【正文】 稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)的發(fā)展與在航空領(lǐng)域全電剎車(chē)系統(tǒng)上的應(yīng)用研究摘 要無(wú)刷直流電機(jī)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，既具有普通直流電機(jī)的良好調(diào)速性能，又不需要機(jī)械換向裝置，可靠性強(qiáng)，效率高。由于具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)使其有著廣闊的應(yīng)用前景。而飛機(jī)全電剎車(chē)系統(tǒng)是新一代飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)。隨著電機(jī)制造技術(shù)及相關(guān)的電力電子技術(shù)飛速發(fā)展，飛機(jī)全電剎車(chē)系統(tǒng)引起航空工業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注。研究無(wú)刷直流電機(jī)在飛機(jī)全電剎車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)我國(guó)國(guó)防和航空領(lǐng)域的發(fā)展有著重要意義。本文主要研究了稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)的發(fā)展與在航空領(lǐng)域全電剎車(chē)系統(tǒng)上的應(yīng)用。論文首先是對(duì)稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行研究和剖析，詳細(xì)介紹了稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，并通過(guò)與其他各種各樣的電機(jī)相比較分析論證了永磁無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)越性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步得出無(wú)刷直流電機(jī)的三個(gè)研究方向：電機(jī)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制，無(wú)刷直流電機(jī)控制器。并指出該電機(jī)是航空領(lǐng)域最有發(fā)展前景的電機(jī)。其次本文詳細(xì)介紹了全電剎車(chē)系統(tǒng)，同樣運(yùn)用對(duì)比的方法研究了全電剎車(chē)系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)剎車(chē)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在。然后在全電剎車(chē)系統(tǒng)的作動(dòng)電機(jī)選型方面本文通過(guò)深入的對(duì)比與研究最終得出永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是作動(dòng)電機(jī)的最佳選擇這一結(jié)論。進(jìn)一步地通過(guò)建立簡(jiǎn)化模型和畫(huà)出仿真圖像來(lái)證實(shí)無(wú)刷直流電機(jī)作作動(dòng)電機(jī)的飛機(jī)電剎車(chē)系統(tǒng)剎車(chē)效率高。關(guān)鍵詞：稀土永磁，無(wú)刷直流電機(jī)，全電剎車(chē)系統(tǒng)，液壓剎車(chē)系統(tǒng)，作動(dòng)電機(jī)目 錄引 言 1第一章 無(wú)刷直流電機(jī) 2 2 3 3 3 4 無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理 4 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11第二章 飛機(jī)全電剎車(chē)工作原理與組成結(jié)構(gòu) 11 11 11 12 飛機(jī)全電剎車(chē)系統(tǒng)的介紹 13 15 15 15 16第三章 飛機(jī)全電剎車(chē)系統(tǒng)中作動(dòng)電機(jī)的選用 17 17 18 無(wú)位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 22 建立作動(dòng)電機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)簡(jiǎn)化模型 23結(jié) 論 26工作總結(jié) 26發(fā)展展望 28參考文獻(xiàn) 2932引 言 上個(gè)世紀(jì)80年代由于節(jié)能的需要、稀土材料的開(kāi)發(fā)，采用永磁材料的電機(jī)在我國(guó)獲得迅猛發(fā)展，最早應(yīng)用于同步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。眾所周知，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能好(調(diào)速范圍寬、速度平穩(wěn)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、低速性能好)，調(diào)速電源簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍極其廣泛，但因采用機(jī)械整流器換向，由于電流換向火花、電刷及換向器磨損，電磁干擾及噪聲大、需要定期維護(hù)，直流電動(dòng)機(jī)的速度、可靠性和壽命受到一定限制，在多數(shù)情況下為交流電動(dòng)機(jī)所取代。交流電動(dòng)機(jī)在調(diào)速性能上仍不及直流電動(dòng)機(jī) ，隨著電機(jī)控制理論的發(fā)展、電力電子及微電子技術(shù)、稀土永磁材料的最新進(jìn)展，促成了一種新型電動(dòng)機(jī)的誕生，它用電子換向取代了機(jī)械換向，以永磁材料作為轉(zhuǎn)子，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于永磁同步電動(dòng)機(jī)，與驅(qū)動(dòng)電源結(jié)合組成完全具有直流電動(dòng)機(jī)特性的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)刷直流電機(jī))。 由于稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)的體積小，重量輕，耗材少，效率高等優(yōu)越性能和諸多優(yōu)點(diǎn)使其在航空領(lǐng)域顯示出廣泛的應(yīng)用前景和強(qiáng)大的生命力。隨著設(shè)備的小型輕量化、節(jié)能化的要求，對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的輕薄短小化、高輸出化、高效率化設(shè)計(jì)有了更高的要求。而多電飛機(jī)是未來(lái)軍機(jī)發(fā)展的方向，這為大功率無(wú)刷直流電機(jī)的性能提出了更高的要求。大功率無(wú)刷直流電機(jī)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣適用于大運(yùn)、大客以及各種飛機(jī)用 EMA、EHA、EBHA、DDA 等。本文主要就稀土永磁無(wú)刷電機(jī)在航空領(lǐng)域全電剎車(chē)系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展展開(kāi)討論。 目前，稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)無(wú)疑已經(jīng)成為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的電機(jī)，也正因?yàn)槠渥吭降男阅軆?yōu)勢(shì)使其在飛機(jī)電剎車(chē)領(lǐng)域成為首選的作動(dòng)電機(jī)。