НАСОС ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ С ТОРЦЕВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2021 года по МПК A61M1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к медицинской технике, в частности, к насосу вспомогательного кровообращения с торцевым двигателем, который предназначен для полного или частичного замещения насосной функции сердца, то есть, для перекачивания крови (или других, в том числе небиологических жидкостей, для которых важен уровень сдвиговых напряжений в проточной части насоса) при необходимости исключения контакта между подвижными элементами насоса для более щадящего взаимодействия вращающихся частей насоса с кровью, а также для увеличения коэффициента полезного действия насоса.

Предпосылки создания изобретения

Роторные насосы вспомогательного кровообращения можно разделить на несколько типов: осевые, центробежные и диагональные. Все типы насосов имеют статорную (неподвижную) и роторную части.

В осевых насосах вспомогательного кровообращения поток крови проходит по полой трубке, в которой находятся неподвижные и нагнетательные элементы (ротор). Ротор предназначен для передачи жидкости кинетической энергии вращения (т.е. для разгона жидкости). Так как при вспомогательном кровообращении от насоса требуется обеспечение заданного перепада давления, то для преобразования кинетической энергии потока в энергию давления, необходимо на выходе из ротора затормозить поток.

Для торможения потока на выходе из насоса используется один или несколько спрямителей потока (или диффузоров), которые тормозят поток и создают необходимый напор.

Ротор в потоке в большинстве конструкций насосов вспомогательного кровообращения вывешен либо между двумя неподвижными спрямителями потока, либо используется один спрямитель на выходе из ротора (такая схема также может называться «консольной»). Обычно, спрямитель потока на входе в ротор несет в себе дополнительную функцию, а именно - создание благоприятного (с точки зрения минимального угла атаки потока, набегающего на лопатки ротора) набегания потока на лопатки ротора.

Между двумя неподвижными спрямителями ротор можно расположить в подшипниковых опорах с подшипниками скольжения или качения, что позволит надежно закрепить ротор по всем степеням свободы, кроме вращательной. Специфика перекачиваемой жидкости (крови) такова, что при попадании форменных элементов крови (эритроциты, тромбоциты, лейкоциты) в зону подшипников они начинают разрушаться с последующим выделением гемоглобина в кровь, либо активируется фактор тромбообразования. Также отметим, что наличие в протоке трущихся частей приводит к износу, который нежелателен и может подвергнуть опасности здоровье пациента с насосом. Над задачей исключения трущихся частей в насосе работает множество компаний по всему миру.

Из уровня техники известны насосы с приводом посредством магнитной муфты. Статорная часть таких насосов состоит из магнитного сердечника и обмоток (обычно двух или трехфазные), а роторная - из постоянных магнитов или из постоянных магнитов и обмоток. Известны насосы, у которых статорные обмотки расположены вне трубки протока (US 4779614 А, US 8376926 В2, RU 2430748 C2, US 2014/0343352 A1). Магнитное поле при этом передается через зазор, который образуется в протоке между магнитами ротора и статора. При такой компоновке цилиндрический статор и ротор расположены коаксиально, но из-за необходимости прокачивать кровь в осевом направлении, зазор между ротором и статором приходится делать достаточно большим, что уменьшает эффективность такого двигателя. Под эффективностью устройства для перекачивания крови понимается минимизация гемолиза и тромбоза крови при заданных параметрах производительности.

Для примера можно привести насосы, известные из патента США № 8376926 В2 и из патента РФ № 2430748, у которых из-за необходимости прокачивать кровь между ротором и статором, зазор приходится выдерживать достаточно большим, что связано с необходимостью обеспечивать расход крови на уровне от 3 л/мин до 5 л/мин при условии как можно меньших скоростей вращения ротора. Требование уменьшения скорости вращения ротора связано с разрушением оболочек эритроцитов в процессе прохождения ими через ротор. При малом зазоре расход в 5 л/мин потребует очень высоких скоростей вращения, которые, в свою очередь, вызывают большие сдвиговые напряжения в области ротора, которые и воздействуют на эритроциты в потоке. Чем выше сдвиговые напряжения, тем больше деформируется эритроцит, и тем больше в кровь выделяется гемоглобина.

