大间隙磁力传动装置的控制系统研究

发布时间：2020-03-18 08:06

【摘要】： 磁力传动是以永磁材料或电磁机构产生的磁力作用实现力或力矩非接触式传递的一种新技术,克服了机械传动中机件磨损的严重缺陷,具有机械式传动无可比拟的优势。目前,磁力传动的研究主要是基于主、从磁极间距为小间隙的磁力传动系统的磁场分布、传递电磁转矩等方面,在人工心脏的驱动研究过程中,外磁场驱动方式的提出有效地解决了以往血泵供能系统的不足,通过非接触式磁场驱动,解决了一系列传统血泵驱动方式难以克服的工程和医学上的困难。 本文以当前国内外磁力传动技术研究成果为平台,大间隙磁场驱动轴流式血泵为研究对象,心室功作为血泵输出的控制目标,提出了一种基于行波磁场的主动磁极静止式大间隙磁力传动系统,用电磁体代替“电机-永磁转子”结构,避免了高频率、高转速下由于电机易损坏的缺陷,使得结构简单、可传动间隙大、可靠性和实用性好,具有重要的创新意义。 通过对这种全新的驱动方式的探索研究,提出了用以实现交变磁场的静止式电磁体机械结构,并基于单片机设计了驱动控制电路,通过理论和实验相结合,计算能量传递效率。主要研究内容如下: 1.基于主动磁极静止式的驱动思想,设计电磁体机械结构,根据电磁场相关理论,建立电磁体在空间某处产生的磁感应强度的数学模型,据此确定最佳的电磁体设计参数; 2.分析电磁体同血泵永磁转子的空间磁场耦合过程,得出电磁体线圈的脉冲控制方式,基于单片机,设计驱动控制电路,编写控制程序,并通过仿真软件预先修正电路中各元件参数,指导电路板的制作; 3.以计算电磁学、电磁场机电能量转换为基础,通过对大间隙磁力驱动系统能量传递过程的分析,得出能量传递各部分功率损耗,建立磁场能量传递效率的数学模型; 4.搭建血泵综合实验台,进行血泵驱动实验,得到输出电流与血泵转速、泵水高度的对应关系曲线,根据实验结果以及建立的磁场能量传递效率模型,计算大间隙磁力传动系统的能量传递效率,为磁能量传递规律的进一步深入研究奠定了基础。
【图文】：

医学及流体动力学等多门学科，其研究已在全世界范围展开，各种原理不同的血泵己应用于临床，并逐步趋于产品化困45]。图1一 5Jarvik微型轴流式血泵早期开发的人工心脏辅助装置中的血泵，采用仿生学的基本原理140]，属于容积式血泵，结构类似于人的自然心脏，都是搏动的，但体积大，不易植入。其后出现的叶轮泵，是一类非仿生性的血泵，，它结构相对简单、体积小，尤其适合于永久性植入体内时采用。目前，英国的Jarvik一Z000t4，}(如图l一5所示)、美国的Hempump汇48]、德国的 HeartMate[49]以及日本的valvo一pump[，01等是目前fL种具有代表性的植入式微

主动磁极线圈图2一2电磁线圈驱动永磁体示意图力传动方式的最大特点是主动磁极保持静止，用电磁体代替“电机一永磁转子”结构，如图2一2所示，产生一路行波磁场来驱动从动永磁体转动，其转子是由径向充磁的永磁体构成，两端装有轴承，从而可带动与从动永磁体同轴的其它部件转动，如图2一3所示，即为采用这种系统制作的轴流式血泵。这种全新的磁力驱动系统由于不需要动力电机，故而使得结构简单、传动间隙大、安全可靠性和实用性好
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH139

【引证文献】

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本文编号：2588469