用于人工心臟泵的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)及優(yōu)化方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于人工心臟泵的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)及優(yōu)化方法，包括：位于中心的轉(zhuǎn)軸，從內(nèi)到外依次環(huán)繞在轉(zhuǎn)軸外側(cè)的轉(zhuǎn)子永磁體、直斜復(fù)合繞組和定子鐵心；所述轉(zhuǎn)子永磁體與直斜復(fù)合繞組之間形成氣隙；所述直斜復(fù)合繞組的邊緣與定子鐵心的邊緣平齊。本發(fā)明有益效果：采用直斜復(fù)合繞組后，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩增加，諧波繞組系數(shù)降低。定子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)電機(jī)結(jié)構(gòu)相比，定子變?yōu)闊o(wú)槽結(jié)構(gòu)，加工制作相對(duì)簡(jiǎn)單，消除了齒槽轉(zhuǎn)矩，銅損降低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
用于人工心臟泵的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)及優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于人工心臟栗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于人工心臟栗的直斜復(fù)合定子 繞組無(wú)槽電機(jī)及其優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人工心臟栗又稱(chēng)血栗，是一種部分或全部替代心臟栗血功能的機(jī)械栗裝置，具有 廣闊的臨床應(yīng)用前景。驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為人工心臟栗的重要組成部分，其特性直接決定著人工 心臟栗的性能。人工心臟栗驅(qū)動(dòng)電機(jī)與傳統(tǒng)電機(jī)相比，要求在滿(mǎn)足高可靠性、高穩(wěn)定性基礎(chǔ) 上，減小體積、降低噪聲、改善運(yùn)行性能。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有功率密度大、幾何尺寸 小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)行效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在高速運(yùn)行場(chǎng)合具有廣闊的應(yīng)用前景，目前已 經(jīng)被廣泛應(yīng)用于人工心臟栗的驅(qū)動(dòng)。
[0003] 傳統(tǒng)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的定子為有齒槽結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì) 導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生，影響系統(tǒng)的控制精度，尤其是在高速運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)中，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響 更為嚴(yán)重。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)主要源于其諧波轉(zhuǎn)矩，諧波轉(zhuǎn)矩包括齒槽轉(zhuǎn)矩 和紋波轉(zhuǎn)矩。前者由定子鐵心與轉(zhuǎn)子永磁體相互作用產(chǎn)生，是定子齒槽存在而導(dǎo)致的鐵心 磁阻變化引起的；后者產(chǎn)生于電樞電流波形及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形的偏差引起的。雖然有方法 能夠削弱轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但無(wú)法根本消除轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
[0004] 另外，帶齒槽的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度和繞組的豎直部分長(zhǎng)度相等，線(xiàn) 圈的繞組端部置于定子邊緣外，厚度較大，占用軸向空間，同時(shí)無(wú)法有效利用繞組端部部 分，增大了電機(jī)的漏磁和銅損，降低了電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與效率。