Для уменьшения повреждения клеток крови используется магнитный подвес для бесконтактного удержания ротора в потоке крови, раскрытый в US 2014/0343352 A1. В спрямителях на входе и на выходе из насоса установлены постоянные магниты с вынесенными за трубку протока катушками, которые позволяют активно управлять осевой силой, действующей на ротор. Такой подход позволяет удерживать ротор в осевом направлении и стабилизировать его, но, при этом, стабилизация ротора в радиальном направлении затруднена. Отметим также, что в данном решении также не решен вопрос с эффективностью передачи магнитного поля через зазор между коаксиальными статором и ротором.

Использование торцевого вентильного двигателя, известного, например, из RU 167307 U1, позволило бы частично разрешить существующие проблемы. Двигатель представляет собой диск с постоянными магнитами (ротор), надетый на вал. Вал при этом закреплен в подшипниковых опорах. Статоры расположены с двух сторон от диска ротора по обе стороны от вала и имеют П-образные магниты. Удержание ротора происходит за счет вала.

Однако такая конфигурация двигателя не позволит использовать его в насосах для перекачивания крови.

Во-первых, установка такого двигателя в трубку протока насоса приведет к увеличению его диаметра из-за необходимости размещать лопатки ротора на большем удалении от оси вращения. Как следствие, насос с такими большими габаритами невозможно разместить в полости, где расположено сердце.

Во-вторых, организация пространства внутри насоса с таким двигателем не позволяет обеспечить осевой поток крови, так как разместить спрямители с лопатками внутри трубки протока на оси вращения ротора двигателя невозможно. Поэтому реализовать насосную функцию сердца на таком устройстве невозможно. Конструкция насоса с таким двигателем не позволяет удовлетворить физиологическим особенностям течения крови, а именно, обеспечить расход крови в диапазоне от 3л/мин до 5л/мин при диапазоне давлений от 80 мм рт. ст. до 150 мм рт. ст.

Таким образом, существует потребность в создании новых конструкций насосов, которые бы преодолевали все вышеперечисленные недостатки.

Суть изобретения

Задачей настоящего изобретения является разработка новой конструкции насоса вспомогательного кровообращения, которая бы позволила одновременно:

1) более эффективно по сравнению с существующими аналогами использовать пространство внутри полой трубки протока насоса. Под эффективным использованием пространства понимается то, что взаимное расположение полезных элементов конструкции позволяет полностью занять объем трубки протока и уменьшить таким образом диаметр насоса.

2) обеспечить бесконтактное удержание ротора в потоке крови внутри полой трубки с возможностью стабилизации ротора как вдоль оси вращения, так и в поперечном направлении. Такое удержание ротора позволяет исключить контакт торцов ротора и статора, также контакт ротора с другими элементами насоса, что приводит к исключению трения подвижной части и уменьшает воздействие на прокачиваемую через насос кровь в зоне торцов.

3) обеспечить эффективное взаимодействие статорного блока (статора) и ротора, а именно, повысить по сравнению с существующими аналогами эффективность передачи магнитного момента через зазор между статором и ротором, что приводит к увеличению КПД двигателя насоса.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в эффективной работе насоса вспомогательного кровообращения.

Причем под эффективной работой насоса вспомогательного кровообращения понимается одновременное выполнение поставленных задач.

Технический результат обеспечивается за счет того, что насос вспомогательного кровообращения включает полую трубку протока, внутри которой установлен торцевой двигатель между спрямителем входного потока и спрямителем выходного потока, при этом двигатель выполнен в виде соосно расположенных по меньшей мере одного статора и приводимого во вращение по меньшей мере одним статором ротора, причем по меньшей мере один статор установлен внутри одного из спрямителей и снабжен торцевыми электромагнитами, а ротор снабжен ответными торцевыми постоянными магнитами с вектором намагниченности, который соосен вектору намагниченности торцевых электромагнитов статора, торцевые поверхности ротора и статора, направленные друг к другу, конгруэнтны, а количество электромагнитов статора и постоянных магнитов совпадает и равно 2m, где m ≥2.

