血泵永磁无刷直流电机结构优化及性能研究
发布时间：2021-10-07 07:58
心力衰竭是一种常见的临床综合症,对于终末期心力衰竭的患者一般采用心脏移植的方式进行治疗,但是心脏供体极其缺乏。而血泵既可用于短期辅助治疗,也可替代人体心脏进行永久性辅助治疗,因此血泵是目前解决心力衰竭问题的最有效方式。本文的研究目的是为了使血泵朝着小型化方向发展,不仅需要血泵电机具有较小的体积,更高的效率,稳定的转速和更广的转速范围,而且还需要具有良好的驱动性能,因此设计出具有以上特点的永磁无刷直流电机对于开发出良好驱动性能的血泵,具有十分重要的作用。本文选取了血泵永磁无刷直流电机的单定子单转子有槽的拓扑结构,基于电机的结构组成及工作原理,优选了永磁体的材料,并利用与径向电磁场相类似的分析方法,提出了轴向磁通电机的等效磁路模型,然后基于等效模型推导出永磁电机的基本电磁关系,完成了电机基本尺寸的设计。针对电机结构设计的方案,通过多目标算法对于设计参数进行优化和分析。利用NSGA-II算法以电机线圈半径、铁心半径和气隙厚度为参数对电机的效率、电磁转矩和体积进行了多目标优化,选取到最优的一组设计参数,为后面的制作电机奠定了基础。本文通过仿真软件对于所设计的电机进行了电磁场的分析,研究了电机的...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
早期人
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-2-重威胁到了患者的生命安全。针对以上问题，本课题将对目前血泵电机结构优化及驱动控制研究，从而开发出具有良好驱动性能的血泵微特电机，对血泵进一步的临床医用奠定基矗1.2血泵的国内外研究现状1.2.1血泵的国外研究现状人们对于人工心脏的研究从19世纪初期开始，在1812年LeGallois等人最早就提出了通过体外灌注的方法来确保体内或者体外器官存活的这一想法[5]。在1957年，WillemJohanKolff和TetsuzoAkutsu两人成功地在狗体内安装了一个液压的人工心脏，并让他存活了90多分钟，这是人类第一次提出“人工心脏”的概念，这是人类历史上人工心脏的雏形[6]。在1963年，DeBakey等人在心脏手术中为一名低心排血量的患者植入了气动式血泵，该患者最终成功康复，并且成为世界上第一个成功利用心室辅助装置治疗的病例[7,8]。a)Liottab)Jarvik7c)Abiocor图1-1早期人工心脏结构图Fig.1-1Structuraldiagramofearlyartificialheart1969年，美国的Cooley医生将如图1-1所示a)的Liotta心脏泵移植到患者的体内，来作为心脏移植前的过渡治疗，这是第一颗气动驱动的气体驱动式全人工心脏移植到人体内，但是移植后仅仅存活了64小时就去世了。1978年，美国科学家亚尔维克（Jarvik）建立了如图1-1b)所示的人工心脏的“Jarvik模型”，他也是第一个永久性的TAH——Jarvik7的发明者[9]。1982年12月2日，Jarvik7首次植入一位61岁的患者体内，手术由犹他大学医学中的心德里夫（DeVries）和乔伊斯（Joyce）医生实施，但是在手术后该患者只存活了112天就去世了[10]。在2001年，如图1-1c)所示的AbioCor（是世界上第一个完全内置的TAH，是
诚呷ψ槌傻模??诿拦??该人工心脏首次植入人体。此后DeBakey和Noo两位医生向美国宇航局NASA寻求技术上的支持，对于用在火箭上叶片泵进行了技术改造，并且一起合作研发了植入式连续流人工辅助心脏(也可以称作心室辅助装置VAD)，并取得了当阶段成功的实验验证[11]。从此，具有小形而可靠的连续流动VAD的血泵装置被广泛的认可，成为人工心脏研究的主要方向。2008年美国FDA批准Thorate公司的HeartMateII作为心力衰竭的治疗的产品，第二年HeartWare公司的HVAD获得BTT治疗欧洲CE许可[12,13]。a)Jarvik2000b)HeartwareHVAD图1-2心室辅助装置图Fig.1-2Ventricularassistdevice根据人工心脏的发展进程，现阶段对于心室辅助装置的研究可分为三代，第一代是以气体驱动方式为主的容积式泵，它的主要结构是以弹性材料组成的血泵囊腔，其中它囊腔是用来存储血液的，腔室的两端是有进出两个接口与医用导管相连接，在两个接口处分别设置单向阀，其作用是使得血液单向流动，防止倒流发生生命危险。与此同时通过正负压力气体、液体等方式来驱动囊腔能够进行周期性的运动。当囊腔的内壁受到外力的影响时，囊腔的容积被迫进行了改变，以来完成泵血的功能。脉动式的人工心脏按照固定频率的泵血，符合人体的自然生理特性，而且对血泵内的血液损害较校但是该产品体积较大，各个零件都容易产生损耗，并且效率低需要对于植入的患者实时监控等问题。第二代是指具有与血液相接触的轴承且密封的连续流式的血泵，主要代表性的血泵包括如图1-2a）所示的Jarvik2000辅助血泵和如图1-2b）所示的HeartwareHVAD等，但是它的主要的缺点是在通过血泵中的血液容易受到污染并且破坏；了血细胞的存活率。对于第二代所出现的问题，人们进行了研究得到第三代的血泵，它主要是指血液
