北京永光高特微电机有限公司
Beijing  YongGuang  Micro-Motor  Manufacturing  Co.,Ltd.
 
收藏本站
新闻详情

真空有刷直流电动机换向可靠性

浏览数:37393
文章附图

在卫星及其他航天器运动机构的驱动中,有刷电动机由于其控制简单、体积小、整体消耗费用低而受到普遍欢迎,其中应用最多的是天线及太阳电池阵的展开。美国、俄罗斯等航天技术处于领先的国家将有刷电动机用在一次性展开机构及相关非长期运行的运动机构中;通过可靠性增强后,机遇号和勇气号火星探测器中也使用了有刷电动机进行主动轮的驱动。但有刷电动机要保证可靠工作,电流换向是关键。在恶劣环境中,特别是在真空中,电动机换向设计是否合理是大家关注的问题,参与换向的各部件的匹配和工作可靠性直接影响电机的寿命。本文主要讨论在航天真空有刷!电动机研制中的换向设计,换向器与电刷匹配,特别是对不:同的电刷进行了对比和试验,提出了改善电动机真空运行性能的初步方案并进行了验证

1真空有刷电动机的换向可靠性

1.1换向原理

有刷电动机工作的原理决定了在电枢旋转时,组成电枢绕组的元件将由一条支路转入另一条支路,而此时为保证电枢产生的力方向不变,同一元件中的电流要改变方向,这过程称为换向过程。在换向过程中,由于换向元件存在自感和互感,将产生电抗电势;而换向元件切割电枢磁场则会产生运动电势。理想情况下,两电势的合成电动势为零,换向元件中的电流变化规律基本为一直线,电刷接触面上电流密度分布均匀,换向良好。当合成的电动势为正值时,将产生附加换向电流,使换向元件中电流改变方向的时刻向后推,造成延迟换向。若延迟强烈,则换向不良,换向结束,被电刷短路的换向元件瞬时断开时,后刷边常常会出现火花。另外,换向片间电压过高也可能造成电位差火花,在换向不利的情况下还有可能在正、负电刷间形成电弧,产生电腐蚀。当火花超过一定程度,就有烧坏电刷和换向器的危险,使电动机不能正常工作。由此可知,在这一过程中除了电气变化,电刷和换向器将进行快速地滑动接触,所以换向实际也是一个复杂的机械电气转换过程。因此,为保证电刷与换向器间换向可靠,不仅在电参数上要合理设计,同时也要确保电刷与换向器机械接触的可靠性,要注意电负荷、滑动摩擦的接触压力、润滑情况及环境条件等。

1.2真空对换向可靠性的影响

通常电刷采用石墨,而换向器为铜基材料。在空气中,氧气和水气同换向器中的铜结合,在换向器表面形成一层金属氧化膜,使电刷和换向器表面的接触电阻增加,减小了换向电流的变化量,有利于换向。虽然电刷摩擦作用有可能使62氧化膜破坏,但当电流流过后,滑动接触面的温度高,氧气和水分又使新的氧化膜形成。而在真空中没有氧气和水气,换向器表面不能形成氧化膜,使换向变差,火花引起的电腐蚀使电刷磨损严重;电刷的磨损加上真空下接触面润滑和散热不良造成电刷和换向器滑动接触也变坏,电机温升增大,电流增加,换向变得更差,接触面的机械磨损进一步加剧,形成恶性循环,直至电刷和换向器烧坏电机不能工作。另一,电刷本身所用材料及制造工艺造成其在真空中摩擦运动时出现粉化现象,造成工作时磨损严重,降低电机工作可靠性和寿命。

1.3改进措施和方法

(1)合理设计电机电性能和机械性能参数,包括绕组形式片间电压、换向器线速度、电流密度、电刷和换向片宽度,以控制换向区域,减小换向合成电势,降低电刷与换向器间的相对运动速度,改善换向和电刷磨损情况,提高电机可靠性和寿命。

(2)在加工时充分考虑换向器圆度和表面光洁度,保证电刷在换向器表面滑动顺畅。

(3)选择起弧电压较高的材料作为电刷和换向器,以减小换向过程中产生的火花。

(4)在电刷中添加二硫化钼等,以增加润滑及耐磨性。最后,可通过在模拟真空和常态环境下对所采用电刷和换向器进行匹配试验,找到最佳组合。中

2样机研制和实验

航天真空下使用的环境条件及电性能要求,根据上述设计方法研制有刷直流电动机样机(Φ45mm×90mm)。研制过程中除了在电机设计加工制造上采取措施外,还特别考虑了电刷和换向器的匹配。由于通常采用的航空电刷在真空条件下磨损严重,短时间内发生失效,故专门研制了两种电刷,以适应和满足地面调试和高真空环境的实际使用需要。由于电机结构的设计,运转时具体换向情况无法用眼睛观察,因此采用示波器来观察电动机电流波形发生的变化试验环境条件为常态和热真空状态(13×103pa、-55℃~85℃),同种结构安装不同电刷(分别是电刷1和电刷2进行试验1图2是常态下的电流波形图3图4是真空下的电流波形

实验结果表明,两种电机都通过了两个循环的热真空实验,电机在运行尤异常,但从上运波形可以希出存在明显不同:

(1)采用电1电在网种环定中性能变化不大,H□南波形比较稳定,试验后复件能基本变化

(2)采电刚2电机在常态下溪向没有电刷1好,且电流波形无神,观察电宽伍变化明法;试验后复性能有定的变化,其巾额定转式下降较明法,恨据验对比,选用电刷1电机行超高离空试验{5.5xPa、常混)、常态和直状点的常余式验,样机在试过中二f正常,试验后样亡能复测合

3结语

通过样机试验国,仁电别没如下上采取羋旅后,点下电机换向大为改善,耒校明显,特别是采厂专用研剖的两种电刷M,真空下运行作能有明显改善。电刷1过了超高翼空验常和真空状态的专的试验验证。




联系方式
 
 
 工作时间
周一至周五 :8:00-17:00
 联系方式
于海腾:010-83971821
姜宇:010-83510840
周围:010-61402950