一种人工心脏泵用的无轴承永磁电机转子及用途制造技术

本发明专利技术提供了一种人工心脏泵用的无轴承永磁电机转子及用途，所述的无轴承永磁电机转子包括中心转子，所述中心转子周向设置有海尔贝克阵列分布的小永磁体，所述的中心转子与小永磁体独立分布，所述小永磁体的磁化角度为60

【技术实现步骤摘要】
一种人工心脏泵用的无轴承永磁电机转子及用途


[0001]本专利技术属于生物医学工程
，涉及转子结构设计，尤其涉及一种人工心脏泵用的无轴承永磁电机转子及用途。

技术介绍

[0002]心力衰竭是当今世界共同面临的一个难题，除了心脏移植，心衰目前还没有通过药物根治的办法，由于心脏病的高发病率和供体心脏的不足，人工心脏成了众多患者延长生存期最后的希望和最有效的途径。第三代人工心脏大多采用无轴承永磁电机驱动，其性能直接影响人工心脏泵的悬浮性能。无轴承永磁电机除了不需要润滑、无摩擦磨损、体积小、能耗低外，还表明其溶血和凝血的概率极低。更重要的是，无轴承永磁电机的系统具有高可靠性和耐用性。因此，受到研究者的广泛喜爱。
[0003]CN101707405B公开了一种复合结构永磁电机的海尔贝克阵列(Halbach阵列)外转子，它涉及复合结构永磁同步电机外转子，它解决了复合结构电机磁耦合问题和可灵活选择电机极数问题。它的转子铁心为圆筒形铁心，外层和内层Halbach永磁体阵列中的每一个永磁体均为瓦片形永磁体，外层和内层Halbach阵列永磁体的瓦片形永磁体分别沿圆周方向均匀排列在转子铁心的外部和内部，外层Halbach阵列永磁体的瓦片形永磁体的磁场减弱一侧的内表面和内层Halbach阵列永磁体的瓦片形永磁体的磁场减弱一侧的外表面分别与转子铁心的外表面和内表面固定连接。无论极数是否相同，都会使得转子铁心内磁通极少，便可实现独立控制，整个混合动力系统更协调的运行，复合在一起的每个电机也可根据实际需要的功率等级与基速来灵活选择自身磁极数。
[0004]CN210041475U公开了一种Halbach阵列电机转子，包括转子铁芯、Halbach阵列磁钢、固定装置，所述固定装置用于将Halbach阵列磁钢固定在转子铁芯上；所述固定装置由非导磁材料组成，其形状与转子铁芯的形状相匹配；所述Halbach阵列磁钢由多个磁钢按照Halbach阵列排列而成，所述多个磁钢与固定装置通过间隙配合的方式连接；该技术通过固定装置的设置，将Halbach阵列磁钢通过机械固定的方式固定在转子铁芯上，代替了结构胶固定的方式，避免布朗运动的影响，从而提高了磁钢安装的可靠性。
[0005]CN208539676U公开了一种永磁电机转子和永磁电机，包括转子铁芯，所述永磁电机转子包括与所述转子铁芯的铁芯端面同心设置的限位端环以及部分粘附在所述限位端环的径向内环周壁上的动平衡泥，所述限位端环与所述铁芯端面之间形成卡扣连接。该技术的永磁电机转子通过设置限位端环，能够径向限位粘附在永磁电机转子上的动平衡泥，保证动平衡泥在永磁电机转子的高速旋转过程中不会飞脱，从而保证电机的稳定性和可靠性。此外，通过在限位端环与铁芯端面之间形成卡扣连接，能够保证限位端环的装配稳定性。
[0006]近年来，瑞士、日本、美国等国在无轴承永磁电机的研究领域取得了巨大的成就。其中，瑞士联邦理工学院博士开发的采用无轴承永磁电机的人工心脏泵已广泛应用于临床。目前市场上最流行的第三代人工心脏泵HeartMateIII也是由无轴承永磁电机驱
动的。虽然无轴承永磁电机在磁悬浮人工心脏领域发挥着不可或缺的作用，但人工心脏泵的永磁转子在工作时会受到很大的离心力，一般磁性材料都比较脆弱。这导致了简单地增加永磁体的厚度以增加气隙磁密度具有一定局限性。因此，如何利用相同材料、相同厚度的永磁体产生更大的气隙磁密度，从而产生更大的悬浮力和电磁转矩是无轴承永磁电机设计的关键技术之一。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种人工心脏泵用的无轴承永磁电机转子，在本专利技术中，无轴承永磁电机转子结构显著提高了无轴承永磁电机的径向悬浮力和电磁转矩，在获得相同径向悬浮力的情况下消耗更小的悬浮力绕组电流，从而达到节省永磁材料，降低能耗的目的，并且更易于实现电机控制，验证了本专利技术的优越性。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种人工心脏泵用的无轴承永磁电机转子，所述的无轴承永磁电机转子包括中心转子，所述中心转子周向设置有海尔贝克阵列分布的小永磁体，所述的中心转子与小永磁体独立分布，所述小永磁体的磁化角度为60
