《电梯用新型直线电机驱动系统及其控制研究》项目总结报告

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1、《电梯用新型直线电机驱动系统及其控制研究》项目总结报告一、项目概况东南大学电气工程学院程明教授与海安县申菱电器制造有限公司合作承担江苏省前瞻性联合研究项目“电梯用新型直线电机驱动系统及其控制研究”，项目编号是BY2015070-19，项目起止年限为2015年7月至2017年6月。项目经费一共50万元人民币，其中30万来源于省拨款，剩余20万来自海安县申菱电器制造有限公司。项目主要研究内容包括：1）对三种初级永磁型直线电机的综合性能进行评价，确定其在特定电梯驱动性能指标下的最优电机结构，并提出新的初级永磁型直线

2、电机；2）深入分析不同运行模式下次级磁场的分布规律，研究电机铁耗，为电机的温升计算奠定基础；3）电梯驱动用初级永磁型直线电机参数计算、设计原则和减震降噪等关键技术研发；4）研发电梯驱动用初级永磁型直线电机系统高性能控制策略、推力波动抑制、能量管理及控制器技术并探索无位置传感器控制技术；5）建立一套综合直线电机结构设计、性能计算、系统级仿真、控制系统性能评估于一体的电梯驱动用直线电机关键技术集成平台。二、项目实施情况-12-项目实施过程中，作为上海三菱电梯重要配件供应商的海安县申菱电器制造有限公司（项目合作企业

3、）利用自身优势，组织东南大学项目主要参与人员参观学习现代电梯系统，使项目参与人员对现有曳引式电梯驱动系统有了更全面的了解，同时清楚地认识到高层楼中曳引式电梯系统的局限性。同时，项目合作企业对校方项目参与人员开放电机加工生产线，使得校方人员加深了对电机制造与工艺知识的理解。此外，东南大学项目参与人员定期给海安县申菱电器制造有限公司人员进行电机分析软件的使用培训，提高企业人员软件操作水平和工作效率。制定的实施计划：（1）2015.7~2015.9确定适合电梯直驱用直线电机的本体结构和设计原则，提出新颖结构的初级永

4、磁型直线电机设计方案。（2）2015.10~2015.12建立电机的有限元模型，不断调整电机的结构参数，计算电机的电磁性能参数，进行铁耗的分析与计算。（3）2016.1~2016.6建立初级永磁型直线电机数学模型及完整的综合设计仿真计算平台。对电机设计参数进行分析和调整，确定最终电机设计参数，完成设计图纸并交付工厂制造。（4）2016.7~2016.12-12-等待样机制造阶段，在课题组原先驱动电机控制系统软、硬件基础上，研究该新结构电机驱动电路特点，设计基于DSP的实验平台硬件电路，交付工厂加工。对样机进行

5、实验测试，对控制算法进行必要改进优化，确定最终控制方案。（6）2017.1~2017.6在对整机进行实验研究的基础上，完善改进设计方案。整理总结研究成果，撰写研究总结报告。（6）2017.7~2017.12组织课题结题验收。项目完成情况：（1）评估了三种初级永磁型直线电机。长期以来，国内外学者对初级永磁型直线电机的结构和性能特点进行了广泛深入的研究，先后提出了多种不同的电机结构，如直线双凸极永磁电机（LDSPM电机）、直线磁通反向电机（LFRPM电机）以及直线磁通切换电机（LFSPM电机），尤其是LDSPM电

6、机及LFSPM电机由于具备较高的功率及转矩密度，收到了广泛的关注和深入研究。本报告针对上述几种类型的电机结构，指出了各自结构的优缺点，将电梯驱动用初级永磁型直线电机聚焦在LFSPM电机上，为其发展提供了方向。-12-（2）提出了新型LFSPM电机结构。从现有文献报道中找出了推力密度大、适合电梯驱动场合的无轭部LFSPM电机。在此基础上，为了方便样机加工，本报告提出了紧凑型细轭部LFSPM（TYLFSPM）电机和模块化细轭部LFSPM电机，分析了其工作原理并指出与现有LFSPM电机的不同之处。部分极距比下的模块

7、化TYLFSPM电机结构相间互感可忽略不计，适合容错高可靠性控制策略的实施，能增强直线电机驱动电梯系统的安全性和可靠性。这进一步完善了初级永磁型直线电机的结构体系，为其发展提供了基础。（3）优化了TYLFSPM电机。首先，阐明了电机优化设计流程，包括电流密度的确定和代理模型的应用。温度对初级永磁型直线电机中永磁体性能影响较大，为了避免预设电流密度过高而带来的永磁体性能剧烈下降，本报告采用在优化过程中固定永磁体温度并借助热分析模型反推电流密度的方法。电机优化目标包括净推力、效率、永磁体用量和推力波动率。引入加权

8、系数将电机多目标优化问题转变为单目标优化问题，同时代理模型的应用极大地提高了电机优化效率。其次，针对极距比近似为1的紧凑型和模块化TYLFSPM电机。从中确定了极距比τm/τs=6.5/6的模块化TYLFSPM电机具有很高的综合性能和容错性。最后，对τm/τs=6.5/6的模块化TYLFSPM电机的分析通过了实验样机的验证。（4）分析了LFSPM电机的铁耗分布。首先对电机动子、定子铁心几个关键点磁密