В некоторых вариантах осуществления изобретения геометрия соответствующих поверхностей торцов по меньшей мере одного статора и ротора может быть плоской, сферической, конической или эллиптической.

В некоторых вариантах осуществления изобретения постоянные магниты выполнены в виде чередующихся сегментов постоянных магнитов разной полярности.

В некоторых вариантах осуществления изобретения чередование полярностей сегментов постоянных магнитов является симметричным.

В некоторых вариантах осуществления изобретения каждый торцевой электромагнит статора состоит из обмотки и сердечника, причем сердечник выполнен в виде ножки, на которую наматывают требуемое число витков обмотки, и головки.

В некоторых вариантах осуществления изобретения головка сердечника торцевого электромагнита статора представляет объемную часть цилиндра c плоской, сферической, конической или эллиптической поверхностью торца.

В некоторых вариантах осуществления изобретения ротор торцевого двигателя выполнен в виде цельного цилиндра или цельного усеченного конуса с лопатками с переменным шагом.

В некоторых вариантах осуществления изобретения спрямитель выполнен в виде полого устройства, имеющего форму трубки, цилиндра или конуса с тонкостенной оболочкой.

В некоторых вариантах осуществления изобретения статор выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с тонкостенной оболочкой, внутри которого коаксиально оси вращения ротора, которая совпадает с продольной осью насоса, расположены по меньшей мере четыре электромагнита.

В некоторых вариантах осуществления изобретения двигатель выполнен в виде двух статоров и ротора, при этом первый статор установлен внутри спрямителя входного потока, а второй статор установлен внутри спрямителя выходного потока, ротор расположен между первым статором и вторым статором.

При этом в таком конструктивном выполнении насоса в некоторых вариантах осуществления изобретения в каждый из статоров вмонтированы торцевые электромагниты или в первый статор вмонтированы торцевые электромагниты, а во второй статор вмонтированы торцевые постоянные магниты, причем магниты статора и магниты ротора располагаются разноименными полюсами один к другому и их количество одинаковое.

В некоторых вариантах осуществления изобретения в полой трубке протока расположена радиальная магнитная подвеска, причем магнитная подвеска расположена таким образом, чтобы обеспечивать радиальную устойчивость ротора при его вращении в потоке. При этом диаметр поддерживающего кольца больше диаметра полой трубки протока.

В некоторых вариантах осуществления изобретения радиальная магнитная подвеска выполнена в виде сопряженной пары взаимодействующих постоянных магнитов, расположенных в стенке трубки протока и роторе, при этом магниты установлены по краям от центра тяжести ротора.

В некоторых вариантах осуществления изобретения радиальная магнитная подвеска выполнена в виде закрепленного на роторе по меньшей мере одного цилиндрического стабилизирующего кольца, причем стабилизирующее кольцо размещено в начале и/или в конце ротора или между этими положениями.

В некоторых вариантах осуществления изобретения полая трубка протока имеет паз для размещения стабилизирующего кольца. При этом в пазах трубки протока установлены постоянные магниты, причем стабилизирующее кольцо имеет ответные постоянные магниты.

В варианте осуществления изобретения с радиальной магнитной подвеской, двигатель может быть выполнен в виде одного статора и ротора, который приводится указанным статором во вращение.

Новизна настоящего изобретения заключается в том, что предлагается разместить в теле спрямителей систему магнитов с обмотками (электромагнитов) или систему постоянных магнитов, а ответные им части, в виде постоянных магнитов разной полярности, разместить в торцах ротора.

Взаимодействие магнитного поля статора (спрямителей) с магнитами ротора в таком случае осуществляется через меньший, по сравнению с коаксиальными конструкциями насосов, зазор, что повышает эффективность передачи магнитного момента, а «рациональное» расположение полюсов - удержание ротора в осевом и радиальном направлениях. «Рациональное» расположение полюсов - за счет одинаковой полярности магнитных сегментов ротора и статора обеспечивается осевое удержание ротора между статорами без касания торцов ротора и статора, что создает усилия от каждого неподвижного элемента, направленные либо в центр тяжести ротора на оси вращения, либо от центра тяжести ротора.