[0005] 傳統(tǒng)電機(jī)的繞組分布分為直繞組和斜繞組兩種類(lèi)型，直繞組的電機(jī)諧波繞組系數(shù) 較高，斜繞組分布可以降低諧波繞組系數(shù)。
[0006] 人工心臟栗電機(jī)的發(fā)熱問(wèn)題將影響電機(jī)的效率和患者的生命安全，因此如何降低 發(fā)熱量，提高電機(jī)效率是人工心臟栗電機(jī)研制的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題，提供一種用于人工心臟栗的直斜復(fù)合定子繞 組無(wú)槽電機(jī)及優(yōu)化方法，該電機(jī)采用直斜復(fù)合定子繞組，有效利用了端部繞組部分，在消除 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的同時(shí)，在一定程度上減小了諧波電流，提高電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩與效率。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0009] -種用于人工心臟栗的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)，包括:位于中心的轉(zhuǎn)軸，從內(nèi) 到外依次環(huán)繞在轉(zhuǎn)軸外側(cè)的轉(zhuǎn)子永磁體、直斜復(fù)合繞組和定子鐵心;所述定子鐵心內(nèi)表面 為無(wú)齒槽結(jié)構(gòu)，所述直斜復(fù)合繞組設(shè)置在轉(zhuǎn)子永磁體和定子鐵心之間；所述轉(zhuǎn)子永磁體與 直斜復(fù)合繞組之間形成氣隙;所述直斜復(fù)合繞組的邊緣與定子鐵心的邊緣平齊。
[0010]進(jìn)一步地，所述直斜復(fù)合繞組包括沿環(huán)形繞制的A、B、C三相繞組;每一相繞組沿軸 向分為三個(gè)部分:繞組的上下兩端分別為沿軸向傾斜繞制的斜繞組部分，繞組的中間部分 為直繞組部分。
[0011] 進(jìn)一步地，所述A、B、C三相繞組中，每一相繞組上下兩端沿軸向傾斜繞制的繞組的 傾斜方向角α滿(mǎn)足：
[0012]
[0013]
[0014]其中，α為斜繞組和水平方向的夾角，〇°〈α〈90° ; L為繞組軸長(zhǎng)；Iq為斜繞組長(zhǎng)度；Is 為直繞組長(zhǎng)度;D為繞組單匝線(xiàn)徑;A為斜繞組單匝的水平長(zhǎng)度;N為一層繞組的總匝數(shù);rin為 線(xiàn)圈內(nèi)半徑。
[0015] 進(jìn)一步地，采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)每一相繞組上下兩端沿軸向傾斜繞制的繞組的 傾斜方向角α進(jìn)行優(yōu)化。
[0016] 進(jìn)一步地，所述直斜復(fù)合繞組的斜繞組部分排列規(guī)則，轉(zhuǎn)子永磁體的長(zhǎng)度大于直 繞組部分的長(zhǎng)度。
[0017] 進(jìn)一步地，所述A、B、C三相繞組對(duì)稱(chēng)均勻分布成兩層，每匝線(xiàn)圈跨過(guò)一個(gè)極距，每 層每相繞組占據(jù)120°的角度，繞組接線(xiàn)方式為星形連接。
[0018] 進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子永磁體為釹鐵硼永磁材料，徑向充磁，由單個(gè)磁體組成，或者 由多個(gè)磁體拼接而成，為一對(duì)極或多對(duì)極結(jié)構(gòu)。
[0019] 進(jìn)一步地，所述轉(zhuǎn)子永磁體外部由非磁性醫(yī)用鈦合金包裹，鈦合金外殼外部有葉 輪，旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠帶動(dòng)血液軸向流動(dòng);所述定子線(xiàn)圈內(nèi)側(cè)設(shè)有醫(yī)用鈦合金內(nèi)殼;所述鈦合金外 殼和鈦合金內(nèi)殼能夠減小氣隙磁場(chǎng)的高次諧波，減小轉(zhuǎn)子永磁體的渦流損耗。
[0020] 進(jìn)一步地，所述定子鐵心由硅鋼片疊加而成。
[0021] 進(jìn)一步地，具有直斜復(fù)合定子繞組的無(wú)槽電機(jī)采用無(wú)位置傳感器控制方法，利用 對(duì)電勢(shì)的檢測(cè)確定轉(zhuǎn)子位置，用于電機(jī)控制。
[0022] -種用于人工心臟栗的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)的優(yōu)化方法，包括：
[0023] (1)利用粒子群優(yōu)化算法，在給定溫度初值的條件下計(jì)算出最優(yōu)夾角α的直斜復(fù)合 繞組定子無(wú)槽電機(jī)；
[0024] (2)在有限元仿真軟件中建立電機(jī)磁場(chǎng)有限元計(jì)算模型，設(shè)置電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中 包含夾角α，對(duì)電機(jī)空載特性負(fù)載特性進(jìn)行分析，具體包括對(duì)氣隙磁場(chǎng)、反電勢(shì)波形以及額 定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)矩波形；
