永磁磁浮叶轮在血泵内的偏心距测量及分析

为了消除叶轮血泵内的机械磨损、延长血泵的使用寿命，采用了永磁磁浮技术，并利用自制测试系统测量永磁磁浮叶轮在血泵内的位置，数据处理结果表明，血泵流量及转速达到一定值后叶轮便能实现悬浮，而且转速越高、流量越大、气隙越小血泵越稳定，即旋转叶轮的偏心距及振幅越小．此外，还证实两种常用的永磁轴承比作者研制的永磁轴承稳定性差．     

耐久性及永久性叶轮血泵研究的新进展

为了提高血泵的使用寿命，笔者首先研制出一种具有滚动轴承和洗刷系统的耐久性血泵，这种滚动轴承采用耐磨性极好的超高分子量聚乙烯材料做滚子，能使血泵工作数年以上，而洗刷系统通过输液能使轴承一直在生理盐水和肝素中工作，也就不会生成血栓，在此设计基础上，作者发展了叶轮转子能够作轴向颤动的耐久性血泵，转子的轴向颤动使新鲜的血液在血泵的每个搏动周期进行轴承并洗刷转子，轴承对也就不会生成血栓，同时也避免了生理盐水注射的不便，提高了受体的舒适度和生活品质，最后，笔者在永磁磁浮叶轮血泵的研制方面取得了突破，血泵转子在永磁磁力和非磁力共同作用下，能够悬浮在血液中工作，无需位置测量和反馈控制，这种可樾主的，能产生搏动流并具有良好血液相容性的耐久性叶轮血泵将比以往各种血泵具有更好的应用前途，可望在将来取代心脏移植。     

耐久性及永久性叶轮血泵研究的新进展

为了提高血泵的使用寿命 ,笔者首先研制出一种具有滚动轴承和洗刷系统的耐久性血泵 ,这种滚动轴承采用耐磨性极好的超高分子量聚乙烯材料做滚子 ,能使血泵工作数年以上 ,而洗刷系统通过输液能使轴承一直在生理盐水和肝素中工作 ,也就不会生成血栓 在此设计基础上 ,作者发展了叶轮转子能够作轴向颤动的耐久性血泵 ,转子的轴向颤动使新鲜的血液在血泵的每个搏动周期进出轴承并洗刷转子 ,轴承内也就不会生成血栓 ,同时也避免了生理盐水注射的不便 ,提高了受体的舒适度和生活品质 最后 ,笔者在永磁磁浮叶轮血泵的研制方面取得了突破 ,血泵转子在永磁磁力和非磁力共同作用下 ,能够悬浮在血液中工作 ,无需位置测量和反馈控制 这种可植入的 ,能产生搏动流并具有良好血液相容性的耐久性叶轮血泵将比以往各种血泵具有更好的应用前途 ,可望在将来取代心脏移植     

双定子无轴承开关磁阻电机径向力解析模型

传统双绕组无轴承开关磁阻电机旋转转矩与悬浮力之间存在着复杂的耦合关系,而双定子无轴承开关磁阻电机结构上实现了转矩和悬浮力的独立控制,从而简化了控制的复杂性.基于双定子无磁阻电机的结构和运行原理,提出了一种考虑转子偏心影响的径向力分析方法,推导出了该电机的径向力解析模型.在建立内定子等效磁路的基础上,求取了由气隙磁导表示的悬浮绕组的自感和互感表达式,进一步分析出转子偏心位移、电机结构参数、悬浮绕组电流与转子径向受力之间的数学关系,与有限元分析结果比较验证了数学模型的正确性.该数学模型的重要贡献在于提供了转子偏心运行时径向力的解析计算方法,为双定子无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮旋转控制提供了基础,同时为磁轴承和无轴承类电机转子偏心时的径向受力分析提供了参考.     

轴向驱动永磁磁浮离心血泵的试制型装置

试制成三个轴向驱动永磁磁浮离心泵的模型装置．第一个模型使用一个直流电机,用磁耦合方法驱动血泵;第二个模型以一个电机线圈代替直流电机,由线圈产生的旋转磁场驱动血泵,这种装置的长度从120mm．减小到70mm;第三个模型用于动物试验,将第二个模型装置的外径从45mm缩小至30mm。而电机驱动及泵血功能不变．在所有的试验模型装置中,转子均由永磁轴承支承。与定子无机械接触,叶轮均采用直线型方法设计,因此泵的扬程一流量曲线是直线形状,这表明泵内没有机械摩擦损失,也没有紊流损失．     

