子径向悬浮磁环位置与前转子径向悬浮磁体对应，且磁极与前转子径向悬浮磁体同向排列；前定子径向悬浮磁环与前转子径向悬浮磁体之间的磁排斥力使叶轮的前端处于径向悬浮状态，形成前径向磁悬浮轴承。

4.根据权利要求1所述的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，后径向磁悬浮轴承由后定子径向悬浮磁环和后转子径向悬浮磁体组成，后转子径向悬浮磁体为圆柱状，由永磁材料制成，轴向充磁，包埋在叶轮轮毂中，位于驱动电机转子之后，其轴线与泵筒中轴线同心同轴；后定子径向悬浮磁环为圆环状，由永磁材料制成，长度与后转子径向悬浮磁体相等，轴向充磁，包绕在轴流泵泵筒外，位于电机定子后端与泵筒中轴线同心同轴；后定子径向悬浮磁环位置与后转子径向悬浮磁体对应，且磁极与后转子径向悬浮磁体同向排列；后定子径向悬浮磁环与后转子径向悬浮磁体之间的磁排斥力使叶轮的后端处于径向悬浮状态，形成后径向磁悬浮轴承。

5.根据权利要求1所述的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，前轴向控制磁体、后轴向控制磁体和前轴向控制绕组、后轴向控制绕组的轴向长度可根据需要调整，增加前轴向控制磁体、后轴向控制磁体长度可增大轴向磁力调节梯度；前轴向控制磁体、后轴向控制磁体为圆柱状、圆锥状或圆柱和圆锥组合成的锥台状，当前轴向控制磁体、后轴向控制磁体的顶端是圆锥状时，圆锥体部分包埋在叶轮轮毂两顶端的椎体内。

6.根据权利要求1所述的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，在后导流椎内的前端包埋有霍尔传感器，通过感知后轴向控制磁体的磁场强度将叶轮轮毂的轴向位置信号转变为电信号，输出到轴向反馈控制电路。

7.根据权利要求1所述的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，轴向反馈控制电路可根据霍尔传感器传递的电信号确定叶轮的轴向位置，并根据叶轮轴向位置调节向前轴向控制绕组、后轴向控制绕组馈电的强度和方向，通过负反馈控制机制维持叶轮轴向位置的恒定。

8.根据权利要求1所述的轴向反馈控制磁悬浮轴流血泵，其特征在于，叶轮轮毂的前端面、后端面均为椎体状，前导流椎的前端面和后端面以及后导流椎的前端面和后端面也均为椎体状，叶轮轮毂的前椎体、后椎体顶端分别与前导流椎、后导流椎的椎体顶端相对，两顶端间的间隙形成前悬浮间隙、后悬浮间隙，悬浮间隙减小、血流冲刷改善；

前导流椎、后导流椎内包埋前导流椎磁体、后导流椎磁体，与叶轮轮毂内的前轴向控制磁体、后轴向控制磁体的顶端之间可产生磁引力，进一步约束叶轮，防止其两端的径向位移；

通过轴向反馈控制电路可以设定不同的叶轮的轴向悬浮位置点，使叶轮在不同的轴向位置实现悬浮；前悬浮间隙、后悬浮间隙的宽度不断变化使间隙中的血液不断更新、流动，可避免液流缓慢区的形成，在实现稳定的转子径向悬浮的同时，转子轴向悬浮位置在程序控制下不断变化，使悬浮间隙内血液不断更新流动；

前导流椎、后导流椎及叶轮轮毂的顶端表面涂镀高耐磨高机械强度的薄膜，当叶轮所承受的加速度力超过轴向磁悬浮强度时，前导流椎、后导流椎与叶轮轮毂的顶端的机械接触可防止叶轮的轴向位移。