一种血泵用双冗余电机的制作方法

本实用新型涉及电机领域，尤其涉及一种血泵用双冗余电机。

背景技术：

日前，国内外对无刷电机的多绕组余度设计方面做了一些有益尝试，较大的提高了无刷电机的稳定性和可靠性。但部分领域的双余度电机的设计尚未成熟，如：人工辅助心脏领域。人工辅助心脏对电机的尺寸、重量、温升以及运行的可靠性等性能指标有严格的要求，故要实现人工辅助心脏中的血泵用电机的冗余设计，又不增大其体积，十分困难。

中国专利文献公开号CN102247628A公开了一种可植入式磁液悬浮型离心血泵，其包括上壳体组件、下壳体组件及叶轮组件，叶轮组件位于上壳体组件与下壳体组件之间，所述上壳体组件包括上壳体、线圈、定子铁芯和上端盖，线圈和定子铁芯安装在上壳体内，上壳体与上端盖固定连接，下壳体组件包括下壳体、线圈、定子铁芯、上端盖、中心轴壳体、心轴、磁悬浮静磁环、垫片和底座，线圈和定子铁芯安装在下壳体内，下壳体与下端盖固定连接，中心轴壳体与下壳体构成一整体。这种结构的电机中的线圈由于没有明显的支撑结构，在磁力的作用下，易受到定子铁芯或者其他部件挤压而发生变形，从而使得离心血泵的稳定性和可靠性大打折扣。另外，已公开专利中叶轮外侧磁钢为扇形结构，占用空间较大，使得叶轮的空间利用率低。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题在于提出一种血泵用双冗余电机，不仅结构紧凑，占用体积小，而且其定子绕组固定牢固， 不易变形，具有较高的稳定性。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种血泵用双冗余电机，包括泵壳体、位于所述泵壳体两侧的端盖、固定在所述端盖内部的定子、位于泵壳体内部的中心轴、以及套设在所述中心轴上的转子，两个所述定子关于所述转子呈对称分布，所述定子包括壳支架、隔离片、铁芯以及多个绕组，多个所述绕组嵌入至所述壳支架内，所述隔离片位于多个所述绕组的一侧，通过灌封处理将所述壳支架、所述隔离片以及多个所述绕组固为一体，形成扁平状结构，所述铁芯与所述扁平状结构可拆卸连接，所述转子位于两个所述隔离片之间。

在本实用新型较佳的技术方案中，所述壳支架上设置有多个与所述绕组外形相适配的型腔，所述绕组嵌入至所述型腔内。

在本实用新型较佳的技术方案中，所述隔离片配置为由氧化锆陶瓷材料制成的结构。

在本实用新型较佳的技术方案中，所述中心轴包括轴底座、静磁环组件以及螺母，所述轴底座上设置有螺杆，所述螺杆与所述轴底座一体成型，所述静磁环组件固定在螺杆上，所述螺母位于所述静磁环组件的一侧，且与所述螺杆螺纹配合。

在本实用新型较佳的技术方案中，所述中心轴还包括轴壳体，所述轴底座包括第一结合部和第二结合部，所述螺杆固定在所述第一结合部，所述轴壳体套接在所述第一结合部上，且与所述第一结合部螺纹配合，所述第二结合部与所述壳支架螺纹配合。

在本实用新型较佳的技术方案中，所述轴壳体的顶部设置有锥形分流帽。

在本实用新型较佳的技术方案中，所述转子包括叶轮、设于所述叶轮内侧 的动磁环组件、设于所述叶轮外侧的磁钢、以及用于对所述动磁环组件、所述磁钢进行密封的密封盖。

在本实用新型较佳的技术方案中，所述密封盖上设置有环形凸起，所述叶轮上设置有环形凹槽，所述环形凸起与所述环形凹槽相适配。

在本实用新型较佳的技术方案中，所述血泵用双冗余电机采用节距为1的分数槽设置。

在本实用新型较佳的技术方案中，所述磁钢配置为异形磁钢，所述异形磁钢与所述叶轮内部空间相适配。

在本实用新型较佳的技术方案中，位于所述泵壳体上方的端盖中部设置有泵入口，所述泵入口与所述泵壳体的内腔体相导通。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的血泵用双冗余电机，其两个定子关于转子呈对称分布，构成双冗余结构，能够有效的提高电机整体的稳定性，当一个定子出现故障时，另一个定子还能继续工作。定子由壳支架、隔离片、铁芯以及多个绕组组成，多个绕组嵌入至壳支架内，受到壳支架的保护，不易发生变形，且通过灌封处理将壳支架、隔离片以及多个绕组固为一体，形成扁平状结构，使得定子整体的结构强度大幅提高，且这种扁平状结构，占用的空间较小。螺杆与轴底座一体成型，静磁环组件固定在螺杆上，能有效的保证螺杆与轴底座的同心度，间接确保静磁环组件安装的同心度。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式提供的血泵用双冗余电机的剖视图；

