心腦肺復(fù)蘇機(jī)用新型永磁同步電機(jī)的研制
譚小蘋(píng)（四川聯(lián)合大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究所成都610065）
何 毅（成都市南光實(shí)業(yè)股份有限公司）
摘 要 根據(jù)心腦肺復(fù)蘇機(jī)的要求，設(shè)計(jì)了一種復(fù)合轉(zhuǎn)子永磁調(diào)速同步電機(jī)，分析了復(fù)合轉(zhuǎn)子電機(jī)的特點(diǎn)及提高轉(zhuǎn)速瞬時(shí)穩(wěn)定度的機(jī)理，給出了電機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
敘 詞 心腦肺復(fù)蘇機(jī)永磁電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)復(fù)合轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速
1引 言
心腦肺復(fù)蘇是現(xiàn)代急救醫(yī)學(xué)的首要課題，心腦肺這三個(gè)重要器官的功能衰竭，都可能終結(jié)患者生命，或者造成嚴(yán)重的后遺癥。隨著社會(huì)的發(fā)展，人口的增加，因各種因素導(dǎo)致的心臟驟停的人數(shù)逐年增加，臨床上急需一種高效、輕便、操作簡(jiǎn)單的心腦肺復(fù)蘇裝置。
根據(jù)心腦肺復(fù)蘇的設(shè)想，筆者擬將新型膜肺輔以肝素涂復(fù)與離心泵組合一體，配亞低溫處理和血液分流方式，研制心腦肺復(fù)蘇裝置[1]。
在急救時(shí)，從股靜脈和頸靜脈抽出血液，經(jīng)離心血泵加壓，其控制原理如圖1所示，通過(guò)熱交換器降溫、膜肺氧合，將富氧的動(dòng)脈血送圓人體動(dòng)脲，其中離心血泵是整個(gè)裝置的心臟，它暫時(shí)替代人的心臟，故要求其性能可靠，能隨控制信號(hào)及時(shí)作出反應(yīng)。本文選擇變同步電機(jī)心腦肺復(fù)蘇機(jī)用新型永磁同步電機(jī)的研制頻調(diào)速控制同步電機(jī)的方案。該方案比霍爾電機(jī)經(jīng)濟(jì)，并同樣可達(dá)到良好穩(wěn)定的控制效果。
為模擬人體的血液循環(huán)，驅(qū)動(dòng)方式分為脈動(dòng)式和非脈動(dòng)式兩種，故對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度及脈動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)的反應(yīng)速度提出了較高的要求。如果轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或反應(yīng)速度跟不上，都會(huì)影響人工循環(huán)的建立，延誤心肺腦復(fù)蘇，甚至使急救手術(shù)失敗。
采用變頻調(diào)速器控制與調(diào)速的問(wèn)題是變頻器輸出電壓中含有大量的高次諧波，高次諧波會(huì)使電機(jī)溫升高，噪聲大，引起轉(zhuǎn)速波動(dòng)。為了解決這些問(wèn)題，筆者研制了一種復(fù)合轉(zhuǎn)子永磁調(diào)速同步電機(jī)。
2電機(jī)結(jié)構(gòu)
2.1定子結(jié)構(gòu)
定子為蘭相結(jié)構(gòu)，與三相異步電機(jī)及同步電機(jī)完全相同。繞組為三相短矩分布繞組，鐵心采用斜槽結(jié)構(gòu)。
2.2轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)
該電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為復(fù)合轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
圖2中，復(fù)合轉(zhuǎn)子由永磁轉(zhuǎn)子、磁阻式轉(zhuǎn)子、鐵實(shí)心轉(zhuǎn)子及杯形轉(zhuǎn)子構(gòu)成。永磁轉(zhuǎn)子、磁阻式轉(zhuǎn)子產(chǎn)生同步力矩，實(shí)心轉(zhuǎn)子與杯形轉(zhuǎn)子產(chǎn)生起動(dòng)力矩，同時(shí)對(duì)高次諧波力矩起阻尼作用，以改善轉(zhuǎn)速瞬時(shí)平穩(wěn)度，降低振動(dòng)、沖擊與噪聲。
3提高電機(jī)反應(yīng)速度的分析
3.1 同步轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生
電機(jī)的同步轉(zhuǎn)矩由永磁轉(zhuǎn)子和磁阻式轉(zhuǎn)子與定子磁勢(shì)相互作用產(chǎn)生，萁表達(dá)式經(jīng)變換可表達(dá)為：
式(1)第一項(xiàng)為永磁同步力矩，第二項(xiàng)磁阻同步力矩，構(gòu)成電機(jī)的主力矩，t是筆比值的函數(shù)通過(guò)變頻調(diào)速器適當(dāng)?shù)脑O(shè)定，二者之間的差值即為電機(jī)的加速力矩：
式(2)中，t-n曲線對(duì)一定的泵是固定的，而曲線是可調(diào)的，通過(guò)調(diào)整曲線，按要求提高加速度蓑券從而達(dá)到提高電機(jī)反應(yīng)速度及節(jié)能的目的。
3.2異步起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生
異步電動(dòng)機(jī)無(wú)起動(dòng)力矩，為了使電機(jī)能迅速的對(duì)加電壓信號(hào)作出反應(yīng)，必須在轉(zhuǎn)子上加起動(dòng)繞組，產(chǎn)生異步起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。最理想狀態(tài)是在起動(dòng)狀態(tài)異步轉(zhuǎn)矩值為****。筆者設(shè)計(jì)的復(fù)合轉(zhuǎn)子的鐵實(shí)心部分及銅套部分就構(gòu)成了一個(gè)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子，與定子磁勢(shì)相互作用產(chǎn)生異步力矩：
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