WO1999026675A1 - Blood pump drive mechanism - Google Patents

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WO1999026675A1
WO1999026675A1 PCT/DE1998/003209 DE9803209W WO9926675A1 WO 1999026675 A1 WO1999026675 A1 WO 1999026675A1 DE 9803209 W DE9803209 W DE 9803209W WO 9926675 A1 WO9926675 A1 WO 9926675A1
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piston
drive
blood pump
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Application number
PCT/DE1998/003209
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German (de)
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Inventor
Peter Neubacher
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Peter Neubacher
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors

Definitions

  • Blood pumps are known in medicine for the extracorporeal maintenance of a blood circulation system or in the form of implants.
  • the medium, such as blood is guided in a blood sack made of flexible material, this blood sack being pressed and relaxed by means of flat stamps, whereby the pumping effect is achieved.
  • a hinged anchor system in which the blood sack is arranged between an anchor and an abutment. The movement of the hinged anchor alone causes the pumping.
  • the blood sack is arranged between two anchors lying opposite one another, the anchors each being provided with at least two springs.
  • the anchor is not with the Electromagnet connected.
  • the known pumps have a number of disadvantages. On the one hand, not inconsiderable air gaps can be overcome magnetically in the conventional systems. In addition, considerable forces are required to move the anchors from the rest position in the double anchor systems and to achieve the pumping action under the spring force. Outside, considerable magnetic forces have to be used to attract the anchors. This in turn leads to a high energy requirement and consequently large currents and the resulting field forces. The high energy consumption is particularly disadvantageous in the case of implantable pumps. The object of the present invention is therefore to create a pump which overcomes the disadvantages of the known pump systems.
  • the object is achieved in that a drive for blood pump in the form of a servo linear motor with a magnet system and with a mechanically sliding piston controlled by an absolute displacement sensor with switchable windings is created.
  • a cable duct is provided through a groove in the yoke and a non-rotatable mounting of the piston.
  • a pressure sensor is advantageously arranged in the delivery medium.
  • an elastic container for the pumped medium is arranged in the interior of the piston.
  • an elastic container for the medium is arranged outside the piston.
  • the elastic container can also be arranged between two drives for blood pumps according to the invention.
  • the new drive for blood pumps according to the invention has a number of advantages over known blood pumps.
  • the drive according to the invention is outstandingly suitable for mobile cardiac support systems.
  • the low-noise running and the protection of the vascular system due to any adaptable pressure curve is particularly advantageous.
  • the new drive is small in diameter, flat in construction and light in weight. Its mechanics are straightforward and have only a few moving parts. The noise development of the drive is very low and is unmatched by any other drive in this area of application.
  • the servo linear motor with control electronics works with the 12 V DC voltage common to cars and also works perfectly on the 24 V on-board electrical system, e.g. Trucks and ships. This means that the system can also be operated in a car on a cigarette lighter, for example to protect the system's own battery.
  • the pump function is retained with certain restrictions even if the displacement transducer is defective (emergency operation without servo control). The pump still works adequately even when there is no turn. Emergency operation is also possible if one or two windings fail completely.
  • the pumping movement is possible in both directions.
  • the movement curve (stroke speed, max. Force) can be freely determined and is controlled via one or two absolute displacement sensors.
  • the stroke is almost unlimited. It is an advantage of the drive according to the invention that the efficiency and the force do not decrease with a large stroke.
  • the drive can optionally be rotated and accommodated in an oval instead of a round shape in the housing.
  • the drive according to the invention has a very simple structure. It essentially consists of a magnet system with a coil piston. The air gap of several millimeters, in which the coil piston slides back and forth, is relatively large.
  • the drive according to the invention can also be equipped with an additional external magnet.
  • the inner magnet is mandatory because a large coil diameter is of great advantage for the target application.
  • the drive according to the invention has three or more separate windings, each of which is controlled individually.
  • the speaker has only one continuous winding.
  • the driven winding of the drive is always in the high-energy air gap.
  • the winding that emerges is switched off successively and the winding that enters the air gap is switched on successively.
  • the moving or stationary part can be either the magnet system or the coil piston. If the magnet system is the moving part, it can also be stored on the pump housing.
  • the coil piston is mechanically supported in the drive according to the invention. It is made of stable material and slides on the inner (and possibly the outer part).
  • a modern, very small and high-energy permanent magnet is used to manufacture the pump drive in reasonable dimensions and with an acceptable weight.
  • Another object of the present invention is the use of a servo linear motor with a magnet system and with a mechanically sliding piston controlled by absolute displacement sensors with switchable windings as a drive for blood pumps.
