RU2211709C2

RU2211709C2 - Pulsation pump

Info

Publication number: RU2211709C2
Application number: RU2001116255/14A
Authority: RU
Inventors: Урсула БЛЮШКЕ (DE); Урсула БЛЮШКЕ; Манфред ГЁЛНЕР (DE); Манфред ГЁЛНЕР; Хендрик ХАЙНЗЕ (DE); Хендрик ХАЙНЗЕ; Петра КИЛЛАТ (DE); Петра КИЛЛАТ; Йоханнес МЮЛЛЕР (DE); Йоханнес Мюллер; Вернер НОЙМАН (DE); Вернер НОЙМАН; Петер НЮССЕР (DE); Петер НЮССЕР
Original assignee: Берлин Харт Аг
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2003-09-10
Also published as: CA2355324A1; WO2000037126A1; CN1330561A; EP1140249A1; JP2002532204A; DE19963533A1; AU2284400A

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has stator mounted in casing and member movable relative to the stator under electromagnetic force and spring force. The member travels between the first and the second position increasing or reducing liquid chamber provided with opening for sucking-in and discharging liquid. The movable member has recesses and projections on the side facing the stator. The recesses and projections match stator recesses and projections providing movable-member-to-stator abutment. EFFECT: wide range of functional applications when used as small- sized propelling device. 26 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области пульсационных насосов, указанных в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к насосам для поддержки или замены сердца человека или животного. Известен [1] электромагнитный движитель насоса для перекачки крови, в котором две половины сердечника, подвижные относительно друг друга, образуют, совместно с индукционной катушкой, единый контур. Одна половина сердечника прикреплена к корпусу насоса, в то время как другая половина сердечника может осуществлять возвратно-поступательное движение, в такт с магнитным возбуждением, между положениями выпуска и впуска. В положении выпуска камера крови насоса сжимается, и кровь выталкивается через выпускной клапан. Использование обладающей магнитными свойствами жидкости в зазорах электромагнитного контура позволяет улучшить магнитные характеристики движителя, что дает возможность уменьшить размеры насоса. The invention relates to the field of pulsation pumps indicated in the restrictive part of paragraph 1 of the claims, as well as to pumps to support or replace the heart of a person or animal. Known [1] is an electromagnetic pump mover for pumping blood, in which two halves of the core, movable relative to each other, form, together with an induction coil, a single circuit. One half of the core is attached to the pump housing, while the other half of the core can reciprocate, in time with magnetic excitation, between the exhaust and intake positions. In the discharge position, the blood chamber of the pump is compressed and blood is pushed out through the exhaust valve. The use of magnetic fluid in the gaps of the electromagnetic circuit can improve the magnetic characteristics of the propulsion, which makes it possible to reduce the size of the pump.

В патенте США [2] описан насос для перекачки крови с деформируемой камерой для крови, который имеет пару противостоящих, практически плоских, дискообразных стенок. Стенки сжимаются парой прижимных пластин от движителя соленоидного типа для освобождения камеры от крови. US patent [2] describes a blood pump with a deformable blood chamber, which has a pair of opposing, almost flat, disc-shaped walls. The walls are compressed by a pair of pressure plates from the solenoid type propeller to release the chamber from the blood.

Движители или насосы для перекачки крови, известные из вышеупомянутых публикаций, имеют тот недостаток, что их размеры относительно большие. Из-за этого имплантация в тело человека или животного затруднена или невозможна. Blood transfer movers or pumps known from the aforementioned publications have the disadvantage that their sizes are relatively large. Because of this, implantation into the human or animal body is difficult or impossible.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи по созданию движителей для насоса, а также по созданию самих насосов, которые отличались бы малыми проектными размерами, в особенности малой высотой, не проявляли собственного движения в процессе работы и имели малый вес. The invention is aimed at solving the problem of creating propulsors for a pump, as well as creating the pumps themselves, which would be small in design dimensions, especially low in height, did not show their own movement in the process, and were light weight.

Эта задача решается с помощью пульсационного насоса с характеристиками, указанными в пункте 1 и в пункте 22 формулы изобретения. Предпочтительные и преимущественные усовершенствования изобретения приведены в зависимых пунктах формулы. This problem is solved using a pulsation pump with the characteristics specified in paragraph 1 and in paragraph 22 of the claims. Preferred and advantageous improvements of the invention are given in the dependent claims.

В соответствии с указанными пунктами заявляемое решение обеспечивает уменьшение размера системы движителя (привода) за счет того, что статор и актюатор (подвижный элемент, осуществляющий функции поршня - перев.) движителя выполнены таким образом, что они взаимодействуют (стыкуются) друг с другом либо в одном, либо в другом из двух возможных конечных положений, что обеспечивает малую высоту устройства. При этом высота устройства в момент стыковки меньше, чем суммарная высота статора и актюатора. In accordance with these paragraphs, the claimed solution provides a reduction in the size of the propulsion (drive) system due to the fact that the stator and actuator (a movable element that acts as a piston - transl.) Of the propulsion device are designed in such a way that they interact (are joined) with each other or in one or the other of the two possible end positions, which ensures a small height of the device. Moreover, the height of the device at the time of docking is less than the total height of the stator and actuator.

Таким образом, получаем чрезвычайно плоский движитель, который позволяет создать очень плоский насос для перекачки крови. Такой насос пригоден для успешной имплантации. Thus, we get an extremely flat mover, which allows you to create a very flat pump for pumping blood. Such a pump is suitable for successful implantation.

В предпочтительной практической реализации изобретения статор и актюатор совместно имеют в стадии стыковки высоту, лишь незначительно превышающую высоту статора. Поэтому появляется возможность изготовлять движители и основанные на них насосы почти в два раза меньше по высоте, чем известные движители. In a preferred practical embodiment of the invention, the stator and actuator together have, at the docking stage, a height that is only slightly greater than the height of the stator. Therefore, it becomes possible to manufacture propulsors and pumps based on them are almost half as high as the known propulsors.

