专利名称：用于血液输送或对剪切敏感流体输送的自调节式转子的制作方法
技术领域：
本发明属于生物医学工程技术领域，具体涉及用于人工心脏血液输送或用 于其它对剪切敏感流体的输送的无接触、无轴承的转子。
背景技术：
近年来，随着现代医疗技术的迅速发展，对于医用器械的研发提出更高的 要求，如何设计开发高效、可靠，符合人体工程生物学要求的新一代医用器械 是每一个科研工作者面临的重大课题。为了输送血液或者其它对剪切敏感的液 体，心血管医疗器械领域的研究者不断地改进使血液泵体体积小、工作更为可 靠，尽可能地减少对输送介质带来不利影响。
旋转式血液泵在心脏手术治疗中已有一定的应用，可以能够部分或全部替 代人体心脏供血机能，如心脏辅助装置。常见的为离心血泵，即将叶片装在 轴上，当轴高速旋转时，这些叶片通过引导血液改变其运动方向来增加血液的 压力，叶片对血液的动力作用将形成动脉压，这种类型的心脏辅助装置，己应 用于临床。由于离心式血液泵与其它形式血液泵相比血液相容性较好，近年来， 得到较广泛的应用。然而， 一般血液泵转子结构中有轴承存在，说明书附3
为美国Biomedicus离心血液泵，该装置中设有径向滚珠轴承，其旋转时对血液 产生的剪切力大，破坏性强，同时有摩擦产生，可能导致血栓的形成。
在近几年的血液泵设计中，为减小摩擦磁悬浮技术被应用于血液泵，叶片 靠磁力悬浮在泵内，无需支撑，避免了叶片与泵体间的摩擦，减少血栓的发生。 但其结构上需要有一系列电子控制设备和传感器，加重、加大了人工心脏量和尺寸。同时，由于增设了电子设备，导致更多不安全因素。
另已公开的发明专利申请CN100382855C的人工心脏血泵即为一种采用磁 悬浮方式的无轴承无电机无轴的全人工心脏血泵，如上所述此类型人工心脏， 结构加工成本高，工作线圈需要用传感器控制叶轮各向受力，工作可靠性较差。
发明内容
为了改善现有人工心脏现有技术结构复杂，制造成本高、对血液切割破坏 血液机制的不足，本发明的目的在于提出一种结构合理的转子设计，它既满足 临床医疗中的使用，减小对血细胞的破坏，改善与血液的相容性，降低制造成 本，并具有极高的自平衡和自调节特性，可以用于人工心脏血液输送或用于其 它对剪切敏感流体输送。
为达到发明目的本发明采用的技术方案是
一种用于血液输送或对剪切敏感流体输送的自调节式转子，所述转子在泵 体内旋转，使流体增压沿圆周方向流出，其特征在于相对介质流动的方向，包 括迎流面和背流面，所述迎流面是指正向介质流动的一面，所述背流面是指背 向介质流动的一面；转子的上下两端面为上斜面和下斜面，假设沿中心轴切割 后，上斜面和截面的交线与旋转水平面所形成的夹角为上顶面角"，"〉0° ，下 斜面和截面的交线与旋转水平面所形成的夹角为下底面角"，"2『；转子的数 量必须为偶数，转子沿中心旋转轴轴对称分布；
转子上下两端面与泵体之间形成转子间隙，所述转子间隙是指上下两端面 每个点到相对应的泵体内表面的距离，从迎流面到背流面的转子间隙是递减的。
本发明转子的上下两端面均设有双倾斜面设计，且与血液的相对流动方向 形成一定的角度，同时，上下两端面与泵体之间形成一定间隙，从迎流面到背流面的转子间隙为递减时，转子置于人工心脏外壳内旋转增压，在血液流经转 子时可自动调节各运动方向的作用力，使转子保持平衡状态，无需轴承，转子 与外壳之间无接触，无摩擦。
所述下底面角为限定的角度，具有明显的效果，如下底面角"=10° ±10° 。
同样的，当上顶面角"=40° ±20，具有自平衡高稳定性。 尤其在转子间隙为2(Him 10(Him，本发明专利可以显出更优异的稳定特性。 相比现有技术的血液泵系统，本发明提供的转子以及血液泵体，其有益效 果为
(1) 与利用磁悬浮技术作为驱动力的血泵相比，因采用动压自动调节，无 需任何附加控制设备，造价更低廉，控制更简单、也更安全，并且加工制造更 为容易。
(2) 与其它轴流式血液泵相比，在同样的输送血压的条件下，本方案仅需 要轴流式血泵约1/4的转速，因此，具有高效的稳定性和可靠性，需轴承以及连 接转子的轴，无接触，无摩擦，有效地减小了转子对血细胞的破坏性，极大地 提高了人工心脏的血液相容性和动力学特性；
(3) 体积小，重量轻，可用作为植入体内型人工心脏。
说明书附图
图1本发明转子ZY结构受力分析图。 图2本发明图1所示转子的A-A截面图。 图3美国Biomedicus离心泵结构示意图。 图4本发明结构中升力与间隙的关系曲线图。 图5为本发明转子应用于血液泵的示意图。其中1、上斜面，2、下斜面，3、转子迎流面，4、转子背流面， 5、转子，6、定子，7、流体，8、转子磁钢，9、电机定子线圈，10、电机 外壳，11、血流出口， 12、血流入口， 13、血泵外壳，14、径向滚珠轴承，15、 轴向止推轴承。
具体实施例方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于 这些具体实施方式
。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范
围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。 实施例1