图2是本实用新型具体实施方式提供的第一定子的结构图；

图3是本实用新型具体实施方式提供的第二定子的结构图；

图4是本实用新型具体实施方式提供的中心轴的结构图；

图5是本实用新型具体实施方式提供的转子的结构图；

图6是本实用新型具体实施方式提供的定子绕组的布局图；

图7是本实用新型具体实施方式提供的转子磁钢的布局图；

图8是本实用新型具体实施方式提供的永磁轴承结构示意图。

图中：

1、泵壳体；21、第一端盖；22、第二端盖；31、第一定子；32、第二定子32；4、中心轴；5、转子；6、泵入口；311、第一壳支架；312、第一隔离片；313、第一铁芯；314、第一绕组；321、第二壳支架；322、第二隔离片；323、第二铁芯；324、第二绕组；41、轴底座；42、静磁环组件；43、螺母；44、轴壳体；411、第一结合部；412、第二结合部；413、螺杆；441、锥形分流帽；51、叶轮；52、动磁环组件；53、磁钢；54、密封盖；511、环形凹槽；541、环形凸起。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例一

如图1所示，本实施例一中提供的一种血泵用双冗余电机，适用于人工辅助心脏，血泵用双冗余电机包括泵壳体1、端盖、定子、中心轴4以及转子5。端盖包括第一端盖21和第二端盖22，第一端盖21、第二端盖22位于泵壳体1的两侧，关于泵壳体1呈对称分布，且通过激光焊接工艺与泵壳体1固定连接。定子包括第一定子31和第二定子32，第一定子31和第二定子32采用螺纹紧固方式固定在泵壳体1的两侧。第一定子31与第二定子32关于转子5呈对称分布，构成冗余结构，当第一定子31、第二定子32中的一个定子出现故障 时，另一个定子还能继续正常使用，从而保证血泵用双冗余电机持续、稳定的工作。中心轴4位于泵壳体1的中部，转子5套设在中心轴4上，且中心轴4与转子5之间具有一定的间隙，也即中心轴4位于转子5的内部，但不与转子5相接触，同时中心轴4与转子5之间具有排斥力，从而转子5实现径向平衡。位于泵壳体1上方的端盖中部设置有泵入口6，泵入口6与泵壳体1的内腔体11相导通，转子5集旋转和叶轮的功能为一体，从泵入口6流入的血液经过转子5的作用，再从泵壳体1上的泵出口流出，由此可见，本实用新型提供的血泵用双冗余电机将电机和血泵很好的结合在一起，有效缩小了血泵的体积，适用于人工辅助心脏。

如图2所示，第一定子31通过螺钉固定在泵壳体1的一侧，第一定子31定子包括第一壳支架311、第一隔离片312、第一铁芯313以及多个第一绕组314。如图6所示，多个第一绕组314嵌入至第一壳支架311内，呈环形阵列分布，第一绕组314的形状大致呈尖端被截去的扇形，采用自粘漆包线绕制而成，第一隔离片312位于多个第一绕组314的一侧，通过灌封处理将第一壳支架311、第一隔离片312以及多个第一绕组314固为一体，形成扁平状结构，第一铁芯313通过螺钉与扁平状结构可拆卸连接。如图3所示，第二定子32通过螺钉固定在泵壳体1的另一侧，第二定子32包括第二壳支架321、第二隔离片322、第二铁芯323以及多个第二绕组324。第二定子32中的各组成部件的连接关系与第一定子31基本类似。因此，第一定子31与第二定子32关于转子5对称分布，构成双冗余结构，保证电机长久、稳定的工作。第一定子31和第二定子32的外形大致也为扁平状，使得上述血泵用双冗余电机的结构十分紧凑、占用空间小。

第一定子31与第二定子32不同之处在于：第一壳支架311的中部与第二 壳支架321的中部形状、结构均不同，第一壳支架311的中部通孔与泵入口6通道的外形相适配，第一壳支架311套接在泵入口6上。第二壳支架321的中部通孔与中心轴4的外形相适配，且与中心轴4螺纹配合。

第一定子31与第二定子32呈“镜像”放置，当第一定子31和/第二定子32中通入三相电流时，会产生旋转磁场，驱动转子5进行旋转。第一定子31与第二定子32并联设置，组成冗余结构，保证电机的稳定性。第一铁芯313、第二铁芯323均为磁路的一部分，其作用是提供磁场通路。