Преимущество достигается за счет того, что как в статоре, так и в актюаторе предусмотрены элементы магнитного сердечника, расположенные по периметру и характеризующиеся U-образным профилем, причем эти элементы магнитного сердечника вступают в тесный контакт друг с другом в определенном положении стыковки статора с актюатором. U-образный профиль элементов магнитного сердечника способствует обеспечению такого контакта элементов сердечника при простой геометрической форме. В таком решении кольцевая катушка электромагнита, предназначенная для возбуждения магнитной цепи, сформированной статором и актюатором, преимущественно размещается в выемке U-образного профиля статора. За счет этого достигается компактность геометрической структуры. Кроме того, интеграция катушки электромагнита со статором позволяет экономить энергию в процессе работы насоса, поскольку катушка электромагнита неподвижно закреплена. Таким образом, уменьшается перемещаемая масса. Дополнительное преимущество - увеличение надежности, поскольку движущиеся части не имеют поверхностей, вступающих в контакт с потоком перекачиваемой жидкости. The advantage is achieved due to the fact that both the stator and the actuator have magnetic core elements located around the perimeter and characterized by a U-shaped profile, and these magnetic core elements come into close contact with each other in a certain position of the stator docking with the actuator. The U-shaped profile of the elements of the magnetic core helps to ensure such contact of the elements of the core with a simple geometric shape. In such a solution, an annular coil of an electromagnet intended to excite a magnetic circuit formed by the stator and actuator is preferably located in a recess of the U-shaped stator profile. Due to this, the compactness of the geometric structure is achieved. In addition, the integration of the electromagnet coil with the stator saves energy during the operation of the pump, since the electromagnet coil is fixedly mounted. Thus, the transported mass is reduced. An additional advantage is an increase in reliability, because the moving parts do not have surfaces that come into contact with the flow of the pumped liquid.

Следует отметить, что хотя изобретение, в основном, относится к электромагнитным движителям, однако, изобретение не ограничивается такими движителями, а включает и все другие движители для насосов, если в этих движителях имеются статор и подвижный актюатор. Актюатор может, например, приводиться в движение электромеханически, электрогидравлически или электропневматически. It should be noted that although the invention mainly relates to electromagnetic drives, however, the invention is not limited to such drives, but includes all other drives for pumps, if these drives have a stator and a movable actuator. The actuator may, for example, be driven electromechanically, electro-hydraulically or electro-pneumatically.

Движитель (сочетание актюатора и статора) согласно настоящему изобретению включает, как правило, устройства, которые создают усилие на актюатор, находящийся в положении стыковки, в направлении другого положения. Такими устройствами являются, в частности, пружины, которые после того, как магнитное возбуждение прерывается, отделяют актюатор от статора и нажимают актюатором на жидкостную камеру, чтобы вытолкнуть перекачиваемую жидкость. Та поверхность актюатора, которая расположена со стороны жидкостной камеры, выполняется, предпочтительно, в виде плоской нажимной пластины с тем, чтобы обеспечить равномерное распределение давления на камеру. The mover (a combination of actuator and stator) according to the present invention includes, as a rule, devices that create a force on the actuator in the docking position in the direction of another position. Such devices are, in particular, springs, which, after the magnetic excitation is interrupted, separate the actuator from the stator and press the actuator on the fluid chamber to push the pumped liquid out. That surface of the actuator, which is located on the side of the liquid chamber, is preferably made in the form of a flat pressure plate in order to ensure uniform distribution of pressure on the chamber.

Жидкостная камера образована мембранами, которые в незакрепленном состоянии касаются нажимной пластины актюатора. В реализованном варианте изобретения нажимная пластина снабжена компенсационными отверстиями, которые компенсируют как недостаточное, так и избыточное давление, образующееся в процессе перекачки, и предотвращают прилипание мембраны. За счет придания профиля лицевой поверхности прижимной пластины вероятность прилипания мембраны уменьшается дополнительно. The liquid chamber is formed by membranes that, in an unsecured state, touch the actuator pressure plate. In an embodiment of the invention, the pressure plate is provided with compensating holes that compensate for both insufficient and excessive pressure generated during the pumping process and prevent the membrane from sticking. By imparting a profile to the face of the pressure plate, the likelihood of membrane sticking is further reduced.

Предусматривается, что актюатор и статор в положении стыковки только касаются друг друга своими контактирующими поверхностями так, что исключается возможность перекоса или заклинивания деталей, отсутствуют потери на трение, нет износа материалов или шумовых эффектов. It is envisaged that the actuator and the stator in the docking position only touch each other with their contacting surfaces so that there is no possibility of skewing or jamming of parts, there are no friction losses, no wear of materials or noise effects.

В усовершенствованном варианте практической реализации изобретения, соответствующем пунктам 11-16 формулы изобретения, конструкционная пара "статор/актюатор" снабжена направляющей, на которой актюатор удерживается и по которой актюатор совершает возвратно-поступательное движение относительно статора. Направляющая актюатора обеспечивает предопределенное возвратно-поступательное движение актюатора между двумя конечными положениями, поэтому как актюатор, так и статор могут быть выполнены в виде плоских пластин, при этом такая форма значительно снижает вероятность как перекоса, так и заклинивания актюатора и статора. In an improved embodiment of the practical implementation of the invention, corresponding to paragraphs 11-16 of the claims, the structural pair "stator / actuator" is provided with a guide on which the actuator is held and along which the actuator makes a reciprocating motion relative to the stator. The actuator guide provides a predetermined reciprocating movement of the actuator between the two end positions, so both the actuator and the stator can be made in the form of flat plates, and this shape significantly reduces the likelihood of both skewing and jamming of the actuator and stator.