本文编号：3421658
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
早期人
哈尔滨理工大学工学硕士学位论文-2-重威胁到了患者的生命安全。针对以上问题，本课题将对目前血泵电机结构优化及驱动控制研究，从而开发出具有良好驱动性能的血泵微特电机，对血泵进一步的临床医用奠定基矗1.2血泵的国内外研究现状1.2.1血泵的国外研究现状人们对于人工心脏的研究从19世纪初期开始，在1812年LeGallois等人最早就提出了通过体外灌注的方法来确保体内或者体外器官存活的这一想法[5]。在1957年，WillemJohanKolff和TetsuzoAkutsu两人成功地在狗体内安装了一个液压的人工心脏，并让他存活了90多分钟，这是人类第一次提出“人工心脏”的概念，这是人类历史上人工心脏的雏形[6]。在1963年，DeBakey等人在心脏手术中为一名低心排血量的患者植入了气动式血泵，该患者最终成功康复，并且成为世界上第一个成功利用心室辅助装置治疗的病例[7,8]。a)Liottab)Jarvik7c)Abiocor图1-1早期人工心脏结构图Fig.1-1Structuraldiagramofearlyartificialheart1969年，美国的Cooley医生将如图1-1所示a)的Liotta心脏泵移植到患者的体内，来作为心脏移植前的过渡治疗，这是第一颗气动驱动的气体驱动式全人工心脏移植到人体内，但是移植后仅仅存活了64小时就去世了。1978年，美国科学家亚尔维克（Jarvik）建立了如图1-1b)所示的人工心脏的“Jarvik模型”，他也是第一个永久性的TAH——Jarvik7的发明者[9]。1982年12月2日，Jarvik7首次植入一位61岁的患者体内，手术由犹他大学医学中的心德里夫（DeVries）和乔伊斯（Joyce）医生实施，但是在手术后该患者只存活了112天就去世了[10]。在2001年，如图1-1c)所示的AbioCor（是世界上第一个完全内置的TAH，是
诚呷ψ槌傻模??诿拦??该人工心脏首次植入人体。此后DeBakey和Noo两位医生向美国宇航局NASA寻求技术上的支持，对于用在火箭上叶片泵进行了技术改造，并且一起合作研发了植入式连续流人工辅助心脏(也可以称作心室辅助装置VAD)，并取得了当阶段成功的实验验证[11]。从此，具有小形而可靠的连续流动VAD的血泵装置被广泛的认可，成为人工心脏研究的主要方向。2008年美国FDA批准Thorate公司的HeartMateII作为心力衰竭的治疗的产品，第二年HeartWare公司的HVAD获得BTT治疗欧洲CE许可[12,13]。a)Jarvik2000b)HeartwareHVAD图1-2心室辅助装置图Fig.1-2Ventricularassistdevice根据人工心脏的发展进程，现阶段对于心室辅助装置的研究可分为三代，第一代是以气体驱动方式为主的容积式泵，它的主要结构是以弹性材料组成的血泵囊腔，其中它囊腔是用来存储血液的，腔室的两端是有进出两个接口与医用导管相连接，在两个接口处分别设置单向阀，其作用是使得血液单向流动，防止倒流发生生命危险。与此同时通过正负压力气体、液体等方式来驱动囊腔能够进行周期性的运动。当囊腔的内壁受到外力的影响时，囊腔的容积被迫进行了改变，以来完成泵血的功能。脉动式的人工心脏按照固定频率的泵血，符合人体的自然生理特性，而且对血泵内的血液损害较校但是该产品体积较大，各个零件都容易产生损耗，并且效率低需要对于植入的患者实时监控等问题。第二代是指具有与血液相接触的轴承且密封的连续流式的血泵，主要代表性的血泵包括如图1-2a）所示的Jarvik2000辅助血泵和如图1-2b）所示的HeartwareHVAD等，但是它的主要的缺点是在通过血泵中的血液容易受到污染并且破坏；了血细胞的存活率。对于第二代所出现的问题，人们进行了研究得到第三代的血泵，它主要是指血液
本文编号：3421658
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