人工心脏泵用磁悬浮轴承拓扑优化及性能仿真分析

赵海宁1，张傲1，张晓友1，2，孙凤1，徐方超1（1.沈阳工业大学 机械工程学院；2.日本工业大学 机械工学院）

摘要：采用接触式轴承的传统人工心脏存在溶血高和血栓发生率高的问题，利用磁悬浮轴承无磨损、无需润滑的优势设计了一种结构紧凑、能耗低的单自由度可控型磁悬浮轴承。该磁悬浮轴承包括内周和外周布置的排斥型永磁铁对（被动控制）、悬浮控制用线圈（主动控制）和电动机。利用有限元软件对径向被动、轴向主动控制部分进行结构参数设计，并通过仿真分析评价系统的性能。结果表明，转子的径向位移刚度系数为16.76 N/mm，轴向位移刚度系数为41.42 N/mm，轴向电流刚度系数为0.009 3 N/A，计算得到转子的径向恢复力为16 N左右，轴向恢复力为20 N左右，可以实现径向被动控制和轴向主动控制，满足转子的五自由度稳定悬浮要求。

关键词：滑动轴承；磁力轴承；人工心脏；单自由度机构；结构设计；有限元分析