При бесконтактном подвесе ротора поверхности (торцы) не контактируют друг с другом и, следовательно, не разрушают клетки крови, в других насосах при использовании подшипников качения/скольжения в этих местах кровь будет перетираться подшипниками.

При этом расположение всех элементов внутри трубки протока позволяет эффективно использовать пространство внутри трубки протока. Под эффективностью понимается то, что если внутрь неиспользуемого в аналогах пространства насоса (в аналогах используется классическое расположение обмоток статора коаксиально ротору) переместить статорный блок, то неиспользуемый объем становится полезным, так как позволяет разместить в нем активные элементы насоса внутрь трубки протока и уменьшить диаметр насоса. Расположение статора внутри спрямителей насоса уменьшает зазор для передачи магнитного момента на ротор и увеличивает крутящий момент на роторе и таким образом увеличивает КПД двигателя.

Для минимизации трения торцевых поверхностей и стабилизации ротора в осевом и радиальном направлениях торцевые поверхности статора и ротора выполняются конгруэнтными сферическими или коническими поверхностями, что дает дополнительную радиальную стабилизацию ротора при вращении.

Причем конгруэнтные сферические поверхности должны быть выполнены таким образом, чтобы радиус сферической поверхности на торце ротора был меньше, чем радиус сферической поверхности на спрямителе (статоре).

Помимо представленного варианта стабилизации ротора, настоящее изобретение предлагает дополнительный вариант стабилизации, а именно, установку стабилизирующего кольца на лопатках ротора. В уровне техники подобное решение известно из патента США № 7934909 B2, но в нем кольцо выполняется диаметром меньшим, чем диаметр трубки протока.

Конструкция насоса согласно настоящему изобретению использует кольцо с диаметром большим, чем трубка протока. При этом в трубке протока в этом месте должен быть осуществлен паз, в котором это кольцо вращается. Стабилизация ротора в таком случае осуществляется за счет встроенных в кольцо на роторе магнитов с ответными магнитами той же полярности в теле трубки протока. Такой вариант исполнения обеспечит стабилизацию ротора и в осевом, и в радиальном направлении, при этом частицы крови в зазоре между стенками кольца и телом трубки не смогут оседать, а будут вымываться из зазоров из-за высоких скоростей потока в этом месте. Для осуществления необходимо предусмотреть разъем корпуса в этом месте для возможности вставки ротора с кольцом.

Краткое описание рисунков

Прилагаемые чертежи, которые включены в состав настоящего описания и являются его частью, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и совместно с вышеприведенным общим описанием изобретения и нижеприведенным подробным описанием вариантов осуществления служат для пояснения принципов настоящего изобретения. На чертежах одинаковые позиции применяются для обозначения одинаковых деталей или элементов конструкции.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства для перекачивания крови (насоса для вспомогательного кровообращения).

На фиг. 2 представлена трехмерная разборная модель насоса вспомогательного кровообращения.

На фиг. 3 изображен ротор с постоянными магнитами.

На фиг. 4 изображен ротор с магнитными сегментами и ответный статорный блок.

На фиг. 5 изображен электромагнит с обмоткой и ответный постоянный магнит.

На фиг. 6 изображена форма электромагнита статора со сферической поверхностью

На фиг. 7 изображена конфигурация насоса с коническими сердечниками статорных электромагнитов и эквивалентной конической поверхностью постоянных магнитов ротора.

На фиг. 8 изображен ротор со стабилизирующими кольцами

На фиг. 9 изображено сечение насоса со стабилизирующим кольцом.

Элементы конструкции, обозначенные на фигурах:

1 - входной штуцер;

2 - входной спрямитель;

3 - статор №1 (первый статор);

4 - обмотка электромагнита статора №1 (первого статора);

5 - электромагнит статора со стороны статора №1 (первого статора);

6 - ротор;

7 - постоянный магнит ротора со стороны статора №2;

8 - электромагнит статора №2;

9 - обмотка электромагнита статора №2;

10 - статор №2;

11 - выходной спрямитель;

12 - выходной штуцер;

13 - трубка протока;

14 - стабилизирующее кольцо;

15 - радиальный постоянный магнит (магнит с радиальной намагниченностью);

16 - осевой постоянный магнит (магнит с осевой намагниченностью).

