Accionamiento lineal y sistema de bombeo, en particular un corazón artificial.

Accionamiento eléctrico lineal, en particular para un sistema de bombeo de un corazón artificial,

con una partemóvil y una parte estacionaria en el que la parte estacionaria está formada mediante una disposición de imanespermanentes y la parte móvil mediante una disposición de bobinas, o a la inversa, y en la que la disposición debobinas y la disposición de imanes permanentes pueden ser movidas entre sí ida y vuelta en sentido axial mediantela aplicación de tensión a la disposición de bobinas, la disposición de bobinas (1) está dispuesta en un entrehierro(5) de la disposición de imanes permanentes (2) extendida en sentido axial, cuyo material magnético estámagnetizado en sentido axial y presenta al menos en sus dos extremos axiales zapatas polares internas y externas(6a, 6b) que se encuentran opuestas entre sí en sentido radial y distanciadas por medio del entrehierro (5), por locual el campo magnético en el entrehierro (5) en el sector de las zapatas polares (6a, 6b) respectivamente opuestasentre sí está concentrado en sentido radial, por lo que se forma al menos un circuito magnético en el que las líneasde flujo magnético atraviesan el entrehierro (5) radialmente tanto de dentro hacia fuera como el entrehierro (5) defuera hacia dentro, presentando la disposición de imanes permanentes (2) imanes permanentes (2) en sentido radialen los dos lados del entrehierro (5) entre las piezas polares (6a, 6b), caracterizado porque la disposición de imanespermanentes (2) presenta un primer imán permanente interior (2a) y un segundo imán permanente exterior (2b),coaxial al primero y separado para la formación de un entrehierro (5), particularmente en sección transversal conforma de marco o anillo.

Accionamiento lineal y sistema de bombeo, en particular un corazón artificial

La invención se refiere a un accionamiento eléctrico lineal, en particular para un sistema de bombeo de un corazón artificial, con una parte móvil y una parte estacionaria en el que la parte estacionaria está formada mediante una disposición de imanes permanentes y la parte móvil mediante una disposición de bobinas, o a la inversa, y en la que la disposición de bobinas y la disposición de imanes permanentes pueden ser movidas entre sí ida y vuelta en sentido axial mediante la aplicación de tensión a la disposición de bobinas, la disposición de bobinas está dispuesta en un entrehierro de la disposición de imanes permanentes extendida en sentido axial, cuyo material magnético está magnetizado en sentido axial y presenta al menos en sus dos extremos axiales zapatas polares internas y externas que se encuentran opuestas entre sí en sentido radial y distanciadas por medio del entrehierro, por lo cual el campo magnético en el entrehierro en el sector de las zapatas polares respectivamente opuestas entre sí está concentrado en sentido radial, por lo que se forma al menos un circuito magnético en el que las líneas de flujo magnético atraviesan el entrehierro radialmente tanto de dentro hacia fuera como el entrehierro de fuera hacia dentro.

Un accionamiento lineal de este tipo se conoce, por ejemplo, por la publicación DE 103 60 713 A1.

Además, la invención se refiere a un sistema de bombeo con un accionamiento de este tipo, en particular un corazón artificial para la asistencia cardiaca intracorpórea o extracorpórea o el reemplazo de órganos, en particular del corazón.

En cuanto en esta descripción de la invención se mencionen características de un accionamiento, dichas características son válidas también para un sistema de bombeo, en particular para un corazón artificial o a la inversa.

Por ejemplo, un sistema de bombeo de este tipo puede reemplazar como corazón artificial intracorpóreamente el corazón y, por lo tanto, salvar la vida a pacientes enfermos del corazón y que, hasta ahora, todavía estaban principalmente dependiendo de un corazón donado. En este caso, contrariamente a otros sistemas estándar aplicados hasta ahora, la calidad de vida del paciente permanece en gran parte conservada.

Los sistemas de asistencia cardiaca son generalmente conocidos en el actual estado de la técnica. Una pluralidad de sistemas de asistencia cardiaca ya ha sido desarrollada en los años 20 y se aplican en el hombre con éxito creciente. En este caso se distingue, generalmente, entre sistemas de asistencia cardíaca y sistemas de reemplazo cardíaco.

En el reemplazo de sistemas de asistencia cardíaca, el corazón está restringido en su funcionalidad, pero todavía continúa cumpliendo una parte de su capacidad de bombeo inicial. A uno o ambos ventrículos se conecta en paralelo o en serie un sistema de bombeo artificial que asiste al corazón. De esta manera se consigue, eventualmente, una recuperación del corazón y, a continuación, el sistema puede ser removido nuevamente.

En caso que el corazón natural este debilitado de tal manera que una asistencia cardíaca no es suficiente para alimentar el cuerpo suficientemente de sangre y no cabe esperar una recuperación del corazón, el corazón natural debe ser extirpado y reemplazado por una alternativa, por ejemplo un corazón artificial o un corazón donado trasplantado.

