轴流式磁悬浮人工心脏泵磁悬浮系统研究

发布时间：2021-12-17 12:34

　　心脏衰竭是心脏病发展的严重阶段,直接威胁病人生命,由于很难及时找到心脏供体进行心脏移植手术,因此,大部分病人需要人工心脏来辅助人体心脏完成泵血功能,维持生命,直至找到合适的心脏供体；人工心脏在辅助心脏完成泵血功能的同时,可帮助病变的心脏恢复机能,是非药物治疗心衰的重要手段。而目前临床采用的第二代人工心脏泵,其机械轴承处的发热比较严重、易磨损、对血液损伤大、容易形成溶血和血栓等问题,限制了其发展和应用。磁悬浮轴承能够实现转子的无接触悬浮支承,消除了轴承处的机械摩擦和磨损,降低了对血液的破坏作用,也降低了溶血和血栓的发生几率,延长了整机寿命。因此,研究可用于人体移植的磁悬浮人工心脏泵具有十分重要的科学意义和社会意义。目前,国际上针对磁悬浮人工心脏泵的研究取得了长足发展,但是可用于临床的还很少,还有很多方面需要改进和完善。磁悬浮人工心脏泵是高度集成机械结构学、转子动力学、流体力学、电磁学、自动控制技术、传感器技术、电子技术等诸多学科的先进知识于一体的机电一体化装置,其核心部件包括磁悬浮轴承、叶轮转子以及驱动电机。叶轮转子和驱动电机的设计可以借鉴第二代人工心脏泵的技术,但用于人工心脏泵的磁悬浮... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：121 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 人工心脏泵的研究现状
    1.3 磁悬浮人心脏泵转子支承技术分析
    1.4 论文工作及内容安排
        1.4.1 论文主要工作
        1.4.2 工作难点分析
        1.4.3 论文主要创新点
        1.4.4 论文内容安排
第二章 轴流式磁悬浮人工心脏泵的磁悬浮系统及径向永磁轴承研究
    2.1 引言
    2.2 轴流式磁悬浮人工心脏泵的磁悬浮系统
    2.3 永磁轴承常用的分析方法
        2.3.1 静态磁路法
        2.3.2 等效磁荷法
        2.3.3 有限元法
    2.4 径向永磁轴承的原理与优化设计
        2.4.1 径向永磁轴承的结构与原理分析
        2.4.2 径向永磁轴承的力学特性
        2.4.3 径向永磁轴承刚度的确定
        2.4.4 径向永磁轴承的优化设计
    2.5 本章小结
第三章 心脏泵电磁轴承系统的研究
    3.1 引言
    3.2 心脏泵轴向电磁轴承的结构与特点
    3.3 轴向电磁轴承与径向永磁轴承的耦合
    3.4 轴向电磁轴承的优化设计
        3.4.1 心脏泵磁悬浮系统总体设计方案
        3.4.2 轴向电磁轴承的结构优化设计
    3.5 设计结果分析
    3.6 本章小结
第四章 轴向位移的间接检测方法
    4.1 引言
    4.2 轴向位移的间接测量方法
        4.2.1 霍尔传感器的检测原理
        4.2.2 轴向位移的间接检测方法
        4.2.3 轴向位移测量精度的研究
    4.3 基于霍尔传感器的测量电路设计
    4.4 转子轴向位移检测系统的实验研究
    4.5 本章小结
第五章 轴向控制系统研究
    5.1 引言
    5.2 系统动力学分析与建模
        5.2.1 血液的影响
        5.2.2 转子重力的影响
        5.2.3 心脏泵转子动力学分析
    5.3 电磁轴承控制器设计
    5.4 功率放大器设计
        5.4.1 线性功率放大器拓扑结构
        5.4.2 线性功率放大器的振荡
        5.4.3 功放效率
        5.4.4 功放性能测试
    5.5 轴向控制器性能测试
        5.5.1 频带宽度
        5.5.2 阶跃响应
    5.6 本章小结
第六章 磁悬浮人工心脏泵的实验研究
    6.1 引言
    6.2 静态悬浮实验
        6.2.1 转子静态悬浮调试实验
        6.2.2 转子的起浮实验
        6.2.3 转子静态悬浮抗干扰实验
    6.3 转子旋转实验
        6.3.1 驱动电机
        6.3.2 转子旋转实验
    6.4 本章小结
第七章 结论
    7.1 主要成果和结论
    7.2 后续工作
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
攻读博士学位期间参加的科研工作
学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]轴流式磁悬浮人工心脏泵磁悬浮轴承系统设计[J]. 关勇,李红伟,刘淑琴.  山东大学学报(工学版). 2011(01)
[2]轴流式磁悬浮人工心脏泵驱动电机的研究[J]. 杨晟,刘淑琴,关勇.  中国机械工程. 2010(08)
[3]人工心脏——直叶片非搏动流单心室辅助泵[J]. 钱坤喜.  中国组织工程研究与临床康复. 2009(26)
[4]磁悬浮轴承转子位移检测技术[J]. 邹海丹,朱熀秋.  轴承. 2009(04)
[5]磁悬浮人工心脏泵驱动电动机及控制研究[J]. 雷永锋,汪希平,常宇,夏翠艳,江鹏.  微电机. 2008(03)
[6]磁悬浮技术在人工心脏泵中的应用研究[J]. 雷永锋,汪希平.  微特电机. 2007(12)
[7]磁悬浮左心室轴流泵机电模型研究[J]. 刘晓军,刘小英,骆清铭.  华中科技大学学报(自然科学版). 2007(02)
[8]不完全微分型PID控制的应用研究[J]. 陈平.  机电技术. 2006(04)
[9]一种永磁轴承的设计和磁场分布的解析计算[J]. 李群明,万梁,段吉安.  中南大学学报(自然科学版). 2006(05)
[10]基于低噪声运放的传感器前置放大器设计[J]. 周胜海,郭淑红.  仪表技术与传感器. 2006(09)

硕士论文
[1]轴流式磁悬浮人工心脏泵驱动电机的研制[D]. 杨晟.山东大学 2010
[2]倾斜式电磁、永磁混合悬浮地球仪及旋转系统的研究[D]. 石燕.山东大学 2010
[3]轴流式磁悬浮心脏泵控制系统的研究[D]. 王华伟.山东大学 2009
[4]磁悬浮轴承三电平功率放大器数字驱动系统[D]. 房保金.山东大学 2008
[5]轴向控制的磁浮转子系统的控制研究[D]. 雷勇.中南大学 2006
[6]电磁轴承功率放大器的设计和研究[D]. 杜方芳.浙江大学 2005
[7]一种径向永磁轴承的磁力计算及刚度分析[D]. 杨安全.中南大学 2005
[8]永磁轴承力学特性的研究[D]. 姚海.浙江工业大学 2004



本文编号：3540132