[0025] (3)結(jié)合有限元仿真結(jié)果，計(jì)算電機(jī)損耗，包括轉(zhuǎn)子渦流損耗、定子銅損和定子渦 流損耗；
[0026] (4)基于電機(jī)電磁場(chǎng)模型建立溫度場(chǎng)模型，輸入電機(jī)材料熱學(xué)參數(shù)、邊界條件、環(huán) 境溫度、血液流場(chǎng)溫度和流速參數(shù)，進(jìn)行發(fā)熱分析，得到電機(jī)溫度場(chǎng)分析結(jié)果；
[0027] (5)以轉(zhuǎn)子表面溫度、定子內(nèi)側(cè)溫度和電機(jī)外殼溫度參數(shù)作為反饋，更新粒子群優(yōu) 化算法參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行粒子群優(yōu)化算法，迭代幾次后當(dāng)兩次迭代之間差值達(dá)到期望值時(shí)結(jié) 束，從而得到最優(yōu)夾角α。
[0028]本發(fā)明的有益效果是：
[0029] (1)采用直斜復(fù)合繞組后，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與效率增加，諧波電流減小。
[0030 ] (2)定子鐵心結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)電機(jī)結(jié)構(gòu)相比，定子變?yōu)闊o(wú)槽結(jié)構(gòu)，加工制作相對(duì) 簡(jiǎn)單，消除了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
[0031] (3)可以通過(guò)改變繞組的斜繞組部分和直繞組部分所占的比例，調(diào)控電機(jī)的電磁 轉(zhuǎn)矩與諧波繞組系數(shù)。
[0032] (5)直斜復(fù)合繞組的使用，使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)得到了有效抑制，削弱了振動(dòng)和 噪聲，可以提高人工心臟栗系統(tǒng)的控制精度，有利于人工心臟栗的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0033] (6)通過(guò)粒子群算法優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)出最優(yōu)的的斜繞組傾斜角，從而使電 機(jī)效率達(dá)到最尚，有效提尚諧波抑制率，降低了心臟栗發(fā)熱。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1是本發(fā)明用于人工心臟栗的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)徑向截面圖；
[0035] 圖2是本發(fā)明用于人工心臟栗的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3是本發(fā)明用于人工心臟栗的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)的工作原理；
[0037]圖4是三相繞組的空載反電動(dòng)勢(shì)波形；
[0038]圖5是本發(fā)明直斜復(fù)合定子繞組結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖6是磁熱耦合分析的概念圖；
[0040] 圖7是粒子群參數(shù)優(yōu)化算法流程圖；
[0041] 圖8是本發(fā)明用于人工心臟栗的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)參數(shù)優(yōu)化方法流程 圖；
[0042] 其中，1.定子鐵心，2.直斜復(fù)合繞組，3.氣隙，4.轉(zhuǎn)子永磁體，5.轉(zhuǎn)軸，6.電機(jī)外殼。
【具體實(shí)施方式】：
[0043]下面結(jié)合附圖與實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：
[0044] 如圖1和圖2所示，一種用于人工心臟栗的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)，包括:定子 鐵心1、直斜復(fù)合繞組2、轉(zhuǎn)子永磁體4和轉(zhuǎn)軸5;轉(zhuǎn)軸5位于中心位置，從內(nèi)到外依次為轉(zhuǎn)軸5， 轉(zhuǎn)子永磁體4、直斜復(fù)合定子繞組和定子鐵心1;轉(zhuǎn)子永磁體4心與直斜復(fù)合繞組2之間形成 電機(jī)氣隙3;直斜復(fù)合繞組2介于定子和轉(zhuǎn)子之間，直斜復(fù)合繞組2的邊緣與定子鐵心1的邊 緣平齊。定子鐵心1由硅鋼片疊加而成，轉(zhuǎn)子永磁體4為釹鐵硼永磁材料，徑向充磁，定子鐵 心1為無(wú)齒槽結(jié)構(gòu)。
