CN107104570A - 一种用于植入式轴流血泵的无槽电机 - Google Patents
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Abstract
一种用于植入式轴流血泵的无槽电机，它包括有定子铁心、定子绕组、转子转轴、转子永磁体，其特点是，定子铁心由圆环形硅钢片轴向冲压而成，转子永磁体为永磁材料，径向充磁，该定子绕组的线圈介于定子铁心和转子转轴之间，定子绕组粘贴在圆桶形的定子铁心内壁上，定子铁心为无齿槽结构。本发明采用直流无刷无槽的结构，消除了齿槽转矩，降低了铜损。三相绕组分为两层结构，端部铜线排列规则，厚度与中心部分一致，减小电机端部径向厚度。使用高导热率的环氧树脂固定定子绕组，有效解决了线圈发热问题，同时起到对电机绕组固定作用，避免了电磁振动与噪声。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种用于植入式轴流血泵的无槽电机。
背景技术
目前，轴流血泵是一种部分或全部替代心脏泵血功能的机械泵装置，具有广阔的临床应用前景。驱动电机作为人工心脏泵的重要组成部分，其特性直接决定着轴流血泵的性能。轴流血泵驱动电机与传统电机相比，要求在满足高可靠性、高稳定性基础上，减小体积、降低噪声、改善运行性能。永磁无刷直流电动机具有功率密度大、几何尺寸小、动态响应快、运行效率高等一系列优点,在高速运行场合具有广阔的应用前景，目前已经被广泛应用于轴流血泵的驱动。
传统永磁无刷直流电动机存在转矩脉动会导致振动和噪声的产生，影响系统的控制精度，尤其是在高速运转电机中，转矩脉动的影响更为严重。永磁无刷直流电动机的转矩脉动主要源于其谐波转矩,谐波转矩包括齿槽转矩和纹波转矩。前者由定子铁心与转子永磁体相互作用产生,是定子齿槽存在而导致的铁心磁阻变化引起；后者产生于电枢电流波形及感应电动势波形的偏差。关于永磁无刷直流电动机转矩脉动的削弱，相关文献进行了深入研究，取得了一定的研究成果。通过优化削角永磁体、定子开辅助槽、调整定子齿槽宽度，选择分数槽绕组，合适的槽极配合及优化极弧系数等办法削弱转矩脉动。
现有传统直流无刷电机的线圈的绕组端部置于定子边缘外，排列不规则，厚度高，占用空间较大，同时无法有效利用绕组端部部分，增大了电机的漏磁和铜损，降低了电机的转动力矩；传统电机的定子为有齿槽结构，转矩脉动较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于植入式轴流血泵的无槽电机，它采用无槽结构的永磁无刷直流电动机，定子绕组采用六边形结构，利用高导热环氧树脂将定子线圈固化，定子铁心采用高磁导率硅钢片冲压而成，转子采用高磁能积钕铁硼圆柱形转子，具有转矩波动小、运行平稳、噪声低、电枢电感小和定位干扰力矩小等一系列优点。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种用于植入式轴流血泵的无槽电机，它包括有定子铁心、定子绕组、转子转轴、转子永磁体，其特征在于：定子铁心由圆环形硅钢片轴向冲压而成，转子永磁体为永磁材料，径向充磁，该定子绕组的线圈介于定子铁心和转子转轴之间，定子绕组粘贴在圆桶形的定子铁心内壁上，定子铁心为无齿槽结构。
其中，定子绕组的两边边缘与定子铁心边缘平齐，定子绕组由A、B、C三相绕组组成，三相绕组对称均匀分布成两层，每匝线圈跨过一个极距，每层每相绕组占据120°的角度，每相线圈包含内层绕组120°和外层绕组120°。
其中，三相绕组接线方式为星形连接。
其中，定子绕组沿轴向分为三个部分：两端部绕组线为向内倾斜，中段绕组部分与转子转轴的轴向平行。
其中，定子绕组的单圈线圈为枣胡形的中心对称的六角形结构，中段线圈部分与转子转轴的轴向平行，是两部分为中段部分，两侧端部分与转子转轴的轴向成一定角度向内倾斜，中段部分与两端部分绕组均为两层结构，其中，内侧端部分为内层绕组，外侧端部分为外层绕组。
其中，定子绕组使用高导热率的环氧树脂固定在定子铁心的内壁上。
本发明采用直流无刷无槽的结构，消除了齿槽转矩，降低了铜损。三相绕组分为两层结构，端部铜线排列规则，厚度与中心部分一致，减小电机端部径向厚度。使用高导热率的环氧树脂固定定子绕组，有效解决了线圈发热问题，同时起到对电机绕组固定作用，避免了电磁振动与噪声。
本发明具有以下有益效果：
