專利名稱：用流體冷卻并且具有高功率系數(shù)的電動(dòng)馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體冷卻的有高功率系數(shù)的電動(dòng)馬達(dá)，含有一個(gè)由聚合材料注射模制并且封閉一個(gè)定子的馬達(dá)殼，尤其涉及一種可以引入體內(nèi)的血管系統(tǒng)以驅(qū)動(dòng)位于體內(nèi)的血泵的微型馬達(dá)。
WO98/44619說明一種是用于引入患者體內(nèi)的血泵的部件的微型馬達(dá)。所述的微型馬達(dá)有一個(gè)用聚合材料注射模制并且外徑不超過8.0毫米的馬達(dá)殼。所述馬達(dá)是在患者的血管系統(tǒng)中泵送血的血泵的部件，血液沿馬達(dá)殼流動(dòng)，從而冷卻馬達(dá)。因?yàn)榫酆喜牧蠠醾鲗?dǎo)性差，在馬達(dá)殼內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)高的溫度。因?yàn)闊崴啃?yīng)，出現(xiàn)60℃的溫度。盡管所述馬達(dá)殼由流經(jīng)馬達(dá)殼的37℃血液冷卻，但從馬達(dá)殼伸出的軸溫度仍較高。存在著對(duì)溫度敏感的介質(zhì)血液被過高的軸溫度破壞的危險(xiǎn)。密封溫度較高的軸的密封受到較大的磨損，從而降低了微型馬達(dá)的使用壽命。而且，必須考慮到馬達(dá)內(nèi)高的內(nèi)部溫度使效率降低的事實(shí)。用于微型馬達(dá)，尤其是它們往往依賴于電池電源，高效率是至關(guān)重要的。馬達(dá)中的過高內(nèi)部溫度和伴隨的效率下降，有效的機(jī)械功率也降低了。
本發(fā)明的目的是提供一種改善了散熱的流體冷卻微型馬達(dá)。
根據(jù)本發(fā)明，所述目的是用權(quán)利要求1所述的特征解決的。在本發(fā)明的微型馬達(dá)中，馬達(dá)殼的聚合材料包括一種導(dǎo)熱的電絕緣填料。這種填料使所述的馬達(dá)殼有高的傳導(dǎo)性，從而在殼內(nèi)部發(fā)生的熱可以較好地傳輸?shù)街車难褐?。?yōu)選地，所述的填料是陶瓷材料，尤其是三氧化二鋁。由于這種材料，給定相應(yīng)的填充量，熱塑性塑料或硬塑料的熱傳導(dǎo)率可以從典型的0.05W/mK顯著地提高到2W/mK而不增加電導(dǎo)率。據(jù)發(fā)現(xiàn)，在液體溫度為37℃下，所述馬達(dá)的內(nèi)部溫度能從初始的60℃降低到40℃至45℃之間。在馬達(dá)內(nèi)部沒有發(fā)生熱積聚，因?yàn)闊醾鲗?dǎo)的殼提供了較好的向血液的熱傳遞。因此，電動(dòng)馬達(dá)的部件受到較少的熱應(yīng)力，從而也受到較少的磨損。而且，馬達(dá)可以以提高了的效率工作。
馬達(dá)殼的長(zhǎng)度至少是該殼的外徑的兩倍。因此，這是一種有小直徑的細(xì)長(zhǎng)馬達(dá)殼。這種馬達(dá)殼有相對(duì)于體積的大的表面積，含在殼壁中的填料，結(jié)合大的殼表面，允許向流經(jīng)此殼的媒介進(jìn)行有效的熱傳遞。優(yōu)選地，馬達(dá)殼的長(zhǎng)度至少是外徑的2.5倍，特別是至少3倍。
在注射模制或真空模制微型馬達(dá)的制造中，填料也是起著有利的作用，因?yàn)檩^小的熱固化性塑料的厚度和提高的傳熱性，大量的填料減少塑料的固化時(shí)間。從而顯著地降低了在烘箱中的加熱固化時(shí)間。
填料的量應(yīng)當(dāng)至少是重量的百分之40，以達(dá)到顯著增加基體質(zhì)材料中熱傳導(dǎo)性的目的。把初始為細(xì)粉末的填料混合進(jìn)液態(tài)聚合材料中，然后用注塑、浸透及類似方法成型。