如图1、 2、 4和图5所示自动调节式转子，可用于血液输送或其它对剪切 敏感流体输送的泵体，N个转子对称置于壳体内，沿Z轴旋转，转子的径向为 Y方向，输送的流体在一壳体内大致沿圆周方向流动，见图2，相对介质流动的 方向，包括迎流面3和背流面4，迎流面是指正向介质流动的一面，背流面是指 背向介质流动的一面。
迎流面和背流面之间所夹的转子上下两端面为上斜面和下斜面，假设沿中 心轴切割后，上斜面和截面的交线L1与旋转水平面所形成的夹角为上顶面角"， "〉0° ，下斜面和截面的交线L2与旋转水平面所形成的夹角为下底面角"， "^0°，应该注意的是下斜面并非是指L2 —定与水平面具有角度，在平行时即 "=0°时，也能完成本发明。本实施例中"为IO。， 〃为40° 。
转子上下两端面与泵体之间形成转子间隙S，转子间隙是指上下两端面每个 点到相对应的泵体内表面的距离，从迎流面到背流面的转子间隙是递减的。
如图2所示，假设沿转子的圆周方向切割转子后，在转子被切割的截面中，切割面和迎流面的交线为L3，切割面和上斜面的交线为L4， L3与L4的交点到 泵体内侧上表面的距离为《，切割面和迎流面的交线为L5， L5与L4的交点到 泵体内侧上表面的距离为《，割面和下斜面的交线为L6， L3与L6的交 点到泵体内侧下表面的距离为《，L5与L6的交点到泵体内侧下表面的距离为《， 《 > 《。
本实施例中，《=《=60pm，《=《=20jum。
在转子的上斜面1与下斜面2，沿流体运动方向，从迎流面3到背流面4分 别设有对称斜面，实现自轴向自平衡，本发明的转子设计原理如说明书附1 的转子ZY剖面示意图所示，转子的数量为偶数，转子沿Z轴对称分布，由于 对称结构的设计，在转子半径方向上转子I与转子II的y方向受力可以相互抵 消，达到平衡；z方向的受力由"和"的分力达到平衡。叶片A-A截面受力图如 图2所示，当转子旋转时，转子将相对于介质流体作相向运动，介质流体对转 子的顶面与底面的作用力分别为力和/b，根据牛顿运动力学原理，在笛卡尔坐 标系中将其可分别分解为水平x方向上的分力/&和/bx与竖直z方向上的分力
/tz和/bz。由于转子的对称设计和在竖直方向上分力/12和/bz与间隙^之间分别
满足如说明书附4所示的曲线关系，因此，在二力/^和Az的作用下转子可 通过此二力之间的动态平衡来保持其相对位置在Z轴方向上的自动调节，采用 这种动压自动调节，无需任何附加控制手段。采用这种动压自动调节，无需任
何附加控制手段。另一方面，如图1所示/t和/b的分力力ty和/勿以及/~和/
IIby使转子在沿z轴中心保持平衡，其结构提高了其运行的稳定性和可靠性。
见图5所示，转子在血泵外壳13内旋转，需输送的血液自泵体血流入口 12 进入，转子旋转，将血液加压后自血流出口 ll输出，此类型血液泵可以置入人 体心脏，或者完全取代人体心脏的泵功能，嵌入人体内的主动脉内。实施例2
与实施例l不同的是，本实施例"为20。，"为20° ,《=20jnm，《=20jiim， 《=10|am ，《=5pm，上下斜面为一斜向的平面。 实施例3
与实施例l不同的是，本实施例"为O。，"为60° ，《=100，《=2(Him， =5(Him ，《=10pm，上下斜面为一斜向的曲面。
权利要求
1.一种用于血液输送或对剪切敏感流体输送的自调节式转子，所述转子在泵体内旋转，使流体增压沿圆周方向流出，其特征在于相对介质流动的方向，包括迎流面(3)和背流面(4)，所述迎流面是指正向介质流动的一面，所述背流面是指背向介质流动的一面；转子的上下两端面为上斜面和下斜面，假设沿中心轴切割后，上斜面和截面的交线与旋转水平面所形成的夹角为上顶面角β，β＞0°，下斜面和截面的交线与旋转水平面所形成的夹角为下底面角α，α≥0°；转子的数量为偶数，转子沿旋转轴对称分布；转子上下两端面与泵体之间形成转子间隙，所述转子间隙是指上下两端面每个点到相对应的泵体内表面的距离，从迎流面到背流面的转子间隙是递减的。
2. 根据权利要求1所述用于血液输送或对剪切敏感流体输送的自调节式转 子，其特征在于所述下底面角"=10° ±10° 。
3. 根据权利要求2所述用于血液输送或对剪切敏感流体输送的自调节式转 子，其特征在于所述上顶面角"=40° ±20° 。
4. 根据权利要求1-3之一所述用于血液输送或对剪切敏感流体输送的自调 节式转子，其特征在于转子间隙为20iim 100pm。
全文摘要
一种用于血液输送或对剪切敏感流体输送的自调节式转子，转子在泵体内旋转，使流体增压沿圆周方向流出相对介质流动的方向，包括迎流面(3)和背流面(4)，转子的上下两端面为上斜面和下斜面，假设沿中心轴切割后，上斜面和截面的交线与旋转水平面所形成的夹角为上顶面角β，β＞0°，下斜面和截面的交线与旋转水平面所形成的夹角为下底面角α，α≥0°；转子的数量为偶数，转子沿旋转轴对称分布；转子上下两端面与泵体之间形成转子间隙，所述转子间隙是指上下两端面每个点到相对应的泵体内表面的距离，从迎流面到背流面的转子间隙是递减的。本发明具有极高的自平衡和自调节特性。应用于人工心脏可减小对血细胞的破坏，改善与血液的相容性，降低制造成本。
文档编号A61M1/10GK101590295SQ200910146128
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月8日 优先权日2009年1月19日
发明者逸 钱 申请人:逸 钱