王芳群，吴义荣，束月霞，郝 根，徐 庆，王 颢，赵 栋

(1.江苏大学，镇江 212013；2.德州理工大学，美国卢伯克市 79415)



基于Halbach阵列的人工心脏永磁电机的数值分析

王芳群1，吴义荣1，束月霞1，郝 根1，徐 庆1，王 颢1，赵 栋2

(1.江苏大学，镇江 212013；2.德州理工大学，美国卢伯克市 79415)

提出了一种基于Halbach阵列的人工心脏永磁电机的设计方案，并通过有限元仿真评价样机在人工心脏应用中的可行性。其次，应用Ansoft有限元软件对Halbach阵列永磁电机进行了数值研究，对电机进行静态和瞬态仿真，并运用MATLAB软件对电机气隙磁通密度的径向分量进行谐波分解。仿真结果表明，与课题组原传统径向充磁电机相比，Halbach阵列电机转子铁心厚度减小0.35 mm，感应电动势幅值增加5 V，齿槽转矩幅值减小2.05 N·m。

人工心脏；永磁电机；Halbach阵列；有限元法；齿槽转矩

0 引 言

对于终末期心衰患者，人工心脏一直是心脏康复的有效治疗手段和移植手术的过渡桥梁。本文研究的叶轮式人工心脏通过电机驱动叶轮旋转，从而产生符合生理要求的血流。由于在人体内使用的特殊性，驱动电机要求体积小、重量轻、转矩波动小[1]。

Halbach阵列由于具有单边磁场效应，即使电机没有转子铁心，这种结构也能产生比较大的气隙磁场，可以大大减小铁耗、降低转子转动惯量和提高电机响应时间常数。目前，Halbach电机广泛应用于真空设备、同步辐射装置、自由电子激光装置、磁悬浮技术等领域[3-5]。由于Halbach阵列电机可减小转子轭的厚度或选择无铁心结构，可实现减小电机的体积和重量的目的，满足小型人工心脏电机的设计要求。……