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一、矢量控制系統(tǒng)在醫(yī)用門上的應(yīng)用

(1)矢量控制

該項(xiàng)目應(yīng)用產(chǎn)品是國(guó)內(nèi)醫(yī)用門業(yè)中采用矢量控制技術(shù)驅(qū)動(dòng)稀土永磁直驅(qū)電機(jī)，以替代市場(chǎng)上方波控制驅(qū)動(dòng)直流無刷電機(jī)的產(chǎn)品。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，矢量控制技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)成熟，常見的產(chǎn)品有伺服控制器、矢量變頻器等，而在民用領(lǐng)域普及相對(duì)滯后，如近10年開發(fā)的變頻空調(diào)、出口歐美的高檔變頻風(fēng)機(jī)等。其原理是通過測(cè)量和控制電機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理，分別控制電機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流。另外， FOC控制方式還具有力矩波動(dòng)小、效率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn).醫(yī)用門經(jīng)矢量控制后，運(yùn)行順暢，效果良好。一般的方波控制系統(tǒng)根本看不到緩沖頓挫。

方波控制和本項(xiàng)目正弦波控制波形對(duì)比

醫(yī)用門矢量控制器運(yùn)行波形圖

此外，該項(xiàng)目采用改進(jìn)型FOC永磁同步電機(jī)控制策略，采用速度環(huán)直接輸出q軸電壓的方式，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，通過設(shè)定q軸電流限制值，比較速度環(huán)和電流環(huán)輸出q軸電壓，防止電流過大損壞電力部件。

普通FOC控制原理圖

改進(jìn)式FOC控制原理圖

(2)稀土永磁直驅(qū)電機(jī)

該項(xiàng)目用稀土永磁直驅(qū)電機(jī)代替直流無刷電機(jī)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子采用高磁密性稀土磁鋼，與鐵氧體磁鋼相比，在相同電流和匝數(shù)下有數(shù)倍的轉(zhuǎn)矩輸出；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，定子采用分水槽集中繞線，大大減少定子端部無效邊，減少繞線電阻，提高電動(dòng)機(jī)效率，同時(shí)減少不可再生資源的浪費(fèi)。因此在低速時(shí)仍能保持較大的轉(zhuǎn)矩，不需要減速機(jī)，從而使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，高效，壽命更長(zhǎng)。

安裝實(shí)物圖

二、項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

醫(yī)用自動(dòng)門矢量控制的技術(shù)參數(shù)和市場(chǎng)上的常用產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比如下：

三 、先進(jìn)性分析

(1)靜音性能

驅(qū)動(dòng)負(fù)荷為150 KG門體，聲音分貝儀表在全貼電動(dòng)機(jī)時(shí)，本項(xiàng)目電動(dòng)機(jī)為47分貝電動(dòng)機(jī)，遠(yuǎn)低于市場(chǎng)產(chǎn)品73分貝的分貝，屬于靜音級(jí)，在室內(nèi)使用有明顯優(yōu)勢(shì)。該方案采用 PWM (即高速開關(guān) MOS管)，將勵(lì)磁電流從小變大，形成正弦波形，沒有換向電流的突變，從而大大降低了電機(jī)運(yùn)行噪聲。

醫(yī)療自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)\(yùn)行噪聲的要求比較高，市場(chǎng)上常用的減速電機(jī)，一般采用1:16的減速比，運(yùn)行噪聲如果控制不好相對(duì)來說還是比較大的，運(yùn)行噪聲一般在65dB以上，在醫(yī)院手術(shù)室比較安靜的環(huán)境下，噪聲聽起來還是比較大的。但采用矢量控制就能很好地解決這一問題，矢量電機(jī)采用直驅(qū)方式，無減速箱，運(yùn)行噪聲在47dB以內(nèi)，降低35%。另外一種情況是，在斷電的情況下，用手動(dòng)方式推拉門的差別也很大，減速箱電機(jī)一般需要100N的力量才能推拉門，這是因?yàn)闇p速箱阻力的存在，但永磁直驅(qū)電機(jī)，由于沒有減速箱，用40N的力量就能輕松推拉門，即兩根手指就能輕松開門。

大負(fù)載情況下本項(xiàng)目電機(jī)(左)  和直流無刷電機(jī)(右)的聲音對(duì)比

(2)電機(jī)效率提升

電機(jī)效率在自動(dòng)門達(dá)200轉(zhuǎn)/分鐘前提下，可提升約15%。

方波控制和正弦波控制的電機(jī)效率對(duì)比

(3)成本和故障率的降低

       在電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上，由于采用了永磁直驅(qū)電動(dòng)機(jī)，因此減少了醫(yī)用自動(dòng)門電動(dòng)機(jī)的大故障點(diǎn)——減速機(jī)，使電動(dòng)機(jī)故障率從平均7%降低到不超過1%。與減速電機(jī)相比，由于沒有減速箱，沒有齒輪潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油對(duì)溫度的變化有影響，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，容易出現(xiàn)滲油情況，電機(jī)表面看起來臟兮兮的，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，潤(rùn)滑油變得粘稠，影響電機(jī)運(yùn)行，曾經(jīng)在我國(guó)北方嚴(yán)寒地區(qū)出現(xiàn)過，電機(jī)上午不能用，下午又能用。正是由于環(huán)境溫度的原因。捷申達(dá)采用永磁直驅(qū)電機(jī)，沒有減速箱工藝，很好地解決了這一難題。不管環(huán)境溫度如何變化，上述情況都不會(huì)發(fā)生。

本項(xiàng)目產(chǎn)品一電機(jī)

市場(chǎng)上通用直流無刷電機(jī)