從廣義上講,電機(jī)是電能的變換裝置,包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)和靜止電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的一種能量轉(zhuǎn)換裝置;靜止電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律和磁勢(shì)平衡原理實(shí)現(xiàn)電壓變化的一種電磁裝置,也稱其為變壓器。
電機(jī)按飛機(jī)上的應(yīng)用分類有:
1、主電源發(fā)電機(jī):包括直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī),功能是向飛機(jī)的主電源網(wǎng)絡(luò)供電,也向相應(yīng)設(shè)備用和專用的交流、直流電源轉(zhuǎn)換裝置(二次電源)供電。隨著飛機(jī)用電量的增加,現(xiàn)代大,中型飛機(jī)都采用交流無刷同步發(fā)電機(jī)作為主電源,單臺(tái)容量已達(dá)到135(A380)。
2、變壓器: 一般屬于靜止式的電機(jī)。目的是轉(zhuǎn)換主電源交流電壓給用電設(shè)備所需。當(dāng)配備了整流設(shè)備,則可組合成變壓整流器,提供恰當(dāng)?shù)闹绷麟?。特殊的變壓器可作為傳遞電信號(hào)的測(cè)量裝置,又稱作互感器。
3、驅(qū)動(dòng)電機(jī):提供機(jī)械動(dòng)力的電機(jī)裝置,也分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。用于飛機(jī)的各種電動(dòng)活門,通風(fēng)或冷卻通風(fēng)用,操縱系統(tǒng)舵面機(jī)構(gòu)動(dòng)力等。
4、控制電機(jī):包括交、直流伺服電動(dòng)機(jī),直流、異步測(cè)速發(fā)電機(jī)等。用在飛機(jī)控制、導(dǎo)航、航空儀表等系統(tǒng)設(shè)備及解算裝置中,還可作為伺服控制動(dòng)力或轉(zhuǎn)換傳遞系統(tǒng)信號(hào)的用途。
5 、旋轉(zhuǎn)變流機(jī):將直流電變換為交流電,在以支流供電為主的飛機(jī)上,是提供交流電源的二次電源設(shè)備,為雷達(dá),陀螺儀表及其他系統(tǒng)的交流設(shè)備供電。應(yīng)用現(xiàn)代變流技術(shù)的靜止變流器已經(jīng)取代了這旋轉(zhuǎn)變流機(jī)成為飛機(jī)上將直流電轉(zhuǎn)化成交流電的重要設(shè)備。
發(fā)展到今天,沒有恒速傳動(dòng)裝置的變速恒頻電源系統(tǒng)、無刷直流電動(dòng)機(jī)、永磁電機(jī)等都已經(jīng)在飛機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。
標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的額定工作環(huán)境溫度在50攝氏度到-20攝氏度之間,這滿足了大多數(shù)用途,有些應(yīng)用要求電機(jī)在高于或低于標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)允許的溫度范圍內(nèi)工作,在這些溫度范圍之外的任何地方操作標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)都會(huì)導(dǎo)致性能不佳。通常情況下,環(huán)境溫度降至約 -20℃ [4℉]時(shí)無需進(jìn)行任何修改。對(duì)于低于此溫度的環(huán)境,首先要考慮的是潤(rùn)滑,對(duì)于潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的軸承,確保潤(rùn)滑脂適合周圍環(huán)境。當(dāng)環(huán)境溫度降至-25℃[-13℉]以下時(shí),必須額外考慮制造過程中使用的材料類型。
最常見的材料變化是風(fēng)扇、軸、框架和端部支架,風(fēng)扇可能需要從塑料改為鋼或磷青銅。軸材料可能會(huì)從標(biāo)準(zhǔn)材料(如AISI1040)改為高強(qiáng)度合金(如AISI4140)。由于灰鑄鐵在低環(huán)境條件下的脆性,鑄鐵框架和端部支架通常會(huì)從灰鑄鐵改為球墨鑄鐵,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)材料和應(yīng)用情況,需要在-25℃和-60℃[-13℃和-60℃之間的不同環(huán)境范圍內(nèi)進(jìn)行這些材料變化。
低溫電機(jī)的選擇
