CN1414687A - 轴向可控磁悬浮永磁盘式血泵电机 - Google Patents

轴向可控磁悬浮永磁盘式血泵电机 Download PDF

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Abstract

一种轴向可控磁悬浮永磁盘式血泵电机，由外壳、盘式定子、永磁盘式转子、被动永磁轴承、血泵叶轮和轴向可控磁轴承组成，盘式定子由电工硅钢片卷绕成圆环，在圆环一个端面沿径向开槽放入定子绕组，永磁盘式转子安装在非导磁转轴的一端，该轴穿入充磁的筒形永磁体中并加以固定，该筒形永磁体及转轴一起穿入另一固定在壳体上的筒形永磁体内，轴的另一端联接一个血泵叶轮，对应叶轮的外部在电机的端部装有轴向主动磁轴承，本发明只利用一个自由度主动控制，就可实现悬浮，且能提高整个血泵电机的效率。

Description

轴向可控磁悬浮永磁盘式血泵电机
所属技术领域
本发明属于一种血泵电机，特别涉及一种轴向可控磁悬浮永磁盘式血泵电机。
背景技术
生物医学工程领域的人工心脏中驱动血液流动的旋转血泵，若血泵采用常规电机，其机械轴承产生的摩擦发热，使血细胞破损、引起溶血、凝血和血栓。为此旋转血泵必须解决电机内机械轴承磨损和摩擦生热问题，并要求10年内轴承免维护。
磁悬浮血泵电机的转子在三维自由空间具有6个自由度，为使能够实现稳定的磁悬浮，需要在每个自由度上都要进行约束。
若采用磁悬浮轴承电机或磁悬浮无轴承电机方案，主要问题是系统结构尺寸比较庞大。而且磁悬浮力需要复杂的解耦控制。
现有的磁悬浮血泵大都采用被动磁轴承和磁耦合器来悬浮和转动。磁耦合器的作用是将电机的转矩传递给血泵的叶轮，但由于磁耦合器的气隙较大，而使传递效率较低。又由于被动磁轴承不能解决6个自由度的悬浮，磁悬浮血泵电机往往需要使用一个自由度上的机械支点来辅助悬浮。结果血泵电机不能实现完全的悬浮。
发明内容
针对现有磁悬浮血泵电机效率低不能实现完全悬浮的问题，本发明提供一种轴向可控磁悬浮永磁盘式血泵电机。
本发明是采用被动磁轴承和主动磁轴承相结合的办法，解决6个自由度的悬浮。同时，利用永磁盘式结构驱动血泵，可提高系统效率。
本发明由外壳、盘式定子、永磁盘式转子、被动永磁轴承、血泵叶轮和轴向可控磁轴承组成。盘式定子由盘式铁心和定子绕组构成，由电工硅钢片卷绕成圆环，在圆环一个端面沿径向开槽，以放入定子绕组。永磁盘式转子由扇形永磁体、导磁园盘和非导磁的转轴构成，在导磁圆盘上对称安放扇形永磁体，转轴穿入充磁的筒形永磁体中，并加以固定。筒形永磁体及转轴一起穿入与之有一定间隙固定在壳体内壁上的筒形永磁体中。轴的另一端机械联接一个血泵叶轮，其中心部分为金属衔铁。对应叶轮及衔铁的外部，安有圆柱形铁心和线圈构成的轴向主动磁轴承。在壳体的一端和侧面分别开有流体入口和出口。
本发明的工作原理是由两个轴向充磁筒形永磁体，构成被动永磁轴承用以实现径向悬浮。通过轴向主动磁轴承实现轴向悬浮力的闭环控制，最终实现整个转子的完全悬浮。旋转的转矩来自于盘式定子激励和永磁转子的作用。
本发明的优点只利用一个自由度控制，就可实现悬浮。由于悬浮力控制所需功率较小，同时采用高力能密度盘式永磁电机，从而提高了血泵的整体效率。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
图中：1盘式铁心，2定子绕组，3扇形永磁体，4导磁圆盘，5非导磁转轴，6转子上筒形永磁体，7定子上筒形永磁体，8叶轮及衔铁，9流体入口，10主动磁轴承铁心，11主动磁轴承线圈，12流体出口，13外壳。
具体实施方式
如附图所示：本发明的盘式定子由盘式铁心1和定子绕组2构成，盘式铁心1用电工硅钢片卷绕成园环，在园环一个端面沿径向开槽，放入定子绕组2。永磁盘式转子由扇形永磁体3、导磁园盘4和非导磁转轴5构成，转轴5穿入筒形永磁体7中并加以固定。筒形永磁体7及转轴5一起穿入与之有一定间隙的筒形永磁体6中，筒形永磁体6固定在壳体内壁上，在轴5的另一端联接一个血泵叶轮8，其中心部分为主动轴向磁轴承的衔铁。对应叶轮8及衔铁的外部，装有园柱形铁心10和线圈11构成的轴向主动磁轴承。在壳体13的端部开有流体入口9，在壳体一侧开有流体出口12。

Claims (4)

1、一种轴向可控磁悬浮永磁盘式血泵电机，其特征在于该电机由外壳、盘式定子、永磁盘式转子、被动永磁轴承、血泵叶轮和轴向可控磁轴承组成，盘式定子由电工硅钢片卷绕成园环，在园环一个端面沿径向开槽放入定子绕组，永磁盘式转子安装在非导磁转轴的一端，该转轴穿入轴向充磁的筒形永磁体中并加以固定，该筒形永磁体及转轴一起穿入另一固定在壳体上的筒形永磁体内，轴的另一端联接一个血泵叶轮，对应叶轮的外部在电机的端部装有轴向主动磁轴承。
2、根据权利要求1所述的轴向可控磁悬浮永磁盘式血泵电机，其特征在于所说的永磁盘式转子是在导磁园盘上对称地安放扇形永磁体。
3、根据权利要求1所述的轴向可控磁悬浮永磁盘式血泵电机，其特征在于两个轴向筒形永磁体之间有一定间隙。
4、根据权利要求1所述的轴向可控磁悬浮永磁盘式血泵电机，其特征在于转轴一端的血泵叶轮其中心部分为金属衔铁。
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