微型馬達(dá)內(nèi)的一種重要的熱絕緣體是用線圈形成的。繞組之間存在充以空氣的腔，空氣形成理想的熱絕緣體。而且，各根電線上還覆有絕緣層，這也形成為好的熱絕緣體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有獨(dú)立重要性的優(yōu)選實(shí)施例，定子線圈的空腔中填充包括導(dǎo)熱填料的聚合材料。因此，線圈良好的熱導(dǎo)體，在此線圈中發(fā)生的電流生發(fā)的熱以較小的熱阻散發(fā)到鐵芯和/或馬達(dá)殼上。填充所述空腔的聚合材料引起向鐵芯迭片結(jié)構(gòu)的熱傳遞得以改善，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)而把熱傳遞到馬達(dá)殼上。把裝有填料的聚合材料引入到線圈的空腔中是結(jié)合使用真空和加壓通過浸透或者澆注適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行，在此有意地把所有的空腔都用導(dǎo)熱聚合材料填充。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中

圖1是微型馬達(dá)和連接在其上的泵的縱剖視圖，而圖2是代表圖1中的細(xì)節(jié)II處的放大圖。
下面說明的圖1已經(jīng)形成了WO/98/44619的主題。
圖1示出一個(gè)血管內(nèi)血泵10，即能夠經(jīng)患者的血管推進(jìn)以到達(dá)心臟的血泵。一般地這樣的血泵的外徑不論何處都不超過8毫米。
泵10有一個(gè)驅(qū)動(dòng)部11和與之剛性地連接泵部12。驅(qū)動(dòng)部11包括一個(gè)有細(xì)長(zhǎng)的圓柱形殼20的微型電動(dòng)馬達(dá)21。在尾端，殼20與柔性的導(dǎo)管14以密封的方式毗鄰的端壁封閉。用于向電動(dòng)馬達(dá)21供電和用于控制電動(dòng)馬達(dá)21的電線23與連接到血泵10的傳感器的其它電線23a一起穿過導(dǎo)管。
以常規(guī)的方式，馬達(dá)定子24有多個(gè)圓周分布的線圈24a，由金屬片制成的縱向延伸的磁軛24b。它擠壓成型地覆以馬達(dá)殼20。所述的定子封閉連接在馬達(dá)軸25上并且由沿作用方向磁化的永久磁鐵構(gòu)成的轉(zhuǎn)子26。軸承27支承在馬達(dá)殼中或者說端壁22中的馬達(dá)軸的后端。所述的軸沿馬達(dá)殼20的整個(gè)長(zhǎng)度延伸，并且由此向前伸出。
馬達(dá)殼的前端由靜止的轂件30形成，所述轂件是殼20的整體部分。轂件外徑向設(shè)有支承馬達(dá)軸25的軸承33處的前端漸細(xì)。所述的軸承同時(shí)設(shè)計(jì)成軸封。
馬達(dá)軸25從轂件30向前突出并且承載一個(gè)推進(jìn)器輪34，一個(gè)轂35位于軸端，并且各葉片36或者說泵輪葉從轂35突出，并且對(duì)于推進(jìn)器輪34傾斜。推進(jìn)器輪34含在一個(gè)圓柱形的泵殼32中，泵殼32連接到一個(gè)轂件30上的環(huán)38上，所述連接經(jīng)三個(gè)圓周分布的連接板39建立。由圖可見，馬達(dá)殼20和泵殼32剛性地連接并且外徑相同，并且泵10的直徑不論任何處都不大于所述的外徑。
在推進(jìn)器輪34旋轉(zhuǎn)時(shí)，血液通過泵殼32的入口37輸入，并且在泵殼32中沿軸向向后被推動(dòng)。經(jīng)過泵殼32與馬達(dá)殼20之間的環(huán)形間隙，血流向外沿轂件30流動(dòng)，以進(jìn)一步沿馬達(dá)殼20流動(dòng)。這保證了驅(qū)動(dòng)中產(chǎn)生的熱的散發(fā)，沒有任何由馬達(dá)殼20上過高的表面溫度(41℃以上)造成的血液損壞。
還有可能把供電方向反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)泵部分12，這時(shí)血液沿馬達(dá)殼抽入并且從前端孔37軸向流出。
一個(gè)與線路23a連通的壓力傳感器68嵌入馬達(dá)殼20的圓周壁中。所述的線路23封裝在殼20中并且經(jīng)前壁伸出，進(jìn)入導(dǎo)管14中。在導(dǎo)管的近端，線路23a和電線23可以連接到控制泵10工作的體外的控制裝置上。
微型馬達(dá)21通過用其中插入載有定子部件24a、24b的型芯的注射模制制造。然后把聚合材料注入進(jìn)所述的模。此后，從馬達(dá)殼20撤出注模和型芯，最終地通過轂件30的孔31安裝轉(zhuǎn)子26。
使用的聚合材料優(yōu)選地是包括重量至少40％的填料的液態(tài)環(huán)氧樹脂。使用的填料是三氧化二鋁的細(xì)粉末。
