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耐高温永磁电机发展现状与关键技术。
2018-04-11 16:55:34   来源:   评论:0 点击:

本文在分析国内外耐高温电机发展现状的基础上,探讨了耐高温永磁电机涉及的关键技术,例如: 电机多物理场分析方法、电机材料与电子器件特...
本文在分析国内外耐高温电机发展现状的基础上,探讨了耐高温永磁电机涉及的关键技术,例如: 电机多物理场分析方法、电机材料与电子器件特性分析、永磁电机损耗、温升和冷却分析、电机失效机理及寿命预估方法、永磁电机驱动控制技术等。

1、国内外耐高温永磁电机发展概况


1、航天用电机的特点

在航天用电机领域,卫星太阳能帆板展开机构和天线伺服驱动机构上的电机工作温度可达到120℃以上; 平流层飞行器电机工作环境温度为-70 ~ 55℃,工作环境大气 压 为 4000Pa ~0. 01MPa; 最典型的是月球车电机,美、俄罗斯、中国等 均 研 制 出 了 登月车用电机,电机在-80 ~170℃的宽温度范围和真空条件下正常工作。

电机的工作温度范围越宽,月球车的工作效率越高。目前,美国正在研究火星车用电机,温度范围更宽。相对于月球车上的其他功能部件,电机系统的环境往往是最恶劣的,由于其他部件可以采用温控系统进行散热或隔热处理,而电机作为基本的驱动部件,在结构上采用温控系统相对困难,尤其是电机自身发热,使得电机内部温升更高。

我国对月球车用电机工作的温度范围相对较窄,主要原因是对材料特性变化、电机失效机理和可靠性设计缺乏研究及工程经验积累。在其他航天用电机方面,我国一直在根据型号任务的需求进行产品研发,对于电机是否能够满足高温、低温等恶劣环境要求,一般是通过实验进行考核,而模拟实验环境的可信度有待验证。

基于航天的应用背景,作为执行器基础部件的电机经常工作在恶劣环境和极限工况下。受航天飞行器有限的体积和质量限制,系统对电机提出高的功率密度和转矩密度等要求,期望电机具有高的加速度和高的稳定工作电流密度; 另一方面,航天应用背景对电机的可靠性和寿命又提出极高要求。

为保证电机具有高可靠性,实际应用中往往采用增大电机体积或降低电流密度的方法。因此需要折中处理高功率密度与高可靠性两者之间的矛盾关系。同时,航天飞行器中电机的冷却环境和冷却条件受到制约,基本上不允许采取水冷等措施,而且该类电机常在高速、高转矩工作点运行,发热温升更严重。电机温升过高可造成永磁体失磁、绝缘层损坏甚至电机烧毁等事故。因此,研究耐高温永磁电机的理论与技术体系具有重要意义。

2、国内外耐高温电机发展现状


国内外一些研究机构及电机生产厂家针对高温环境对电机提出的特殊要求,研制了可耐不同等级温度环境的永磁电机,取得了一些研究成果。

ABB 公司推出了一系列耐高温电机,能够承受温度达 90℃、湿度100% 的恶劣环境。该系列电机为鼠笼式感应电机,其铁、铝表面全部进行了多层环氧树脂表面处理,以保证高温环境下绝缘材料的可靠性。

为使电机在高温环境下安全运行,应经常检测轴承温度,以保证轴承的润滑效果;并且根据测量结果改变润滑周期。表 1 为 ABB 耐高温电机性能参数。

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