航空上稀土永磁电机的运用范文

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摘要：

本文首先概述了稀土永磁电机在航空领域中的应用现状，其次介绍了稀土永磁电机在航空上的应用特点，最后对稀土永磁电机在航空领域中的发展及应用趋势进行了分析，具有一定的现实参考意义。

关键词：

稀土永磁电机；航空；无刷直流电机；发展

1稀土永磁电机在航空上的应用现状

飞机的电力作动系统是稀土永磁电机的主要使用对象，所谓电力作动系统即飞机驱动系统，其执行元件为电动机，在飞机的燃油系统、刹车系统、环境控制系统以及飞控系统中应用较为广泛。

1．1燃油系统

以往通常依靠有刷直流电动机来驱动系统的液压阀、液压泵，但是现阶段无刷直流电动机的应用比较普遍。在泵的带动下，电机能够浸在燃油中，而且对电机本体及控制器进行安装时采用同一壳体，使之处于完全密封的状态。在燃油系统中采用稀土永磁电机，具有软起动以及数字控制的速度闭环功能。

1．2刹车系统

1982年，美国成功研制出电刹车系统并将其试安装在A－10攻击机上，开展了一系列相关试验。随后，在1990年，美国在原有的基础上采用滑轮蜗杆作动器以及大力钐钴永磁无刷直流电机开发出第三代飞机电刹车系统。之后，美国于1998年研发出以四台稀土永磁无刷直流电机作为电作动器的电刹车系统，并在F－16战斗机上进行了安装及试飞工作。该电刹车系统采用了具有较低惯性的元件以及稀土永磁无刷的电机，因而相比仅为10Hz响应频率的液压作动器而言，机电作动器能够达到20Hz至30Hz的响应频率。此外，该电刹车系统的使用在一定程度上减轻了战斗机自身的重量。

1．3环境控制系统

自1982年，美国就着力于以电动蒸汽循环的方式来发展环境控制系统，同时在P－3反潜飞机上展开了一系列相关试验。该系统的压气机依靠具有变速功能的直流高压稀土永磁无刷直流电机来驱动，其速度能够在30000至70000r/min的范围内变动。现阶段，我国也已经将稀土永磁无刷直流电动机应用于飞机电动环境控制系统中，在该电机中，霍尔转子位置传感器能够对信号进行输出，从而实现对电机转速的间接测量，在负载出现大范围变动时，在不利用速度传感器的情况下，仍能保证电机速度的稳定及高精度，有效解决了采用直流有刷电机对电动活门进行驱动时出现的时间精度控制问题。

1．4飞控系统

电力作动系统在飞控系统中的应用对象主要为方向舵及翼面，包括机电作动器及液压作动器两类。1975年左右，在一些重大的国际事件中美国直升机的液压系统故障发生率极高，在这种情况下，美国开发着力于研发稀土永磁电机，将钕铁硼永磁无刷直流电机技术应用于液压作动器的研制中，将脉宽调制式功率变换器技术及高压直流稀土永磁无刷直流电机技术应用于机电作动器的研制中。

2稀土永磁电机在航空上的应用特点

(1)一般而言，飞机对其电机自身重量及体积的要求是非常严格的。而稀土永磁材料具有高磁能积的特点，因而能够大幅度减小电机的体积及重量。

(2)由于稀土永磁材料具有较大的剩磁及矫顽力，因而产生的气隙磁通是非常大的，能够使永磁转子的外层直径大大减小，通过减小时间常数以及转子转动惯量，使电机动态特性得到有效的改善。

(3)增加气隙宽度，能够减小在齿槽效应下产生的力矩波动，一般情况下，电枢反应会影响到力矩波动，而气隙宽度的增加可以对这种影响产生一定的抑制作用。电枢反应不会过多的影响到稀土永磁材料的去磁性能，因而在堵转驱动及突然反转等特殊的性能要求中更为适合。

