植入式磁悬浮人工心脏泵关键技术研究

目前植入式磁悬浮人工心脏泵能否应用的关键是必须同时解决体积小、重量轻、功耗低的难题，难题的核心是泵的结构设计要解决在狭小空间内多磁场耦合下设计出高承载力可控磁轴承，并且最大限度降低控制电路的功耗。本项目1.采用有限元方法对耦合电磁场进行了分析，得到的耦合刚度、承载力与位移的关系等结论，为结构和性能参数设计提供了依据；2.给出了单端轴向混合磁轴承新结构，解决了人工心脏泵体积与承载力的矛盾，并和零电流控制方法相结合，为实现植入式心脏泵小型化、低功耗、重量轻的目标开辟了道路；3.提出了一种新的轴向位移测量方法，在去掉专用被测零件的情况下，通过径向布置的传感器测量径向轴承的磁场变化检测出轴向位移，缩短了轴向长度，减小了重量。本项目研究成功为人工心脏泵应用奠定了基础。

针对轴流式磁悬浮人工心脏泵，研究要点有三：（1）通过对耦合电磁场进行分析，得到耦合刚度、承载力、以及位移等量的耦合关系等，为结构和性能参数设计提供依据。（2）针对轴流式人工心脏泵，研究单端轴向磁轴承新结构，解决人工心脏泵体积与承载力的矛盾，并和零电流控制方法相结合，为实现植入式心脏泵小型化、低功耗、重量轻的目标开辟了道路。（3）研究一种新的轴向位移测量方法，在去掉专用被测零件的情况下，通过径向布置的传感器测量径向轴承的磁场变化检测出轴向位移，缩短了轴向程度，减小了重量。.对上述要点在研究中有交叉，研究工作首先从结构设计入手，然后是电磁场、耦合场的分析，并完成径向、轴向磁轴承的创新性设计。径向永磁轴承为永磁铁，无需径向电磁线圈、控制器等，大大简化了系统结构，降低了系统质量。研究了径向永磁轴承与轴向电磁轴承相结合的磁悬浮轴承系统，结构简单、体积小、质量轻。研究出轴向位移测量新方法，解决了轴向无需被测元件，传感器测量径向信号的解耦算法实现轴向位移的测量。这一部分的研究无论在理论方面还是实验方面都取得了可喜的进展。单端轴向轴承零电流控制方法研究包括功放的混沌现象研究，使得系统功耗低，使转子在偏离平衡位置附近具有低功耗，由于功耗低，达到连续工作温度不超过30摄氏度。.已发表论文成果共12篇，还将发表论文约10篇。参加国际磁悬浮轴承会议1次，参加国内磁悬浮轴承会议2次，并成功举办1次高端轴承磁悬浮轴承论坛会议。项目在研期间培养出站博士后2名，博士2名，硕士3名（毕业1名）。特别是2名博士后均获得了与本项目相关深入研究的国家自然科学基金青年基金。