°
。
[0010]需要说明的是，在本专利技术中海尔贝克阵列(Hallbach)具体指工程上理想结构的近似，目标是用最少量的磁体产生最强的磁场。
[0011]本专利技术特别限定了小永磁体的磁化角度为60
°
，是因为该磁化角度下的无轴承永磁电机其综合性能是最佳的，具体而言：理论上，永磁的磁化角越小，电机性能越好，但实际上，磁化角度越小意味着小永磁体越多，会导致成本高，而且永磁尺寸太小也会导致强度低，因此综合考虑电机性能和成本，磁化角度为60
°
是最合适的。若小永磁体的磁化角度超过限定值60
°
，会导致电机的转矩性能和悬浮性能会受到影响，这是由于磁化角度偏大的话，电机气隙磁密会更小，而且永磁体用料增多，材料利用率降低。若小永磁体的磁化角度低于限定值60
°
，会导致电机成本上升，这是由于磁化角度偏小的话，小永磁体数量会更多，体积也会更小，从而增加成本，降低结构强度，另外，这种方式下的转子制造工艺的难度也会增加。
[0012]在本专利技术中，无轴承永磁电机转子结构显著提高了无轴承永磁电机的径向悬浮力和电磁转矩，在获得相同径向悬浮力的情况下消耗更小的悬浮力绕组电流，从而达到节省永磁材料，降低能耗的目的，并且更易于实现电机控制，验证了本专利技术的优越性。
[0013]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述小永磁体紧贴于中心转子的外周。
[0014]需要说明的是，本专利技术对小永磁体与中心转子的紧贴方式不作具体要求和特殊限定，小永磁体与中心转子的紧贴在本专利技术中的作用是为构成无轴承的永磁电机转子的必要条件，因此可以理解的是，其他能实现此类功能的紧贴方式均可用于本专利技术中，本领域技术人员可以根据使用场景和测试条件对小永磁体与中心转子的紧贴方式进行适应性调整。
[0015]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述中心转子的材质为导磁性材料。
[0016]优选地，所述中心转子的材质为硅钢片。
[0017]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述小永磁体的材质为永磁材料。
[0018]优选地，所述小永磁体的材质为钕铁硼。
[0019]优选地，所述小永磁体的材质为稀土钕铁硼。
[0020]本专利技术特别限定了小永磁体的材质为稀土钕铁硼，是因为稀土钕铁硼具有极高的磁能积、矫顽力和能量密度，采用相同材料和厚度的稀土钕铁硼永磁体可以产生更大的气隙磁密，从而产生更大的悬浮力和电磁转矩，这是评价人工心脏泵性能好坏的关键指标。若小永磁体的材质为其他导磁材料(例如铁氧体、钐钴、铝镍钴)，达不到本专利技术小永磁体的增大气隙磁密、提升永磁体利用率、降低成本效果，从而导致电机体积偏大、永磁材料用料较多、成本高、电机性能不好，这是由于相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人工心脏泵用的无轴承永磁电机转子，其特征在于，所述的无轴承永磁电机转子包括中心转子，所述中心转子周向设置有海尔贝克阵列分布的小永磁体，所述的中心转子与小永磁体独立分布，所述小永磁体的磁化角度为60
°
。2.根据权利要求1所述的无轴承永磁电机转子，其特征在于，所述小永磁体紧贴于中心转子的外周。3.根据权利要求1或2所述的无轴承永磁电机转子，其特征在于，所述中心转子的材质为导磁性材料；优选地，所述中心转子的材质为硅钢片。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的无轴承永磁电机转子，其特征在于，所述小永磁体的材质为永磁材料；优选地，所述小永磁体的材质为钕铁硼；优选地，所述小永磁体的材质为稀土钕铁硼。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的无轴承永磁电机转子，其特征在于，所述小永磁体的数量为至少两个；优选地，所述的小永磁体的数量为10～14个。6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲洪一，刘鑫，王聪，刘建华，王秋良，
申请(专利权)人：中国科学院江西稀土研究院，
类型：发明
国别省市：