  • FIGS. 1 and 2. Show it:
  • Fig. 1 shows the inner magnet of a drive according to the invention in different views
  • Fig. 2 shows the inner and outer magnets of a drive according to the invention in different views.
  • the servo linear motor consists of a magnet system with a piston that slides mechanically in the high-energy air gap, whereby pumping is possible in both directions.
  • Several separate windings are arranged next to one another in slots on the piston.
  • the stroke, stroke speed and force of the piston can be freely determined within one pumping period.
  • the stroke is controlled by an absolute displacement sensor.
  • the new drive is small in diameter, flat in construction and light in weight. Its mechanics are uncomplicated and have only a few moving parts. The drive generates very little noise. It can be controlled and regulated very sensitively and precisely.
  • the drive should make it possible, for example, to operate a pump for conveying sensitive liquids which is very quiet and whose speed of movement and pumping force can be controlled at any time within a pumping period. If necessary, the pump pressure can also be regulated via a pressure sensor in the medium to be pumped. In principle, it does not matter whether the piston or the magnet system are the moving part.
  • an elastic container can be accommodated in the interior of the piston between the piston cover and the disc (lf, 2f), which is pressed out periodically.
  • the inlet and outlet can be fed through openings in the piston cover or through bores through the magnet system.
  • the linear motor shown in FIGS. 1 and 2 is used to generate strokes up to 11 mm and consists essentially of a magnet system, similar to that used for loudspeakers, and a piston on which several separate windings (la , 2a) are arranged side by side in grooves.
  • the coil wires of the individual coils are led to the "wiring chamber" (lk, 2k) in such a way that unnecessary widening of the air gap in its entire extent and thus unnecessary energy weakening is avoided.
  • the piston is rotatably supported with a guide pin (Im, 2m) running in an elongated hole (In) or a bore (2n), and one or more grooves are milled out as a "cable duct" in the yoke (Id, 2j) Energy losses are therefore limited to this relatively small area.
  • the servo linear motor can also be equipped with an additional external magnet (FIG. 2).
  • the inner magnet is obligatory because a large coil diameter is a great advantage for pumping.
  • the magnetic system of the linear motor shown in FIG. 2 is equipped with an additional external magnet (2d) which is connected "m series" with the internal magnet and thus leads to even higher energies in the air gap (2e) additional ring made of magnetically conductive material (2j) led to the air gap.
  • the magnet system consists of a magnet (lb, 2b), the quality of which largely determines the size, weight and efficiency of the system, a disk-shaped yoke (lc, 2c) and a tubular yoke (ld), which directs the magnetic flux to the right place, namely the air gap (le) conducts.
  • the other pole of the magnet reaches the air gap via the magnetically conductive disc (lf, 2f).
  • the piston (lg, 2g) is made of magnetically non-conductive material. Electrically, it should be poorly conductive, in order to keep the eddy currents small, especially during fast movements.
  • the piston (lg, 2g) is mechanically on the disc (lf, 2f) and the non-magnetic Table cylindrical material existing cylindrical ring (outer surface of lh, 2h) stored.
  • the piston is also supported on the outside on the inner surface of ID.
  • the moving or stationary part can be either the magnet system or the coil piston. If the magnet system is the moving part, it can also be stored on the pump housing.
  • the windings are not switched over to generate movement, but only to actively supply the windings with current that are currently in the high-energy air gap (le, 2e).
  • the force is determined by the current and the direction of movement by the current direction. The fact that only the winding part located in the energy-rich air gap flows through current means that power consumption and heating are reduced to the necessary minimum.
  • the air gap can be partially or completely filled with suitable magnetic fluids.
  • the casting compound of the coils consists of media that require magnetic flux.
  • the manufacture of the drive according to the invention is known to the person skilled in the art. Such drive systems are also used, for example, in a different form in loudspeaker systems. In addition to iron, other magnetically conductive materials which are known to the person skilled in the art can also be used for the production of the drive according to the invention.
  • the electronic circuit required for controlling the drive according to the invention is known per se to the person skilled in the art. In particular, circuits can be used here which are known, for example, for blood pumps and cardiac support systems.

Abstract

The invention relates to a drive mechanism in the form of a servo-linear motor for blood pumps, comprising a magnetic system (1b, 2b) and a mechanically sliding piston (1g, 2g) controlled by an absolute displacement sensor and provided with reversible windings (2a, 1a). The novel and inventive blood pump drive mechanism is highly suitable for mobile cardiac support systems. Advantages include low-noise operability and lack of damage to the vascular system due to a fully adjustable pressure curve.

