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附錄Ⅰ ：外文譯文
直線感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)立體車庫(kù)的分析與測(cè)試
秦奮璐，云月燁，簡(jiǎn)欣神
浙江大學(xué)
電機(jī)工程學(xué)院
浙大路38, 310027號(hào)，杭州，中國(guó)
電子郵件：LuqFiNeN-ZJU.E.U.CN
（收到：18.092015，修訂：20.092015）
摘要：汽車進(jìn)入時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，尤其是在立體車庫(kù)中，應(yīng)該盡量減少這一點(diǎn)。本文提出了一種新穎的立體車庫(kù)。該系統(tǒng)采用直線感應(yīng)電機(jī)（LIMS），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快。在立體車庫(kù)中，在升降平臺(tái)的橫梁下方安裝多個(gè)LIMS，在移動(dòng)框架的頂部固定若干個(gè)LIMS。在LIMS的操作過程中，移動(dòng)框架向前和向后移動(dòng)以到達(dá)所需的停車位置，而橫梁水平移動(dòng)以快速地獲取或存儲(chǔ)車輛。所有這些LIMS都是相同的，應(yīng)該在低頻率下設(shè)計(jì)。在有限元分析的基礎(chǔ)上，研究了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)和動(dòng)力性能的影響。通過原型驗(yàn)證了預(yù)測(cè)結(jié)果。最后，將所設(shè)計(jì)的LIMS成功地應(yīng)用于兩個(gè)8層立體車庫(kù)。
關(guān)鍵詞：有限元、直線感應(yīng)電機(jī)、低頻立體車庫(kù)
1.簡(jiǎn)介
立體車庫(kù)在現(xiàn)代社會(huì)的城市中是非常重要的，因?yàn)橛性絹?lái)越多的汽車。汽車進(jìn)入時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，特別是在大型立體車庫(kù)。然而，由于諸如鏈條和齒輪的中間轉(zhuǎn)換裝置[1-2]，在傳統(tǒng)的立體車庫(kù)中受到限制。為了盡可能縮短存取時(shí)間，強(qiáng)烈推薦使用直線電機(jī)（LMS）。他們可以直接驅(qū)動(dòng)立體車庫(kù)沒有任何中間設(shè)備[3]。
在LMS的不同結(jié)構(gòu)中，直線感應(yīng)電機(jī)（LIMS）由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，在交通、物流、工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。雖然LIMS具有不同的結(jié)構(gòu)類型，如單面、雙面、管狀、圓盤等，但最受歡迎的是單側(cè)化合物二級(jí)結(jié)構(gòu)，它被應(yīng)用在許多設(shè)備中。
對(duì)于LIMs，采用解析電磁場(chǎng)解[4]-[7]研究恒定電壓激勵(lì)或恒電流激勵(lì)下的推力和法向力。最大的缺點(diǎn)是計(jì)算精度受到許多復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的簡(jiǎn)化的影響。為了提高計(jì)算精度和考慮橫向邊緣效應(yīng)，通常采用有限元法。
由于在該應(yīng)用中所需的低操作速度，LIMS應(yīng)設(shè)計(jì)為低額定頻率[8]-[9]。此外，電流應(yīng)盡可能減小，以避免磁場(chǎng)飽和，并降低逆變器的容量。這些導(dǎo)致
立體聲車庫(kù)的LIMS不同于正常的LIMS。然而，在這一研究領(lǐng)域的出版物并不多。
本文主要介紹了LIMs驅(qū)動(dòng)的新型立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)和工作原理，獲得了LIM的設(shè)計(jì)規(guī)范。基于有限元法，研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)和動(dòng)力性能的影響。最后，通過原型測(cè)量驗(yàn)證了預(yù)測(cè)結(jié)果。
