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摘要：

本文首先概述了稀土永磁電機在航空領域中的應用現狀，其次介紹了稀土永磁電機在航空上的應用特點，最后對稀土永磁電機在航空領域中的發展及應用趨勢進行了分析，具有一定的現實參考意義。

關鍵詞：

稀土永磁電機；航空；無刷直流電機；發展

1稀土永磁電機在航空上的應用現狀

飛機的電力作動系統是稀土永磁電機的主要使用對象，所謂電力作動系統即飛機驅動系統，其執行元件為電動機，在飛機的燃油系統、剎車系統、環境控制系統以及飛控系統中應用較為廣泛。

1．1燃油系統

以往通常依靠有刷直流電動機來驅動系統的液壓閥、液壓泵，但是現階段無刷直流電動機的應用比較普遍。在泵的帶動下，電機能夠浸在燃油中，而且對電機本體及控制器進行安裝時采用同一殼體，使之處于完全密封的狀態。在燃油系統中采用稀土永磁電機，具有軟起動以及數字控制的速度閉環功能。

1．2剎車系統

1982年，美國成功研制出電剎車系統并將其試安裝在A－10攻擊機上，開展了一系列相關試驗。隨后，在1990年，美國在原有的基礎上采用滑輪蝸桿作動器以及大力釤鈷永磁無刷直流電機開發出第三代飛機電剎車系統。之后，美國于1998年研發出以四臺稀土永磁無刷直流電機作為電作動器的電剎車系統，并在F－16戰斗機上進行了安裝及試飛工作。該電剎車系統采用了具有較低慣性的元件以及稀土永磁無刷的電機，因而相比僅為10Hz響應頻率的液壓作動器而言，機電作動器能夠達到20Hz至30Hz的響應頻率。此外，該電剎車系統的使用在一定程度上減輕了戰斗機自身的重量。

1．3環境控制系統

自1982年，美國就著力于以電動蒸汽循環的方式來發展環境控制系統，同時在P－3反潛飛機上展開了一系列相關試驗。該系統的壓氣機依靠具有變速功能的直流高壓稀土永磁無刷直流電機來驅動，其速度能夠在30000至70000r/min的范圍內變動。現階段，我國也已經將稀土永磁無刷直流電動機應用于飛機電動環境控制系統中，在該電機中，霍爾轉子位置傳感器能夠對信號進行輸出，從而實現對電機轉速的間接測量，在負載出現大范圍變動時，在不利用速度傳感器的情況下，仍能保證電機速度的穩定及高精度，有效解決了采用直流有刷電機對電動活門進行驅動時出現的時間精度控制問題。

1．4飛控系統

電力作動系統在飛控系統中的應用對象主要為方向舵及翼面，包括機電作動器及液壓作動器兩類。1975年左右，在一些重大的國際事件中美國直升機的液壓系統故障發生率極高，在這種情況下，美國開發著力于研發稀土永磁電機，將釹鐵硼永磁無刷直流電機技術應用于液壓作動器的研制中，將脈寬調制式功率變換器技術及高壓直流稀土永磁無刷直流電機技術應用于機電作動器的研制中。

2稀土永磁電機在航空上的應用特點

(1)一般而言，飛機對其電機自身重量及體積的要求是非常嚴格的。而稀土永磁材料具有高磁能積的特點，因而能夠大幅度減小電機的體積及重量。

(2)由于稀土永磁材料具有較大的剩磁及矯頑力，因而產生的氣隙磁通是非常大的，能夠使永磁轉子的外層直徑大大減小，通過減小時間常數以及轉子轉動慣量，使電機動態特性得到有效的改善。

(3)增加氣隙寬度，能夠減小在齒槽效應下產生的力矩波動，一般情況下，電樞反應會影響到力矩波動，而氣隙寬度的增加可以對這種影響產生一定的抑制作用。電樞反應不會過多的影響到稀土永磁材料的去磁性能，因而在堵轉驅動及突然反轉等特殊的性能要求中更為適合。