Description

Antrieb für Blutpumpe Blood pump drive
Blutpumpen der sind in der Medizin zur extrakorporalen Aufrechterhaltung eines BlutkreislaufSystems oder in Form von Implantaten bekannt. Das Medium, wie beispielsweise Blut, wird dabei m einem Blutsack aus flexiblem Material gefuhrt, wobei dieser Blutsack mittels flächiger Stempel gepreßt und entspannt wird, wodurch die Pumpwirkung er- zielt wird.Blood pumps are known in medicine for the extracorporeal maintenance of a blood circulation system or in the form of implants. The medium, such as blood, is guided in a blood sack made of flexible material, this blood sack being pressed and relaxed by means of flat stamps, whereby the pumping effect is achieved.
Bekannt ist beispielsweise ein Klappankersystem, oei dem der Blutsack zwischen einem Anker und einem Widerlager angeordnet ist. Dabei bewirkt allein die Bewegung des Klappankers das Pumpen.For example, a hinged anchor system is known in which the blood sack is arranged between an anchor and an abutment. The movement of the hinged anchor alone causes the pumping.
Bei einem anderen Pumpsystem, beschrieben in „Wissenschaft" , Nummer 162, 54. Jahrgang, 1998, ist der Blutsack zwischen zwei einander gegenüberliegenden Ankern angeord- net, wobei die Anker jeweils mit mindestens zwei Federn versehen sind. Der Anker ist dabei nicht mit dem Elektromagneten verbunden.In another pump system, described in "Wissenschaft", number 162, 54th year, 1998, the blood sack is arranged between two anchors lying opposite one another, the anchors each being provided with at least two springs. The anchor is not with the Electromagnet connected.
Die bekannten Pumpen weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Zum Einen sind bei den nerkommlichen Systemen nicht unerhebliche Luftstrecken magnetisch zu überwinden. Außer dem werden erhebliche Kräfte benotigt, um die Anker bei den doppelten Ankersystemen aus der Ruhestellung zu bewegen und die Pumpwirkung unter der Federkraft zu erzielen. Auen müssen erhebliche magnetische Kräfte aufgewendet werαen, um die Anker anzuziehen. Dies fuhrt wiederum zu einem hohen Energiebedarf und folglich großen Strömen und dadurch bedingten Feldkraften. Der hohe Energieaufwand ist insbesondere bei implantierbaren Pumpen sehr nachtei- lig. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Pumpe zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Pumpsysteme überwindet.The known pumps have a number of disadvantages. On the one hand, not inconsiderable air gaps can be overcome magnetically in the conventional systems. In addition, considerable forces are required to move the anchors from the rest position in the double anchor systems and to achieve the pumping action under the spring force. Outside, considerable magnetic forces have to be used to attract the anchors. This in turn leads to a high energy requirement and consequently large currents and the resulting field forces. The high energy consumption is particularly disadvantageous in the case of implantable pumps. The object of the present invention is therefore to create a pump which overcomes the disadvantages of the known pump systems.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Blutpumpe sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.The object is achieved by the features of the main claim. Appropriate configurations of the blood pump according to the invention are characterized in the dependent claims.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Antrieb für Blutpumpe in Form eines Servo-Linearmotors mit Magnetsystem und mit durch Absolut-Wegaufnehmer kontrolliertem, mechanisch gleitendem Kolben mit umschaltbaren Wicklungen geschaffen wird.The object is achieved in that a drive for blood pump in the form of a servo linear motor with a magnet system and with a mechanically sliding piston controlled by an absolute displacement sensor with switchable windings is created.
Vorteilhafterweise sind am Kolben mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Spulen vorgesehen.Advantageously, several independently controllable coils are provided on the piston.
Es ist weiterhin vorteilhaft, daß ein Kabelkanal durch eine Nut im Joch und eine verdrehungssichere Lagerung des Kolbens vorgesehen ist.It is also advantageous that a cable duct is provided through a groove in the yoke and a non-rotatable mounting of the piston.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist ferner, daß der Hub, die Hubgeschwindigkeit und die Kolbenkraft gesteuert ist.It is further provided according to the invention that the stroke, the stroke speed and the piston force are controlled.
Vorteilhafterweise ist ein Drucksensor im Fördermedium angeordnet.A pressure sensor is advantageously arranged in the delivery medium.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß ein elasti- scher Behälter für das Fördermedium im Inneren des Kolbens angeordnet ist.According to the invention, it is also provided that an elastic container for the pumped medium is arranged in the interior of the piston.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß ein elastischer Behälter für das Fördermedium außerhalb des Kolbens angeordnet ist. Erfmdungsgemaß kann der elastische Behalter auch zwischen zwei erfmdungsgemaßen Antrieben für Blutpumpen angeordnet sein.According to the invention it is further provided that an elastic container for the medium is arranged outside the piston. According to the invention, the elastic container can also be arranged between two drives for blood pumps according to the invention.
