基于Halbach陣列的人工心臟永磁電機(jī)的設(shè)計.pdf

1、對于終末期心力衰竭者，人工心臟一直是心臟康復(fù)的有效治療手段和移植手術(shù)的過渡橋梁。本文研究的人工心臟通過電機(jī)驅(qū)動葉輪旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生符合生理要求的血流。由于在人體內(nèi)使用的特殊性，驅(qū)動電機(jī)要求體積小、重量輕、轉(zhuǎn)矩波動小。本文提出了一種基于Halbach陣列的人工心臟永磁電機(jī)的設(shè)計方案，并通過有限元仿真與水力實驗評價樣機(jī)在人工心臟應(yīng)用中的可行性。
　　首先，介紹了Halbach陣列永磁電機(jī)的基本性質(zhì)，分析了基于正弦波電流驅(qū)動的Halbac

2、h陣列永磁電機(jī)的工作原理和運行性能。根據(jù)人工心臟電機(jī)的使用要求，采用經(jīng)典理論確定了人工心臟Halbach陣列永磁電機(jī)的初步設(shè)計方案，計算得到各參數(shù)設(shè)計值。
　　其次，應(yīng)用Ansoft有限元仿真軟件對Halbach陣列永磁電機(jī)進(jìn)行了數(shù)值研究，對電機(jī)進(jìn)行靜態(tài)和瞬態(tài)仿真、負(fù)載仿真以及參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，并運用Matlab軟件對電機(jī)氣隙磁通密度的徑向分量進(jìn)行諧波分解。靜態(tài)和瞬態(tài)仿真結(jié)果表明，與課題組原先設(shè)計的傳統(tǒng)徑向充磁電機(jī)相比，Halbach

3、陣列電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯厚度減小0.35mm，氣隙磁密幅值增加0.21T，感應(yīng)電動勢幅值增加5V，齒槽轉(zhuǎn)矩幅值減小2.05mN。負(fù)載仿真顯示，Halbach陣列電機(jī)在三相繞組輸入幅值為0.6A的正弦波電流時，平均電磁轉(zhuǎn)矩為17mN，轉(zhuǎn)矩波動范圍為16～18mN。經(jīng)參數(shù)優(yōu)化后，每極磁鋼分塊數(shù)為4，厚度為1.5mm的Halbach陣列電機(jī)的感應(yīng)電動勢波形為理想的正弦波，齒槽轉(zhuǎn)矩幅值為1.2mN。然后根據(jù)優(yōu)化后的電機(jī)參數(shù)制作Halbach陣列樣機(jī)。<

4、br>　　最后，搭建左心血液循環(huán)模擬系統(tǒng)實驗平臺，對Halbach陣列電機(jī)驅(qū)動的人工心臟進(jìn)行了水力實驗研究。實驗結(jié)果表明，與原傳統(tǒng)徑向充磁電機(jī)相比，Halbach陣列電機(jī)輸入電壓平均降低28.8％，輸入電流平均降低23.7％。當(dāng)設(shè)計的Halbach陣列永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速超過11500rpm時，可以驅(qū)動人工心臟產(chǎn)生符合生理要求的流量
　　(3～6L/min)和壓力(90～140mmHg)。本文的研究證明了基于Halbach磁體陣列的永磁電