Направляющая, как правило, размещается по центру так, что появляется возможность обеспечить симметрическое расположение компонентов, а перекос предотвращается или его вероятность уменьшается путем применения всего лишь одной направляющей. Использование центральной направляющей сокращает число деталей, вследствие чего обеспечивается еще большая компактность движителя. Направляющая, в одном из вариантов практической реализации, выполнена продольной, в частности в виде центрального направляющего штифта движителя, вдоль которого актюатор может продольно передвигаться. В другом варианте, направляющую выполняют в виде конструкции, включающей пластинчатую пружину. В этом варианте необходимость в центральной направляющей отпадает, и за счет этого компактность движителя еще более повышается. Конструкция, основанная на применении пластинчатой пружины, оказывает также центрирующее действие, т.е. сила, прикладываемая к актюатору вне центра, встречает противодействие, направленное в сторону центра, за счет чего обеспечивается коррекция движения в требуемом направлении относительно статора. The guide, as a rule, is located in the center so that it becomes possible to ensure a symmetrical arrangement of the components, and skew is prevented or its probability is reduced by using only one guide. The use of a central guide reduces the number of parts, which ensures even greater compactness of the mover. The guide, in one embodiment, is made longitudinal, in particular in the form of a central guide pin of the propulsion device, along which the actuator can move longitudinally. In another embodiment, the guide is made in the form of a structure comprising a leaf spring. In this embodiment, the need for a central guide disappears, and due to this, the compactness of the mover is further enhanced. A design based on the use of a leaf spring also has a centering effect, i.e. the force applied to the actuator outside the center encounters a reaction directed towards the center, due to which a correction of movement in the required direction relative to the stator is provided.

В идеальном варианте направляющая представляет собой линейную направляющую, которая имеет лишь одну степень свободы в осевом направлении. Для достижения этого, однако, необходима высокая точность изготовления компонентов движителя и направляющей, что затруднительно при плоской конструкции статора и актюатора и малой длине направляющей. Это не только сложно и дорого, но и требуемая точность часто недостижима. Ideally, the guide is a linear guide that has only one degree of freedom in the axial direction. To achieve this, however, high precision manufacturing of the propulsion and guide components is necessary, which is difficult with the flat design of the stator and actuator and the small length of the guide. It is not only difficult and expensive, but the required accuracy is often unattainable.

Поэтому для предотвращения заклинивания актюатора на осевой направляющей и/или со статором направляющая, в качестве альтернативы, выполняется в виде упругой направляющей. Это решение позволяет сознательно допускать возможность незначительных перекосов актюатора. Такие перекосы не препятствуют функционированию движителя, поскольку, ввиду характера стыковки статора и актюатора согласно настоящему изобретению, заданное положение элементов достигается в положении стыковки. Упругая направляющая может быть выполнена, например, в виде конструкции с использованием пластинчатой пружины или планетарного подшипника, связанного с центральным направляющим штифтом. Therefore, to prevent jamming of the actuator on the axial guide and / or with the stator, the guide, in the alternative, is made in the form of an elastic guide. This decision allows you to consciously allow the possibility of slight distortions of the actuator. Such distortions do not impede the operation of the propulsion device, because, due to the nature of the coupling of the stator and actuator according to the present invention, the predetermined position of the elements is achieved in the docking position. The elastic guide can be made, for example, in the form of a design using a leaf spring or planetary bearing associated with a central guide pin.

Актюатор и статор, предпочтительно, выполняются с соблюдением принципа вращательной симметрии, что дополнительно обеспечивает простоту и компактность конструкции движителя. The actuator and stator are preferably carried out in compliance with the principle of rotational symmetry, which additionally provides simplicity and compactness of the propulsion structure.

В заявляемом изобретении пульсационный насос, используемый для перекачки крови, как правило, снабжен корпусом, имеющим, в основном, плоскую форму и окружающим движитель и насосный отсек, а также имеющим отверстия для всасывания и выброса перекачиваемой жидкости, которые соединяются с насосным отсеком. При этом статор неподвижно закреплен на корпусе, в то время как актюатор может перемещаться относительно статора и корпуса. In the claimed invention, the pulsating pump used for pumping blood is generally provided with a housing having a substantially flat shape and surrounding the propulsor and pump compartment, as well as having openings for suction and discharge of the pumped liquid, which are connected to the pump compartment. In this case, the stator is fixedly mounted on the housing, while the actuator can move relative to the stator and the housing.

Насос согласно изобретению может иметь один или даже несколько пар "статор/актюатор". Положительным моментом является возможность использования двух электромагнитных движителей, размещенных симметрично напротив друг друга в корпусе насоса. Жидкостная камера, таким образом, размещается между соответствующими актюаторами и сжимается актюаторами с двух сторон. Преимущество симметрической системы с двумя симметрично размещенными движителями заключается в том, что, по сравнению с односторонней системой, в процессе перекачки лишь незначительный момент движения (импульс) передается в тело человека или животного, в которое имплантирован насос. Кроме того, за счет использования двух пар "статор/актюатор" создается дублирующая система, которая может продолжать функционировать в случае поломки одной из пар "статор/актюатор". A pump according to the invention may have one or even several stator / actuator pairs. A positive point is the possibility of using two electromagnetic propulsors placed symmetrically opposite each other in the pump casing. The liquid chamber is thus placed between the respective actuators and compressed by the actuators from two sides. The advantage of a symmetric system with two symmetrically placed propulsors is that, compared with a one-way system, during pumping only a small moment of movement (impulse) is transmitted to the human or animal body into which the pump is implanted. In addition, by using two stator / actuator pairs, a backup system is created that can continue to function if one of the stator / actuator pairs fails.