Der erfmdungsgemaße neue Antrieb für Blutpumpen weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber bekannten Blutpumpen auf. Der erfmdungsgemaße Antrieb ist hervorragend für mobile Herzunterstützungssysteme geeignet. Insbesondere vorteilhaft ist der gerauscharme Lauf und die Schonung αes Gefaßsystems durch beliebig anpaßbaren Druckverlauf.The new drive for blood pumps according to the invention has a number of advantages over known blood pumps. The drive according to the invention is outstandingly suitable for mobile cardiac support systems. The low-noise running and the protection of the vascular system due to any adaptable pressure curve is particularly advantageous.
Der neue Antrieb ist klein im Durchmesser, flach in der Bauweise und gering im Gewicht. Seine Mechanik ist unkompliziert und hat nur wenige bewegte Teile. Die Gerau- schentwicklung des Antriebs ist sehr gering und wird von keinem anderen Antrieb in diesem Anwendungsbereich uber- troffen.The new drive is small in diameter, flat in construction and light in weight. Its mechanics are straightforward and have only a few moving parts. The noise development of the drive is very low and is unmatched by any other drive in this area of application.
Der Servo-Lmearmotor mit Ansteuerungselektronik arbeitet mit der n PKW üblichen 12V-Gleιchspannung und funktioniert auch einwandfrei am 24V-Bordnetz von z.B. Lastwagen und Schiffen. Damit kann das System auch im PKW am Ziga- rettenanzunder betrieben werden, um beispielsweise den systemeigenen Akku zu schonen.The servo linear motor with control electronics works with the 12 V DC voltage common to cars and also works perfectly on the 24 V on-board electrical system, e.g. Trucks and ships. This means that the system can also be operated in a car on a cigarette lighter, for example to protect the system's own battery.
Wahrend einer Pumpperiode fließt zu jedem Zeitpunkt, in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und der zu überwindenden Gegenkraft, nur so viel Strom wie notig. Dabei sind keine zusätzlich eingebauten Federkräfte zu überwinden. Wird wahrend einer Pumpperiode weder Kraft noch Bewegung gefordert, fließt praktisch kein Strom.Depending on the speed of movement and the counterforce to be overcome, only as much current flows as is necessary during a pumping period. There are no additional built-in spring forces to overcome. If neither power nor movement is required during a pumping period, practically no current flows.
Die Umwandlung elektrischer in mechanische Energie wird durch ein oder auch zwei starke Permanentmagnete unter- stutzt, womit sich der Wirkungsgrad des Antriebs verbes- sert (vergleichbar mit einem rotierenden Gleichstrommotor mit Permanentmagnet) .The conversion of electrical to mechanical energy is supported by one or two strong permanent magnets, which improves the efficiency of the drive. sert (comparable to a rotating DC motor with permanent magnet).
Die Pumpfunktion bleibt mit gewissen Einschränkungen auch dann erhalten, wenn der Wegaufnehmer defekt ist (Notbetrieb ohne Servokontrolle) . Die Pumpe funktioniert auch bei Windungsschluß noch hinreichend. Auch ist noch ein Notbetrieb möglich, wenn ein oder zwei Wicklungen völlig ausfallen.The pump function is retained with certain restrictions even if the displacement transducer is defective (emergency operation without servo control). The pump still works adequately even when there is no turn. Emergency operation is also possible if one or two windings fail completely.
Die Pumpbewegung ist in beiden Richtungen möglich. Die Bewegungskurve (Hubgeschwindigkeit, max. Kraft) ist frei bestimmbar und wird über ein oder zwei Absolut- Wegaufnehmer kontrolliert.The pumping movement is possible in both directions. The movement curve (stroke speed, max. Force) can be freely determined and is controlled via one or two absolute displacement sensors.
Der Hub ist fast beliebig groß. Es ist eine Vorteil des erfmdungsgemaßen Antriebs, daß bei großem Hub der Wirkungsgrad und die Kraft sich nicht verringern. Für die geforderte flache Bauweise bei einer implantierbaren Blutpumpe kann der Antrieb gegebenenfalls gedreht werden und m ovaler anstatt runder Form im Gehäuse unterzubringen.The stroke is almost unlimited. It is an advantage of the drive according to the invention that the efficiency and the force do not decrease with a large stroke. For the flat design required for an implantable blood pump, the drive can optionally be rotated and accommodated in an oval instead of a round shape in the housing.
Der erfmdungsgemaße Antrieb hat einen sehr einfachen Aufbau Er besteht im wesentlichen aus einem Magnetsystem mit einem Spulenkolben. Dabei ist der Luftspalt von mehreren Millimetern, worin der Spulenkolben hin- und her- gleitet, relativ groß.The drive according to the invention has a very simple structure. It essentially consists of a magnet system with a coil piston. The air gap of several millimeters, in which the coil piston slides back and forth, is relatively large.
