磁懸浮心臟泵轉(zhuǎn)子徑向位移檢測霍爾元件

人工心臟泵具有重量輕、體積小、懸浮穩(wěn)定、功耗低等優(yōu)點，已成為醫(yī)學(xué)工程和磁懸浮控制領(lǐng)域的重要課題。心臟泵的控制方法一般分為電磁控制、永磁控制和混合控制。永磁控制不需要控制系統(tǒng)，屬于被動懸浮，穩(wěn)定性差；電磁控制通過電磁力實現(xiàn)主動懸架，控制智能字，消耗大量能量；混合控制結(jié)合了兩者的優(yōu)點。磁偏磁降低了系統(tǒng)功耗。在磁懸浮控制系統(tǒng)中，磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子位移檢測是實現(xiàn)精確穩(wěn)定控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于位置檢測結(jié)果中存在轉(zhuǎn)子兩個徑向自由度偏移以及徑向偏移與軸向偏移之間的耦合關(guān)系，增加了徑向兩自由度位置檢測的難度。

離心式磁懸浮心臟泵結(jié)構(gòu)如圖1所示。定子繞組和轉(zhuǎn)子葉輪構(gòu)成雙定子單轉(zhuǎn)子開關(guān)磁阻電動機，其中轉(zhuǎn)子葉輪作為開關(guān)磁阻電動機轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁電路，同時作為轉(zhuǎn)子葉輪驅(qū)動液體流動；定子繞組在軸向的每側(cè)各設(shè)有一組，每組繞組包括主繞組和浮力繞組，主繞組提供驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，浮力繞組提供轉(zhuǎn)子的徑向調(diào)整力；左右徑向永磁軸承位于軸向兩側(cè)，與開關(guān)磁阻電機離心式心臟泵的混合磁懸浮，通過開關(guān)磁阻電機實現(xiàn)磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和徑向位移調(diào)節(jié)，定子軸向端有兩個端口，出口位于定子罩的徑向外壁。

離心式磁懸浮心臟泵在徑向永磁軸承永磁偏置作用下,完成轉(zhuǎn)子徑向和軸向被動懸浮，又在開關(guān)磁阻電動機懸浮力繞組的電磁力作用下,實現(xiàn)徑向2自由度主動懸浮;由開關(guān)磁阻電動機主繞組產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動轉(zhuǎn)子葉輪旋轉(zhuǎn)，使血液經(jīng)人口流人，出口流出，實現(xiàn)血液驅(qū)動功能。

永磁軸承外部某點處磁感應(yīng)強度值與內(nèi)永磁環(huán)微小位移量的關(guān)系特性。根據(jù)4個霍爾元件在空間中的分布位置,給出了解耦方法,準(zhǔn)確實現(xiàn)了磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子徑向2自由度的位移檢測,且操作簡單、計算量小。人工心臟泵磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子徑向位移檢測研究,對實現(xiàn)磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子的徑向穩(wěn)定懸浮。