Design and parameter estimation of hybrid magnetic bearings for blood pump applications

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作者
Teck Meng Lim,Dongsheng Zhang,Jingyi Yang,Shanbao Cheng,Sze Hsien Low,Leok Poh Chua,Xiaowei Wu
出处
期刊:Mechanical Systems and Signal Processing [Elsevier]
卷期号:23 (7): 2352-2382 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.ymssp.2009.03.012
摘要

Abstract This paper discusses the design and parameter estimation of the dynamics characteristics of a high-speed hybrid magnetic bearings (HMBs) system for axial flow blood pump applications. The rotor/impeller of the pump is driven by a three-phase permanent magnet (PM) brushless and sensorless DC motor. It is levitated by two HMBs at both ends in five-degree-of-freedom with proportional-integral-derivative (PID) controllers; among which four radial directions are actively controlled and one axial direction is passively controlled. Test results show that the rotor can be stably supported to speeds of 14,000 rpm. The frequency domain parameter estimation technique with statistical analysis is adopted to validate the stiffness and damping coefficients of the HMBs system. A specially designed test rig facilitated the estimation of the bearing's coefficients in air—in both the radial and axial directions. The radial stiffness of the HMBs is compared to the Ansoft's Maxwell 2D/3D finite element magnetostatic results. Experimental estimation showed that the dynamics characteristics of the HMBs system are dominated by the frequency-dependent stiffness coefficients. The actuator gain was also successfully calibrated and may potentially extend the parameter estimation technique developed in the study of identification and monitoring of the pump's dynamics properties under normal operating conditions with fluid.

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