Der erfmdungsgemaße Antrieb kann neben einem Innenmagneten auch noch mit einem zusatzlichen Außenmagneten ausgestattet Se . Der Innenmagnet ist obligatorisch, da für die Zielanwendung ein großer Spulendurchmesser von großem Vorteil ist. Der erfindungsgemäße Antrieb hat drei oder mehr voneinander getrennte Wicklungen, die jede für sich angesteuert, wird. Der Lautsprecher hat nur eine durchgehende Wicklung.In addition to an internal magnet, the drive according to the invention can also be equipped with an additional external magnet. The inner magnet is mandatory because a large coil diameter is of great advantage for the target application. The drive according to the invention has three or more separate windings, each of which is controlled individually. The speaker has only one continuous winding.
Die jeweils angetriebene Wicklung des Antriebs befindet sich immer im energiereichen Luftspalt. Die jeweils austretende Wicklung wird sukzessive abgeschaltet und die in den Luftspalt eintretende Wicklung sukzessive zugeschal- tet.The driven winding of the drive is always in the high-energy air gap. The winding that emerges is switched off successively and the winding that enters the air gap is switched on successively.
Beim erfindungsgemäßen Antrieb kann das bewegte bzw. feststehende Teil entweder das Magnetsystem oder der Spulenkolben sein. Ist das Magnetsystem das bewegte Teil kann es zusätzlich am Pumpengehäuse gelagert werden.In the drive according to the invention, the moving or stationary part can be either the magnet system or the coil piston. If the magnet system is the moving part, it can also be stored on the pump housing.
Der Spulenkolben ist beim erfindungsgemäßen Antrieb mechanisch gelagert. Er ist aus stabilem Material und gleitet auf dem inneren (und evtl. äußeren Teil).The coil piston is mechanically supported in the drive according to the invention. It is made of stable material and slides on the inner (and possibly the outer part).
Zur Herstellung des Pumpenantriebs in vertretbaren Abmessungen und mit akzeptablem Gewicht wird ein moderner, sehr kleiner und energiereicher Permanentmagnet verwendet.A modern, very small and high-energy permanent magnet is used to manufacture the pump drive in reasonable dimensions and with an acceptable weight.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Servo-Linearmotors mit Magnetsystem und mit durch Absolut-Wegaufnehmer kontrolliertem, mechanisch gleitendem Kolben mit umschaltbaren Wicklungen als Antrieb für Blutpumpen.Another object of the present invention is the use of a servo linear motor with a magnet system and with a mechanically sliding piston controlled by absolute displacement sensors with switchable windings as a drive for blood pumps.
Vorteilhaft ist dabei die erfindungsgemäße Verwendung, wobei man das Fördermediums direkt durch den Kolben und das Magnetsystem führt. Vorteilhaft ist es aber auch, daß ein elastischer Behälter für das Fördermedium im Inneren des Kolbens angeordnet ist.The use according to the invention is advantageous here, with the conveying medium being passed directly through the piston and the magnet system. But it is also advantageous that an elastic container for the medium is arranged inside the piston.
Anhand der Figuren 1 und 2 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is explained with reference to FIGS. 1 and 2. Show it:
Fig. 1 den Innenmagneten eines erfindungsgemäßen Antriebs in verschiedenen Ansichten undFig. 1 shows the inner magnet of a drive according to the invention in different views and
Fig. 2 den Innen- und Außenmagneten eines erfindungsgemäßen Antriebs in verschiedenen Ansichten.Fig. 2 shows the inner and outer magnets of a drive according to the invention in different views.
Der Servo-Linearmotor besteht aus einem Magnetsystem mit einem Kolben, der mechanisch gelagert im energiereichen Luftspalt gleitet, wobei eine Pumpbewegung in beiden Richtungen möglich ist. Auf dem Kolben sind mehrere getrennte Wicklungen in Nuten nebeneinander angeordnet. Hub, Hubbgeschwindigkeit und Kraft des Kolbens sind in- nerhalb einer Pumpperiode frei bestimmbar. Der Hub wird über einen Absolut-Wegaufnehmer kontrolliert.The servo linear motor consists of a magnet system with a piston that slides mechanically in the high-energy air gap, whereby pumping is possible in both directions. Several separate windings are arranged next to one another in slots on the piston. The stroke, stroke speed and force of the piston can be freely determined within one pumping period. The stroke is controlled by an absolute displacement sensor.