(1)定子结构简单，与传统有槽电机结构相比，定子变为无槽结构，加工制作相对简单，消除了齿槽转矩，铜损降低。
(2)定子无槽结构可以使定子硅钢与转子永磁体之间气隙径向长度减小，气隙磁感应强度增大，从而使电机的效率增加，减小发热量。
(3)使用高导热率的环氧树脂固定定子绕组，有效解决了线圈发热问题，同时起到对电机绕组固定作用，避免了电磁振动与噪声。
(4)三相双层定子绕组采用六角形结构，使得电动机的转矩脉动得到了有效抑制，削弱了振动和噪声，可以提高轴流血泵系统的控制精度，有利于轴流血泵的稳定运行。
(5)电机定子绕组的端部采倾斜设计，使用端部与中部绕组的径向厚度一致，有效减小了电机的直径，有利于轴流血泵的小型化与植入。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的单圈定子绕组示意图。
具体实施方式
参见图1、图2所示：一种用于植入式轴流血泵的无槽电机，它包括有定子铁心1、定子绕组2、转子转轴6、转子永磁体5，定子铁心1由圆环形硅钢片轴向冲压而成，转子永磁体5为永磁材料，径向充磁，该定子绕组2的线圈介于定子铁心1和转子转轴6之间，定子绕组2粘贴在圆桶形的定子铁心内壁上，定子铁心1为无齿槽结构。
定子铁心由硅钢片组成，硅钢片采用冷轧硅钢片，相对于热轧硅钢片，其优点是电机磁滞损耗小，使电机效率提高。多片硅钢片沿轴向冲压，形成定子铁心1。
其中，定子绕组的两边边缘与定子铁心边缘平齐，定子绕组由A、B、C三相绕组组成，三相绕组对称均匀分布成两层，每匝线圈跨过一个极距，每层每相绕组占据120°的角度，每相线圈包含内层绕组120°和外层绕组120°。
其中，三相绕组接线方式为星形连接。
其中，定子绕组沿轴向分为三个部分：两端部绕组线为向内倾斜，中段绕组部分与转子转轴的轴向平行。
其中，定子绕组的单圈线圈为枣胡形的中心对称的六角形结构(见图2所示)，中段线圈部分02、05与转子转6的轴向平行，是两部分为中段部分，两侧端部分01、03、04、06与转子转轴6的轴向成一定角度向内倾斜，中段部分与两端部分绕组均为两层结构，其中，内侧端部分01、03为内层绕组，外侧端部分04、06为外层绕组。而有槽电机的绕组，绕组的端部布置在转子边缘之外，端部铜线排列不规则，径向厚度高，不利于轴流血泵植入。本发明的无槽电机的定子绕组，定子绕组轴向长度与定子铁心相同，定子绕组两端部分厚度与中段绕组厚度相同，减小了心脏泵径向尺寸，有利于植入。
其中，定子绕组使用高导热率的环氧树脂固定在定子铁心的内壁上，高导热率的环氧树脂充满线圈空隙，并与定子硅钢粘结在一起。该结构有效解决了线圈发热问题，同时起到对电机绕组固定作用，避免了电磁振动与噪声。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于植入式轴流血泵的无槽电机，它包括有定子铁心、定子绕组、转子转轴、转子永磁体，其特征在于：定子铁心由圆环形硅钢片轴向冲压而成，转子永磁体为永磁材料，径向充磁，该定子绕组的线圈介于定子铁心和转子转轴之间，定子绕组粘贴在圆桶形的定子铁心内壁上，定子铁心为无齿槽结构。
2.根据权利要求1所述的一种用于植入式轴流血泵的无槽电机，其特征在于：定子绕组的两边边缘与定子铁心边缘平齐，定子绕组由A、B、C三相绕组组成，三相绕组对称均匀分布成两层，每匝线圈跨过一个极距，每层每相绕组占据120°的角度，每相线圈包含内层绕组120°和外层绕组120°。
3.根据权利要求2所述的一种用于植入式轴流血泵的无槽电机，其特征在于：三相绕组接线方式为星形连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于植入式轴流血泵的无槽电机，其特征在于：定子绕组沿轴向分为三个部分：两端部绕组线为向内倾斜，中段绕组部分与转子转轴的轴向平行。
5.根据权利要求4所述的一种用于植入式轴流血泵的无槽电机，其特征在于：定子绕组的单圈线圈为枣胡形的中心对称的六角形结构，中段线圈部分与转子转轴的轴向平行，是两部分为中段部分，两侧端部分绕组与转子转轴的轴向成一定角度向内倾斜，中段部分与两端部分绕组均为两层结构，其中，内侧部分为内层绕组，外侧部分为外层绕组。
6.根据权利要求5所述的一种用于植入式轴流血泵的无槽电机，其特征在于：定子绕组使用高导热率的环氧树脂固定在定子铁心的内壁上。
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