Следует упомянуть тот факт, что заявляемый насос может не ограничиваться использованием двух движителей. Можно снабдить его и большим числом движителей, например, четырьмя движителями. It should be mentioned the fact that the inventive pump may not be limited to the use of two propulsors. You can provide it with a large number of movers, for example, four movers.

Заявляемый насос с чрезвычайно плоским движителем предпочтительно изготовлять размером с ладонь для того, чтобы его можно быть имплантировать в тело оперируемого человека без особых проблем. Он, в основном, предназначен для использования в качестве насоса для перекачки крови при поддержке (дублировании) или замене человеческого сердца. The inventive pump with an extremely flat propulsion device is preferably made the size of a palm so that it can be implanted in the body of the person being operated on without any particular problems. It is mainly intended for use as a pump for pumping blood while supporting (duplicating) or replacing a human heart.

Изобретение описывается далее подробно в нескольких вариантах реализации и со ссылками на чертежи. The invention is described in further detail below in several embodiments and with reference to the drawings.

Фиг.1а - схема насоса с "втянутым" актюатором;
Фиг.1b - схема насоса с "выдвинутым" актюатором;
Фиг.2 - схема насоса с заполненной жидкостной камерой;
Фиг.2b - схема насоса с опустошенной жидкостной камерой;
Фиг.3 - схема двойной пластинчатой пружины;
Фиг.4 - схематический разрез насоса с упругой направляющей;
Фиг.5 - одинарная пластинчатая пружина;
Фиг.6 - одинарная пластинчатая пружина в сочетании со спиральными выжимными пружинами;
Фиг.7 - двойная пластинчатая пружина в сочетании со спиральными выжимными пружинами;
Фиг.8a-d - схемы действия упругой направляющей в заявляемом изобретении;
Фиг. 9a-d - схемы соединения актюатора и статора посредством ограничительной скобы и ограничительной пружины;
Фиг.10а - схематический разрез плоского насоса для перекачки крови;
Фиг.10b - схематический разрез насоса для перекачки крови (вид сверху).Figa - diagram of the pump with the "retracted"actuator;
Fig.1b is a diagram of a pump with an "extended"actuator;
Figure 2 - diagram of the pump with a filled liquid chamber;
Fig.2b is a diagram of a pump with an empty liquid chamber;
Figure 3 is a diagram of a double leaf spring;
Figure 4 is a schematic sectional view of a pump with an elastic guide;
5 is a single leaf spring;
6 is a single leaf spring in combination with spiral release springs;
7 is a double leaf spring in combination with spiral release springs;
Figa-d - action diagram of the elastic guide in the claimed invention;
FIG. 9a-d are connection diagrams of the actuator and stator by means of a restrictive bracket and a restrictive spring;
Figa - schematic section of a flat pump for pumping blood;
Fig. 10b is a schematic sectional view of a blood pump (top view).

На Фиг.1а показан пульсационный насос, который выполнен в виде односторонней системы, то есть как одна пара "статор/актюатор". Насос имеет сплюснутую дискообразную форму. Статор 12 и актюатор 15 размещаются в корпусе 11. На Фиг. 1а актюатор 15 занимает "втянутое" положение (полная стыковка), что позволяет жидкостной камере 16 наполняться. Жидкостная камера 16 со стороны актюатора 15 ограничена мембраной 161. Втягивание актюатора 15 осуществляется за счет катушки электромагнита 19, которая в данном случае имеет кольцеобразную форму. On figa shows a pulsation pump, which is made in the form of a one-way system, that is, as one pair of "stator / actuator". The pump has a flat oblate shape. The stator 12 and actuator 15 are housed in the housing 11. In FIG. 1a, the actuator 15 occupies a “retracted” position (full docking), which allows the liquid chamber 16 to fill. The liquid chamber 16 from the side of the actuator 15 is limited by the membrane 161. The retraction of the actuator 15 is carried out by the coil of the electromagnet 19, which in this case has an annular shape.

На Фиг.1b показан пульсационный насос в стадии сжатия жидкостной камеры 16 после выключения катушки электромагнита 19, когда актюатор приводится в действие спиральными выжимными пружинами 18. Жидкость выталкивается из жидкостной камеры 16 через отверстие 17. Figure 1b shows a pulsation pump in the compression stage of the liquid chamber 16 after turning off the coil of the electromagnet 19, when the actuator is driven by spiral release springs 18. The liquid is pushed out of the liquid chamber 16 through the opening 17.

На Фиг. 2а и 2b показан процесс перекачки пульсационным насосом при использовании двух симметрично размещенных пар "статор/актюатор". Когда актюаторы 15 втягиваются катушками электромагнитов 19, объем жидкостной камеры 16 насоса увеличивается, что обеспечивает заполнение камеры жидкостью. После отключения катушек электромагнитов 19 выжимные пружины 18 воздействуют на два актюатора 15, за счет чего расстояние между актюаторами 15 и статорами 12 увеличивается до максимума, ограниченного скобами-ограничителями 3 или пружинами-ограничителями 4 (см. Фиг.9a-d), и осуществляется процесс освобождения жидкостной камеры 16. Подводка электропитания к катушкам электромагнитов 19 на чертеже не представлена. Блок управления и электропитания для функционирования насоса может быть размещен отдельно и, например в случае насоса для перекачки крови, закрепляться на ремне пациента. In FIG. 2a and 2b show the process of pumping by a pulsation pump using two symmetrically placed stator / actuator pairs. When the actuators 15 are pulled in by the coils of electromagnets 19, the volume of the liquid chamber 16 of the pump increases, thereby filling the chamber with liquid. After disconnecting the coils of the electromagnets 19, the release springs 18 act on two actuators 15, due to which the distance between the actuators 15 and the stators 12 is increased to a maximum limited by the restrictor brackets 3 or the restriction springs 4 (see Fig. 9a-d), and the process of releasing the liquid chamber 16. The power supply to the coils of the electromagnets 19 is not shown in the drawing. The control unit and power supply for the functioning of the pump can be placed separately and, for example, in the case of a pump for pumping blood, can be fixed on the patient's belt.

