醫(yī)用手術(shù)動力裝置高速微電機設(shè)計.pdf

1、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(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行了研究，采用磁路法和有限元相結(jié)合

2、的設(shè)計方法，進(jìn)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(jìn)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(jìn)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。
　?。?）利用有限元法分析了空

3、載和負(fù)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(fù)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(dá)到設(shè)計要求。
　　（3）運用ansys workbench平臺進(jìn)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。
　?。?）繪制電機定子、轉(zhuǎn)子

4、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(jìn)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(dá)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(fù)載工作時的發(fā)熱問題。