Подробное описание изобретения

В целом, настоящее изобретение относится к конструкции насоса вспомогательного кровообращения.

Насос состоит из полой трубки протока, на которую с ее торцов крепятся входной штуцер и выходной штуцер посредством посадки с натягом и точечной сварки или склейки. Между штуцерами, внутри трубки протока, расположены статорный блок и приводимый им в движение посредством магнитного поля ротор. Статорный блок (неподвижная часть внутри трубки протока) выполнен в виде двух спрямителей и по меньшей мере одного (но не более двух) статора, расположенного в одном из спрямителей.

Таким образом, внутри трубки протока расположены два спрямителя и торцевой двигатель, расположенный между ними. Торцевой двигатель включает соосно расположенные по меньшей мере один (но не более двух) статор, расположенный внутри одного из спрямителей, и ротор, приводимый в движение статором с помощью магнитного поля.

По меньшей мере один статор снабжен электромагнитами или постоянными магнитами, а ротор снабжен постоянными магнитами числом, равным количеству электромагнитов или постоянных магнитов статора. Постоянные магниты на торце ротора располагают так, чтобы каждому магниту ротора соответствовал электромагнит или постоянный магнит статора с параллельным вектором намагниченности. Соосное расположение векторов намагниченности соответствующих магнитов на статоре и роторе позволяет передавать крутящий момент на ротор с наименьшими потерями. Причем противолежащие электромагниты/постоянные магниты статора и магниты ротора располагаются разноименными полюсами один к другому так, чтобы обеспечить максимальную величину напряженности магнитного поля при минимальном зазоре между ротором и статором.

В том варианте осуществления изобретения, когда используется один статор в статорном блоке, статор снабжен электромагнитами, а ротор имеет расположенные в торце ротора со стороны торцевых электромагнитов статора постоянные магниты ротора.

В варианте осуществления изобретения, когда используются два статора в статорном блоке, каждый из статоров либо снабжен электромагнитами, либо один статор снабжен электромагнитами, а второй статор при этом снабжен постоянными магнитами. При этом ротор в обоих случаях располагается между первым и вторым статорами и снабжен с обоих торцов постоянными магнитами числом, равным числу электромагнитов или постоянным магнитов статора.

Для того, чтобы расположить статор внутри спрямителя, спрямитель выполнен в виде гильзы - полого устройства, имеющего форму трубки, цилиндра или конуса с тонкостенной оболочкой.

Статор выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с тонкостенной оболочкой, внутри которого коаксиально оси вращения ротора, которая совпадает с продольной осью насоса, расположены по меньшей мере четыре электромагнита статора. Возможное количество электромагнитов, расположенных в корпусе статора: 2m, где m ≥2.

Каждый электромагнит статора состоит из обмотки и сердечника. Сердечник представляет собой ножку, на которую наматывают требуемое число витков обмотки, и головки. Материалом сердечника является материал, обладающим свойством перемены вектора намагниченности при изменении направления тока в обмотке. Материал сердечника может быть выбран из ферромагнитного материала, такого как железо.

Головка сердечника электромагнита статора представляет объемную часть цилиндра (сектор или сегмент цилиндра). Площадь сектора (сегмента) цилиндра выбраны исходя из того, что при расположении 2m электромагнитов в корпусе статора образуется плоскость основания цилиндра. При этом геометрия плоскости основания цилиндра, который является торцом статора, может быть плоской, сферической, конической или эллиптической. Геометрия поверхности торца статора, которая образуется торцевыми поверхностями головок сердечников электромагнитов, может иметь полусимметрическую форму.

В некоторых вариантах осуществления изобретения ротор торцевого двигателя выполнен в виде цельного цилиндра или цельного усеченного конуса с лопатками с переменным шагом. На по меньшей мере одном из торцов ротора, со стороны торцевых электромагнитов статора, впрессованы постоянные магниты.