(4)在無刷直流電機應用稀土永磁材料，能夠大幅度延長電機的使用壽命，增加電機轉速，增強電機的散熱功能，實現余度的靈活控制，同時還能增加電機的出力。一般來講，航空對電機的體積、重量及性能的要求嚴格且特殊，而稀土永磁電機尤其是稀土永磁無刷直流電機以其眾多的優點在航空領域得到了普遍的認可及應用，具有廣闊的發展前景。

3稀土永磁電機在航空上的應用趨勢

3．1稀土永磁有刷直流電動機

目前，在我國飛機上得到最多應用的電機仍為有刷直流電機。這類電機的工藝發展較為成熟、具有較低的成本及不錯的特性，因而即便存在一些缺陷，對于飛機的某些系統，所發揮的作用仍然是不可小覷的，而且也一直在尋求更好的技術來彌補自身的缺陷。稀土永磁勵磁的應用能夠使功率密度得到有效提高;為了進一步增強容錯性能，可以挖掘形式多樣的余度;可以通過換向器及多元合金貴金屬電刷的應用來促進電機使用壽命的延長及換向性能的改善;此外，為了使電機轉動慣量得到進一步縮減，可以采用具有空心杯的電樞結構裝置。

3．2稀土永磁無刷直流電機

在提升該電機可靠性的過程中，冗余技術的重要性日漸顯露，故障重構技術、容錯控制技術及余度設計技術得到了快速的發展與應用。其中，得到普遍發展的余度形式有串聯式以及并聯式這兩種。串聯式具有如下結構性能:采用同殼體同軸的方式對相對獨立的兩個電機本體進行安裝，從而產生串聯式雙余度的結構;處于兩個電機中的電樞繞組對與之相匹配的控制器分別進行連接，完全對稱的兩個控制器相互間進行協調工作，并實時監控彼此的故障。而并聯式的性能結構如下:電機共享一套定轉子，將兩套完全獨立的電樞繞組嵌放在定子鐵心上，電樞繞組對分別與之相匹配的控制器進行連接，完全對稱的兩個控制器實施監控彼此的故障，從而產生并聯式雙余度結構。此外，應用多項技術來減小電機重量及體積。第一，應用氣懸浮及磁懸浮技術來提高電機工作時的轉速;第二，應用定轉子單雙邊冷卻、噴油冷卻、循環水油冷等技術來對電機冷卻條件進行改善。

3．3稀土永磁有限轉角力矩電機

在一定的角度范圍內，該電機能夠直接對負載進行驅動，從而實現準確定位及快速運動。該電機重量輕、體積小，具有較高的可靠性及定位精確度，同時，在有限的轉角內能夠產生很大的力量，實現快速響應。在一類特殊的可靠性、精度都非常高的位置伺服系統中，該電機往往占據著核心地位。這類特殊系統的組成部分包括控制器、位置傳感器以及有限轉角力矩電機。其中控制器采用雙余度控制電路，是與電機繞相匹配的;電機為雙余度繞組定子及單余度永磁轉子。不論是處于單通道還是雙余度的條件下，系統都可以正常運行，具有較高的使用可靠性。在飛機電剎車系統及飛控系統中采用該電機，開啟作動器伺服閥門時，不需要利用齒輪減速來完成驅動，而是可以作為驅動器直接完成驅動，一般來講，減速驅動往往具有一定的系統誤差，而這種直接驅動方式則可以避免誤差的出現，從而實現寬頻響、大力矩及高精度的驅動。

4結語

總而言之，與發達國家相比，在稀土永磁電機在航空具體應用實踐的規模及速度上，我國還處于滯后水平，但這也說明稀土永磁電機在我國航空領域內的應用空間及前景是非常廣闊的，具有極大的發展潛力。因此，必須加大力度并采取相關措施來發展稀土永磁電機的可靠性性能、伺服系統、調速系統、多余度電作動技術，加快稀土永磁電機在我國航空中的應用，從而促進我國航天事業的快速發展。

參考文獻:

［1］鄒麗．稀土永磁電機在起重機行業的應用研究［J］．起重機運輸機械，2014(08):20～22．

作者:趙勇 單位:廣州民航職業技術學院