永磁式负压泵的设计与计算

　　1 引言

　　根据 ISO10079-1 《医用电动吸引器国际标准》[1]和 GB9706.1《医用电气设备 安全通用要求》[2]以及临床实际需要，低负压(胸腔)吸引器的技术指标和安全指标要求非常严格，因为这种医用吸引器可应用于胸腹腔手术吸引以及胸腹腔手术病人的康复治疗，因此要求其安全性、可靠性和稳定性等诸多性能必须达到或超过上述的标准要求。而对整机的要求绝大部分集中在对核心部件——负压泵的要求，在实际的设计工作中，泵的设计工作量占到全部设计工作的 60%~70%。

　　2 设计指标及采用标准

　　2.1 主要设计指标

　　使用与测试电压: AC 198~242V(AC 220V±10%)，50Hz;

　　负压范围: 0~-30kPa;

　　流量(抽速): 30L/min;

　　噪音: ≤50dB (当电压升至 242V 时，在任何正常工作条件下);

　　温升: 绕组温升≤50(正常运行状态)，绕组温升≤80(单一故障状态);

　　无故障工作时间: 3000h (泵工作循环 0.5×~1×次)。

　　2.2 采用标准

　　ISO10079-1 1999-08-15 <>、GB9706.1-1996 <<医用电气设备:第一部分 安全通用要求>>和其它相关标准。

　　为满足设计输入要求，经多种设计方案对比分析后确定方案为永磁体往复直线电机带动隔膜式负压泵(以下简称永磁式负压泵)，关键是用钕铁硼永磁材料替代铁氧体材料，以提高整个泵的输出功率和效率，同时在结构设计上有很多新颖的技术，取得明显效果。

　　3 永磁式负压泵工作原理及结构设计

　　3.1 工作原理与设计考虑

　　图 1 为本项目所设计的永磁式负压泵的工作原理及结构示意图。由图 1 看出，泵可分为两部分：一部分是动力部分——将电能转化为机械能的直线电机部分，另一部分是执行部分——产生负压的负压泵部分。直线电机在 50Hz、220V交流电作用下，励磁绕组产生交变磁场，永磁体在交变磁场的驱动下带动隔膜作活塞往复运动，这样就持续地产生负压。但考虑到在实际使用条件下电网电压可能降到 150V甚至更低，为了在电压很低的条件下，使直线电机仍然有一定的输出功率，在磁路设计时主要采用穷举法，让工作点工作在深度磁饱和区，每个励磁线圈的电感量为 6.2H，这样做的优点是对 电 压 小 范 围 波 动 不 太 敏 感 ， 当 电 压降 至130~150V 时仍然能达到输出指标的一半，而在此条件下旋转电机往往会出现“闷车”现象。但深度饱和的缺点也很严重，铁心和励磁线圈发热，设计中要考虑散热结构，使得最高温度控制在 NdFeB材料的许用温度范围内，本设计选用的 NdFeB 材料牌号为 N35SH，许用温度为120℃，磁极方向如图 1 所示。