При этом постоянные магниты могут быть выполнены в виде чередующихся сегментов постоянных магнитов разной полярности. В некоторых вариантах осуществления изобретения чередование полярностей сегментов постоянных магнитов является симметричным.

Соответствующие поверхности торцов статора и ротора конгруэнтны. Геометрия соответствующих поверхностей торцов статора и ротора может быть плоской, сферической, конической или эллиптической. В некоторых вариантах осуществления изобретения геометрия соответствующих поверхностей торцов статора и ротора может иметь полусимметрическую форму, обеспечивающую удержание ротора и динамическую балансировку ротора в радиальном направлении.

В том случае, если статорный блок включает два статора, каждый из которых расположены в спрямителях и снабжен электромагнитами (когда торцевой двигатель расположен между двумя статорами), то его конфигурация изображена на фиг. 1 и фиг. 2.

Насос состоит из полой трубки протока 13, на которую с ее торцов крепятся входной штуцер 1 и выходной штуцер 12. Внутри полой трубки протока 13 между штуцерами 1, 12 расположены соосно входной спрямитель 2, ротор 6 и выходной спрямитель 11. Ротор 6 выполнен виде цельного цилиндра с лопатками с переменным шагом. Лопатки спрямителя 2 выполняются прямыми (направленным вдоль оси потока) или составляют малый угол до 15 градусов с направлением потока для случая, когда поток из сердца имеет вихревую структуру с постоянным направлением вихря. Форма лопаток спрямителя 2 повторяет форму крыла, обеспечивающего безударное набегание потока крови на лопатки ротора 6. Лопатки ротора могут быть выполнены прямыми (постоянная толщина лопатки по радиусу) или с переменной, уменьшающейся толщиной лопатки по радиусу от поверхности втулки ротора 6 до вершины лопаток. Шаг лопатки ротора 6 выбирается переменным и увеличивающимся по направлению потока. Лопатки выходного спрямителя 11 подбираются из моделирования исходя из наиболее эффективного (по коэффициенту полезного действия) преобразования энергии потока в давление. Наиболее приемлемой может считаться геометрия лопаток с расширяющимся по направлению потока каналом между лопатками.

Во входном спрямителе 2 и выходном спрямителе 11 располагаются статор 3 и статор 10. Статор 3 и статор 10 в показанном варианте осуществления изобретения выполнены в виде цилиндрического полого корпуса, внутри которого расположено четное число электромагнитов. На фиг. 1 и на фиг. 2 изображено 4 (четыре) электромагнита, расположенных внутри корпуса статора. Каждый электромагнит представляет собой обмотку 4 или 9 соответственно и сердечник в виде ножки, на которую намотано определенное требуемое под определенную задачу количество витков, и головки 5 или 8 соответственно. Головка 5 или 8 выполнена в виде цилиндрического сегмента. Головки электромагнитов расположены таким образом, чтобы сегменты были направлены в центр корпуса статора.

С каждого торца статора 6, как изображено на фиг. 1 и на фиг. 2, впрессованы постоянные магниты 7 (фиг. 3). При этом поверхности ротора и статоры конгруэнтны и в показанном варианте осуществления изобретения имеют сферическую поверхность (форму) (фиг. 4). На фиг. 5 показан электромагнит и ответный к нему постоянный магнит с зазором между ними.

Геометрия электромагнитов статора со сферической головкой более подробно представлена на фиг. 6.

На фиг. 7 изображена конфигурация насоса с конической геометрией головки сердечника статорных электромагнитов и эквивалентной конической поверхностью постоянных магнитов ротора.

Для стабилизации ротора в магнитном подвесе в радиальном и осевом направлении может быть использована радиальная магнитная подвеска, выполненная в виде закрепленного на роторе цилиндрического стабилизирующего по меньшей мере одного магнитного кольца 14, причем стабилизирующее кольцо размещено в начале и/или в конце ротора или между этими положениями. На фиг. 8 изображен ротор с двумя стабилизирующими кольцами, расположенные с торцов ротора.

