CN110296800A - 一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于血泵技术领域，具体地是一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置，该装置包括支承台架、运动执行模块以及测量模块。支承台架包括隔振平台、立柱、X向横梁、Y向横梁、地脚、角钢和固定块；运动执行模块包括X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台、辅助线轨、电机和转接板；测量模块包括测力仪、连接杆、夹具、转子、定子组件、旋转平台和位移传感器。运动执行模块固定于支承台架上，通过电机旋转带动转子相对于定子运动，位移传感器和测力计用于记录转子位移和受力，从而计算出血泵磁悬浮电机轴向刚度。本发明可实现血泵磁悬浮电机轴向刚度的高精度测量，具有操作简便、自动化程度高等优点。

Description

一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置
技术领域
本发明涉及血泵技术领域，具体地说是一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置。
背景技术
对于中重度心衰患者而言，植入血泵辅助衰竭心脏工作是一种有效的治疗方式。据相关研究表明，磁悬浮式血泵具有较好的血液相容性，为了实现血泵转子的稳定悬浮控制，特别是在复杂多变工况时的稳定悬浮，有必要对血泵磁悬浮电机刚度进行精准测量，进而提高血泵磁悬浮电机在恶劣工况下支承刚度。在这一背景下提出的一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置可以准确便捷地测量出磁悬浮电机轴向刚度，通过分析血泵磁悬浮位移刚度和电流刚度，为磁悬浮电机的结构优化和稳定控制提供研究基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量血泵磁悬浮电机轴向刚度的装置，该装置可解决测量过程中位移量不易精确控制、测量精度不高以及操作复杂等问题。
本发明为解决上述问题采用的技术方案为：一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置，包含支承台架、运动执行模块以及测量模块；所述的支承台架包含隔振平台、立柱、X向横梁、Y向横梁、地脚、角钢和固定块；所述的运动执行模块包括X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台、辅助线轨、电机和转接板；所述的测量模块包括测力仪、连接杆、夹具、转子、定子组件、旋转平台和位移传感器。
进一步地，所述的立柱通过地脚固定于隔振平台上；所述的X向横梁和Y向横梁通过角钢连接于立柱上；所述Y轴滑台和辅助线轨沿Y轴方向平行紧固于Y向横梁上；所述X轴滑台通过固定块固定于所述的Y轴滑台和辅助线轨上，并能够沿着Y向移动；所述的Z轴滑台通过转接板连接在X轴滑台上；所述的X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台都连接着电机，通过所述的电机旋转运动实现Z轴滑台在空间的运动；所述的测力仪固定于所述的Z轴滑台下端，所述的连接杆上端连接在所述测力仪的受力杆上，连接杆下端与所述夹具相连；所述转子由夹具夹持；所述旋转平台固定于隔振平台上并处于Z轴滑台下方；所述的定子组件固定于旋转平台上，所述的旋转平台能带动所述定子组件绕Z轴旋转；所述的位移传感器固定于隔振平台上。
进一步地，所述的电机类型为伺服电机，能够实现X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台的微小位移及高精度运动。
进一步地，所述的夹具为机械弹簧式夹爪，结构材料除弹簧外为轻质塑料。
进一步地，所述的立柱采用铝型材，通过地脚固定于隔振平台上，并与X向横梁、Y向横梁构成稳固的支承台架。
本发明的有益效果是：本发明采用X、Y、Z三个方向的滑台以及辅助线轨实现运动执行模块的精密运动控制，整个测量平台结构稳定、操作便捷，可实现血泵磁悬浮电机轴向刚度的高精度测量。
附图说明
图1是本发明磁悬浮电机轴向刚度测量装置结构示意图。
图2是夹具结构示意图。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置，该装置包含支承台架、运动执行模块以及测量模块；所述的支承台架包含隔振平台(3)、立柱(1)、X向横梁(8)、Y向横梁(2)、地脚(19)、角钢(13)和固定块(6)；所述的运动执行模块包括X轴滑台(7)、Y轴滑台(4)、Z轴滑台(11)、辅助线轨(10)、电机(5)和转接板(9)；所述的测量模块包括测力仪(12)、连接杆(20)、夹具(14)、转子(15)、定子组件(17)、旋转平台(16)和位移传感器(18)。
