轴流式磁悬浮人工心脏泵驱动电机的研究

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1、轴流式磁悬浮人工心脏泵驱动电机的研究——杨晟刘淑琴关轴流式磁悬浮人工心脏泵驱动电机的研究杨晟刘淑琴关勇山东大学，济南，250061摘要：介绍了一种可用于轴流式人工心脏泵的永磁无槽直流无刷电动机的结构及其驱动方法。电动机采用ML4425专用芯片作为主控芯片，通过调压控制电机的转速，从而达到控制血液流量及压力的目的。电动机在磁悬浮轴承支承下使人工心脏泵获得更优越的性能。实验结果表明：电机调速曲线近似呈一条直线，电动机运行平稳，噪声低。关键词：磁悬浮；人工心脏泵；直流无刷电机；ML4425中图分类号：TM35

2、1．O2文章编号：1OO4—132X(2010)08—0893—04StudyonDriveMotorforAxial—flowMagnetic-levitationAritficialHeartPumpYangShengLiuShuqinGuanYongShandongUniversity，Jinan，250061Abstract：Astructuralandcontrolmethodofpermanent—magnetslotlessbrushlessDCmotorwasintroduced，whi

3、chcanbeusedforaxial—flowartificialheartpump．ASICchipML4425wasusedasthecentralcontrolunit．Thespeedofthemotorcanbecontrolledbychangingtheinputvoltageandhencethefluxandpressureofbloodcanalsobecontrolled．Themotorhasgoodperformanceinthear—tificialheartpumpdue

4、tothenon—contactmagneticbearing．Theexperimentalresultsindicatethatspeedofmotorcanbemodulatedandhasanapproximatelinearrelationshipwiththeinputvoltage．Moreover，themotorworkssmoothlywithlownoise．Keywords：magnetic-levitation；artificialheartpump；brushlessDCmo

5、tor；ML44250引言利用反电势法检测转子位置，通过IR2130控制磁悬浮轴承由于其具有无接触、无摩擦和无开关管的导通，在电机气隙磁场内形成跳跃式的润滑等优点，很好地满足了人工心脏的多种苛刻脉振旋转磁场，从而驱动电机和叶轮旋转。限于要求，能够解决使用传统轴承支撑的人工心脏设篇幅，本文不讨论反电势与转子位置间的逻辑运计中轴承对血液的碾压造成对血细胞的破坏以及算关系和磁悬浮支撑的相关内容。轴承的密封等问题。所以磁悬浮轴承日益成为人1磁悬浮人工心脏泵及电机结构工心脏泵研究领域的热点口]。而泵的驱动问题是人

6、工心脏泵的关键。目前，人工心脏泵的驱动电1．1磁悬浮心脏泵总体结构机国内主要采用直流电机或带变频装置的永磁同设计的磁悬浮人工心脏泵的结构如图1所步电机。这些电机具有结构简单、输出转速高等示。图中的心脏泵转子由两个组合式永磁被动径优点]，但都含有电枢齿槽，使其在转矩波动、运向磁轴承和一个永磁偏置主动控制轴向混合磁轴行平稳性、噪声、电枢电感、定位干扰力矩、径向尺承实现完全的悬浮，转子四周除血液外没有任何寸等指标上略显不足。由于人工心脏泵事关病人的接触物质。心脏泵转子的位置将由内置式霍尔的生活品质甚至生命安全

7、，这就要求设计人工心位移传感器实时监测，并通过外部的主动磁悬浮脏泵时，在满足基本的高可靠性和高稳定性以及支撑控制系统实现位置的控制。高的模拟活体心脏功能的逼真性的基础上，应逐轴向电前导叶磁轴承径向永磁轴承后导叶步减小体积、降低噪声、改善运行性能。笔者设计了一种新型的人工心脏泵电机——永磁无槽直流无刷电动机。它采用了Microlinear公司生产的后端直流无刷电机专用芯片ML4425作为主控芯片，图1磁悬浮人工心脏泵的结构图收稿日期：2OO9O9—14基金项目：国家863高技术研究发展计划资助项目驱动电机

8、安装在心脏泵的中部，电机的定转(2006AA02Z4D3)子与血液接触部分用医用钛合金包裹，转子与磁·893·中国机械工程第21卷第8期2010年4月下半月轴承的转动部分组装为一体，电机转子在定子旋理如图6所示，当转子永磁体位于图6a所示的位转磁场的作用下，将携带组合转子一同旋转。置时，根据反电势法得到的转子位置信号，经过控1．2驱动电机结构制电路和逆变器，使绕组A、B相通电。这时A心脏泵电机是由两个独立的定子和转子组成相电流为正向流进，B