[0045] 圖3為本發(fā)明電機(jī)工作原理示意圖，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)裝置通過(guò)反電勢(shì)法檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn) 子位置，把信號(hào)輸送至控制器，控制器根據(jù)反饋的信號(hào)控制逆變器開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，據(jù)此控制電機(jī) 三相繞組的導(dǎo)通狀態(tài)，形成脈振旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 人工心臟栗驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)的運(yùn)行方式。
[0046] 對(duì)于傳統(tǒng)電機(jī)的繞組，轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度和繞組的豎直部分長(zhǎng)度相等，繞組的端部布置 在轉(zhuǎn)子邊緣之外，端部繞組排列不規(guī)則，厚度高，繞組端部并沒(méi)有得到有效的利用。
[0047] 對(duì)于直斜復(fù)合繞組2，繞組端部邊緣與定子邊緣平齊，繞組傾斜部分排列規(guī)則，轉(zhuǎn) 子的長(zhǎng)度大于繞組的豎直部分。直斜復(fù)合繞組2端部斜繞組的利用增大了導(dǎo)體有效長(zhǎng)度，使 得電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)增大;端部斜繞組的規(guī)則排列使得線(xiàn)圈厚度降低，定子鐵心1和轉(zhuǎn)子永磁體 4之間的氣隙3減小，氣隙3磁感應(yīng)強(qiáng)度增大;斜繞組部分能夠有效抑制高次諧波，從而削弱 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩增加，諧波繞組系數(shù)降低。另外，具有直斜復(fù)合繞組2的無(wú)齒槽結(jié) 構(gòu)定子鐵心1，消除了齒槽轉(zhuǎn)矩，降低了銅損。
[0048]對(duì)于使用直斜復(fù)合繞組2的電動(dòng)機(jī)，繞組端部的利用增大了導(dǎo)體有效長(zhǎng)度，使得電 動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)增大;端部繞組的規(guī)則排列使得線(xiàn)圈厚度降低;定子鐵心1具有無(wú)槽結(jié)構(gòu)，從根 本上消除了齒槽轉(zhuǎn)矩;斜繞組部分能夠有效抑制高次諧波，使電機(jī)能平穩(wěn)運(yùn)行。電動(dòng)勢(shì)和氣 隙3磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩增大，同時(shí)，無(wú)齒槽電機(jī)磁阻轉(zhuǎn)矩很小，具有較高的 定位轉(zhuǎn)矩，能有效抑制電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使運(yùn)行更加平穩(wěn)。
[0049]圖4所示分別為三相繞組空載反電動(dòng)勢(shì)波形，波形正弦性較好，傅里葉分析表明， 諧波幅值較低，驗(yàn)證了本發(fā)明電機(jī)設(shè)計(jì)的有效性。
[0050] 高次諧波的抑制有利于降低電機(jī)的雜散損耗，提高效率，降低溫升，體現(xiàn)了直斜復(fù) 合繞組2的優(yōu)勢(shì)。
[0051] 根據(jù)直斜復(fù)合繞組2內(nèi)層、外層位置的氣隙3磁通密度分布可以得出，繞組內(nèi)層位 置的氣隙3磁通密度明顯大于外層，可見(jiàn)在電機(jī)參數(shù)確定的條件下不同半徑處氣隙3磁密的 大小不同；波形為較好的正弦波，無(wú)齒槽結(jié)構(gòu)有效的削弱了由電樞反應(yīng)引起的氣隙3磁場(chǎng)高 頻諧波，同時(shí)也消除了由定子開(kāi)槽引起的氣隙3磁場(chǎng)中的齒諧波。
[0052]直斜復(fù)合繞組2具有斜槽電機(jī)性質(zhì)，當(dāng)轉(zhuǎn)子大于線(xiàn)圈豎直部分時(shí)，繞組的傾斜部分 得到利用，可使某些諧波繞組系數(shù)顯著降低，與斜槽電機(jī)相比，由于直繞組部分的存在，使 電機(jī)效率更高，轉(zhuǎn)矩更大。
[0053]定子具有無(wú)齒槽結(jié)構(gòu)，使放置繞組的空間增加，在繞組匝數(shù)相同的情況下，無(wú)齒槽 結(jié)構(gòu)可選用直徑較大的導(dǎo)線(xiàn)以減小繞組電阻，因此無(wú)齒槽結(jié)構(gòu)電機(jī)的銅耗要比有齒槽結(jié)構(gòu) 電機(jī)小。
