全电飞机驱动用五相永磁同步电机研究

摘要

全电飞机是以电能替代其他形式次级能源的飞机,是未来飞机发展的必然趋势。小型全电飞机直接采用电机驱动,驱动电机的性能对飞机的动力性、舒适性和安全性有决定性影响,是最重要的动力装置。
　　由于工作在低温、低气压、低湿度、强对流、强光照的高空环境,加之以紧凑的整机结构,全电飞机驱动用电机有很多特殊要求,在设计过程中必须根据这些要求对电机的结构进行调整。本文针对全电飞机驱动用电机进行了以下研究:
　　参照斯洛文尼亚的TaurusElectroG2全电飞机的性能要求与飞机电气标准,对电机的特性进行分析,确定了电机应为低速高功率密度电机,转速2200rpm以下,额定功率密度2kW/kg,频率300-400Hz,且任何条件下电机温度都低于100℃。
　　研究了不同的铁芯材料对电机的功率密度的影响,提出依据材料饱和磁密与密度比值选择材料有利于提高电机的功率密度。分析了不同的相数对电机系统的功率密度、容错性能和效率的影响,确定兼顾各项性能的最优相数为五相。根据电机频率要求,确定了电机的极数,并分析了不同极槽配合对电机的绕组系数、谐波次数等的影响,以功率密度最大为标准,选取了18极20槽极槽配合。综合以上研究,选以1J22为铁芯材料,进行了电机设计和仿真分析。
　　对比研究了飞机电机可能的冷却型式的优缺点和适用范围,根据电机工作时与飞机外部空气接触的特点确定了迎面气流冷却方法。分析了电机在飞机工作的不同阶段的功率需求,在此基础上,采用简易计算法对电机的冷却气体流量进行了估计,并通过有限元仿真的方法分析了电机在不同飞行速度和海拔高度下的温升,对简易计算的结果进行了校核,两种方法误差在5％以内。
　　进行了电机的结构设计,并通过有限元仿真对电机的轴和端盖等关键部件的机械强度和安全系数进行了校核。
　　研究了电机可靠性测试的不同方法的特点和对测试工况的要求,针对加速寿命试验,引入了雨流计数技术,结合电机的实际工况,提出了测试工况的编制方法和流程以及加速比的计算方法,给出了编制实例并与传统评估方法进行了对比分析,证明了该方法充分可行,且具有贴近实际工况、应力筛选简洁易行、可移植性好等优点。

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第1章 绪论

1.1课题来源及研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 全电飞机驱动电机设计及性能影响因素分析

2.1 引言

2.2 全电飞机驱动用电机性能要求分析

2.3影响全电飞机驱动电机性能的因素及方案分析

2.4 电机设计与仿真分析

2.5 本章小结

第3章 全电飞机驱动电机冷却与机械强度研究

3.1 引言

3.2 全电飞机驱动电机冷却结构研究

3.3 电机工作模式研究

3.4 电机冷却风量计算与仿真分析

3.5 电机结构强度分析

3.6 本章小结

第4章 全电飞机驱动电机可靠性测试方法研究

4.1 引言

4.2 不同可靠性测试特点分析

4.3 加速寿命试验工况研究

4.4 方法的可行性分析

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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