(4)在无刷直流电机应用稀土永磁材料，能够大幅度延长电机的使用寿命，增加电机转速，增强电机的散热功能，实现余度的灵活控制，同时还能增加电机的出力。一般来讲，航空对电机的体积、重量及性能的要求严格且特殊，而稀土永磁电机尤其是稀土永磁无刷直流电机以其众多的优点在航空领域得到了普遍的认可及应用，具有广阔的发展前景。

3稀土永磁电机在航空上的应用趋势

3．1稀土永磁有刷直流电动机

目前，在我国飞机上得到最多应用的电机仍为有刷直流电机。这类电机的工艺发展较为成熟、具有较低的成本及不错的特性，因而即便存在一些缺陷，对于飞机的某些系统，所发挥的作用仍然是不可小觑的，而且也一直在寻求更好的技术来弥补自身的缺陷。稀土永磁励磁的应用能够使功率密度得到有效提高;为了进一步增强容错性能，可以挖掘形式多样的余度;可以通过换向器及多元合金贵金属电刷的应用来促进电机使用寿命的延长及换向性能的改善;此外，为了使电机转动惯量得到进一步缩减，可以采用具有空心杯的电枢结构装置。

3．2稀土永磁无刷直流电机

在提升该电机可靠性的过程中，冗余技术的重要性日渐显露，故障重构技术、容错控制技术及余度设计技术得到了快速的发展与应用。其中，得到普遍发展的余度形式有串联式以及并联式这两种。串联式具有如下结构性能:采用同壳体同轴的方式对相对独立的两个电机本体进行安装，从而产生串联式双余度的结构;处于两个电机中的电枢绕组对与之相匹配的控制器分别进行连接，完全对称的两个控制器相互间进行协调工作，并实时监控彼此的故障。而并联式的性能结构如下:电机共享一套定转子，将两套完全独立的电枢绕组嵌放在定子铁心上，电枢绕组对分别与之相匹配的控制器进行连接，完全对称的两个控制器实施监控彼此的故障，从而产生并联式双余度结构。此外，应用多项技术来减小电机重量及体积。第一，应用气悬浮及磁悬浮技术来提高电机工作时的转速;第二，应用定转子单双边冷却、喷油冷却、循环水油冷等技术来对电机冷却条件进行改善。

3．3稀土永磁有限转角力矩电机

在一定的角度范围内，该电机能够直接对负载进行驱动，从而实现准确定位及快速运动。该电机重量轻、体积小，具有较高的可靠性及定位精确度，同时，在有限的转角内能够产生很大的力量，实现快速响应。在一类特殊的可靠性、精度都非常高的位置伺服系统中，该电机往往占据着核心地位。这类特殊系统的组成部分包括控制器、位置传感器以及有限转角力矩电机。其中控制器采用双余度控制电路，是与电机绕相匹配的;电机为双余度绕组定子及单余度永磁转子。不论是处于单通道还是双余度的条件下，系统都可以正常运行，具有较高的使用可靠性。在飞机电刹车系统及飞控系统中采用该电机，开启作动器伺服阀门时，不需要利用齿轮减速来完成驱动，而是可以作为驱动器直接完成驱动，一般来讲，减速驱动往往具有一定的系统误差，而这种直接驱动方式则可以避免误差的出现，从而实现宽频响、大力矩及高精度的驱动。

4结语

总而言之，与发达国家相比，在稀土永磁电机在航空具体应用实践的规模及速度上，我国还处于滞后水平，但这也说明稀土永磁电机在我国航空领域内的应用空间及前景是非常广阔的，具有极大的发展潜力。因此，必须加大力度并采取相关措施来发展稀土永磁电机的可靠性性能、伺服系统、调速系统、多余度电作动技术，加快稀土永磁电机在我国航空中的应用，从而促进我国航天事业的快速发展。

参考文献:

［1］邹丽．稀土永磁电机在起重机行业的应用研究［J］．起重机运输机械，2014(08):20～22．

作者:赵勇 单位:广州民航职业技术学院