用于左心室辅助的φ25mm主动脉瓣膜泵

研制出能够满足解剖和生理要求的心脏瓣膜泵．装置只有一个定子和一个转子,装置内没有轴承或其他支承物．叶轮叶片采用三元解析方法设计,可以防止滞流和紊流的产生．装置最大处的直径为24．7mm,长12．4mm;装置重40g,转子重11g;当转速为15000r／min时消耗功率为7W,血动力学测试试验表明,流经瓣膜泵的最大流量可达10L／min,0流量时对应的输出压力为80mmHg;当流量为4～8L／min时,瓣膜泵能增加循环流量约1L／min,提高输出压约10mmHg;由离心泵产生的搏动血流在经过瓣膜泵以后压力搏动值保持在40mmHg左右、以一头80kg重的猪进行首次受体动物试验,将瓣膜泵缝在主动脉进口位置,结果表明装置的植入对周围的组织和器官不会造成损害．     

主动脉瓣膜泵的回流

为了研究主动脉瓣膜泵的回流，将血泵内的叶轮换成圆柱体，使血泵失去泵血的作用，从而进行回流测试．测试中，血泵分别以15000r／min，17500r／min和20000r／min的转速旋转，出口与进口之间的压力差由一个离心泵提供，用流量计测出从瓣膜泵出口经定、转子间气隙到进口的回流．试验结果表明气隙和压差对回流有明显影响：增大气隙或增大压差都会导致回流的增加．当气隙为0．20mm，进出口压差为13．3kPa时，瓣膜泵的回流为0．6—0．8L/min．回流随时间变化的曲线图表明，在自然心脏舒张期回流产生一个波峰，而在收缩期产生一个波谷．瓣膜泵的转速对回流无明显影响，当转速增大时回流只有略微的下降．     

新型永磁悬浮轴承在透平机及心脏泵中的应用

为验证永磁悬浮轴承在旋转时能否实现转子的稳定悬浮,将自行设计的新型永磁悬浮轴承应用到透平机和离心式心脏泵中,并利用Hall传感器分别测量二者转子旋转时的偏心距,用速度传感器分别测量二者的旋转速度.发现当转速高于某一临界值(透平机为l 800r·min-1,心脏泵为3 250 r·min-1),透平机和心脏泵的转子偏心距...     

无源磁浮叶轮血泵的溶血实验及其指标的测定

溶血问题是叶轮血泵首先要解决的问题 ,而溶血指标是衡量血泵性能的重要参数之一 作者根据红细胞的再生机理 ,对溶血指标进行了理论估算 ,并且针对江苏大学生物医学工程研究所新研制的无源磁浮叶轮血泵 ,运用血动力模拟循环实验台进行了溶血实验 ,测出其溶血指标为 0 .0 5 ,低于允许值 0 .1     

滑移界面位置对叶轮机械内部旋转流场的影响

为研究滑移界面位置对叶轮机械内部流体旋转流场的影响,选择了有定子和无定子二种典型的叶轮机械模型,使滑移界面位于转子和静止部件之间的不同位置,分别对其进行数值模拟,得到了叶轮机械内部旋转流场分布,并与实验结果和其他文献结果进行对比分析.结果表明:滑移界面越靠近转子,转子转动对四周区域流体的影响越小;滑移界面越靠近静止部件,转子转动对四周区域流体的影响越大;滑移界面位置应取在转子和静止部件之间靠近转子的1/8～1/4处.     

A novel permanent magnetic bearing and its anti-wear effect in impeller total artificial heart

A novel permanent magnetic bearing has been developed, which consists of two magnetic rings with differenl dimensions in the same direction of axial magnetization, located concentrically. Because of the effect of magnetic field, the magnetic rings keep a distance axially from each other. If the distance between the two rings changes, a rehabilitalion force is produced to return to the original po-sition. When this distance decreases, a repeiling force will be generated; its component in axial direction can be used as a magnetic spring and its radial component can function as a bearing. With this novel permanent magnetic bearing, an impeller totai artificial beart (TAH) is designed, manufactured and tested. The rotation is driven radially. On the left and right sides of the rotor magnets, two small magnetic rings are fixed onto the rotor, coupling with two big magnetic rings on both sides of the motor coil, to form the magnetic bearings. Hereby the bearings are used for wear reduction rather than rotor l     

新型混合径向磁轴承结构及其磁力特性

针对当前永磁偏置径向磁轴承的永磁磁路的磁通密度低,磁力小,缺乏自稳定的问题,提出一种应用于立式轴流泵的新型混合径向磁轴承结构.应用分子电流法及虚位移定理建立新型混合径向磁轴承承载力的非线性模型及其线性化方程,分析得出新型径向混合磁悬浮轴承在径向某个自由度上具有自稳定的特点,且永磁轴承可以减小系统总的位移负刚度.研究结果表明,采用Halbach阵列结构后,混合磁轴承气隙的磁通密得到很大提高.电流刚度和位移刚度与平衡点的初始电流及初始间隙密切相关,在平衡位置附近电流刚度和位移刚度呈线性变化,当气隙增大时仍保持较好的线性度,而当气隙减小时呈现一定的非线性特性.     