隨著中國(guó)航空工業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是在關(guān)乎中國(guó)國(guó)防安危的戰(zhàn)機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展領(lǐng)域，飛機(jī)電剎車(chē)系統(tǒng)顯得尤為重要。如今先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)的發(fā)展都追求速度與隱身兩大方向，這兩大方向也成為許多國(guó)家發(fā)展先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)的瓶頸。而稀土永磁無(wú)刷直流電機(jī)在飛機(jī)電剎車(chē)和其他領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用為我國(guó)提供了發(fā)展先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)的契機(jī)。第一章 無(wú)刷直流電機(jī) 一般永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)本體、位置檢測(cè)器和電子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路三部分組成。如圖1，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的永磁體提供勵(lì)磁，定子上是電樞繞組，電子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路直接與電樞繞組相連，電子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路和位置檢測(cè)器的作用與有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向器相同。圖1 無(wú)刷直流電機(jī)組成框圖[32] 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在電磁結(jié)構(gòu)上和有刷直流電動(dòng)機(jī)基本一樣，但它的電樞繞組放在定子上，轉(zhuǎn)子采用永磁材料。永磁材料的使用，大大減小了無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的重量、簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)、提高了性能，使其可靠性得以提高。第三代釹鐵硼永磁材料的應(yīng)用，進(jìn)一步減少了電機(jī)的用銅量，促使無(wú)刷電機(jī)向高效率、小型化、節(jié)能的方向發(fā)展。 控制電路：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電路中的功率開(kāi)關(guān)器件，來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩以及保護(hù)電機(jī)，包括過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等保護(hù)。目前，控制電路一般有專(zhuān)用集成電路、微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器等三種組成形式。數(shù)字信號(hào)處理器是控制電路發(fā)展的方向。 驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路輸出電功率，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電樞繞組，并受控于控制電路。驅(qū)動(dòng)電路由大功率開(kāi)關(guān)器件組成。由于晶閘管的出現(xiàn)，直流電動(dòng)機(jī)才從有刷實(shí)現(xiàn)到無(wú)刷的飛躍。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了全控型的功率開(kāi)關(guān)器件。目前，全控型開(kāi)關(guān)器件正在逐漸取代線(xiàn)路復(fù)雜、體積龐大、功能指標(biāo)低的普通晶閘管，為驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)智能化、高頻化、小型化創(chuàng)造了條件。 永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是一閉環(huán)的機(jī)電一體化系統(tǒng)，它是通過(guò)轉(zhuǎn)子磁極位置信號(hào)作為電子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路的換相信號(hào)，因此，準(zhǔn)確檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子位置及時(shí)對(duì)功率器件進(jìn)行切換，是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。 為適應(yīng)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，無(wú)位置傳感器應(yīng)運(yùn)而生，它一般利用電樞繞組的感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)來(lái)間接獲得轉(zhuǎn)子磁極位置，與直接檢測(cè)法相比，省去了位置傳感器，簡(jiǎn)化了電動(dòng)機(jī)本體結(jié)構(gòu)，取得了良好的效果，并得到了廣泛的應(yīng)用。但對(duì)于靠反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行位置檢測(cè)的無(wú)位置傳感器無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，由于靜止時(shí)不產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，因而如何順利啟動(dòng)是該電機(jī)需要解決的問(wèn)題。 無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理以二相導(dǎo)通星形六狀態(tài)無(wú)刷方波電機(jī)為例來(lái)說(shuō)明電機(jī)的工作原理，如圖2所示。圖2 稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖 當(dāng)轉(zhuǎn)子位置位于圖2(a)所示位置時(shí)，檢測(cè)到的磁極位置信號(hào)，經(jīng)過(guò)控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使功率開(kāi)關(guān)管TT6 導(dǎo)通，即繞組A、B通電，A進(jìn)B出，電樞繞組在空間合成磁勢(shì)Fa，如圖2(a)所示。此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用拖動(dòng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。電流流通途徑為：電源正極→T1管→A相繞組→ B相繞組→T6管→電源負(fù)極。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)60176。電角度，達(dá)到圖2(b)中位置時(shí)，位置傳感器輸出信號(hào)，經(jīng)邏輯變換后使開(kāi)關(guān)管T6截止，T2導(dǎo)通，此時(shí)T1仍導(dǎo)通，則繞組A、C通電，A進(jìn)C出，電樞繞組在空間合成磁場(chǎng)如圖2(b)中Fa。此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用使轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。電流流通路徑為：電源正極→T1管→A相繞組→C相繞組→T2管→電源負(fù)極，依此