На фиг. 9 представлено изображения конфигурации насоса с двумя магнитными кольцами, закрепленным по краям ротора и в пазах. Кольцо закрепляется в пазе, который может быть осуществлен посредством изготовления трубки протока разъемной. Удержание ротора стабилизирующим кольцом может быть реализовано двумя способами:

1. Кольцо изготавливается из ферромагнитных сплавов таким образом, чтобы взаимодействовать с магнитным полем постоянных магнитов в трубке протока;

2. В пазе трубки протока установлены постоянные магниты, а кольцо изготавливается из материала ротора, при этом в него впрессовываются постоянные магниты. с радиальной и осевой намагниченностью (либо один из вариантов).

Диаметр поддерживающего кольца больше диаметра полой трубки протока.

В некоторых вариантах осуществления (не показаны на чертежах), что радиальная магнитная подвеска выполнена в виде сопряженной пары взаимодействующих постоянных магнитов, расположенных в стенке трубки протока и роторе, при этом магниты установлены по краям от центра тяжести ротора.

Важно, что левитация ротора в магнитном поле возможна в двух случаях:

1) При двухстаторном исполнении статорного блока (ротор расположен между первым и вторым статорами).

2) При одностаторном исполнении статорного блока при условии наличия радиальной магнитной подвески.

Устройство работает следующим образом (в двухстаторном исполнении насоса, когда в первом и втором статорах расположены электромагниты).

Установка насоса происходит посредством надрезов в грудной клетке. Насос вводится в перикард через межреберные расстояния, либо посредством торакотомии. Входная часть насоса через входной штуцер и канюлю подшивается к вершине желудочка сердца, выходной штуцер соединяется с канюлей и подшивается к выходному отделу аорты. В клинической практике такая операция получила название «обход желудочка».

При включении электромагнитов статоров вращающееся электромагнитное поле, генерируемое в статорах 3 и 10, взаимодействует с постоянными магнитами 7 и приводит во вращение ротор 6.

Кровь поступает в трубку протока через входной штуцер 1, попадая на лопатки входного спрямителя 2, поток стабилизируется, т.е. окружная составляющая его скорости уменьшается за счет взаимодействия с лопатками входного спрямителя 2. Далее поток попадает на лопатки ротора 6, которые раскручивает его, передавая потоку дополнительную энергию вращения. После ротора 6 поток попадает на лопатки статора 10, которые, за счет геометрии своих лопаток, выполненных таким образом, чтобы поток расширялся по оси движения жидкости, тормозят его и преобразуют кинетическую энергию потока в энергию давления на выходе из устройства. Далее поток попадает в выходной штуцер 12 и продолжает свое движение по системе кровообращения.

Благодаря тому, что у каждого электромагнита на статоре есть ответная часть в виде постоянного магнита на роторе осуществляется непрерывное взаимодействие электромагнитов статора и постоянных магнитов ротора, причем направление тока в обмотках электромагнитов обеспечивает чередование сил отталкивания и притягивания, заставляя ротор вращаться, т.е. создает вращающий момент. Частота такого чередования характеризует скорость вращения ротора.

Вне зависимости от вариантов осуществления насоса вспомогательного кровообращения его работа, основанная на принципе вращения ротора посредством электромагнитов, для специалистов является очевидным.

Несмотря на то что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные варианты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.

Изобретение относится к медицинской технике. Насос вспомогательного кровообращения включает полую трубку протока, внутри которой установлен торцевой двигатель между спрямителем входного потока и спрямителем выходного потока. Двигатель выполнен в виде соосно расположенных по меньшей мере одного статора и приводимого во вращение по меньшей мере одним статором ротора. По меньшей мере один статор установлен внутри одного из спрямителей и снабжен торцевыми электромагнитами. Ротор снабжен ответными торцевыми постоянными магнитами с вектором намагниченности, который соосен вектору намагниченности торцевых электромагнитов статора. Торцевые поверхности ротора и статора, направленные друг к другу, конгруэнтны. Количество электромагнитов статора и постоянных магнитов ротора совпадает и равно 2m, где m ≥ 2. Технический результат сводится к уменьшению воздействия на прокачиваемую через насос кровь, а также повышению КПД двигателя насоса. 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Насос вспомогательного кровообращения, включающий

