磁调型磁力驱动血泵磁路结构优化设计与分析

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由于心脏病发病率高和供体器官短缺,人工心脏的开发一直是近年来的研究热点。当前,人工心脏的能源供给方式主要是通过经皮电缆进行能量传递,但该能量传递方式由于有导线穿过皮肤,容易造成术后感染和人体排异现象。无线能量传输方式没有导线或导管连接,能很好的避免经皮导线感染等问题,因此,血泵的无线能量传输方式越来越受相关研究人员的关注。随着磁力驱动技术的发展,采用磁力耦合方式对人工心脏血泵进行非接触式无线驱动是一种有效的解决方案。但目前的磁力驱动血泵因永磁体漏磁现象严重,存在利用效率低、传递转矩小等问题。为了解决上述问题,本文提出了一种基于磁调制原理的磁力驱动血泵,利用凸极铁片对永磁体产生的磁场进行调制,减少了漏磁现象,提升了永磁体的利用效率。所提出的磁力驱动血泵中低速转子去除了永磁体,由凸极铁和背铁组成,使泵体更轻,更易于维修和更换。本文首先基于磁场调制原理,分析了磁调制磁力齿轮的运动方式,提出了一种适用于外磁驱动血泵的磁力齿轮结构。然后基于电磁场有限元分析基本原理,以ANSYS为平台,分析了不同传动比下的转矩性能,通过分析内转子永磁体、固定永磁环永磁体、外转子凸极铁以及背铁参数对转矩的影响,对磁调型磁力驱动血泵的磁路结构进行参数优化。其次,对磁力驱动血泵分别进行了转矩特性、磁场分布规律、涡流损耗等传动性能的分析,并分析了不同外间隙距离对转矩、磁场的影响,验证了所提磁力驱动血泵无接触传递的可行性。最后设计血泵综合实验台,安装血泵及其循环管路,使血泵进行打水试验,通过对磁力驱动血泵流量、压力、负载转矩和空间磁通密度等参数的测量,与仿真结果进行对比,验证了所提出的磁调型磁力驱动血泵的有效性。
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