Кроме того, насос снабжен несколькими спиральными выжимными пружинами 18, размещаемыми по кругу и являющимися источником той силы, которая воздействует со стороны статора 12 на актюатор 15. Для фиксации спиральных выжимных пружин 18 в статоре 12 и в актюаторе 15 предусмотрены небольшие углубления. In addition, the pump is equipped with several spiral release springs 18 that are arranged in a circle and are the source of the force that acts from the stator 12 on the actuator 15. To fix the spiral release springs 18 in the stator 12 and in the actuator 15, small recesses are provided.

Планетарный подшипник 14, которым снабжена осевая направляющая актюатора 15, связан через соединительные элементы и штифты с нажимной пластиной актюатора 15. На Фиг.4 особенно наглядно показано, что использование известного планетарного подшипника 14 на осевом направляющем штифте обеспечивает две дополнительных степени свободы 13 для перекоса актюатора 15 относительно статора 12. Перекос актюатора 15 и эффект компенсации показаны на Фиг.8a-d. The planetary bearing 14, which is provided with the axial guide of the actuator 15, is connected through connecting elements and pins to the pressure plate of the actuator 15. In Fig. 4, it is especially clearly shown that the use of the known planetary bearing 14 on an axial guide pin provides two additional degrees of freedom 13 for the actuator to be skewed 15 relative to the stator 12. The bias of the actuator 15 and the compensation effect are shown in FIGS. 8a-d.

В то время как обычные осевые направляющие, в основном, предназначены для того, чтобы предотвратить перекос элемента на осевой направляющей, так как перекос связан с нежелательным заклиниванием, в настоящем изобретении за счет использования планетарного подшипника 14 такой перекос допускается и, тем самым, предотвращается заклинивание на направляющей 13. Поскольку наружный диаметр статора 12 и соответствующие выемки в актюаторе 15, соответственно, подогнаны друг к другу таким образом, что даже в процессе перекоса актюатора 15 контакт отсутствует или происходит только на предназначенных для контакта поверхностях, то ни в одном из этих положений никакое заклинивание не может иметь места. Поэтому появляется возможность осуществлять уверенное наведение актюатора 15 при его сближении со статором 12 при наличии всего одной осевой направляющей. While conventional axial rails are mainly designed to prevent the element from skewing on the axial rail, since the skew is associated with unwanted jamming, in the present invention due to the use of the planetary bearing 14, this skew is allowed and, thereby, jamming is prevented. on the guide 13. Since the outer diameter of the stator 12 and the corresponding recesses in the actuator 15, respectively, are adjusted to each other in such a way that even during the biasing of the actuator 15, there is no contact It exists or occurs only on the surfaces intended for contact, any one of these positions no jamming can not occur. Therefore, it becomes possible to confidently guide the actuator 15 when it approaches the stator 12 in the presence of only one axial guide.

Жидкостный насос действует следующим образом. The liquid pump operates as follows.

При подаче электропитания на катушку электромагнита 19 возникает магнитное поле, которое воздействует на актюатор 15 силой, направленной к статору 12. Под действием этой силы актюатор 15 движется по направляющей 13 к статору 12. При этом катушка электромагнита 19, размещенная на статоре 12, входит в выемку (желоб) актюатора 15. Предусматривается, что формы, выемки и выступающие части статора 12 и актюатора 15 соответствуют друг другу. When power is supplied to the coil of the electromagnet 19, a magnetic field occurs, which acts on the actuator 15 by a force directed to the stator 12. Under the action of this force, the actuator 15 moves along the guide 13 to the stator 12. At the same time, the electromagnet coil 19 located on the stator 12 is included in recess (trough) of the actuator 15. It is envisaged that the shapes, recesses and protruding parts of the stator 12 and the actuator 15 correspond to each other.

Рассмотрим фазу, при которой актюатор 15 находится в положении между конечными положениями. Одновременно с движением актюатора 15 в направлении конечного положения стыковки объем отсека, в котором размещена жидкостная камера 16, увеличивается, что обеспечивает засасывание перекачиваемой жидкости через впускное отверстие 17 в жидкостную камеру 16. В течение периода заполнения жидкостной камеры 16 электрический ток продолжают пропускать через катушку электромагнита 19 с тем, чтобы магнитное притяжение сохранялось, а актюатор 15 и статор 12 оставались в положении стыковки (актюатор 15 полностью втянут в статор 12) до тех пор, пока жидкостная камера 16 не будет заполнена кровью. Consider the phase in which the actuator 15 is in a position between the end positions. Simultaneously with the movement of the actuator 15 in the direction of the final docking position, the volume of the compartment in which the liquid chamber 16 is placed increases, which ensures the pumped liquid is sucked through the inlet 17 into the liquid chamber 16. During the filling period of the liquid chamber 16, electric current is continued to pass through the electromagnet coil 19 so that magnetic attraction is maintained and actuator 15 and stator 12 remain in the docking position (actuator 15 is fully retracted into stator 12) until the fluid Single chamber 16 is filled with blood.