在定子24的線圈24a中產(chǎn)生的電流生發(fā)的熱首先轉(zhuǎn)移到鐵芯結(jié)構(gòu)24b，然后，經(jīng)過熱傳遞，由此傳到馬達(dá)殼20。因?yàn)轳R達(dá)殼20有良好的熱傳導(dǎo)性，向著以37℃在馬達(dá)殼周圍流動(dòng)的血液的溫度梯度是低的。
圖2示出線圈24a的繞組40，其中，每個(gè)導(dǎo)線設(shè)有一個(gè)絕緣層41。繞組線間或者其絕緣間的間隔中填充含有三氧化二鋁填料的聚合材料42。這里填料量還是重量比至少是40％。填充空腔的聚合材料42與鐵芯迭片結(jié)構(gòu)24b有充分的表面接觸，鐵芯迭片結(jié)構(gòu)24b與馬達(dá)殼20有充分的表面接觸。
由于改善了冷卻，能夠達(dá)到轉(zhuǎn)速為每分鐘30,000轉(zhuǎn)的5W的高機(jī)械功率輸出。因?yàn)樵谒械鸟R達(dá)部件中顯著地改進(jìn)了熱傳導(dǎo)性，并且顯著地改善了線圈、鐵芯和馬達(dá)殼之間的過渡處的熱耦連，可以顯著地降低馬達(dá)內(nèi)部的溫度。
因此，在所述的結(jié)構(gòu)中，從馬達(dá)的內(nèi)部向外側(cè)轉(zhuǎn)移10W的熱僅需要Δδ＝5-8K的溫度差，與此相對(duì)照，在使用無填充聚合材料時(shí)，需要Δδ＝18-25K的溫度差。
用聚合材料42完全填充所有繞組的空腔還使得有，在線圈的內(nèi)表面上的平滑和絕緣的線圈覆層43。當(dāng)馬達(dá)設(shè)計(jì)成無電刷的同步電機(jī)時(shí)，在所述的線圈是完全封裝的情況下能夠驅(qū)動(dòng)內(nèi)部充滿液體的馬達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種流體冷卻電動(dòng)馬達(dá)，帶有聚合材料制造并且封閉定子(24)的馬達(dá)殼(20)，馬達(dá)殼的長(zhǎng)度至少是馬達(dá)殼外徑的兩倍，其特征在于，馬達(dá)殼(20)的聚合材料含有導(dǎo)熱的電絕緣填料。
2.權(quán)利要求1所述的電動(dòng)馬達(dá)，其特征在于，所述填料是三氧化二鋁。
3.權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)馬達(dá)，其特征在于，所述填料的量至少占重量的百分之40。
4.權(quán)利要求1至3之一所述的電動(dòng)馬達(dá)，其特征在于，定子(24)含有其空腔填充包括導(dǎo)熱填料的聚合材料(42)的線圈。
5.權(quán)利要求4所述的電動(dòng)馬達(dá)，其特征在于，填充空腔的聚合材料(42)與周圍的磁軛片結(jié)構(gòu)(24b)導(dǎo)熱接觸。
6.權(quán)利要求1至5之一所述的電動(dòng)馬達(dá)，其特征在于，由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的泵部分也包括填料。
7.權(quán)利要求4或5所述的電動(dòng)馬達(dá)，其特征在于，線圈有由所述聚合材料制造的平滑的絕緣內(nèi)表面。
全文摘要
一種微型馬達(dá),帶有聚合材料制造的馬達(dá)殼(20)。所述的殼(20)包圍定子(24)。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)泵部件(12),泵沿馬達(dá)殼(20)推進(jìn)流體。馬達(dá)殼(20)的聚合材料含有電絕緣的導(dǎo)熱性填料,特別是三氧化二鋁。從而馬達(dá)殼中的溫度降低,定子線圈(24a)的空間能填充含有導(dǎo)熱性填料的聚合物材料。馬達(dá)的內(nèi)部溫度由于繞馬達(dá)流動(dòng)的液體帶走熱量的結(jié)果而降低。所述微型馬達(dá)特別用于血管內(nèi)血液泵。
文檔編號(hào)H02K7/14GK1329770SQ99813971
公開日2002年1月2日 申請(qǐng)日期1999年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月2日
發(fā)明者索爾斯坦·西斯 申請(qǐng)人:因派樂心血管技術(shù)股份公司