用于飞轮电池的电动磁力轴承的研究

针对飞轮电池目前存在的主要问题，如价格和可靠性，提出了一种新型被动磁悬浮支承系统，系统由轴向永磁磁力轴承和径向电动磁力轴承两部分构成．从电动磁力轴承的悬浮机理出发，分析转子在特定磁场下运动时的电磁力，建立了转子的状态方程，继而导出稳定运转条件，并通过设计实例导出转子在一定的设计参数下可在任何转速下稳定运转的重要结论．     

轮毂电机气隙偏心下不平衡电磁力与转子系统振动特性分析

相对于传统电机,轮毂电机在电动车行驶过程中,由于路面激励等外界因素的作用,定转子之间会更容易产生偏心,造成轮毂电机气隙不均匀而产生不平衡磁拉力,影响轮毂电机的运行。以一种表贴式永磁同步轮毂电机为研究对象,建立等效的转子动力学模型。通过解析计算和Maxwell Ansoft软件分析了气隙偏心下轮毂电机电磁力的变化情况,并将不平衡电磁力带入等效转子系统运动方程,运用隐式Newmark积分法对转子系统在不平衡电磁力、质量偏心和初始误差偏心影响下的动力响应进行计算。结果表明:气隙偏心会产生特定频率的不平衡磁拉力,增大质量偏心会减轻不平衡磁拉力对转子系统的影响,并且初始位置误差偏心会使转子轴心朝偏心方向偏移,并会与重力相互作用。研究结果可为分析电动车用轮毂电机定转子的振动和后续的控制奠定基础。     

基于电感矩阵的无轴承电机径向悬浮力模型

介绍了无轴承电机工作原理,以附加二极悬浮力绕组的四极无轴承电机为研究对象,建立适用于圆柱型和凸极型转子的无轴承电机的通用电感矩阵模型,进而推导出径向悬浮力通用数学模型.基于该数学模型,以无轴承同步磁阻电机和无轴承永磁同步电机为例,得出径向悬浮力公式和径向悬浮力计算值,并分别与用ANSYS有限元分析软件计算的径向悬浮力数值进行对比.模型计算结果与ANSYS分析结果基本吻合,该径向悬浮力数学模型的正确性得到验证.     

碰摩转子轴承系统非线性振动特征的实验研究

建立了转子碰摩故障的实验装置,通过实验研究了转子系统碰摩故障的非线性振动特征,发现对油膜力影响较小的系统,转定子碰摩使系统产生了半频及高频分量,而对于滑动轴承支撑的系统,较小的碰摩间隙使得系统在油膜涡动之前产生碰摩,系统产生了丰富的高频分量;当碰摩间隙较大时,碰摩在油膜涡动之后发生,此时碰摩对系统的影响很小,轴承油膜力对系统的影响最大·     

轮毂电机驱动电动汽车机电耦合垂向动力学特性

电动车用轮毂电机受路面激励和车重的双重作用,定转子相对偏心进而产生不平衡磁拉力,其垂向分量与车辆悬架系统的垂向振动相耦合,影响电动汽车的平顺性、舒适性等性能。针对这一机电耦合问题,以一台永磁式轮毂电机为研究对象,利用磁场叠加法获得负载气隙磁密分布,引入复数相对磁导和偏心磁导修正系数,建立考虑定子开槽效应的电机偏心磁场和不平衡磁拉力解析模型,并通过有限元仿真和样机试验验证了解析模型的有效性。根据悬架系统的垂向振动与电机偏心不平衡磁拉力的实时耦合关系,利用拉格朗日法求解车辆动力学方程,建立1/4车身垂向耦合振动模型。以轮毂电机定子垂向振动加速度、车身垂向振动加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷为主要指标,研究机电耦合效应对车辆垂向动力学特性的影响,揭示不平衡磁拉力输出特性与车辆动力学响应之间的机电耦合机理。研究结果表明,机电耦合效应使电动汽车的平顺性、操稳性和安全性等性能总体下降。