Для выброса жидкости электропитание катушки электромагнита 19 прерывается блоком управления и питания. За счет силы воздействия спиральных выжимных пружин 18 актюатор 15 движется теперь в направлении камеры крови (жидкостной камеры) 16 и сжимает камеру крови (жидкостную камеру) 16 своей поверхностью, выполненной в виде нажимной пластины 5, при этом перекачиваемая кровь выталкивается из насоса через выпускное отверстие 18. В этом случае устройство снабжают подходящими клапанами (на чертежах не представлены), которые и определяют направление потока. Движение завершается в конечном положении актюатора 15. To eject liquid, the power supply to the coil of the electromagnet 19 is interrupted by the control and power unit. Due to the force of action of the spiral release springs 18, the actuator 15 now moves in the direction of the blood chamber (liquid chamber) 16 and compresses the blood chamber (liquid chamber) 16 with its surface made in the form of a pressure plate 5, while the pumped blood is pushed out of the pump through the outlet 18. In this case, the device is equipped with suitable valves (not shown in the drawings), which determine the flow direction. The movement ends in the final position of the actuator 15.

В одном из вариантов отсек, в котором расположена жидкостная камера 16, снабжен компенсационными отверстиями для предотвращения слишком низкого давления (вакуума) (Фиг.1 и 2). In one embodiment, the compartment in which the fluid chamber 16 is located is provided with compensation openings to prevent too low a pressure (vacuum) (FIGS. 1 and 2).

На Фиг.8a-d представлено движение актюатора 15 между двумя конечными положениями. При этом в связи с наличием планетарного подшипника 14 (Фиг.4) допускается возможность перекоса актюатора 15 без заклинивания актюатора 15 на направляющей 13. За счет взаимопроникновения статора 12 и актюатора 15 в процессе стыковки полное сцепление достигается только в определенном положении. On figa-d presents the movement of the actuator 15 between two end positions. In this case, due to the presence of the planetary bearing 14 (Figure 4), it is possible to skew the actuator 15 without jamming the actuator 15 on the guide 13. Due to the interpenetration of the stator 12 and actuator 15 during coupling, full adhesion is achieved only in a certain position.

В одном из опытных образцов для работы электромагнитного движителя потребовалась мощность в 120 Вт. С другой стороны, в фазе выбрасывания (выталкивания) жидкости время прохождения тока через катушку составляет не более 10 мс. При этом за одну такую фазу выброса перекачивается насосом около 70 мл жидкости, например крови. Используемые спиральные выжимные пружины 18 создают, как правило, усилие в пределах от 80 до 120 N при длине 6 мм. Высота статора 12 лежит, в основном, в диапазоне от 5 до 15 мм, высота актюатора 15 выбирается также в пределах 5-15 мм, а общая высота статора 12 вместе с актюатором 15 составляет 6-20 мм в конечном положении стыковки, при этом общая высота насоса составляет, как правило, от 1,5 до 4,5 см. Диаметр насоса обычно не превышает 5-11 см. In one of the prototypes for the operation of an electromagnetic propulsion device, a power of 120 watts was required. On the other hand, in the phase of ejection (ejection) of the liquid, the passage of current through the coil is no more than 10 ms. At the same time, about 70 ml of liquid, for example, blood, is pumped by a pump during one such discharge phase. Used spiral release springs 18 create, as a rule, a force in the range from 80 to 120 N with a length of 6 mm The height of the stator 12 lies mainly in the range from 5 to 15 mm, the height of the actuator 15 is also selected within 5-15 mm, and the total height of the stator 12 together with the actuator 15 is 6-20 mm in the final docking position, while the total the height of the pump is usually from 1.5 to 4.5 cm. The diameter of the pump usually does not exceed 5-11 cm.

На Фиг.3, 5, 6 и 7 представлены варианты конструкции упругой направляющей на основе пластинчатой пружины. Эта упругая направляющая заменяет направляющую 13 и планетарный подшипник (см. Фиг.4). При этом насос имеет вид конструкций, описанных в связи с Фиг.1 и 2, соответственно. Figure 3, 5, 6 and 7 presents the design options of an elastic guide based on a leaf spring. This elastic guide replaces the guide 13 and the planetary bearing (see Figure 4). In this case, the pump has the form of structures described in connection with FIGS. 1 and 2, respectively.

Упругая направляющая на основе пластинчатой пружины состоит из пластинчатой пружины 2, которая выполнена в форме звезды и имеет четыре изогнутых вниз на 180^o ножки (опоры), начинающиеся от посадочного места 23 актюатора. Статор 12 соединен с пластинчатой пружиной 2 в точках крепления 32, расположенных на изогнутых участках ножек (опор).An elastic guide based on a leaf spring consists of a leaf spring 2, which is made in the shape of a star and has four legs (supports) bent downward by 180 ^° , starting from the actuator seat 23. The stator 12 is connected to the leaf spring 2 at the attachment points 32 located on the curved sections of the legs (supports).

Такая конструкция обеспечивает три степени свободы для перемещения актюатора 15 относительно статора 12, а именно одну степень свободы в осевом направлении и две степени свободы для боковых колебаний (перекосов). Эта конструкция на основе пластинчатой пружины обладает центрирующими свойствами, поскольку если на актюатор 15 начинает воздействовать несовпадающая с направлением центральной оси сила, то она испытывает противодействие в направлении продольной оси пластинчатой пружины 2. This design provides three degrees of freedom for moving the actuator 15 relative to the stator 12, namely one degree of freedom in the axial direction and two degrees of freedom for lateral vibrations (distortions). This design based on a leaf spring has centering properties, since if a force that does not coincide with the direction of the central axis begins to act on the actuator 15, then it experiences a reaction in the direction of the longitudinal axis of the leaf spring 2.

Кроме того, колебательное движение, подобное уже описанному, гарантирует, что актюатор 15 и статор 12 не смогут заклиниться, и что даже при малой проектной высоте актюатора 15 и статора 12 эти элементы могут надежно взаимодействовать (стыковаться друг с другом), позволяя создавать еще более компактные конструкции. In addition, an oscillatory motion, similar to that already described, ensures that the actuator 15 and the stator 12 cannot jam, and that even with a low design height of the actuator 15 and the stator 12, these elements can reliably interact (dock with each other), allowing you to create even more compact designs.