Der neue Antrieb ist klein im Durchmesser, flach in der Bauweise und gering im Gewicht. Seine Mechanik ist unkom- pliziert und hat nur wenige bewegte Teile. Die Geräuschentwicklung des Antriebs ist sehr gering. Er läßt sich sehr sensibel und genau steuern und regeln.The new drive is small in diameter, flat in construction and light in weight. Its mechanics are uncomplicated and have only a few moving parts. The drive generates very little noise. It can be controlled and regulated very sensitively and precisely.
Während einer Pumpperiode fließt zu jedem Zeitpunkt, in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und der zu überwindenden Gegenkraft, nur so viel Strom wie nötig. Dabei sind keine zusätzlich eingebauten Federkräfte zu überwinden. Wird während einer Pumpperiode weder Kraft noch Bewegung gefordert, fließt praktisch kein Strom. Ei- ne Stärke dieses Servo-Linearmotors ist, daß sich bei großem Hub der Wirkungsgrad und die Kraft nicht verringern.Depending on the speed of movement and the counterforce to be overcome, only as much current flows as necessary during a pumping period. There are no additional built-in spring forces to overcome. If neither force nor movement is required during a pumping period, practically no current flows. One of the strengths of this linear servo motor is that large stroke the efficiency and the power do not decrease.
Der Antrieb soll ermöglichen, beispielsweise eine Pumpe zur Förderung sensibler Flüssigkeiten zu betreiben, die sehr geräuscharm ist, und deren Bewegungsgeschwindigkeit und Pumpkraft innerhalb einer Pumpperiode jederzeit gesteuert werden kann. Der Pumpendruck kann, sofern erforderlich, zusätzlich über einen Drucksensor im zu fördern- den Medium geregelt werden. Es ist prinzipiell gleichgültig, ob der Kolben oder das Magnetsystem das bewegte Teil sind.The drive should make it possible, for example, to operate a pump for conveying sensitive liquids which is very quiet and whose speed of movement and pumping force can be controlled at any time within a pumping period. If necessary, the pump pressure can also be regulated via a pressure sensor in the medium to be pumped. In principle, it does not matter whether the piston or the magnet system are the moving part.
Es besteht auch die Möglichkeit, den Kolben (ohne Belüf- tungslöcher) direkt als Kompressor zu benutzen, wenn man im Inneren des Kolbens, wo die Luft komprimiert wird, Einlaß- und Auslaßventile bzw. -klappen oder Öffnungen im Magnetteil vorsieht.It is also possible to use the piston (without ventilation holes) directly as a compressor if there are inlet and outlet valves or flaps or openings in the magnetic part inside the piston, where the air is compressed.
Als weitere Möglichkeit läßt sich im Inneren des Kolbens zwischen Kolbendeckel und Scheibe (lf, 2f) ein elastischer Behälter unterbringen, der periodisch ausgepreßt wird. Ein- und Auslaß können durch Öffnungen im Kolbendeckel oder durch Bohrungen durch das Magnetsystem zuge- führt werden.As a further possibility, an elastic container can be accommodated in the interior of the piston between the piston cover and the disc (lf, 2f), which is pressed out periodically. The inlet and outlet can be fed through openings in the piston cover or through bores through the magnet system.
Der in den Fig. 1 und 2 abgebildete Linearmotor dient der Erzeugung von Hüben bis zu 11 mm und besteht im wesentlichen aus einem Magnetsystem, ähnlich dem, wie es auch für Lautsprecher Verwendung findet, sowie einem Kolben, auf dem mehrere voneinander getrennte Wicklungen (la, 2a) in Nuten nebeneinander angeordnet sind. Die Spulendrähte der einzelnen Spulen werden so zur „Verdrahtungskammer" (lk, 2k) nach vom geführt, daß eine unnötige Verbreiterung des Luftspalts in seinem gesamten Umfang und somit eine unnötige Energieabschwächung vermieden wird. Zu diesem Zweck wird der Kolben mit einem in einem Langloch (In) bzw. einer Bohrung (2n) laufenden Fuhrungsstift (Im, 2m) verdre- hungssicher gelagert, und eine oder mehrere Nuten werden als „Kabelkanal" im Joch (ld ,2j) ausgefrast. Die Ener- gieverluste werden damit nur auf diesen verhältnismäßig kleinen Bereich beschrankt.The linear motor shown in FIGS. 1 and 2 is used to generate strokes up to 11 mm and consists essentially of a magnet system, similar to that used for loudspeakers, and a piston on which several separate windings (la , 2a) are arranged side by side in grooves. The coil wires of the individual coils are led to the "wiring chamber" (lk, 2k) in such a way that unnecessary widening of the air gap in its entire extent and thus unnecessary energy weakening is avoided. For this purpose the piston is rotatably supported with a guide pin (Im, 2m) running in an elongated hole (In) or a bore (2n), and one or more grooves are milled out as a "cable duct" in the yoke (Id, 2j) Energy losses are therefore limited to this relatively small area.