Pero, como la demanda de corazones donados está en continuo ascenso y, al mismo tiempo, la disposición a donar disminuye, ya no hay a disposición corazones donados suficientes. La inserción de un corazón artificial puede reducir la elevada tasa de mortalidad de los pacientes de la lista de espera.

El Incor es un típico representante del sistema de asistencia cardíaca que ya es aplicado en el hombre. Como sistema reemplazante del corazón se puede aplicar, por ejemplo, el Cardiowest. Los diferentes sistemas de asistencia cardíaca o de reemplazo cardíaco se distinguen fuertemente en estructura y modo de funcionamiento. Los sistemas se pueden dividir en bombas radiales o axiales de trabajo continuo (por ejemplo, Incor) y bombas de desplazamiento pulsátiles (por ejemplo, Cardiowest) .

La transmisión de fuerzas entre accionamiento y membrana de bombeo es realizada mediante conexiones mecánicas rígidas (por ejemplo, Abiocor 2) , hidráulicas (por ejemplo, Abiocor 1) , neumáticas (por ejemplo, Cardiowest) o magnéticas (por ejemplo, Magscrew) . En este contexto, la transmisión de fuerzas se realiza en forma de una fuerza de empuje o un par ya sea directo (por ejemplo, Cardiowest) o mediante una desmultiplicación (por ejemplo, Abiocor 2) .

Se pone especial atención al calor disipado del accionamiento, que puede provocar un deterioro de la sangre en forma de una coagulación. Mediante el llenado parcial o total del accionamiento con líquido refrigerante, que en algunos conceptos sirve al mismo tiempo como lubricante para la disposición de cojinetes, como por ejemplo según el documento US 5.500.111, se intenta transmitir la energía disipada de manera a ser posible homogénea a la sangre y al tejido adyacente.

La disposición de cojinetes de los sistemas de bombeo es realizada con grandes posibilidad de desgaste mediante cojinetes de bolas o de deslizamiento (por ejemplo, Abiocor 2) o casi sin desgaste mediante cojinetes hidrodinámicos, por ejemplo según el documento US 5.360.445 y cojinetes magnéticos. La tendencia es hacia accionamientos de poco desgaste que alcancen al menos un periodo de servicio de 5 años. Para un alivio mecánico de los cojinetes se usan accionamientos simétricos por rotación, en los cuales en un centrado se compensan las fuerzas de atracción entre estator y rotor en máquinas rotativas o bien entre la parte primaria y la parte secundaria en accionamientos lineales. De esta manera, los cojinetes pasan a ser más ligeros y compactos y alcanzan mayores períodos de servicio. Debido a que un centrado ideal es técnicamente irrealizable, se producen en todos los sistemas anteriores fuerzas de atracción entre estator y rotor o bien entre parte primaria y parte secundaria que producen un desgaste prematuro de los cojinetes.

Las mayores coincidencias entre la invención y el estado actual de la técnica la tienen los accionamientos lineales eléctricos sin desmultiplicación, por ejemplo según los documentos US 5.360.445 y US 5.300.111.

Todos los conceptos previos enumerados anteriormente no tienen una fuerza resultante en sentido radial sólo con un centrado ideal de la parte móvil respecto de la parte fija. Debido a que en una parte siempre se usa material ferromagnético y en la otra parte material magnético, entre las dos partes siempre se producen fuerzas de atracción que sólo serían compensadas con un centrado ideal. Como un centrado ideal es técnicamente irrealizable, existen siempre en sentido radial fuerzas más o menos pronunciadas entre las dos partes. Estas, además de la función real de guía, someten los cojinetes a un esfuerzo y los llevan a un desgaste aumentado de los cojinetes, con lo cual se reduce el periodo de servicio.

Los conceptos anteriores no maximizan la densidad de fuerza. Como se describe en la patente de Panton (US 5.300.111) , en el desarrollo de corazones artificiales, la evacuación de calor al tejido adyacente y a la sangre puede ser realizada mediante medidas de refrigeración apropiadas. Más bien, el peso y las dimensiones del corazón artificial son un problema principal debido al espacio muy limitado en la caja torácica debido a una fuerza de empuje predeterminada. Si bien, según el concepto de aplicación de tensión descrito en la patente de Goldowsky (US 5.924.975) , la fuerza está maximizada mediante la selección de segmentos de bobinas y electroimanes de igual longitud con pérdidas óhmicas mínimas, empero la fuerza fluctúa fuertemente, como se ha descrito anteriormente, en función de la condición de solapamiento y no adopta el valor máximo absoluto.

El motivo de ello es una ampliación del campo magnético (dispersión) en los sectores de las bobinas adyacentes sin tensión aplicada. Por lo tanto, para asegurar una fuerza predeterminada, el sistema de accionamiento debe estar diseñado más grande que un sistema que aprovecharía el flujo de dispersión.

Si bien, el concepto según Yeakley (US 6.194.796 B1) utiliza este flujo de dispersión mediante la aplicación de sólo un segmento de bobina, este segmento de bobina largo produce grandes pérdidas óhmicas que reducen fuertemente el grado de eficiencia.

