心腦肺復蘇機用新型永磁同步電機的研制
譚小蘋（四川聯合大學生物醫學工程研究所成都610065）
何 毅（成都市南光實業股份有限公司）
摘 要 根據心腦肺復蘇機的要求，設計了一種復合轉子永磁調速同步電機，分析了復合轉子電機的特點及提高轉速瞬時穩定度的機理，給出了電機的設計特點及實驗結果。
敘 詞 心腦肺復蘇機永磁電機同步電動機復合轉子變頻調速
1引 言
心腦肺復蘇是現代急救醫學的首要課題，心腦肺這三個重要器官的功能衰竭，都可能終結患者生命，或者造成嚴重的后遺癥。隨著社會的發展，人口的增加，因各種因素導致的心臟驟停的人數逐年增加，臨床上急需一種高效、輕便、操作簡單的心腦肺復蘇裝置。
根據心腦肺復蘇的設想，筆者擬將新型膜肺輔以肝素涂復與離心泵組合一體，配亞低溫處理和血液分流方式，研制心腦肺復蘇裝置[1]。
在急救時，從股靜脈和頸靜脈抽出血液，經離心血泵加壓，其控制原理如圖1所示，通過熱交換器降溫、膜肺氧合，將富氧的動脈血送圓人體動脲，其中離心血泵是整個裝置的心臟，它暫時替代人的心臟，故要求其性能可靠，能隨控制信號及時作出反應。本文選擇變同步電機心腦肺復蘇機用新型永磁同步電機的研制頻調速控制同步電機的方案。該方案比霍爾電機經濟，并同樣可達到良好穩定的控制效果。
為模擬人體的血液循環，驅動方式分為脈動式和非脈動式兩種，故對電機的轉速穩定度及脈動驅動時的反應速度提出了較高的要求。如果轉速不穩定或反應速度跟不上，都會影響人工循環的建立，延誤心肺腦復蘇，甚至使急救手術失敗。
采用變頻調速器控制與調速的問題是變頻器輸出電壓中含有大量的高次諧波，高次諧波會使電機溫升高，噪聲大，引起轉速波動。為了解決這些問題，筆者研制了一種復合轉子永磁調速同步電機。
2電機結構
2.1定子結構
定子為蘭相結構，與三相異步電機及同步電機完全相同。繞組為三相短矩分布繞組，鐵心采用斜槽結構。
2.2轉子結構
該電機的轉子結構為復合轉子結構，如圖2所示。
圖2中，復合轉子由永磁轉子、磁阻式轉子、鐵實心轉子及杯形轉子構成。永磁轉子、磁阻式轉子產生同步力矩，實心轉子與杯形轉子產生起動力矩，同時對高次諧波力矩起阻尼作用，以改善轉速瞬時平穩度，降低振動、沖擊與噪聲。
3提高電機反應速度的分析
3.1 同步轉矩的產生
電機的同步轉矩由永磁轉子和磁阻式轉子與定子磁勢相互作用產生，萁表達式經變換可表達為：
式(1)第一項為永磁同步力矩，第二項磁阻同步力矩，構成電機的主力矩，t是筆比值的函數通過變頻調速器適當的設定，二者之間的差值即為電機的加速力矩：
式(2)中，t-n曲線對一定的泵是固定的，而曲線是可調的，通過調整曲線，按要求提高加速度蓑券從而達到提高電機反應速度及節能的目的。
3.2異步起動轉矩的產生
異步電動機無起動力矩，為了使電機能迅速的對加電壓信號作出反應，必須在轉子上加起動繞組，產生異步起動轉矩。最理想狀態是在起動狀態異步轉矩值為****。筆者設計的復合轉子的鐵實心部分及銅套部分就構成了一個異步電機轉子，與定子磁勢相互作用產生異步力矩：
|
