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一、矢量控制系統在醫用門上的應用

(1)矢量控制

該項目應用產品是國內醫用門業中采用矢量控制技術驅動稀土永磁直驅電機，以替代市場上方波控制驅動直流無刷電機的產品。在工業控制領域中，矢量控制技術的應用相對成熟，常見的產品有伺服控制器、矢量變頻器等，而在民用領域普及相對滯后，如近10年開發的變頻空調、出口歐美的高檔變頻風機等。其原理是通過測量和控制電機定子電流矢量，根據磁場定向原理，分別控制電機的勵磁電流和轉矩電流。另外， FOC控制方式還具有力矩波動小、效率高、動態響應快等優點.醫用門經矢量控制后，運行順暢，效果良好。一般的方波控制系統根本看不到緩沖頓挫。

方波控制和本項目正弦波控制波形對比

醫用門矢量控制器運行波形圖

此外，該項目采用改進型FOC永磁同步電機控制策略，采用速度環直接輸出q軸電壓的方式，提高系統運行的穩定性，通過設定q軸電流限制值，比較速度環和電流環輸出q軸電壓，防止電流過大損壞電力部件。

普通FOC控制原理圖

改進式FOC控制原理圖

(2)稀土永磁直驅電機

該項目用稀土永磁直驅電機代替直流無刷電機。電動機轉子采用高磁密性稀土磁鋼，與鐵氧體磁鋼相比，在相同電流和匝數下有數倍的轉矩輸出；結構設計上，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，提高電動機效率，同時減少不可再生資源的浪費。因此在低速時仍能保持較大的轉矩，不需要減速機，從而使整個系統結構更加簡單，穩定，高效，壽命更長。

安裝實物圖

二、項目的技術指標對比

醫用自動門矢量控制的技術參數和市場上的常用產品的技術指標對比如下：

三 、先進性分析

(1)靜音性能

驅動負荷為150 KG門體，聲音分貝儀表在全貼電動機時，本項目電動機為47分貝電動機，遠低于市場產品73分貝的分貝，屬于靜音級，在室內使用有明顯優勢。該方案采用 PWM (即高速開關 MOS管)，將勵磁電流從小變大，形成正弦波形，沒有換向電流的突變，從而大大降低了電機運行噪聲。

醫療自動化領域對運行噪聲的要求比較高，市場上常用的減速電機，一般采用1:16的減速比，運行噪聲如果控制不好相對來說還是比較大的，運行噪聲一般在65dB以上，在醫院手術室比較安靜的環境下，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，矢量電機采用直驅方式，無減速箱，運行噪聲在47dB以內，降低35%。另外一種情況是，在斷電的情況下，用手動方式推拉門的差別也很大，減速箱電機一般需要100N的力量才能推拉門，這是因為減速箱阻力的存在，但永磁直驅電機，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。

大負載情況下本項目電機(左)  和直流無刷電機(右)的聲音對比

(2)電機效率提升

電機效率在自動門達200轉/分鐘前提下，可提升約15%。

方波控制和正弦波控制的電機效率對比

(3)成本和故障率的降低

       在電動機結構上，由于采用了永磁直驅電動機，因此減少了醫用自動門電動機的大故障點——減速機，使電動機故障率從平均7%降低到不超過1%。與減速電機相比，由于沒有減速箱，沒有齒輪潤滑油，潤滑油對溫度的變化有影響，當環境溫度較高時，容易出現滲油情況，電機表面看起來臟兮兮的，當環境溫度較低時，潤滑油變得粘稠，影響電機運行，曾經在我國北方嚴寒地區出現過，電機上午不能用，下午又能用。正是由于環境溫度的原因。捷申達采用永磁直驅電機，沒有減速箱工藝，很好地解決了這一難題。不管環境溫度如何變化，上述情況都不會發生。

本項目產品一電機

市場上通用直流無刷電機