La densidad de flujo magnético en el sector de los segmentos de bobina es en todos los conceptos de la misma magnitud que la densidad... [Seguir leyendo]

1. Accionamiento eléctrico lineal, en particular para un sistema de bombeo de un corazón artificial, con una parte móvil y una parte estacionaria en el que la parte estacionaria está formada mediante una disposición de imanes permanentes y la parte móvil mediante una disposición de bobinas, o a la inversa, y en la que la disposición de bobinas y la disposición de imanes permanentes pueden ser movidas entre sí ida y vuelta en sentido axial mediante la aplicación de tensión a la disposición de bobinas, la disposición de bobinas (1) está dispuesta en un entrehierro (5) de la disposición de imanes permanentes (2) extendida en sentido axial, cuyo material magnético está magnetizado en sentido axial y presenta al menos en sus dos extremos axiales zapatas polares internas y externas (6a, 6b) que se encuentran opuestas entre sí en sentido radial y distanciadas por medio del entrehierro (5) , por lo cual el campo magnético en el entrehierro (5) en el sector de las zapatas polares (6a, 6b) respectivamente opuestas entre sí está concentrado en sentido radial, por lo que se forma al menos un circuito magnético en el que las líneas de flujo magnético atraviesan el entrehierro (5) radialmente tanto de dentro hacia fuera como el entrehierro (5) de fuera hacia dentro, presentando la disposición de imanes permanentes (2) imanes permanentes (2) en sentido radial en los dos lados del entrehierro (5) entre las piezas polares (6a, 6b) , caracterizado porque la disposición de imanes permanentes (2) presenta un primer imán permanente interior (2a) y un segundo imán permanente exterior (2b) , coaxial al primero y separado para la formación de un entrehierro (5) , particularmente en sección transversal con forma de marco o anillo.

2. Accionamiento lineal según la reivindicación 1, caracterizado porque entre las zapatas polares (6a, 6b) del extremo axial está dispuesto al menos un par de zapatas polares distanciado mediante el entrehierro (5) y opuestos uno al otro en sentido radial, que concentran el campo magnético en sentido radial.

3. Accionamiento lineal según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque un imán permanente de la disposición de imanes permanentes (2) presenta en sentido axial al menos un cambio de polarización.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el espesor de las zapatas polares (6a, 6b) aumenta en sentido radial hacia el entrehierro (5) .

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la disposición de bobinas (1) presenta al menos dos segmentos de bobinas (1a, 1b, 1c, …) dispuestos en sentido axial uno detrás de otro aplicables con tensiones diferentes, estando aplicada la tensión, en particular, mediante un control de orden superior solamente a aquellos segmentos de bobina (1a, 1b, 1c, ...) localizados en el sector de las zapatas polares (6a, 6b) .

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los segmentos de bobinas (1 a, 1 b, 1 c, …) y/o las zapatas polares (6a, 6b) en sentido axial son de anchura diferente.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque al mismo tiempo pueden ser desconectados de tensión los segmentos de bobinas (1a, 1b, 1c, ., .) en los que el campo magnético no presenta la fuerza suficiente.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque el paso entre el estado sin tensión y el estado con aplicación de tensión de los segmentos de bobina (1 a, 1 b, 1c, ., .) es ajustable, particularmente de manera continua en función de la posición.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque está previsto un control superior que está dispuesto para aplicar a los segmentos de bobinas (1 a, 1 b, 1 c, ., .) tensión en función de la posición.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque para la determinación de la posición local de los segmentos de bobinas está prevista al menos una disposición de sensores, en particular una disposición de sensores con una barrera óptica para la determinación de una posición inicial y/o una disposición de sensores para, en particular, la determinación óptica de un sentido de movimiento y/o amplitud de movimiento.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una aplicación de tensión a una disposición de bobinas (1) está conformada por al menos dos conductores eléctricos (8a, 8b) configurados de forma helicoidal.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado porque al menos dos conductores (8a, 8b) se rodean uno al otro helicoidalmente en un plano.

13. Dispositivo según las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado porque al menos dos conductores están dispuestos en capas en espiral con aislamiento intercalado.

14. Dispositivo según la reivindicación 13, caracterizado porque múltiple conductores dispuestos en capas en una espiral comienzan y/o terminan con un desplazamiento en sentido helicoidal.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la disposición de bobinas (1) está fijada a un elemento de transmisión de fuerzas (3) que está montado en un sector medio, en particular de manera coaxial en la disposición de imanes permanentes (2) y se extiende a través de la disposición de imanes permanentes (2) .

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque el elemento de transmisión de fuerzas (3) presenta axialmente a ambos lados de la disposición de imanes permanentes (2) placas de presión (3b) mediante las cuales es posible ejercer una fuerza sobre elementos circundantes, en particular una membrana (4a) de una cámara de bombeo (4) .

17. Sistema de bombeo, en particular un corazón artificial, con un accionamiento eléctrico lineal según una de las reivindicaciones precedentes.