磁懸浮人工心臟泵用永磁無刷直流電機(jī)及其控制的設(shè)計研究.pdf

1、心力衰竭是當(dāng)今世界共同面臨的一個難題，人工心臟泵的出現(xiàn)為心力衰竭的治療提供了一條有效的途徑。磁懸浮技術(shù)憑借其無接觸無摩擦的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域。磁懸浮人工心臟泵發(fā)展迅速，可以解決機(jī)械軸承心臟泵存在的溶血和血栓問題，增加心臟泵的使用壽命和穩(wěn)定性。人工心臟泵正常工作需要驅(qū)動電機(jī)提供動力，兩者的性能和參數(shù)直接相關(guān)，人工心臟泵作為植入式醫(yī)療器械，對驅(qū)動電機(jī)的體積、效率要求極為嚴(yán)格。本課題基于國內(nèi)外的研究情況，設(shè)計了一種磁液混合懸浮、體積小、

2、泵機(jī)一體化的直驅(qū)型軸流式人工心臟泵，研制了適用于人工心臟泵的新型永磁無刷直流電機(jī)及其控制器，電機(jī)定子采用無槽結(jié)構(gòu)，盡可能增大了葉輪的布置空間，實驗表明，所研制的驅(qū)動電機(jī)基本滿足人工心臟泵的指標(biāo)要求。
　　本文首先綜述了人工心臟泵及其驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀和趨勢，詳細(xì)介紹了國內(nèi)外先進(jìn)的心臟泵產(chǎn)品，闡述了永磁無刷直流電機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型，并重點介紹了無槽電機(jī)的特點和電磁特性，在此基礎(chǔ)上，提出了本論文所采用的研究方法。
　　

3、本文從經(jīng)典磁路計算和有限元仿真兩個方面對電機(jī)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計和優(yōu)化。在磁路計算中，針對無槽電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)，對傳統(tǒng)磁路計算的公式進(jìn)行了修正，提高了磁路設(shè)計的計算精度。使用Ansoft軟件對無槽無刷直流電機(jī)進(jìn)行建模仿真，重點分析了驅(qū)動電機(jī)的靜態(tài)磁場分布、帶載起動特性和額定損耗等問題。本文的設(shè)計方法將磁路計算的快速和有限元仿真高精度的特點相結(jié)合，設(shè)計并制造了滿足人工心臟泵要求的驅(qū)動電機(jī)。在驅(qū)動控制部分，選用MicroLinear公司生產(chǎn)的無刷直