李　波，孙传余，文艺成，丁鸿昌

(山东科技大学机械电子工程学院，山东 青岛 266590)

Study on Stiffness and Damping of a Centrifugal Maglev Blood Pump

LI Bo，SUN Chuanyu，WEN Yicheng，DING Hongchang

(College of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China)



一种磁悬浮离心式心脏泵刚度与阻尼特性分析

李波，孙传余，文艺成，丁鸿昌

(山东科技大学机械电子工程学院，山东 青岛 266590)

Study on Stiffness and Damping of a Centrifugal Maglev Blood Pump

LI Bo，SUN Chuanyu，WEN Yicheng，DING Hongchang

(College of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266590，China)

摘要：针对一种磁悬浮离心式心脏泵系统的动态特性，需要分析其刚度与阻尼。为此，分析了径向永磁轴承和开关磁阻电机的径向力学特性，得到磁悬浮转子径向运动方程和控制系统框图；并结合PD控制器，推导出系统径向刚度与阻尼数学表达式，最后通过实例仿真，得到径向刚度与阻尼特性曲线。研究表明，比例和滤波环节对系统动刚度、阻尼比和固有频率均有显著影响，且在低频段，微分系数与阻尼比近似成正比关系。上述研究为磁悬浮离心式心脏泵控制系统的设计和磁悬浮转子径向位移控制提供理论指导。

关键词：磁悬浮心脏泵；径向永磁轴承；开关磁阻电机；刚度；阻尼

0引言

近年来，随着心脏病发病患者人数不断增加，磁悬浮心脏泵作为部分或全部替代人体心脏的医学装置，显得越来越重要。

第1代人工心脏泵模拟心脏的收缩与舒张过程，通过容积周期性变化，实现血液驱动，该心脏泵结构复杂、体积大且使用寿命短；第2代人工心脏利用机械轴承支承转子叶轮，该心脏泵机械摩擦严重，易引发溶血、血拴等问题，制约人工心脏泵在人体内的长期使用；第3代人工心脏泵采用非接触磁悬浮技术，通过转子叶轮的无接触高速旋转，驱动血液流动。……