Bei entsprechender Bautiefe und weiteren Wicklungen (la, 2a) wäre der Linearmotor für Hube bis ca. 100 mm zu ver- wenden.With a corresponding construction depth and further windings (la, 2a), the linear motor for strokes up to approx. 100 mm would be used.
Der Servo-Lmearmotor kann neben einem Innenmagneten (Fig. 1) auch noch mit einem zusatzlichen Außenmagneten (Fig. 2) ausgestattet sein. Der Innenmagnet ist obligato- nsch, da zum Pumpen ein großer Spulendurchmesser von großem Vorteil ist. Das Magnetsystem des in Fig. 2 dargestellten Linearmotors ist mit einem zusätzlichen Außen- rmgmagneten (2d) ausgestattet, der mit dem Innenmagneten „m Reihe geschaltet" ist und so zu noch höheren Energien im Luftspalt (2e) fuhrt. Der Magnetfluß wird dabei durch den zusätzlichen Ring aus magnetisch leitendem Material (2j) zum Luftspalt gefuhrt.In addition to an internal magnet (FIG. 1), the servo linear motor can also be equipped with an additional external magnet (FIG. 2). The inner magnet is obligatory because a large coil diameter is a great advantage for pumping. The magnetic system of the linear motor shown in FIG. 2 is equipped with an additional external magnet (2d) which is connected "m series" with the internal magnet and thus leads to even higher energies in the air gap (2e) additional ring made of magnetically conductive material (2j) led to the air gap.
Das Magnetsystem besteht aus einem Magneten (lb, 2b), dessen Qualltat weitgehend Große, Gewicht und Wirkungsgrad des Systems bestimmen, einem scheibenförmigen Joch (lc, 2c) und einem rohrformigen Joch (ld), das den Ma- gnetfluss an die richtige Stelle, nämlich den Luftspalt (le) leitet. Der andere Pol des Magneten erreicht den Luftspalt über die magnetisch leitende Scheibe (lf, 2f) .The magnet system consists of a magnet (lb, 2b), the quality of which largely determines the size, weight and efficiency of the system, a disk-shaped yoke (lc, 2c) and a tubular yoke (ld), which directs the magnetic flux to the right place, namely the air gap (le) conducts. The other pole of the magnet reaches the air gap via the magnetically conductive disc (lf, 2f).
Der Kolben (lg, 2g) wird aus magnetisch nicht leitendem Material hergestellt. Elektrisch soll er schlecht leitend sein, um die Wirbelstrome besonders bei schnellen Bewe- gungen klein zu halten. Der Kolben (lg, 2g) wird mechanisch auf der Scheibe (lf, 2f) und dem aus nicht magne- tisch leitendem Material bestehenden zylindrischem Ring (Außenflache von lh, 2h) gelagert. In Fig. 1 wird der Kolben auch außen auf der Innenflache von ld gelagert. Beim Servo-Lmearmotor kann das bewegte bzw. feststehende Teil entweder das Magnetsystem oder der Spulenkolben sein. Ist das Magnetsystem das bewegte Teil, kann es zusätzlich am Pumpengehause gelagert werden.The piston (lg, 2g) is made of magnetically non-conductive material. Electrically, it should be poorly conductive, in order to keep the eddy currents small, especially during fast movements. The piston (lg, 2g) is mechanically on the disc (lf, 2f) and the non-magnetic Table cylindrical material existing cylindrical ring (outer surface of lh, 2h) stored. In Fig. 1, the piston is also supported on the outside on the inner surface of ID. In the servo linear motor, the moving or stationary part can be either the magnet system or the coil piston. If the magnet system is the moving part, it can also be stored on the pump housing.
Die Wicklungen werden bei diesem Motor nicht umgeschal- tet, um Bewegung zu erzeugen, sondern ausschließlich, um nur die Wicklungen aktiv mit Strom zu speisen, welche sich gerade im energiereichen Luftspalt (le, 2e) befinden. Die Kraft wird durch den Strom bestimmt und die Bewegungsrichtung durch die Stromrichtung. Dadurch, daß lm- mer nur der im energiereichen Luftspalt befindliche Wick- lungsteil stromdurchflossen ist, werden Leistungsaufnahme und Erwärmung auf das notwendige Minimum reduziert.In this motor, the windings are not switched over to generate movement, but only to actively supply the windings with current that are currently in the high-energy air gap (le, 2e). The force is determined by the current and the direction of movement by the current direction. The fact that only the winding part located in the energy-rich air gap flows through current means that power consumption and heating are reduced to the necessary minimum.
