耐月球环境的无刷直流电动机的设计研究

摘要

近年来世界各国都加紧了深空探测的步伐，我国也制定了航天发展的基本方针，探月工程和空间站工程的建立预示着我国深空探测将向着更遥远的宇宙迈进。而航天电机作为空间载荷设备动力源，也需要进行更深入细致的研究。
　　本文在第一章对各国深空探测的历史进行了简要回顾，阐述了我国进行深空探测的必要性和紧迫性。电机作为动力源之一，在航天器上有广泛的应用。通过调研了解到我国航天电机与国外的差距，驱动类航天电机中国内运用得较多的是步进电机，无刷电机的优势决定其在航天上的运用前景可观，但国内的运用经验较少。作者认为由于国内之前基础研究的积累较少，电机的共性技术数据缺乏，导致了航天电机的小型化研究缺乏数据支撑。
　　本文第二章中简要介绍了航天电机设计中一个非常重要的组成部分—可靠性设计。可以说航天电机的设计除了功能的实现以外就是可靠性指标的实现。可靠性设计涉及到材料、元器件、电、磁、热、辐射等多领域学科，借助各种可靠性分析的方法，对所有可能出现隐患的环节进行总结，再采取措施进行规避。最后采用环境适应性试验技术进行验证。只有在设计源头就做到、做好可靠性设计工作，在生产、试验等环节做好控制，才能有效保证产品达到预期的固有可靠性水平，保证任务的有效执行。
　　本文第三章针对深空环境—温度变化范围大、高真空度、强辐照等对电机设计中经常使用到的绝缘材料、粘接材料、磁性材料、元器件等进行了试验，包括高温高真空环境对胶黏剂的质损和放气性的影响，以及对其剪切强度的影响；高能辐照环境对粘接剂和绝缘材料的影响，得到了一定的数据积累。以步进电机结构为例通过inventor软件建立定、转子数学模型，Ansys软件分析-196℃～+184℃生存温度之间的形变。最后对直流无刷电机中常用的传感器—霍尔传感器进行了试验，确认其能可靠工作的环境条件。
　　本文第四章在前三章工作的基础上，结合探月项目工程的实际配套任务，研发了一种耐月球环境的无刷直流电动机。文章介绍了其电磁设计、结构设计和可靠性设计。在设计过程中结合了各种可靠性分析手段，采取了能够提高可靠性的措施。并经性能试验和环境适应性试验，电机的各项指标基本已达到了用户提出的技术指标要求。
　　最后本文对月面实际使用的无刷直流电动机的设计工作做了一点总结，对深空探测用无刷直流电机的进一步发展方向进行了展望。

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第一章 绪论

1.1深空探测的发展及其意义

1.2 国外各类型深空探测的历史

1.3 我国深空探测的历史和发展方向

1.4 电机在航天器上的应用情况

1.5 各国航天电机的研究现状

1.6 我国航天电机与国外电机的差距

1.7 主要的空间环境以及对航天电机的影响

1.8本章小结

第二章 航天电机的可靠性设计

2.1 可靠性设计

2.2 可靠性分析

2.3 环境适应性设计

2.4 环境适应性试验

2.5 本章小结

第三章 耐月球环境的无刷直流电机的共性技术研究

3.1月球环境

3.2研究内容

3.3 研究方法和技术途径

3.4 试验研究结果

3.5 本章小结

第四章 月球环境下的小型电机的设计实例

4.1 任务分析

4.2详细设计方案

4.3可靠性设计与分析

4.4 试验验证结果

4.5本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文