Изображенные на Фиг.6 и 7 варианты реализации с добавлением спиральных выжимных пружин 18 служат (как описано в отношении Фиг.1 и 2) для создания усилия, отталкивающего актюатор 15 от статора 12, а также чтобы актюатор 15 перемещался в направлении жидкостной камеры 16 при отключении магнитного поля. The embodiments depicted in FIGS. 6 and 7 with the addition of spiral release springs 18 serve (as described in relation to FIGS. 1 and 2) to create a force pushing the actuator 15 away from the stator 12, as well as to move the actuator 15 in the direction of the fluid chamber 16 when turning off the magnetic field.

На Фиг. 5 показан один из вариантов выполнения упругой направляющей, в котором спиральные выжимные пружины 18 не используются, а пластинчатая пружина 2 служит и как направляющая для актюатора 15, и как источник силы для перемещения актюатора 15, сжимающего жидкостную камеру 16. При такой конструкции следует установить более сильную пластинчатую пружину 2, обеспечивающую повышенное давление на актюатор 15, что способствует уменьшению вероятности перекосов. In FIG. 5 shows one embodiment of an elastic guide in which spiral release springs 18 are not used and the leaf spring 2 serves both as a guide for actuator 15 and as a source of force for moving actuator 15 compressing the fluid chamber 16. With this design, more a strong leaf spring 2, providing increased pressure on the actuator 15, which reduces the likelihood of distortions.

Упругая направляющая, изображенная на Фиг. 3, на первый взгляд, мало отличается от упругой направляющей на Фиг.5. Однако здесь к звездообразной пластинчатой пружине 2 добавлена еще одна пластинчатая пружина 2а, идентичная по конструкции, но меньшая по размерам, размещенная под более крупной пластинчатой пружиной 2. Соответствующие противолежащие поверхности скреплены друг другом соединительным элементом 33. Концы изогнутых участков ножек (опор) плоскостных пружин 2 и 2а совместно крепятся к статору 12 в монтажных точках. Для крепления актюатора 15 на верхней поверхности пластинчатой пружины 2 также предусмотрено посадочное место 23. The elastic guide shown in FIG. 3, at first glance, differs little from the elastic guide in FIG. 5. However, here, another leaf spring 2a is added to the star-shaped leaf spring 2a, which is identical in design but smaller in size, located under the larger leaf spring 2. The corresponding opposing surfaces are fastened to each other by a connecting element 33. The ends of the curved sections of the legs (supports) of the plane springs 2 and 2a are jointly attached to the stator 12 at mounting points. For mounting the actuator 15 on the upper surface of the leaf spring 2 also provides a seat 23.

Такая конструкция пластинчатой пружины, в идеальном случае, обеспечивает строго линейное перемещение актюатора 15 относительно статора 12 за счет того, что перекос внешней пластинчатой пружины 2 не допускается или, по крайней мере, строго ограничивается внутренней пластинчатой пружиной 2а. Поэтому такой вариант конструкции гарантирует линейное перемещение актюатора 15 относительно статора 12 параллельно центральной оси. В случае сохранения только одной степени свободы в осевом направлении элементы статора 12 и актюатора 15, соприкасающиеся друг с другом, должны изготавливаться с высокой точностью, чтобы заклинивания можно было с уверенностью избежать. This design of the leaf spring, in the ideal case, provides a strictly linear movement of the actuator 15 relative to the stator 12 due to the fact that the skew of the outer leaf spring 2 is not allowed or, at least, is strictly limited to the inner leaf spring 2a. Therefore, this design option ensures a linear movement of the actuator 15 relative to the stator 12 parallel to the central axis. If only one degree of freedom is retained in the axial direction, the elements of the stator 12 and actuator 15 in contact with each other must be manufactured with high accuracy so that jamming can be safely avoided.

Фиг. 7 показывает конструкцию, в которой две пластинчатые пружины 2 и 2а дополнены спиральными выжимными пружинами 18. В этом варианте пластинчатые пружины 2 и 2а имеют меньшие размеры, поскольку они служат только в качестве направляющих. FIG. 7 shows a structure in which two leaf springs 2 and 2a are supplemented with spiral release springs 18. In this embodiment, leaf springs 2 and 2a are smaller because they serve only as guides.

На Фиг.10 представлен пример практической реализации заявляемого пульсационного насоса, предназначенного для перекачки крови, при этом насос снабжен конструкцией по Фиг.6 на основе единственной пластинчатой пружины 2 и спиральных выжимных пружин 18 вместо направляющей 13. Здесь применен также ограничитель рабочего хода на Фиг.9а. Figure 10 shows an example of a practical implementation of the inventive pulsating pump for pumping blood, while the pump is equipped with the structure of Figure 6 based on a single leaf spring 2 and spiral release springs 18 instead of the guide 13. Here, the stroke limiter in FIG. 9a.

Данное изобретение не ограничивается вышеописанными вариантами его реализации. Изобретение не ограничивается, по существу, и использованием форм, в которых присутствует U-образный желоб и осуществляется контакт. Единственным существенным моментом в данном изобретении является то, что в движителе для жидкостного насоса статор 12 и актюатор 15 имеют взаимозависимые формы, а также углубления и соответствующие им выступы на сторонах, обращенных друг к другу, что обеспечивает взаимопроникновение статора 12 и актюатора 15 друг в друга в положении стыковки, обеспечивающей контакт в конечном положении, и, при этом, проектная высота движителя уменьшена и/или предусмотрена направляющая для актюатора. The present invention is not limited to the above described embodiments. The invention is not limited essentially to the use of forms in which a U-shaped trough is present and contact is made. The only significant point in this invention is that in the mover for the liquid pump, the stator 12 and actuator 15 have interdependent shapes, as well as recesses and corresponding protrusions on the sides facing each other, which ensures the interpenetration of the stator 12 and actuator 15 into each other in the docking position, providing contact in the final position, and, at the same time, the design height of the mover is reduced and / or a guide for the actuator is provided.

