机定子绕组122电流，实现磁悬浮转子2的旋转驱动及转矩、转速调节，与此同时轴向向下的电磁吸引力也会随之改变。
[0021]径向磁悬浮实现:参见图4，定子永磁块11呈圆弧状，径向电磁铁芯18呈凸齿状，4个定子永磁块11与4个径向电磁铁芯18在定子外壳10的内壁圆周上均勾交错分布；参见图1，定子永磁块11位于转子永磁环22轴向偏下位置，同极相对，由于永磁体间同极相斥，在磁悬浮转子2上产生径向永磁斥力和轴向向上的永磁斥力；参见图4，径向电磁铁芯18与径向电磁磁钢环23相对，且4个径向电磁铁芯18上均绕有I个径向电磁绕组17 ;对于径向电磁绕组17采用电流差分控制方式，正对的两个径向电磁绕组17为一组，4个径向电磁绕组17共分为两组，通电后，经间隙3与径向电磁磁钢环23发生电磁作用，在磁悬浮转子2上产生径向二自由度的电磁吸引力。可知磁悬浮转子2在径向上所受的力包括径向永磁斥力、径向二自由度的电磁吸引力和液体流动反作用力的径向分力，其中径向永磁斥力可实现磁悬浮转子2的径向非稳态磁悬浮，通过调节径向电磁绕组17电流，改变径向二自由度的电磁吸引力，动态调整磁悬浮转子2的径向位置，实现磁悬浮转子2的径向稳态磁悬浮。
[0022]轴向磁悬浮实现:参见图1、图2，轴向电磁铁芯14呈凸齿状，4个轴向电磁14在定子外壳10顶部呈均匀圆周阵列分布，与轴向电磁磁钢环24相对，且每个轴向电磁铁芯14都绕有I个轴向电磁绕组13 ;轴向电磁绕组13串行联接，通电后，经气隙3与轴向电磁磁钢环24发生电磁作用，在磁悬浮转子2上产生轴向向上的电磁吸引力。可知磁悬浮转子2在轴向上所受的力包括电机定子绕组122产生的轴向向下的电磁吸引力、轴向电磁绕组13产生的轴向向上的电磁吸引力、液体流动反作用力的轴向分力、轴向向上的永磁斥力和磁悬浮转子2所受的重力；安装时，调整定子永磁块11与转子永磁环22的轴向相对位置，使得磁悬浮转子2处于轴向平衡位置时，轴向向上的永磁斥力抵消磁悬浮转子2所受重力，实现磁悬浮转子2轴向非稳态磁悬浮；通过调节轴向电磁绕组13电流，改变轴向向上的电磁吸引力大小，动态调整磁悬浮转子2的轴向位置，实现磁悬浮转子2的轴向稳态磁悬浮。
[0023]一种离心式磁悬浮叶轮驱动装置的工作过程:参见图1、图3，薄片叶轮21呈“米”，厚度薄，重量轻，并用医用钛合金包裹，安全可靠，并随磁悬浮转子2旋转，产生离心力，驱动液体流动；通过调节电机定子绕组122、轴向电磁绕组13和径向电磁绕组17电流大小，实现磁悬浮转子2的稳态磁悬浮及转矩、转速可调的旋转驱动；工作时，液体由液体输入口15流入，在薄片叶轮21驱动下离心式流动，经液体输出口 16流出，实现驱动液体流动的功會K。
【主权项】
1.一种离心式磁悬浮叶轮驱动装置，所述装置可置于人体中，包括磁悬浮定子(I )、磁悬浮转子(2)和间隙(3);所述磁悬浮定子(I)设有定子外壳(10)，所述定子外壳(10)轴向底部嵌有轴向磁场盘式开关磁阻电机定子(12)，轴向顶部嵌有轴向电磁铁芯(14)，轴向顶部中心位置设有液体输入口( 15 )，径向左侧设有液体输出口( 16 )，径向内壁嵌有定子永磁块(11)和径向电磁铁芯(18)，所述径向电磁铁芯(18)绕有径向电磁绕组(17)，所述轴向电磁铁芯(14)绕有轴向电磁绕组(13)，所述轴向磁场盘式开关磁阻电机定子(12)包括电机定子轭环(120)、电机定子齿(121)和电机定子绕组(122);所述磁悬浮转子(2)设有轴向磁场盘式开关磁阻电机转子(20)，所述轴向磁场盘式开关磁阻电机转子(20)包括电机转子轭环(200 )和电机转子齿(201 )，所述电机转子轭环(200 )轴向上方固定有薄片叶轮(21)，径向外壁嵌有转子永磁环(22 )，所述薄片叶轮(21)轴向上方嵌有轴向电磁磁钢环(24 )，所述转子永磁环(22 )径向外侧嵌有径向电磁磁钢环(23 )。2.