[0054]圖5為人工心臟栗驅(qū)動(dòng)電機(jī)的直斜復(fù)合繞組2結(jié)構(gòu)示意圖，繞組的邊緣與定子鐵心 1邊緣平齊。直斜復(fù)合繞組2由A、B、C三相繞組組成，三相繞組對(duì)稱(chēng)均勻分布成兩層，每匝線(xiàn) 圈跨過(guò)一個(gè)極距，每層每相繞組占據(jù)120°的空間角。三相繞組沿軸向可以分為三個(gè)部分:上 下兩段繞組為斜繞組部分，中段繞組為直繞組部分。A、B、C三相繞組的斜繞組部分與軸向夾 角α相同，上層繞組與下層繞組的傾斜方向相反。通過(guò)調(diào)節(jié)傾斜角α，可以調(diào)節(jié)斜繞組與直繞 組在每相繞組中的比例。
[0055] A、B、C三相繞組中，每一相繞組上下兩端沿軸向傾斜繞制的繞組的傾斜方向角α滿(mǎn) 足：
[0056] ⑴
[0057] (2)
[0058] 其中，α為斜繞組和水平方向的夾角，〇°〈a〈90° ;L為繞組軸長(zhǎng)；Iq為斜繞組長(zhǎng)度；Is 為直繞組長(zhǎng)度;D為繞組單匝線(xiàn)徑;A為斜繞組單匝的水平長(zhǎng)度;N為一層繞組的總匝數(shù);rin為 線(xiàn)圈內(nèi)半徑。
[0059] 采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)每一相繞組上下兩端沿軸向傾斜繞制的繞組的傾斜方向 角α進(jìn)行優(yōu)化。
[0060] 采用了基于粒子群參數(shù)的磁熱耦合分析方法，對(duì)電機(jī)繞組進(jìn)行優(yōu)化，從而得到最 優(yōu)的繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)。磁熱耦合分析的概念圖如圖6所示，粒子群參數(shù)優(yōu)化算法如圖7所示。
[0061] 在夾角α滿(mǎn)足式(1)和式(2)的條件下，對(duì)夾角α進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化步驟如圖8所示：
[0062] (1)利用粒子群優(yōu)化算法，在給定溫度初值的條件下計(jì)算出最優(yōu)夾角α的直斜復(fù)合 繞組2定子無(wú)槽電機(jī)。
[0063] (2)在有限元仿真軟件中建立電機(jī)磁場(chǎng)有限元計(jì)算模型，設(shè)置電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中 包含夾角α，運(yùn)行有限元仿真程序，對(duì)電機(jī)空載特性負(fù)載特性進(jìn)行分析，具體包括對(duì)氣隙3磁 場(chǎng)、反電勢(shì)波形、額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)矩波形；
[0064] (3)結(jié)合有限元仿真結(jié)果，計(jì)算電機(jī)損耗，包括轉(zhuǎn)子渦流損耗、定子銅損、定子渦流 損耗等；
[0065] (4)基于電機(jī)電磁場(chǎng)模型建立溫度場(chǎng)模型，進(jìn)行發(fā)熱分析，輸入電機(jī)材料熱學(xué)參 數(shù)、邊界條件、環(huán)境溫度、血液流場(chǎng)溫度、流速等參數(shù)，按照一下程序得到電機(jī)溫度場(chǎng)分析結(jié) 果。
[0066] (5)以轉(zhuǎn)子表面溫度、定子內(nèi)側(cè)溫度、電機(jī)外殼6溫度參數(shù)作為反饋，更新粒子群優(yōu) 化算法參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行算法，迭代幾次后當(dāng)兩次迭代之間差值達(dá)到期望值時(shí)結(jié)束，從而得到 佳夾角α。
[0067] 上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于人工屯、臟累的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)，其特征是，包括:位于中屯、的轉(zhuǎn) 軸，從內(nèi)到外依次環(huán)繞在轉(zhuǎn)軸外側(cè)的轉(zhuǎn)子永磁體、直斜復(fù)合繞組和定子鐵屯、;所述定子鐵屯、 內(nèi)表面為無(wú)齒槽結(jié)構(gòu)，所述直斜復(fù)合繞組設(shè)置在轉(zhuǎn)子永磁體和定子鐵屯、之間；所述轉(zhuǎn)子永 磁體與直斜復(fù)合繞組之間形成氣隙;所述直斜復(fù)合繞組的邊緣與定子鐵屯、的邊緣平齊。2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于人工屯、臟累的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)，其特征是， 所述直斜復(fù)合繞組包括沿環(huán)形繞制的A、B、C=相繞組;每一相繞組沿軸向分為=個(gè)部分:繞 組的上下兩端分別為沿軸向傾斜繞制的斜繞組部分，繞組的中間部分為直繞組部分。3. 