转子5位于第一隔离片312与第二隔离片322之间，为了减少转子5的摩擦转矩及电机启动时的冲击电流，第一隔离片312与第二隔离片322优选为由氧化锆陶瓷材料制成，氧化锆陶瓷材料具有硬度高，不易发生变形，摩擦系数小的等特点。

如图4所示，进一步的，中心轴4包括轴壳体44、轴底座41、静磁环组件42以及螺母43，轴底座41包括第一结合部411和第二结合部412，第一结合部411的直径小于第二结合部412的直径，第一结合部411上设置有螺杆413，静磁环组件42由多组静磁环组成，均套接在螺杆413上，且静磁环组件42位于轴壳体44与螺杆413之间的间隙内，轴壳体44的下端套接在第一结合部411上，且与第一结合部411螺纹配合，第二结合部412与第二壳支架321螺纹配合。螺杆413上部设置有螺纹，与螺母43螺纹配合，螺母43旋紧后，起到限制静磁环组件42的轴向位移的作用，而且保证静磁环组件42的可拆卸固定。进一步优选的，第一结合部411、第二结合部412以及螺杆413一体成型，一体成型保证了螺杆413、第一结合部411、第二结合部412三者具有较好的同心度，从而间接的使得安装在螺杆413上的静磁环组件42具有较好的同心度。

为了便于对从泵入口6流入的血液进行分流，在轴壳体44顶部设置有锥形 分流帽441，其锥面具有一定的弧度。

如图5所示，进一步的，转子5用于产生多极轴向磁场，与第一定子31和/第二定子32产生的旋转磁场相互作用，从而引起转子5的旋转。转子5包括叶轮51、动磁环组件52、磁钢53以及密封盖54，叶轮51大致呈圆环形，中间设有通孔，以便转子5套接在中心轴4上，动磁环组件52设于叶轮51的内侧，即靠近通孔的一侧，磁钢53设于叶轮51外侧，即远离通孔的一侧，密封盖54设于叶轮51的底部，用于对动磁环组件52、磁钢53进行密封，防止血液流入到转子5内，影响动磁环组件52和磁钢53的正常使用。

为了使得密封盖54在装配过程中，安装更加方便，进一步优选的，在密封盖54上设置环形凸起541，且在叶轮51上设置环形凹槽511，环形凸起541与环形凹槽511相适配，环形凸起541可插入到环形凹槽511中，从而使得密封盖54的安装时定位更加方便。

如图6和图7所示，进一步的，第一定子31、第二定子32内部均设置有六组绕组，呈60°的圆形阵列分布，转子5内部设有四组磁极相互交错的磁钢53，呈90°的圆形整列分布。第一定子31、第二定子32的相数为3，第一定子31、第二定子32的节距为1，节距为1可以使得绕组无交叉均匀叠放，进一步的缩小定子所占用的空间，提高血泵用双冗余电机的空间利用率。另外，由于磁钢53的数量为四，绕组的数量为六可知，定子和转子5为分数槽设置，这种设置方式能有效削弱齿谐波电势的损耗，改善电动势的波形。

如图7所示，为了使得电机获得最大的转矩，进一步优选的，磁钢53配置为异形磁钢，异形磁钢与叶轮51内部空间相适配，能充分利用叶轮51的内部空间，从而在不增加血泵用双冗余电机整体尺寸的情况下，使得电机转矩尽可能大。异形磁钢的横截面由两段圆弧和两段直线组成，采用非对称结构，大致为 不对称的扇形，之所以不对称，是由于这种结构能很好的利用叶轮51的内部空间。

如图8所示，静磁环组件42与动磁环组件52内部均设置了多组磁极相对的磁环，具体的，静磁环组件42包括三组磁环，上下方向各有一对N极朝上的磁环，中间有一对S极朝上的磁环，动磁环组件52也包括三组磁环，上下方向各有一对N极朝上的磁环，中间有一对S极朝上的磁环。上述磁环共同组成斥力型被动式磁悬浮中心轴4，当转子5发生径向的偏移时，中心轴4将产生回复力，使得转子5在径向方向趋于平衡。而在轴向方向上，转子5则通过中心轴4与转子5产生的磁力、转子5内的磁钢53与定子的磁力、转子重力、液体流动产生的动压力共同作用，而使得转子5在轴向方向处于动平衡。

此外，本实用新型提供的血泵用双冗余电机采用无位置传感器设计，只需通过检测电机的电压、电流、磁链等物理量，便可计算出转子的位置信息，避免使用机械式的位置传感器对电机的位置信号进行检测。由于机械式的位置传感器具有占用电机空间、需引出线等弊端，采用无位置传感器设计的血泵用双冗余电机结构更加简单，维修更加方便。

本实用新型是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本实用新型保护的范围。