полую трубку протока, внутри которой установлен торцевой двигатель между спрямителем входного потока и спрямителем выходного потока,

при этом двигатель выполнен в виде соосно расположенных по меньшей мере одного статора и приводимого во вращение по меньшей мере одним статором ротора,

причем по меньшей мере один статор установлен внутри одного из спрямителей и снабжен торцевыми электромагнитами, а ротор снабжен ответными торцевыми постоянными магнитами с вектором намагниченности, который соосен вектору намагниченности торцевых электромагнитов статора,

торцевые поверхности ротора и статора, направленные друг к другу, конгруэнтны, а количество электромагнитов статора и постоянных магнитов ротора совпадает и равно 2m, где m ≥ 2.

2. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что геометрия соответствующих поверхностей торцов по меньшей мере одного статора и ротора является плоской, сферической, конической или эллиптической.

3. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что постоянные магниты выполнены в виде чередующихся сегментов постоянных магнитов разной полярности.

4. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что каждый торцевой электромагнит статора состоит из обмотки и сердечника, причем сердечник выполнен в виде ножки, на которую наматывают требуемое число витков обмотки, и головки.

5. Насос по п. 4, характеризующийся тем, что головка сердечника торцевого электромагнита статора представляет объемную часть цилиндра с плоской, сферической, конической или эллиптической поверхностью торца.

6. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что ротор торцевого двигателя выполнен в виде цельного цилиндра или цельного усеченного конуса с лопатками с переменным шагом.

7. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что спрямитель выполнен в виде полого устройства, имеющего форму трубки, цилиндра или конуса с тонкостенной оболочкой.

8. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что статор выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с тонкостенной оболочкой, внутри которого коаксиально оси вращения ротора, которая совпадает с продольной осью насоса, расположены по меньшей мере четыре электромагнита.

9. Насос по любому из пп. 1-8, характеризующийся тем, что двигатель выполнен в виде двух статоров и ротора, при этом первый статор установлен внутри спрямителя входного потока, а второй статор установлен внутри спрямителя выходного потока, ротор расположен между первым статором и вторым статором.

10. Насос по п. 9, характеризующийся тем, что в каждый из статоров вмонтированы торцевые электромагниты.

11. Насос по п. 9, характеризующийся тем, что в первый статор вмонтированы торцевые электромагниты, а во второй статор вмонтированы торцевые постоянные магниты, причем магниты статора и магниты ротора располагаются разноименными полюсами один к другому и их количество одинаковое.

12. Насос по п. 1, характеризующийся тем, что в полой трубке протока расположена радиальная магнитная подвеска, причем магнитная подвеска расположена таким образом, чтобы обеспечивать радиальную устойчивость ротора при его вращении в потоке.

13. Насос по п. 12, характеризующийся тем, что радиальная магнитная подвеска выполнена в виде сопряженной пары взаимодействующих постоянных магнитов, расположенных в стенке трубки протока и роторе, при этом магниты установлены по краям от центра тяжести ротора.

14. Насос по п. 12, характеризующийся тем, что радиальная магнитная подвеска выполнена в виде закрепленного на роторе по меньшей мере одного цилиндрического стабилизирующего кольца, причем стабилизирующее кольцо размещено в начале и/или в конце ротора или между этими положениями.

15. Насос по п. 14, характеризующийся тем, что диаметр поддерживающего кольца больше диаметра полой трубки протока.

16. Насос по п. 15, характеризующийся тем, что полая трубка протока имеет паз для размещения стабилизирующего кольца.

17. Насос по п. 16, характеризующийся тем, что в пазах трубки протока установлены постоянные магниты, причем стабилизирующее кольцо имеет ответные постоянные магниты.

18. Насос по любому из пп. 16, 17, характеризующийся тем, что двигатель выполнен в виде одного статора и ротора.