2. 新型立體車庫(kù)的結(jié)構(gòu)
圖1（a）示出LIMS驅(qū)動(dòng)的立體車庫(kù)中的一個(gè)單元的圖。圖1B顯示了它的垂直視圖。單位數(shù)是一個(gè)整數(shù)，如1, 2, 3等。
在一個(gè)單元里有幾個(gè)LIMS。它們分別固定在立體車庫(kù)的中間移動(dòng)平臺(tái)和升降框架上。在每一層中，停車位可以是2, 4, 6、8, 10等。如圖所示，LIMS安裝在MOV框架的頂部，這是一個(gè)縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)。在兩側(cè)，在移動(dòng)框架中固定四個(gè)平行的原基，并且在立體車庫(kù)的支架中使用相同的長(zhǎng)副。當(dāng)LIMs被提供電源時(shí)，移動(dòng)框架在龍迪努方向移動(dòng)，以到達(dá)所需的停車空間。
（a）立體車庫(kù)單元圖
（b）立體車庫(kù)的垂直視圖
圖1：LIMS驅(qū)動(dòng)立體車庫(kù)
圖2顯示了升降平臺(tái)，包括四個(gè)相同的LIMs，移動(dòng)橫梁，載車板和兩個(gè)電磁鐵。所有LIMS的可移動(dòng)原基固定在移動(dòng)橫梁下方并并聯(lián)連接，LIMS的固定次級(jí)安裝在升降平臺(tái)上。氣隙長(zhǎng)度由兩個(gè)直線軸承保持。在移動(dòng)橫梁上方，安裝兩個(gè)電磁鐵，它們提供直流電流。相應(yīng)的鐵芯附在每一個(gè)載板的側(cè)面。與傳統(tǒng)立體車庫(kù)相比，這種立體車庫(kù)將所有的電氣設(shè)備安裝在升降平臺(tái)上，所以所有停車位的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，因?yàn)槊總€(gè)車廂只帶載車板。在兩個(gè)方向上，編碼器被固定以獲得運(yùn)行速度，然后采用矢量控制方法。
在存放或取車過程中，活動(dòng)車架和升降平臺(tái)可以共同工作，盡快找到停車位。然后，移動(dòng)的橫梁被驅(qū)動(dòng)來(lái)搭車。
圖2.升降平臺(tái)圖
當(dāng)汽車從立體車庫(kù)取走時(shí)，LIMS與電源連接，然后與升降器一起驅(qū)動(dòng)移動(dòng)框架和移動(dòng)橫梁到相應(yīng)的停車空間。當(dāng)移動(dòng)橫梁靠近載車板時(shí)，電磁鐵供給直流電流以吸引載車板。之后，移動(dòng)橫梁在LIMs的驅(qū)動(dòng)下向相反方向行駛，從而將帶轎廂的載車板從停車空間中取出到升降平臺(tái)。最后，將轎廂與升降架和活動(dòng)車架一起送出出口。存儲(chǔ)汽車的過程正好相反。因此，根據(jù)LIMS的運(yùn)動(dòng)，汽車可以快速移動(dòng)，以降低汽車進(jìn)入時(shí)間。
3. LIMS的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
在本申請(qǐng)中的LIM中，主長(zhǎng)度不能比運(yùn)動(dòng)橫梁的寬度長(zhǎng)。由于移動(dòng)橫梁的寬度應(yīng)盡可能小，以用于提升平臺(tái)的寬度和重量的轉(zhuǎn)向，因此主長(zhǎng)度也受到限制。在主長(zhǎng)度有限的情況下，一次寬度與推力成正比。如果只采用一個(gè)LIM，它會(huì)變得太大。為了減小每個(gè)LIM的主寬度，采用均勻的LIMS數(shù)量，例如2, 4, 8、10等，對(duì)稱地安裝在移動(dòng)橫梁的下方。
LIM的沖程幾乎是汽車的寬度，所以由于行程有限和重量大，行駛速度不能很高。也就是說(shuō)，LIM的額定速度是低的。在傳統(tǒng)的交疊繞組的LIM極間距下，電源的頻率也很低。因此，LIM應(yīng)該以低頻率設(shè)計(jì)。
如果在移動(dòng)橫梁中采用四個(gè)LIMS，根據(jù)應(yīng)用要求，每個(gè)設(shè)計(jì)的LIM的額定速度、電壓和起動(dòng)推力分別為0.8 m/s、380 V和超過666 N。由于運(yùn)動(dòng)橫梁的寬度是給定的，主長(zhǎng)度是固定的，然后也得到極點(diǎn)間距和極點(diǎn)數(shù)。應(yīng)該注意的是，橫向效應(yīng)不被考慮，因?yàn)槎螌挾瓤梢宰銐驅(qū)挕?
在縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)中也應(yīng)用相同的LIMS，以便于應(yīng)用。在每一方面，也有四個(gè)LIMS采用。根據(jù)所需的速度0.8 m/s，電源的合適頻率是11.5赫茲。在該頻率下，電壓為380 V的全值?？梢曰诘刃щ娐吩O(shè)計(jì)LIM，它可以很好地考慮靜態(tài)縱向效應(yīng)、動(dòng)態(tài)縱向效應(yīng)和次級(jí)鐵損[7]。
4. 參數(shù)分析與動(dòng)態(tài)特征
這種LIM的FEM如圖3所示。在這個(gè)模型中，初級(jí)的速度為零，并且相位繞組被提供滿電壓380 V，F(xiàn)＝11.5赫茲。此外，端阻抗由有效阻抗考慮，這是在前等效電路法中計(jì)算的。
圖3.設(shè)計(jì)中的有限元法
對(duì)不同齒寬的推力進(jìn)行了分析，如圖4所示。顯然，當(dāng)齒寬等于3 mm時(shí)，LIM的性能變差，因?yàn)橥屏ρ杆贉p小，電流也增加。這是由磁場(chǎng)飽和引起的。當(dāng)齒寬大于5 mm時(shí)，推力和電流幾乎保持不變。
此外，與4 mm和5 mm的齒寬相比，前者的推力稍高，電流也較小。當(dāng)然，由于較小的縫隙面積，電流密度也略有提高。
應(yīng)該注意的是，由于低頻電源，齒寬應(yīng)該大于正常的LIM。其原因是由于全電壓和低頻率CY引起的大磁通密度，當(dāng)然，電流密度也受齒寬的影響。
a) 推力圖
b) 電流圖
圖4.不同齒寬的直線電機(jī)鎖止推力
由于疊片是由螺栓組裝而成的，所以軛鐵的高度要高得多。如果可以通過焊接方法進(jìn)行組裝，則可以大大降低軛的高度。根據(jù)設(shè)計(jì)分析，一次高度可降低到60毫米。推力和三相電流幾乎保持不變。因此，磁軛的磁場(chǎng)小于飽和值。
如果初級(jí)的速度設(shè)置為零，則可以獲得鎖定的推力和相電流。三相電流是不對(duì)稱的，也有大量的諧波分量。由于小的互感，A相和B相的電流較大。對(duì)于相位C，基本分量為13.15 A，這也比等效電路法大。圖5示出推力。如圖所示，平均推力為700 N。
圖5.全電壓鎖定推力圖
圖6顯示了LIM在加載300 N時(shí)的動(dòng)態(tài)速度。靜態(tài)速度為0.7米/秒，因此滑移為0.4。在起動(dòng)過程中，電流不會(huì)像正常LIM那樣迅速減小，只有輕微的變化。
a） 速度曲線圖 b）電流曲線圖
圖6.LIM在負(fù)載300 N時(shí)的動(dòng)態(tài)速度和電流
5. 應(yīng)用與測(cè)量
原型制作并安裝在兩個(gè)8層立體車庫(kù)中。一個(gè)有一個(gè)單位，另一個(gè)有三個(gè)單位。圖6A）和圖6B）顯示FOMER LIM主提升平臺(tái)。這8層立體車庫(kù)有兩個(gè)停車位在同一層，所以它是與運(yùn)動(dòng)框架，如圖6C所示。它顯示出良好的性能，并且已經(jīng)運(yùn)行了兩年，直到現(xiàn)在。
在測(cè)試平臺(tái)上，鎖定LIM并提供380 V、11.5 Hz三相電壓，然后可以測(cè)量鎖定推力。表1列出了六個(gè)LIMS的測(cè)量值。如圖所示，電流的平均值為12.2 A，平均推力為702 N。顯然，測(cè)得的電流和推力與設(shè)計(jì)值接近。小的誤差可能是由于安裝加工精度造成的。