Der Luftspalt kann erfmdungsgemaß teilweise oder völlig mit geeigneten Magnetofluiden gefüllt sein. Erfmdungsgemaß kann ferner vorgesehen werden, daß die Vergußmasse der Spulen aus den Magnetfluß fordernden Medien besteht.According to the invention, the air gap can be partially or completely filled with suitable magnetic fluids. According to the invention, it can also be provided that the casting compound of the coils consists of media that require magnetic flux.
Die in den Figuren abgebildeten Beluftungslocher und Be- festigungsbohrungen sind in diesem Zusammenhang unbedeutend und werden hier nicht weiter beschrieben.The ventilation holes and mounting holes shown in the figures are insignificant in this context and are not described further here.
Die Herstellung des erfmdungsgemaßen Antriebs ist dem Fachmann bekannt. Derartige Antriebssysteme werden bei- spielsweise in anderer Form auch in Lautsprechersystemen verwendet. Für die Herstellung des erf dungsgemaßen Antriebs können neben Eisen auch andere magnetisch leitende Materialien verwendet werden, welche dem Fachmann bekannt sind. Die für die Steuerung des erfindungsgemäßen Antriebs erforderliche elektronische Schaltung ist dem Fachmann als solche bekannt. Hierbei können insbesondere Schaltungen verwendet werden, welche beispielsweise für Blutpumpen und Herzunterstützungssysteme bekannt sind. The manufacture of the drive according to the invention is known to the person skilled in the art. Such drive systems are also used, for example, in a different form in loudspeaker systems. In addition to iron, other magnetically conductive materials which are known to the person skilled in the art can also be used for the production of the drive according to the invention. The electronic circuit required for controlling the drive according to the invention is known per se to the person skilled in the art. In particular, circuits can be used here which are known, for example, for blood pumps and cardiac support systems.

Claims

Patentansprüche claims
1. Antrieb für Blutpumpe in Form eines Servo- Linearmotors mit Magnetsystem und mit durch Absolut- Wegaufnehmer kontrolliertem, mechanisch gleitendem Kolben mit umschaltbaren Wicklungen.1. Drive for blood pump in the form of a servo linear motor with a magnet system and with a mechanically sliding piston controlled by absolute displacement sensors with switchable windings.
2. Antrieb für Blutpumpe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, daß am Kolben mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Spulen vorgesehen sind.2. Drive for blood pump according to claim 1, characterized in that several independently controllable coils are provided on the piston.
3. Antrieb für Blutpumpe gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kabelkanal durch eine Nut im Joch und eine verdrehungssichere Lagerung des Kolbens vorgesehen ist.3. Drive for blood pump according to claim 1 or 2, characterized in that a cable channel is provided through a groove in the yoke and a non-rotatable mounting of the piston.
. Antrieb für Blutpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub, die Hubgeschwindigkeit und die Kolbenkraft gesteuert ist.. Drive for blood pump according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the stroke, the stroke speed and the piston force are controlled.
5. Antrieb für Blutpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor im Medium angeordnet ist.5. Drive for blood pump according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that a pressure sensor is arranged in the medium.
6. Antrieb für Blutpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Behälter für das Fördermedium im Inneren des Kolbens angeordnet ist.6. Drive for blood pump according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that an elastic container for the medium is arranged in the interior of the piston.
V . Antrieb für Blutpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Behälter für das Fördermedium außerhalb des Kolbens angeordnet ist. V. Drive for blood pump according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that an elastic container for the conveying medium is arranged outside the piston.
8. Antrieb für Blutpumpe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Behalter für das Fordermedium zwischen zwei derartigen Antrieben angeordnet ist.8. Drive for blood pump according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that an elastic container for the medium is arranged between two such drives.
9. Verwendung eines Servo-Linearmotors mit Magnetsystem und mit durch Absolut-Wegaufnehmer kontrolliertem, mechanisch gleitendem Kolben mit umschaltbaren Wicklungen als Antrieb für Blutpumpen.9. Use of a servo linear motor with a magnet system and with a mechanically sliding piston controlled by an absolute displacement sensor with switchable windings as a drive for blood pumps.
10. Verwendung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Behalter für das Forαermedium im Inneren des Kolbens angeordnet ist.10. Use according to claim 9, characterized in that an elastic container for the Forαmedium is arranged in the interior of the piston.
11. Verwendung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Behalter für das Fordermedium außerhalb des Kolbens angeordnet ist.11. Use according to claim 9, characterized in that an elastic container for the medium is arranged outside the piston.
12. Verwendung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastischer Behalter für das Fordermedium zwischen zwei Servo-Lmearmotoren angeorαnet ist. 12. Use according to claim 9, characterized in that an elastic container for the medium between two servo lmear motors is angeorαnet.
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