大间隙磁齿轮传动系统关键理论研究及应用

现有的磁力传动技术研究和应用主要是基于系统主、从磁极间距为小间隙的，而在某些特定的应用场合和条件下，实际或期望的磁极间隙远大于经典磁力传动所设定的范围。本项目以非接触式轴流式血泵外磁场驱动为背景，针对在大间隙磁力传动场合系统传递力矩随着磁极间距的增大而迅速减小的问题，提出一种基于行波磁场与永磁齿轮的磁场相耦合、驱动永磁齿轮旋转的大间隙磁力传动系统方案，通过研究电磁体线圈电流时序周期变换时系统空间磁场分布、非对称磁力作用下永磁齿轮的动力学性能、多物理场耦合效应下系统能量耗散数学模型等科学问题，提出具有最佳能量传递效率的机电磁多参数耦合模型，探索具有普遍意义的大间隙条件下空间磁力耦合作用的关键理论，并将研究成果应用于微型轴流式血泵驱动系统设计，以期实现具有实用意义的大间隙能量传输，对突破磁力传动技术应用受到传动磁极间隙限制的现状具有意义。

本项目以非接触式轴流式血泵磁力驱动为背景，提出一种大间隙磁力传动系统方案，通过研究系统磁传动机理、血泵永磁转子动力学特性、电磁系统能量损耗以及磁-热耦合相互作用规律等科学问题，提出空间磁力耦合作用关键理论，实现了大间隙条件下轴流式血泵的磁力驱动，对突破磁力传动技术应用受到传动磁极间隙限制的现状具有意义。. 研究工作取得的创新成果如下：. （1）提出了一种基于行波磁场与永磁齿轮的磁场相耦合、驱动永磁齿轮旋转的大间隙磁力传动系统方案，分析电磁系统磁耦合传动机理，建立了血泵磁力驱动系统空间磁场、磁力矩数学模型（发表论文5篇，申请发明专利3项）。. （2）建立了系统非对称磁力作用条件下血泵永磁转子动力学模型，提出了满足血泵快速启动响应要求的速度控制方法，能使血泵在4s内达到额定转速（9000r/min），提高了血泵调速性能（发表论文4篇）。. （3）建立了系统矩频-矩角特性模型，提出了能使血泵获得较大驱动力矩的磁极状态控制方法，能使血泵在耦合距离20mm时最大转速增加400r/min，提高了血泵驱动性能（发表论文3篇）。. （4）建立了大间隙磁力传动系统的能量损耗模型，提出了最小能耗血泵启动过程电流控制方法，血泵的启动过程能耗较恒压驱动方式降低了80.1%，较恒流驱动方式降低了54.1%，降低了电磁系统能量损耗（发表论文3篇）。. （5）建立了电磁系统磁-热耦合仿真模型，对电磁体的温升变化及分布规律进行分析，通过对电磁体铁芯材料的改进，提高了电磁系统的驱动性能（发表论文2篇, 申请发明专利1项）。. （6）针对不同生理状况（不同血压）下所对应的不同心脏搏血量，设计了轴流式血泵的磁力驱动闭环控制系统，以血泵输出流量为反馈控制参数，实现了满足不同血压（不同的血泵出口压力）下血泵出口流量的自动调节。（发表论文4篇, 申请发明专利1项）。. 发表学术论文23篇（3篇SCI、10篇EI、8篇CSCD），申请发明专利5项，培养博士研究生2名（已毕业1名），硕士研究生5名（已毕业3名）。. 本项目已按计划要求完成了全部研究内容，预期研究成果超额完成。.