如權(quán)利要求2所述的一種用于人工屯、臟累的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)，其特征是， 所述A、B、C=相繞組中，每一相繞組上下兩端沿軸向傾斜繞制的繞組的傾斜方向角a滿(mǎn)足：其中，a為斜繞組和水平方向的夾角，0°<a<90° ; L為繞組軸長(zhǎng)；Iq為斜繞組長(zhǎng)度；Is為直 繞組長(zhǎng)度;D為繞組單應(yīng)線(xiàn)徑;A為斜繞組單應(yīng)的水平長(zhǎng)度;N為一層繞組的總應(yīng)數(shù);rin為線(xiàn)圈 內(nèi)半徑。4. 如權(quán)利要求3所述的一種用于人工屯、臟累的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)，其特征是， 采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)每一相繞組上下兩端沿軸向傾斜繞制的繞組的傾斜方向角a進(jìn)行優(yōu) 化。5. 如權(quán)利要求2所述的一種用于人工屯、臟累的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)，其特征是， 所述直斜復(fù)合繞組的斜繞組部分排列規(guī)則，轉(zhuǎn)子永磁體的長(zhǎng)度大于直繞組部分的長(zhǎng)度。6. 如權(quán)利要求2所述的一種用于人工屯、臟累的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)，其特征是， 所述A、B、C =相繞組對(duì)稱(chēng)均勻分布成兩層，每應(yīng)線(xiàn)圈跨過(guò)一個(gè)極距，每層每相繞組占據(jù)120° 的角度，繞組接線(xiàn)方式為星形連接。7. 如權(quán)利要求1所述的一種用于人工屯、臟累的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)，其特征是， 所述轉(zhuǎn)子永磁體為欽鐵棚永磁材料，徑向充磁，由單個(gè)磁體組成，或者由多個(gè)磁體拼接而 成，為一對(duì)極或多對(duì)極結(jié)構(gòu)。8. 如權(quán)利要求1所述的一種用于人工屯、臟累的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)，其特征是， 所述轉(zhuǎn)子永磁體外部由非磁性醫(yī)用鐵合金包裹，鐵合金外殼外部有葉輪，旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠帶動(dòng) 血液軸向流動(dòng);所述定子線(xiàn)圈內(nèi)側(cè)設(shè)有醫(yī)用鐵合金內(nèi)殼;所述鐵合金外殼和鐵合金內(nèi)殼能 夠減小氣隙磁場(chǎng)的高次諧波，減小轉(zhuǎn)子永磁體的滿(mǎn)流損耗。9. 如權(quán)利要求1所述的一種用于人工屯、臟累的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)，其特征是， 具有直斜復(fù)合定子繞組的無(wú)槽電機(jī)采用無(wú)位置傳感器控制方法，利用對(duì)電勢(shì)的檢測(cè)確定轉(zhuǎn) 子位置，用于電機(jī)控制。10. -種如權(quán)利要求3所述的用于人工屯、臟累的直斜復(fù)合定子繞組無(wú)槽電機(jī)的優(yōu)化方 法，其特征是，包括： (1)利用粒子群優(yōu)化算法，在給定溫度初值的條件下計(jì)算出最優(yōu)夾角a的直斜復(fù)合繞組 定子無(wú)槽電機(jī)； (2) 在有限元仿真軟件中建立電機(jī)磁場(chǎng)有限元計(jì)算模型，設(shè)置電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中包含 夾角〇,對(duì)電機(jī)空載特性負(fù)載特性進(jìn)行分析，具體包括對(duì)氣隙磁場(chǎng)、反電勢(shì)波形W及額定轉(zhuǎn) 速時(shí)的轉(zhuǎn)矩波形； (3) 結(jié)合有限元仿真結(jié)果，計(jì)算電機(jī)損耗，包括轉(zhuǎn)子滿(mǎn)流損耗、定子銅損和定子滿(mǎn)流損 耗； (4) 基于電機(jī)電磁場(chǎng)模型建立溫度場(chǎng)模型，輸入電機(jī)材料熱學(xué)參數(shù)、邊界條件、環(huán)境溫 度、血液流場(chǎng)溫度和流速參數(shù)，進(jìn)行發(fā)熱分析，得到電機(jī)溫度場(chǎng)分析結(jié)果； (5) W轉(zhuǎn)子表面溫度、定子內(nèi)側(cè)溫度和電機(jī)外殼溫度參數(shù)作為反饋，更新粒子群優(yōu)化算 法參數(shù)，重復(fù)進(jìn)行粒子群優(yōu)化算法，迭代幾次后當(dāng)兩次迭代之間差值達(dá)到期望值時(shí)結(jié)束，從 而得到最優(yōu)夾角a。
【文檔編號(hào)】H02K3/28GK105915005SQ201610470590
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月23日
【發(fā)明人】張?jiān)迄i, 高術(shù)寧, 劉淑琴
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)