在立體車庫(kù)，在給定的最大價(jià)值，速度，加速和減速器是0.8米/秒，0.4 m/s2和0.8米/ s2的，分別。這是說(shuō)，整個(gè)時(shí)間是5小時(shí)。最高大的兩起汽車平臺(tái)冰只有10秒，這是比小銀行。《的小時(shí)。因此，在車的只讀存取時(shí)間主要取決于在升降機(jī)。在8層幀沒有運(yùn)動(dòng)的立體車庫(kù)，它是只讀的30多頁(yè)，這是比傳統(tǒng)的下一步。
圖6.膠原型的立體車庫(kù)
表1.實(shí)測(cè)推力
當(dāng)移動(dòng)橫梁在沒有轎廂的情況下攜帶或存放車載板時(shí)，最大速度、電壓、頻率和電流分別為317 V、11.6 Hz和9 A。當(dāng)車輛應(yīng)被保存時(shí)，必須先攜帶汽車載板。因此，橫梁首先向載板的車輛移動(dòng)，然后將轎廂載板帶到轎廂平臺(tái)上，在圖7中示出了所有四個(gè)LIMS的相應(yīng)的速度響應(yīng)曲線和電流。
a） 速度響應(yīng)圖
b）所有四個(gè)LIMS的電流
圖7.汽車載重板LIMS的速度響應(yīng)和電流
顯然，移動(dòng)橫梁的速度在無(wú)負(fù)載時(shí)達(dá)到0.8米/秒，只有橫梁移動(dòng)。然而，當(dāng)移動(dòng)橫梁與載車板一起移動(dòng)時(shí)，其減小了一點(diǎn)。當(dāng)然，如果攜帶或存放汽車，推力仍需提高到0.8米/秒。當(dāng)移動(dòng)橫梁承受汽車承載板時(shí)，電流只變化一點(diǎn)點(diǎn)。所以車載板不重。
a） 速度響應(yīng)圖
b）電流曲線
圖8.乘汽車時(shí)的速度和電流
圖8a）顯示當(dāng)一輛小汽車的速度響應(yīng)曲線，其重量為1.4 T。因?yàn)榭梢钥闯?，汽車的存取時(shí)間仍然是5秒。圖8B顯示了所有四個(gè)LIMS的電流。顯然，當(dāng)LIMS加速時(shí)，四個(gè)LIMS的總和為30 A，高于圖7B的總和。如果立體車庫(kù)需要一輛重型車，電流會(huì)進(jìn)一步提高。
6. 結(jié)論
LIMs是大型、快速、智能立體車庫(kù)最合適的候選者。本文設(shè)計(jì)了一種新穎的LIMS驅(qū)動(dòng)的立體車庫(kù)，它設(shè)計(jì)在較低的頻率范圍內(nèi)。LIMS不僅驅(qū)動(dòng)移動(dòng)橫梁，而且驅(qū)動(dòng)縱向移動(dòng)框架。已經(jīng)開發(fā)了兩個(gè)具有這些LIMS的8層立體車庫(kù)，其中一個(gè)單元只有一個(gè)單元，也沒有移動(dòng)框架，另一個(gè)具有三個(gè)單元和三個(gè)移動(dòng)框架。前者已經(jīng)表現(xiàn)出良好的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)兩年。
根據(jù)電氣等效電路法設(shè)計(jì)了直線電機(jī)?；谟邢拊ǎ芯苛岁P(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)動(dòng)力性能的影響。對(duì)于這種LIM，齒寬明顯地影響由于與正常LIM相比相對(duì)較大的磁通密度的推力。因此，齒寬不能小于正常LIM的齒寬。通過樣機(jī)的實(shí)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了預(yù)測(cè)結(jié)果的正確性。
致謝
這項(xiàng)工作是由中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)51277158, 51477150）。
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附錄Ⅱ ：外文原文