基于贝加莱控制系统的扁平型直线感应电动机驱动立体停车库解决方案(2)

(2)推力与频率的关系

在扁平直线电机的推力测试中，如果保持输入电压不变，增高输入频率，则直线电机的堵动推力逐渐增大并在43Hz 左右达到最大值，之后又呈逐步下降趋势，如图3 所示。

图3 推力与频率的关系

(3)推力与速度的关系

直线电机的加速过程是一种变加速过程，随着速度的提高，电机的推力和加速度都会随之减小，如图4所示。

图4 推力与速度的关系

2.2 平移驱动扁平直线电机的参数估算

在该例中为使汽车平移保持较低的正常运行线速度(约2m/S)，将该扁平直线电机的极距确定为60mm，正常工作频率为25Hz，其同步速度Vs = 2Γf = 2*60*25 = 3,000mm/S = 3m/S。从图2中可查得在这种条件下该直线电机的转差率s约为0.3，则实际运行速度Va = (1-s)VS =(1-0.3)*3m/S = 2.1 m/S。

载车平板和汽车的最大重量Wmax为3,000kg，考虑到直线电机初级块对次级板的法向推力(自悬浮力)，其对滑轨产生的实际正压力将比Wmax小一些。当其在滑轨上平移时，仅受到滚动轴承的滑动摩擦阻力。设摩擦系数μ 的范围为0.01~0.02， 这里取μ = 0.02，则最大摩擦阻力f max = μ *Wmax = 0.02 × 30,000N = 600N。从图3 中可看出，当该直线电机输入频率为25Hz时，负载电流约为18.5A，推力约为480N;而从图4 中可看出，当该直线电机运行速度在2.1m/S时，其推力在450N左右，驱动载车平板的2台扁平直线电机的推力之和约为900N，为最大摩擦阻力600N的1.5倍，也即载车平板(次级块)可以保持约2m/S的运行速度。

必须指出，直线电机特有的边缘效应产生的附加电流将使电机的损耗增加，功率因数降低而导致推力减小。另外由于滑轨安装误差造成的电机初次级间气隙不一致也是造成推力下降的重要因素。

3 立体停车库的结构和设备

3.1 立体停车库的建筑结构

该立体车库拟采用钢筋混凝土框架结构，车库主体为12层(高31.2m)，升降塔为13层(高34.2m)。每一停车层之间用混凝土楼板隔离，这样不但整体结构的刚性较好，而且有利于防火以及防止车辆油、水渗漏扩散。升降机房和每一停车层均设通风装置，每一泊位均设照明、火灾报警及自动灭火装置。

3.2 立体停车库的布置和机电设备[6]

同层内设置多车位，采用直线电机纵/横向平移驱动方式。虽然直线电机驱动的理论和技术是成熟的，但缺乏其在汽车平移驱动方面的实际经验和相关的技术标准。

该方案是建造一座12层地上立体停车库，停放的车型包括C级轿车、小面包车和SUV及以下尺寸和重量的车辆。每一停车层的层间距为2,600mm;每一停车位的容积是5,200mm(长)*2,250mm(宽)*2,200mm(停车净高)。每层虽然有6个平面驱动单元，但只能设5个停车位，因为与升降塔相邻的5号单元必须空置，这样同一层的车辆才能实现平面移动。该立体车库共设有60个车位，主体的外形尺寸为17,000mm(长)*5,200mm(宽)*31,200mm(高)(升降塔高34,200mm)，占地面积约为100平方米，建筑面积约1,080平方米，每辆汽车平均占地面积为1.67平方米。其立面和底层平面布置如图5所示。

图5 60车位立体停车库立面和底层平面布置示意图

每一层的停车平面上纵横相交的滑轨，将其划分成6个单元(其中临近出/入口的单元作为平移缓冲空位，不能安排停车)。载车平板主体为用高强度、高刚度材料加工制成的平板，其上部全部覆盖带条纹的防滑硬质橡胶(防止车辆产生纵向滑动)，其底部与初级块磁路相关的部分覆盖一层10mm厚度的铝板(直线电机的次级)。铝合金框架镶嵌在载车平板的四周，其底部安装有若干组滚珠，载车平板通过它们与纵向和横向滑轨接触，以减小滑动时的摩擦阻力;在驮载汽车的极限负重情况下(按最大负荷3,000kg考虑)，载车平板的铝质底部与停车单元初级块E字形铁芯的上端部的间隙为1.5mm~2.5mm。每一停车单元均装设有纵向和横向载车平板光电定位检测装置、烟雾及火源检测装置以及自动消防装置。

该停车库设有汽车升降塔及一个可升降的存(取)车入(出)口单元，其上设有载车平板纵向和横向光电定位检测装置以及汽车的前、后、左、右和高度限制光电检测装置。在升降塔的顶部装设有一台供入(出)口单元载车平板升降的卷扬驱动装置，采用三相交流异步电动机变频调速控制方式，其升降、调速和各层的平层控制方式与一般的电梯控制类似。

该自动化立体停车库设有可供选择的PLC程序自动和PLC手动控制两种工作方式;通过触摸屏的HMI画面实现存/取车数据输入、操作和运行状况监视;还设有自动刷卡缴费、烟雾和火灾检测报警、电话预约取车和数据/事件记录及管理系统。