磁悬浮心脏泵永磁轴承的研究

发布时间：2020-06-26 15:21

【摘要】： 心室辅助装置(简称心脏泵)是一种部分或全部替代心脏泵血功能的装置。传统旋转式心脏泵在轴承的支承处存在摩擦,因此带来了溶血、血栓等一系列问题。为了解决这些问题,本课题设计了轴流式心脏泵磁悬浮轴承一转子系统。该系统径向悬浮采用四自由度永磁轴承,轴向采用电磁轴承,实现五自由度全悬浮,为心脏泵的应用研究提供了理论基础和实验依据。 本文主要工作如下: 1、根据轴流式心脏泵的结构特点,设计了径向永磁轴承的结构。 2、对永磁轴承建模的静态磁路法、通用模型法、等效磁荷法和有限元法进行了分析比较,选择有限元法建立四自由度永磁径向轴承刚度和承载力的数学模型。 3、根据电磁学、转子动力学等原理,确定了永磁轴承的设计对径向刚度的要求。编写了基于有限元FEMM和MATLAB的永磁径向轴承计算程序,对永磁轴承的尺寸参数进行了优化分析,得到满足刚度要求的永磁材料尺寸参数。 4、根据心脏泵轴承-转子系统受力分析,结合轴向电磁轴承的设计,设计了轴流式心脏泵开放式实验模型。对径向轴承产生的轴向力进行了实验分析,并实现了心脏泵转子的径向和轴向全悬浮。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH133.3
【图文】：

轴向力的数学模型。谭庆昌[48l在第3.1节中假设(l)的基础上，结合等效磁荷法，根据两个点磁荷之间作用力关系，以径向磁化的径向轴承为例，建立了径向磁轴承的数值积分模型。如图3一6所示，径向磁轴承径向力只的数学模型为:{{{j· ·lll健 1Irl{1111111 !!!){{{图3一6等效磁荷法径向磁化数学模型_-一B-，凡，-户【=户，，十户，‘一户‘，一户，‘二礁库又b23十b“一b13一bZ‘’(3一24)式中凡4汽4汽3—外磁环内表面与内磁环内，外表面之间作用力的径向分量汽3—外磁环外表面与内磁环内，外表面之间作用力的径向分量应二应二凡凡RR(s_+Reosa一Reos6)dad6dxdxlS=l一，.!一‘’!一!一二工卫三兰二二二二几二一二卫二二卫二二二二卫二二二二止(3一25)BijB。·[(x，+:。一:)2+(:

径向永磁轴承一般采用工艺比较简单、价格经济、内部结构均匀的轴向充磁永磁铁材料制作。基本结构在第二章已经介绍，每个径向永磁轴承通常控制两个自由度，四自由度径向永磁轴承需要由两对永磁轴承组成。图4一l所示为本课题选用的永磁轴承结构及其参数符号:子子定转----一--扣扣 扣----一奋奋上 上 !!!}}}l一 一 一一一一 kkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkkk------补 补 补-----争 争争 rrr-一---卜一----补土_一g个图4一1轴向充磁永磁轴承结构示意图选择定子尺寸必20*砂15*smm、转子娜O*必5*Slnm的永磁轴承的径向悬浮系统，采用FEMM有限元分析法，对图4一1所示的每对永磁轴承建立数学模型并计算后得仿真磁场分布如图4一2所示:仑仑仑仑仑仑仑仑仑 仑··巳， ，，，，，，，砂砂砂砂砂砂砂砂砂砂d:::::“““『洲洲洲洲洲洲洲洲洲轰轰轰 lll黔黔 }}}蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸 )))))))))))))撇蘸鬓戳撇羹羹口口撇 撇 撇 撇 撇撇撇曝黝黝鑫 鑫口口罐 罐 罐 罐 罐罐罐蘸撮熬 !!!口口黝 黝 黝 黝 黝黝黝蒸… …立立目 目 目 目 目 目目目黔黔黔 )))舞舞黎黎翼鬓纂纂纂 纂士士瓤瓤瘫藻藻巍撇蓦蓦蓦蓦蓦蓦蓦蓦蓦蓦蓦蓦蓦蓦曰 曰 曰 曰曰曰嘛嘛嘛画画画9习2曳.印1:>1.045e+印O9.402酬闰1:9.9巧e‘田18.田0分田1:9.闷工e.田1a358e目印1:a庆刃卜印17.田5分印1旧.3田e，印17.313e{刃1:7.8书日王扣16.7如e.印1:7.313e，田16.邵印{刃1:6.79由，001 5.746e{扣1:6.2印e

【参考文献】

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本文编号：2730502