【技术实现步骤摘要】
一种考虑磁热耦合的磁悬浮离心血泵电机设计方法
[0001]本专利技术涉及血泵驱动电机设计领域，尤其涉及一种考虑磁热耦合的磁悬浮离心血泵电机设计方法。
技术介绍
[0002]人工心脏泵由于能够取代心脏完成射血功能，已成为晚期重症心衰患者主要治疗手段，具有重要的研究价值。自20世纪70年代以来，人工心脏泵的研制已历经三代。第一代人工心脏泵以搏动泵为代表，存在体积庞大、结构复杂等缺点；第二代人工心脏泵则利用叶轮旋转产生连续性血流的旋转泵，克服了以上缺点，但其机械轴承导致摩擦生热，损耗偏高并且容易产生溶血和血栓问题。第三代人工心脏泵则采用液悬浮或磁悬浮轴承，多采用离心泵，通过悬浮系统避免了轴与血液的机械接触，是当前的研究热点，随着体外膜肺氧合(ECMO)技术的深入发展，越来越多的学者开展了体外循环系统的磁悬浮离心血泵的设计研究。驱动电机作为影响磁悬浮离心血泵性能的重要部分，对其进行高精度的设计具有重要意义。
[0003]目前常用磁悬浮离心泵的驱动方式包括外部电机驱动式、直接电机驱动式、无轴承式等，其中外部电机驱动式离心式血泵...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种考虑磁热耦合的磁悬浮离心血泵电机设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，获取所述磁悬浮血泵的流量Q、扬程H、转速n和效率n
p
，计算驱动永磁无刷电机的额定功率等参数，选择所述电机额定电压，预取电负荷与磁负荷，预先确定所述电机定转子拓扑结构及尺寸、永磁体参数、绕组类型；S2，选择永磁体的经验工作温度T1作为其实际工作温度，计算温度T1下的剩磁和矫顽力，通过电磁场分析得到所述电机的空载气隙磁密B
δ0
，计算空载气隙磁通Φ
δ0
；S3，获取所述电机目标空载转速n0，根据所述电机的空载气隙磁通Φ
δ0
，计算每相串联匝数w
Φ
和每相电阻R
Φ
，选择绕组经验工作温度T2作为其实际工作温度，在温度T2下计算所用铜线的截面积q
cu
，确定所述电机初始模型；S4，在永磁体经验工作温度T1和绕组经验工作温度T2下对所述电机开展二维电磁场分析，计算所述电机的铜耗、定转子铁芯损耗、永磁体涡流损耗；S5，建立电机温度场三维模型，获取各部件热导率、比热容、密度等材料属性和温度场散热条件，将所述电机的铜耗、定转子铁芯损耗、永磁体涡流损耗作为温度场分析热源，其中铜耗分为有效边铜耗P1和端部铜耗P2进行精确计算，开展额定工况下的稳态温度场分析，得到永磁体平均温度T1′
和绕组平均温度T2′
；S6，以永磁体平均温度T1′
作为其实际工作温度,计算温度T1′
下所述永磁体的剩磁和矫顽力，保持气隙和永磁体总厚度不变，通过参数化模型绘制温度T1′
下空载气隙磁密B
δ0
与永磁体厚度的关系曲线，修正所述电机初始模型的永磁体厚度使电机空载气隙磁密保持为B
δ0
；S7，以绕组平均温度T2′
作为其实际工作温度，在温度T2′
下重新计算所用铜线的截面积，修正所述电机初始模型的截面积使每相电阻保持为R
Φ
，确定所述电机最终模型，完成设计。2.根据权利要求1所述的考虑磁热耦合的磁悬浮离心血泵电机设计方法，其特征在于，所述S1中电机额定功率计算如下：式中，P
N
为所述电机的额定功率，单位为W；ρ为血液密度，取1050kg
·
m
‑3；g为重力加速度，取9.8m
·
s
‑2；Q为所述血泵的流量，单位为m3·
s
‑1；H为所述血泵的扬程,单位为m；η
p
为血泵本身的效率，即输出功率与轴功率之比；η
t
为传动效率，磁悬浮血泵传动效率取1；K为富余系数，取1.5；所述电机的额定转速n
N
即为血泵转速n，控制方式为三相六状态。3.根据权利要求1所述的考虑磁热耦合的磁悬浮离心血泵电机设计方法，其特征在于，所述S2中，永磁体选用表贴式钕铁硼，近似认为永磁体退磁曲线为第二象限的直线，且工作温度下不发生退磁，获取所述永磁体的剩磁温度系数α1和矫顽力温度系数α2后计算温度T1下永磁体的剩磁和矫顽力；
所述电磁场分析通过电磁场软件Maxwell中的RMxprt模块完成，在该模块中选用永磁无刷直流电机，设置预先确定得定转子拓扑结构及尺寸、永磁体相关参数，通过RMxprt求解即可得到空载气隙磁密B
δ0
...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑书坤，王芳群，蒋鹏程，王嘉毅，张政撼，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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