低溫和真空條件使電機(jī)的選擇成為一個(gè)難題,主要有兩種選擇:步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī),步進(jìn)電機(jī)有一定數(shù)量的相位,通常從2到5,當(dāng)控制器以協(xié)調(diào)的方式給不同的相位組合通電時(shí),它們會(huì)分步移動(dòng)。這會(huì)產(chǎn)生電機(jī)軸的半連續(xù)運(yùn)動(dòng)。只有一個(gè)獨(dú)特的同步速度,將允許繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。這種電機(jī)可以利用來自控制器的步進(jìn)信號(hào)提供定位反饋,但不能直接從電機(jī)的實(shí)際位置提供定位反饋。
步進(jìn)電機(jī)在低溫領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,有一些制造商專門制造用于真空和低溫條件的電機(jī),它們非常昂貴,一些儀器開發(fā)商購(gòu)買高質(zhì)量的步進(jìn)電機(jī),并為低溫操作做好準(zhǔn)備用拋光的金屬表面代替鑄造零件,以防止揮發(fā),并將軸承更換為特殊的干式低溫軸承,其成本降低可以降低到原來的十分之一。
低溫電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
目前有兩種主要類型的驅(qū)動(dòng)器在低溫下使用,一種是有一個(gè)驅(qū)動(dòng)源位于低溫環(huán)境之外。它具有高輸出功率,但執(zhí)行器系統(tǒng)需要很大的空間,這使得它很難維持極端的環(huán)境條件。另外一種執(zhí)行器很小,完全位于低溫環(huán)境中,它被用于微定位工作臺(tái),但應(yīng)用有限。
直流伺服電機(jī)基本上以控制器施加的電壓的函數(shù)速度旋轉(zhuǎn),在這種情況下,位置未知,需要光學(xué)編碼器或其他定位設(shè)備來確定驅(qū)動(dòng)器的位置,這方面在低溫條件下尤其困難,因?yàn)楣鈱W(xué)編碼器和感應(yīng)傳感器在這種環(huán)境下不能很好地工作。
另一個(gè)需要考慮的重要因素是步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是運(yùn)行速度和溫度的函數(shù),電機(jī)的運(yùn)行速度越快,其傳遞的扭矩就越小。此外,冷操作會(huì)降低電機(jī)的扭矩??刂破骰螂姍C(jī)上的相位損失導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩從標(biāo)稱值A(chǔ)減小,從而導(dǎo)致階躍損失,盡管有一個(gè)良好的校準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器,因此導(dǎo)致階躍計(jì)數(shù)定位錯(cuò)誤。步進(jìn)電機(jī)與反饋旋轉(zhuǎn)變壓器相結(jié)合,以滿足應(yīng)用的獨(dú)特要求,這兩個(gè)裝置都被安置在一個(gè)奇特的鎳鉻鋼合金框架中,用于抗熱應(yīng)力和尺寸穩(wěn)定性。由于旋轉(zhuǎn)變壓器元件與電機(jī)元件的相似性,反饋系統(tǒng)選用旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)。
潤(rùn)滑和絕緣材料揮發(fā)
第一個(gè)問題是潤(rùn)滑和絕緣材料在低壓下?lián)]發(fā),第二個(gè)問題與電機(jī)材料在極低溫度下的性能有關(guān),大的溫度變化、低溫脆性和不同材料收縮率的應(yīng)力會(huì)降低由傳統(tǒng)材料制造的電機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性。為了減少低溫?fù)]發(fā),絕緣材料由選定的聚合物制成,磁鐵和引線材料經(jīng)過仔細(xì)zhi定,以避免揮發(fā)或斷裂,通常用于制造電機(jī)的粘合劑被熱膨脹系數(shù)接近相鄰鋼構(gòu)件的粘合劑取代。
AlNiCo(鋁-鎳-鈷)磁體的選擇有利于稀土組合,因?yàn)锳lNiCo在低溫下能更好地保持磁性,使用干膜潤(rùn)滑的不銹鋼滾珠軸承也是出于同樣的原因。所有機(jī)加工金屬零件均應(yīng)力消除,其結(jié)果是一種設(shè)計(jì),可以在低溫下,在真空室的限制下運(yùn)行,而不會(huì)蒸發(fā)電機(jī)的材料。
金屬部件的收縮和非金屬部件的硬化是導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)在低溫下無法工作的兩個(gè)主要因素。在收縮的情況下,如果具有臨界尺寸的電機(jī)部件以不同的速率收縮,則可能導(dǎo)致電機(jī)鎖定。由此產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)使過冷脆化的金屬零件產(chǎn)生裂紋。
