一、矢量控制系统在医用门上的应用

(1)矢量控制

该项目应用产品是国内医用门业中采用矢量控制技术驱动稀土永磁直驱电机，以替代市场上方波控制驱动直流无刷电机的产品。在工业控制领域中，矢量控制技术的应用相对成熟，常见的产品有伺服控制器、矢量变频器等，而在民用领域普及相对滞后，如近10年开发的变频空调、出口欧美的高档变频风机等。其原理是通过测量和控制电机定子电流矢量，根据磁场定向原理，分别控制电机的励磁电流和转矩电流。另外， FOC控制方式还具有力矩波动小、效率高、动态响应快等优点.医用门经矢量控制后，运行顺畅，效果良好。一般的方波控制系统根本看不到缓冲顿挫。

方波控制和本项目正弦波控制波形对比

医用门矢量控制器运行波形图

此外，该项目采用改进型FOC永磁同步电机控制策略，采用速度环直接输出q轴电压的方式，提高系统运行的稳定性，通过设定q轴电流限制值，比较速度环和电流环输出q轴电压，防止电流过大损坏电力部件。

普通FOC控制原理图

改进式FOC控制原理图

(2)稀土永磁直驱电机

该项目用稀土永磁直驱电机代替直流无刷电机。电动机转子采用高磁密性稀土磁钢，与铁氧体磁钢相比，在相同电流和匝数下有数倍的转矩输出；结构设计上，定子采用分水槽集中绕线，大大减少定子端部无效边，减少绕线电阻，提高电动机效率，同时减少不可再生资源的浪费。因此在低速时仍能保持较大的转矩，不需要减速机，从而使整个系统结构更加简单，稳定，高效，寿命更长。

安装实物图

二、项目的技术指标对比

医用自动门矢量控制的技术参数和市场上的常用产品的技术指标对比如下：

三 、先进性分析

(1)静音性能

驱动负荷为150 KG门体，声音分贝仪表在全贴电动机时，本项目电动机为47分贝电动机，远低于市场产品73分贝的分贝，属于静音级，在室内使用有明显优势。该方案采用 PWM (即高速开关 MOS管)，将励磁电流从小变大，形成正弦波形，没有换向电流的突变，从而大大降低了电机运行噪声。

医疗自动化领域对运行噪声的要求比较高，市场上常用的减速电机，一般采用1:16的减速比，运行噪声如果控制不好相对来说还是比较大的，运行噪声一般在65dB以上，在医院手术室比较安静的环境下，噪声听起来还是比较大的。但采用矢量控制就能很好地解决这一问题，矢量电机采用直驱方式，无减速箱，运行噪声在47dB以内，降低35%。另外一种情况是，在断电的情况下，用手动方式推拉门的差别也很大，减速箱电机一般需要100N的力量才能推拉门，这是因为减速箱阻力的存在，但永磁直驱电机，由于没有减速箱，用40N的力量就能轻松推拉门，即两根手指就能轻松开门。

大负载情况下本项目电机(左)  和直流无刷电机(右)的声音对比

(2)电机效率提升

电机效率在自动门达200转/分钟前提下，可提升约15%。

方波控制和正弦波控制的电机效率对比

(3)成本和故障率的降低

       在电动机结构上，由于采用了永磁直驱电动机，因此减少了医用自动门电动机的大故障点——减速机，使电动机故障率从平均7%降低到不超过1%。与减速电机相比，由于没有减速箱，没有齿轮润滑油，润滑油对温度的变化有影响，当环境温度较高时，容易出现渗油情况，电机表面看起来脏兮兮的，当环境温度较低时，润滑油变得粘稠，影响电机运行，曾经在我国北方严寒地区出现过，电机上午不能用，下午又能用。正是由于环境温度的原因。捷申达采用永磁直驱电机，没有减速箱工艺，很好地解决了这一难题。不管环境温度如何变化，上述情况都不会发生。

本项目产品一电机

市场上通用直流无刷电机