Перечень обозначений
2 - пластинчатая пружина;
2а - пластинчатая пружина;
3 - скоба-ограничитель;
4 - пружина-ограничитель;
5 - нажимная пластина;
11 - корпус;
12 - статор;
13 - направляющая;
14 - планетарный подшипник;
15 - актюатор;
16 - жидкостная камера/Камера крови;
161 - мембрана;
17 - отверстие для всасывания или выброса жидкости;
18 - спиральная выжимная пружина;
19 - катушка электромагнита;
23 - посадочное место актюатора;
25 - отверстие для связи с окружающей средой;
26 - отверстие для компенсации давления;
32 - крепление к статору;
33 - соединительный элемент;
Т - центр колебаний;
Е - плоскость;
Ss - ось статора;
Sa - ось актюатора.Notation list
2 - leaf spring;
2a - leaf spring;
3 - stopper bracket;
4 - spring limiter;
5 - pressure plate;
11 - case;
12 - stator;
13 - guide;
14 - planetary bearing;
15 - actuator;
16 - liquid chamber / blood chamber;
161 - membrane;
17 - hole for suction or discharge of liquid;
18 - spiral release spring;
19 - coil of an electromagnet;
23 - actuator seat;
25 - hole for communication with the environment;
26 - hole for pressure compensation;
32 - mount to the stator;
33 - connecting element;
T is the center of oscillation;
E is the plane;
Ss is the stator axis;
Sa is the axis of the actuator.

Источники информации
1. DE 19609281 С1 (STAHLMANN et al.), 21.08.1997.Sources of information
1. DE 19609281 C1 (STAHLMANN et al.), 08.21.1997.

2. US 5599173 A (BAXTER INT), 04.02.1997. 2. US 5599173 A (BAXTER INT), 02/04/1997.

Claims

1. A pulsation pump, consisting of a stator located in the housing, and a movable element capable of moving relative to the stator under the influence of electromagnetic and spring forces and moving periodically between the first position and the second position, increasing or decreasing the liquid chamber provided with an opening for suction and discharge characterized in that the movable element has, on the side facing the stator, recesses and protrusions corresponding to the protrusions and recesses of the stator and allowing the movable connection th element with a stator.

2. The pulsation pump according to claim 1, characterized in that the stator and the movable element in the docking position have a total height less than the total height of the stator and the movable element.

3. The pulsation pump according to claim 1 or 2, characterized in that both the stator and the movable element have magnetically-arranged sections located at the periphery, having a U-shape in section, and sliding into each other in the docking position.

4. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-3, characterized in that an electromagnet coil is built into the stator.

5. The pulsation pump according to claim 3 or 4, characterized in that the electromagnet coil built into the stator has an annular shape.

6. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1 - 4 or 5, characterized in that on top of the movable element is a flexible membrane that bounds the liquid chamber.

7. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1 to 5 or 6, characterized in that the movable element is pushed out of the docking position by means of a spiral release spring.

8. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-7, characterized in that the movable element from the side opposite the stator is made essentially in the form of a flat pressure plate.

9. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-8, characterized in that when docking, the movable element and the stator are in contact only facing each other.

10. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-9, characterized in that the movable element is supported by a guide.

11. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-10, characterized in that the guide is placed in the center.

12. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-11, characterized in that the guide is made in the form of a longitudinal guide for linear movement of the movable element.

13. The pulsation pump according to claim 9 or 10, characterized in that the guide is provided with a leaf spring.

14. The pulsation pump according to claim 11 or 12, characterized in that the guide is placed in the center in the longitudinal direction.

15. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-14, characterized in that the guide is made in the form of an elastic guide.

16. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-15, characterized in that the elastic guide is made in the form of a leaf spring and has at least three supports, bent downward at an angle of 180 ^o and starting from the upper surface of the plate, where the seat of the movable element is located, while the movable element is attached to the upper surface of the leaf spring and the stator is attached to downwardly curved supports of the leaf spring, or vice versa.

17. The pulsation pump according to claim 15, characterized in that the leaf spring is supplemented by another smaller leaf spring, which is located under the larger leaf spring, and the supports and upper surfaces of these two leaf springs are rigidly connected to each other.

18. The pulsation pump according to paragraphs. 15 and 16, characterized in that the leaf spring is an elastic force element that creates a force that repels the movable element from the stator.

19. The pulsation pump according to one of the above paragraphs, characterized in that both the movable element and the stator have axial symmetry.

20. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-19, characterized in that the working stroke of the movable element with respect to the stator is limited due to spring-limiters and staples-limiters.

21. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-20, characterized in that it is equipped with two opposing pairs of stator - a movable element, and the liquid chamber is placed between two movable elements.

22. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-21, characterized in that it is equipped with a flat casing in which the stator-movable element and the liquid chamber pairs are placed, the casing having openings for suction and discharge of liquid connected to the liquid chamber.

23. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-22, characterized in that the casing is made disk-shaped.

24. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-23, characterized in that the movable element is provided with pressure compensation holes.

25. The pulsation pump according to one of paragraphs. 1-24, characterized in that the pressure plate of the movable element is provided with grooves.

26. A pump for pumping blood, providing support or replacement of the heart of a person or animal, characterized in that it is made in the form of a pulsation pump according to paragraphs. 1-21.