根据权利要求1所述的一种离心式磁悬浮叶轮驱动装置，其特征在于:所述定子永磁块(11)呈圆弧状，所述径向电磁铁芯(18 )呈凸齿状，4个定子永磁块(11)与4个径向电磁铁芯(18)在定子外壳(10)的径向内壁圆周上均勾交错分布；所述定子永磁块(11)位于转子永磁环(22)轴向偏下位置，同极相对，在磁悬浮转子(2)上产生径向永磁斥力和轴向向上的永磁斥力；安装时，调整定子永磁块(11)与转子永磁环(22)的轴向相对位置，使得磁悬浮转子(2)处于轴向平衡位置时，所述轴向向上的永磁斥力抵消磁悬浮转子(2)所受重力，实现磁悬浮转子(2)轴向非稳态磁悬浮；所述径向电磁铁芯(18)与径向电磁磁钢环(23 )相对，4个径向电磁铁芯(18 )上均绕有I个径向电磁绕组(17 )，且正对的两个径向电磁绕组(17)间采用电流差分控制方式；所述4个径向电磁绕组(17)通电后，与径向电磁磁钢环(23)相互作用，在磁悬浮转子(2)上产生径向二自由度的电磁吸引力，所述径向二自由度的电磁吸引力与径向永磁斥力共同作用，克服液体流动反作用力的径向分力，动态调节磁悬浮转子(2)的径向位置，实现磁悬浮转子(2)的径向稳态磁悬浮。3.根据权利要求1所述的一种离心式磁悬浮叶轮驱动装置，其特征在于:所述轴向电磁铁芯(14)呈凸齿状，4个轴向电磁铁芯(14)在定子外壳(10)顶部呈均匀圆周阵列分布，并与轴向电磁磁钢环(24)相对；所述4个轴向电磁绕组(13)分别绕在4个轴向电磁铁芯(14)上并串行联接，通电后与轴向电磁磁钢环(24)相互作用，在磁悬浮转子(2)上产生轴向向上的电磁吸引力。4.根据权利要求1或3所述的一种离心式磁悬浮叶轮驱动装置，其特征在于:所述电机定子轭环(120)、电机转子轭环(200)与液体输入口(15)同轴分布，所述电机定子齿(121)在电机定子轭环(120)上呈均匀圆周阵列分布，所述电机转子齿(201)在电机转子轭环(200)底部呈均匀圆周阵列分布，并与电机定子齿(121)相对；所述电机定子绕组(122)绕在电机定子齿(121)上，根据“磁阻最小原理”，与电机转子齿(201)相互作用，在磁悬浮转子(2)上产生电磁旋转力和轴向向下的电磁吸引力；控制电机定子绕组(122)电流，实现磁悬浮转子(2)的旋转驱动及转矩、转速调节，同时轴向向下的电磁吸引力也会随之改变；通过调节轴向电磁绕组(13)电流，改变轴向向上的电磁吸引力大小，克服轴向向上的永磁斥力与磁悬浮转子(2)所受重力的合力、电机定子绕组(122)产生的轴向向下的电磁吸引力、液体流动反作用力的轴向分力，动态调节磁悬浮转子(2)的轴向位置，实现磁悬浮转子(2)的轴向稳态磁悬浮。5.根据权利要求1所述的一种离心式磁悬浮叶轮驱动装置，其特征在于:所述薄片叶轮(21)呈“米”字型，厚度薄，重量轻，并用医用钛合金包裹，安全可靠，转动时产生离心力，驱动液体由液体输入口( 15)流入，液体输出口( 16)流出。6.根据权利要求1所述的一种离心式磁悬浮叶轮驱动装置，其特征在于:所述电机转子齿(201)与电机定子齿(121)均呈凸齿状，为4/6齿结构，或为6/8齿结构，或为8/12齿结构。
【专利摘要】本实用新型涉及人工心脏泵领域，要解决的问题是提出体积小、控制稳定、转矩大、功耗低的一种离心式磁悬浮叶轮驱动装置。该装置中，定子外壳的轴向顶部中心位置设有液体输入口，径向左侧设有液体输出口，径向内壁嵌有定子永磁块和径向电磁铁芯，底部内壁上嵌有电机定子齿和电机定子轭环，顶部内壁上嵌有轴向电磁铁芯，轴向电磁铁芯绕有轴向电磁绕组，电机定子齿绕有电机定子绕组，径向电磁铁芯绕有径向电磁绕组，电机转子轭环的径向外侧嵌有转子永磁环，轴向上下两侧分别设有薄片叶轮和电机转子齿，薄片叶轮上方嵌有轴向电磁磁钢环，转子永磁环径向外侧嵌有径向电磁磁钢环。该装置可置于人体中，用作人工心脏泵。
【IPC分类】A61M1/10
【公开号】CN204910253
【申请号】CN201520166947
【发明人】李波, 孙传余, 文艺成, 武慧
【申请人】山东科技大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年3月24日