所述的立柱(1)通过地脚(19)固定于隔振平台(3)上，所述的X向横梁(8)和Y向横梁(2)分别通过角钢(13)连接于立柱(1)上，使立柱(1)、X向横梁(8)和Y向横梁(2)与所述隔振平台(3)构成稳定支承台架。所述Y轴滑台(4)和辅助线轨(10)沿Y轴方向平行紧固于Y向横梁(2)上，所述X轴滑台(7)通过固定块(6)固定于所述的Y轴滑台(4)和辅助线轨(10)上，并能够沿着Y向移动。所述的Z轴滑台(11)通过转接板(9)连接在X轴滑台(7)上，所述的X轴滑台(7)、Y轴滑台(4)和Z轴滑台(11)都连接着驱动部件电机(5)，通过所述的伺服类型的电机(5)的旋转运动分别驱动相应的滑台运动，从而实现Z轴滑台(11)在空间的高精度运动。结合图1和图2说明测力仪(12)连接方式及工作方式，所述的测力仪(12)固定于所述的Z轴滑台(11)上，所述的测力仪(12)的受力杆(21)连接着所述连接杆(20)，所述连接杆(20)另一端连接着所述夹具(14)，所述夹具(14)为机械弹簧式夹爪，夹爪在收缩弹簧的作用力下夹紧转子(15)。所述旋转平台(16)固定于隔振平台(3)上并处于Z轴滑台(11)下方；所述的定子组件(17)固定于旋转平台(16)上，所述的旋转平台(16)能带动所述定子组件(17)绕Z轴旋转。所述的位移传感器(18)固定于隔振平台(3)上，用于测量转子(15)相对于定子组件(17)的位移。
所述的夹具(14)材料除弹簧外为轻质塑料，在减小重量的同时能消除对磁场的影响，从而保证测量结果的准确性。所述的立柱(1)采用铝型材，通过角钢(13)相互连接成稳固的支承台架主体部分。
血泵磁悬浮电机轴向位移刚度具体测量过程为：在断开血泵电机的定子组件(17)供电情况下，通过控制电机(5)的旋转运动分别驱动X轴滑台(7)、Y轴滑台(4)和Z轴滑台(11)的运动，进而实现转子(15)在空间位置的调节。将转子(15)位置调节到定子组件(17)正上方后，通过控制Z轴滑台(11)在竖直方向的微量进给运动寻找转子(15)平衡位置(转子(15)所受合力为零的位置)，通过位移传感器(18)测量出此时转子(15)位置。根据转子(15)与定子组件(17)实际装配尺寸，在Z方向控制Z轴滑台(11)带动转子(15)上升一定的距离，然后以固定的步长向下移动，每移动一个步长记录下此时相对于平衡位置的位移量以及受力大小。在测量转子(15)在若干点位移及所受作用力后，通过数据拟合方式计算出血泵磁悬浮电机轴向位移刚度。
血泵磁悬浮电机轴向电流刚度具体测量过程为：去除定子组件(17)中的永磁体，重复上述血泵磁悬浮电机轴向位移刚度测量过程中平衡位置寻找过程，记录下此时磁悬浮电机的转子(15)受力大小。给血泵定子组件(17)通上电流，并根据电机的工作电流范围使电流按固定步长递增，同时记录每一个电流值大小对应的测力仪(12)测得转子(15)受力大小。在测量若干点定子所通电流大小及转子(15)所受作用力后，通过数据拟合方式计算出血泵磁悬浮轴承轴向电流刚度。
在此血泵磁悬浮电机刚度测量系统基础上，可以通过更换转子(15)的夹具(14)、连接杆(20)以及位移传感器(18)探头测量方向，并通过X轴滑台(7)、Y轴滑台(4)和旋转平台(16)控制血泵定子在水平面内X，Y方向的位置调整，可实现血泵磁悬浮电机径向的位移刚度和电流刚度的测量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以替换或改变，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置，其特征在于：该装置包含支承台架、运动执行模块以及测量模块；所述的支承台架包含隔振平台（3）、立柱（1）、X向横梁（8）、Y向横梁（2）、地脚（19）、角钢（13）和固定块（6）；所述的运动执行模块包括X轴滑台（7）、Y轴滑台（4）、Z轴滑台（11）、辅助线轨（10）、电机（5）和转接板（9）；所述的测量模块包括测力仪（12）、连接杆（20）、夹具（14）、转子（15）、定子组件（17）、旋转平台（16）和位移传感器（18）。
2.根据权利要求1所述的一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置，其特征在于：所述的立柱（1）通过地脚（19）固定于隔振平台（3）上；所述的X向横梁（8）和Y向横梁（2）通过角钢（13）连接于立柱（1）上；所述Y轴滑台（4）和辅助线轨（10）沿Y轴方向平行紧固于Y向横梁（2）上；所述X轴滑台（7）通过固定块（6）固定于所述的Y轴滑台（4）和辅助线轨（10）上，并能够沿着Y向移动；所述的Z轴滑台（11）通过转接板（9）连接在X轴滑台（7）上；所述的X轴滑台（7）、Y轴滑台（4）和Z轴滑台（11）都连接着电机（5），通过所述的电机（5）旋转运动实现Z轴滑台（11）在空间的运动；所述的测力仪（12）固定于所述的Z轴滑台（11）下端，所述的连接杆（20）上端连接在所述测力仪（12）的受力杆（21）上，连接杆（20）下端与所述夹具（14）相连；所述转子（15）由夹具（14）夹持；所述旋转平台（16）固定于隔振平台（3）上并处于Z轴滑台（11）下方；所述的定子组件（17）固定于旋转平台（16）上，所述的旋转平台（16）能带动所述定子组件（17）绕Z轴旋转；所述的位移传感器（18）固定于隔振平台（3）上。
3.根据权利要求1所述的一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置，其特征在于：所述的电机（5）类型为伺服电机，能够实现X轴滑台（7）、Y轴滑台（4）和Z轴滑台（11）的微小位移及高精度运动。
4.根据权利要求1所述的一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置，其特征在于：所述的夹具（14）为机械弹簧式夹爪，结构材料除弹簧外为轻质塑料。
5.根据权利要求1所述的一种用于血泵磁悬浮电机轴向刚度测量的装置，其特征在于：所述的立柱（1）采用铝型材，通过地脚（19）固定于隔振平台（3）上，并与X向横梁（8）、Y向横梁（2）构成稳固的支承台架。
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