本文關(guān)鍵詞：醫(yī)用手術(shù)動力裝置高速微電機設(shè)計

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【摘要】：醫(yī)用手術(shù)動力裝置是開展神經(jīng)外科手術(shù)的必備醫(yī)療器械,功能主要包括鉆、銑、磨等,綜合性能良好的手術(shù)動力裝置可以輔助醫(yī)生高效、安全、快速、精準地完成神經(jīng)外科手術(shù)。高速微電機作為醫(yī)用手術(shù)動力裝置的核心部件,必須具備高轉(zhuǎn)速、低溫升、可多次高溫高壓消毒等特點,對其設(shè)計制造提出了很高的技術(shù)要求。目前,國產(chǎn)手術(shù)動力裝置大多采用進口的高速微電機,影響了國產(chǎn)手術(shù)動力裝置的發(fā)展。本文對醫(yī)用手術(shù)動力裝置高速微電機進行了研究,采用磁路法和有限元相結(jié)合的設(shè)計方法,進行了高速微電機的電磁設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計,創(chuàng)新性地提出了一種基于微流路通道的輔助冷卻系統(tǒng)。本文的主要工作包括:(1)采用等效磁路法進行了電機定、轉(zhuǎn)子的電磁設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計,設(shè)計了一種用于手術(shù)動力裝置高速微電機的輔助冷卻系統(tǒng),該系統(tǒng)由位于定子鐵心的微流路冷卻通道、外部冷卻通道和外部冷卻泵組成。利用ansoft rmxprt進行高速微電機的建模分析,得到高速微電機的設(shè)計表單和特性曲線。(2)利用有限元法分析了空載和負載條件下電機內(nèi)部的磁場,得到電機的徑向氣隙磁密、磁鏈波形、反電動勢、轉(zhuǎn)矩、相電流、鐵心損耗等性能曲線,分析了負載條件下電樞反應(yīng)對電機內(nèi)部磁場、磁鏈和反電動勢的影響。仿真結(jié)果表明電機達到設(shè)計要求。(3)運用ansys workbench平臺進行了高速微電機的溫度場有限元分析,分析電機的溫度場分布可知,電機內(nèi)部溫度最高僅為85℃,并且越靠近冷卻通道溫度越低,證明了輔助冷卻系統(tǒng)的冷卻效果。(4)繪制電機定子、轉(zhuǎn)子和端蓋的圖紙并制作了一臺電壓24V轉(zhuǎn)速50000rpm的樣機,通過搭建的電機性能測試平臺對性能進行了測試。利用反電動勢法測試了樣機的最大空載轉(zhuǎn)速為54545rpm,與有限元分析結(jié)果之間誤差為7%,驗證了設(shè)計的合理性。本文提供的有槽無位置傳感器高速微電機的設(shè)計方案,基本達到手術(shù)動力裝置動力源電機的設(shè)計要求,具有一定的工程意義;提出的基于微流路通道冷卻系統(tǒng)的設(shè)計方法,通過仿真計算表明有助于解決高速微電機長期負載工作時的發(fā)熱問題。后續(xù)還需結(jié)合手術(shù)動力裝置對高速電機的控制系統(tǒng)做進一步的研究。
【關(guān)鍵詞】：醫(yī)用電機 磁路法 電磁場 溫度場
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH777
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題研究背景9-10
• 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀及趨勢10-14
• 1.2.1 國外現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀11-13
• 1.2.3 發(fā)展趨勢13-14
• 1.3 本課題研究意義14
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排14-17
• 2 高速永磁直流無刷電機設(shè)計17-51
• 2.1 手術(shù)動力裝置高速微電機及運行原理17-21
• 2.1.1 手術(shù)動力裝置高速微電機17-18
• 2.1.2 高速直流無刷電機結(jié)構(gòu)及運行原理18-21
• 2.2 高速永磁直流無刷電機設(shè)計21-32
• 2.2.1 高速永磁直流無刷電機整體設(shè)計21-22
• 2.2.2 主要尺寸的確定22-23
• 2.2.3 定子設(shè)計23-26
• 2.2.4 轉(zhuǎn)子設(shè)計26-30
• 2.2.5 輔助冷卻系統(tǒng)設(shè)計30-32
• 2.3 等效磁路法進行磁路計算32-40
• 2.3.1 等效磁路法原理32-38
• 2.3.2 永磁無刷電機的磁路計算38-40
• 2.4 rmxprt建模分析40-50
• 2.4.1 rmxprt建模及分析結(jié)果40-44
• 2.4.2 參數(shù)化分析44-50
• 2.5 本章小結(jié)50-51
• 3 有限元電磁場分析51-69
• 3.1 有限元法原理51-53
• 3.2 有限元分析建模53-56
• 3.2.1 直流無刷電機結(jié)構(gòu)模型53-54
• 3.2.2 直流無刷電機控制電路模型54-56
• 3.3 網(wǎng)格剖分及設(shè)置56-57
• 3.4 空載和負載有限元分析57-67
• 3.4.1 空載有限元分析58-62
• 3.4.2 負載有限元分析62-65
• 3.4.3 其他參數(shù)求解65-67
• 3.5 本章小結(jié)67-69
• 4 基于ansys進行電機溫度場分析69-75
• 4.1 高速永磁電機損耗計算69-71
• 4.1.1 定子鐵耗計算69-70
• 4.1.2 銅耗計算70
• 4.1.3 機械損耗的計算70-71
• 4.2 邊界條件71-72
• 4.2.1 常見邊界條件71
• 4.2.2 散熱系數(shù)的確定71-72
• 4.3 高速永磁電機溫升計算72-74
• 4.3.1 有限元分析模型及網(wǎng)格劃分72-73
• 4.3.2 溫升計算73-74
• 4.4 本章小結(jié)74-75
• 5 樣機加工及性能測試75-83
• 5.1 電機結(jié)構(gòu)型式及加工75-80
• 5.1.1 電機總體結(jié)構(gòu)型式75-76
• 5.1.2 零部件設(shè)計加工76-79
• 5.1.3 樣機制作79-80
• 5.2 高速永磁電機性能測試80-82
• 5.2.1 電機控制平臺搭建80-81
• 5.2.2 性能測試81-82
• 5.3 本章小結(jié)82-83
• 6 結(jié)論與展望83-85
• 6.1 論文完成的主要研究工作83-84
• 6.2 進一步研究的方向84-85
• 致謝85-87
• 參考文獻87-91
• 附錄91
• A.攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文成果91
• B.攻讀碩士學(xué)位期間申請的專利成果91

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本文編號：945303