稀土永磁体在航空航天工业中的应用

稀土永磁电机(REPM)主要用于飞机上的各种电动驱动系统。电动驱动系统是一种以电机为执行器的驱动系统。广泛应用于飞机的飞行控制系统、环境控制系统、刹车系统、燃油和起动系统。

由于稀土永磁体的优异磁性,在磁化后无需额外能量即可形成强大的永磁场。用稀土永磁电机代替传统电机的电场,不仅效率高,而且结构简单,运行可靠,体积小,重量轻。它不仅可以实现传统电励磁电机无法比拟的高性能(如超高效率、超高速、超高响应速度),还可以制造满足特定运行要求的专用电机,如电梯牵引电机、汽车专用电机等。

飞机上使用的驱动系统有四种:液压、电动、气动和机械。液压驱动系统是应用最广泛的驱动系统,但最有前途的驱动系统是电动驱动系统。随着永磁体、大功率半导体和微处理器的发展,电动驱动系统已经发展到可以与液压驱动系统竞争的程度。

稀土永磁体在航空航天工业中的应用

(1) 飞行控制系统

飞行控制系统中使用的电动执行系统也称为电力电传执行器,主要用于操作机翼和方向舵。它主要分为电液执行机构和机电执行机构。

20世纪70年代中期,美国直升机液压系统在重大国际事件中频繁出现故障,促使他们研发稀土永磁电动执行器。钕永磁无刷直流电机(NdFeB-PMBLDCM)技术用于通用电气公司、维克斯公司和HR-Dextran公司为下一代飞行控制舵开发的电液执行器。研制的电动执行机构采用高压永磁无刷直流电机技术和脉宽调制功率变换技术。

电机控制器接收来自飞机飞行控制计算机的控制指令,通过三通道舵环系统伺服放大器的信号处理、合成和放大,驱动相应舵的输出角,控制飞机的舵和副翼,从而改变飞机的姿态和方向,实现飞行控制系统对飞机的自动控制。

(2) 电气环境控制系统

电气环境控制系统采用机电驱动技术,其特点是大功率、高速变速驱动电机。自1982年以来,美国开发了一种电蒸汽循环环境控制系统,并在一架P-3反潜飞机上进行了测试。系统采用30000-70000 r/min的变速高压稀土永磁无刷直流电机驱动压缩机。钐钴永磁电机在45 000 r/min.3 kW功率下可输出34。

(3) 空气制氧系统

制氧机是先进飞机的重要机载设备,为飞行员提供维持生命的能力。目前,只有美国等四个国家拥有这项技术。我国在这项技术上已跻身国际先进行列,并成功研制了制氧机。所用电机为低速高精度无刷直流电机稳速系统。钐钴永磁励磁驱动阀门旋转6r/min。

电机控制器

(4) 电制动系统

电动制动系统于1982年在美国成功开发,并在A-10攻击机上进行了测试。1990年,第三代电子制动系统完成。采用强力矩钐钴永磁无刷直流电机和带轮蜗杆传动机构。

1998年,F-16战斗机驾驶了一种新的电子制动系统。系统的电动执行机构采用四台稀土永磁无刷直流电机。由于采用了无刷电机和低惯性元件,机电执行器的响应频率为20~30Hz,而液压执行器的响应频率仅为10Hz。有了这种电子制动系统,战斗机可以减少22.5-45公斤。

(5) 燃油系统

过去,大多数液压泵和阀门都是由刷式直流电机驱动的。现在使用的是无刷直流电机。电机与浸没在燃油中的泵一起工作,控制器和磁转子体安装在同一壳体中,完全密封。电机采用耐高温钕铁硼磁体或钐钴磁体,采用1J22高磁导率定子铁芯材料。具有速度闭环和数字控制软启动功能。

驱动系统