為了克服這些影響,低溫電機(jī)必須選用特殊合金,所有金屬部件必須具有可比的熱膨脹系數(shù)。電纜絕緣和軸承潤(rùn)滑脂在低溫下都容易硬化,可能需要干潤(rùn)滑,必須仔細(xì)選擇絕緣聚合物,以通過低溫循環(huán)保持分子完整性。
Phytron具有25年定制空間電機(jī)的經(jīng)驗(yàn),時(shí)至今日在空間運(yùn)行中已經(jīng)有250多臺(tái)Phytron電機(jī)。我們有足夠的經(jīng)驗(yàn)和能力在不犧牲精度和可靠性的前提下 ,實(shí)現(xiàn)如何優(yōu)化電機(jī)重量、優(yōu)化功耗、控制熱量損耗和控制磁場(chǎng)分布等相關(guān)指標(biāo),以次來滿足空間運(yùn)動(dòng)的需求。
Phytron的技術(shù)和產(chǎn)品已成功應(yīng)用如下機(jī)構(gòu):
Phytron產(chǎn)品已成功應(yīng)用以下空間項(xiàng)目
2.好奇號(hào)火星探測(cè)器-ChemCam化學(xué)相機(jī)
MAVEN火星大氣與揮發(fā)物演化航天器將會(huì)穿過火星大氣層的外層邊緣,使用8種儀器測(cè)量氣體并監(jiān)測(cè)周圍條件。
Phytron提供的電機(jī)用于光學(xué)測(cè)試中,包括對(duì)光柵翻轉(zhuǎn)的控制90度偏轉(zhuǎn)角的控制、預(yù)加載定位、清潔光學(xué)器件。
Phytron提供VSS25系列電機(jī),整步數(shù)200步,集成一個(gè)速比為50的行星減速機(jī)。鈦合金部件、濕式潤(rùn)滑、定制鈦材料的聯(lián)軸器。
4.JUNO探測(cè)器
用戶:NASA 美國(guó)宇航局,ESA歐洲航天局
Juno為美國(guó)宇航局發(fā)射用來探測(cè)Juno小行星的探測(cè)衛(wèi)星,
Phytron提供VSS32電機(jī)用于紫外成像攝譜儀鏡面旋轉(zhuǎn)控制。
5.EnMAP高光譜衛(wèi)星 --- 德國(guó)地球科學(xué)研究中心
7.Rosetta – Cosima歐洲宇航局羅塞塔——柯西瑪
客戶:歐洲宇航局
它的主要任務(wù)是在該彗星向日飛行時(shí)對(duì)彗星表面進(jìn)行拍照、采樣,從而幫助人類研究并揭示太陽(yáng)系形成的奧秘。為了到達(dá)這個(gè)目標(biāo),需要長(zhǎng)期巡航,多次變軌,期間很多是睡眠。Phytron供VSS19電機(jī)用于彗星次級(jí)離子質(zhì)量分析器中.
8.XMM-Newton – EPIC 歐洲宇航局牛頓衛(wèi)星
用戶:ESA歐洲航天局
Phytron提供電機(jī)用于控制光子成像相機(jī).1999年12月,多鏡片X射線觀測(cè)衛(wèi)星(現(xiàn)稱XMM-牛頓)發(fā)射升空,歐洲天文學(xué)家從此擁有了他們自己的X射線觀測(cè)臺(tái)。這顆衛(wèi)星裝備了三部X射線望遠(yuǎn)鏡,因其奇異的飛行軌道而著稱,這種飛行軌道可令其長(zhǎng)時(shí)間、不間斷觀測(cè)深空。XMM-牛頓讓歐洲天文學(xué)界獲得了諸多突破,如觀測(cè)到迄今在遙遠(yuǎn)宇宙看到的zui大星系團(tuán)。這個(gè)龐大的星系團(tuán)(上圖右側(cè))證明了一種稱為暗能量的神秘力量的存在。據(jù)說,暗能量加速了宇宙的膨脹速度??茖W(xué)家表示,如此巨大的星系團(tuán)可能是在宇宙初期形成的.
9.Cassini-Huygens 卡西尼惠更斯土星探測(cè)衛(wèi)星
用戶:美國(guó)太空總署, ESA, NASA
“卡西尼-惠更斯”計(jì)劃(Cassini-Huygens mission)是美國(guó)宇航局(NASA)、歐洲空間局(ESA)和意大利空間局(ISA)的合作項(xiàng)目??ㄎ髂彳壍拉h(huán)繞器上包括兩個(gè)照相機(jī),是由加州技術(shù)研究院下屬的噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室(JPL)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。成像小組則主要來自空間科學(xué)研究院。
免責(zé)聲明:本文所用視頻、圖片、文字來自網(wǎng)絡(luò),僅做科普,如涉及作品版權(quán)問題,請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系我們,我們將立即刪除內(nèi)容!
電話:0769-23036566
傳 真:0769-89026342
手 機(jī):18922989930
地 址:東莞市萬江街道水凹路6號(hào)厚德福大廈611室