解决太空步进电机设计难题

文章来源:锐特步进电机 时间:2019-11-19 10:25:00 浏览:

  真空和微重力应用的严酷环境带来了许多组件功能上的问题,而这在地球上通常不需要解决。对于以运动为主要功能的组件(例如运动控制系统)尤其如此。电机特别会给环境带来许多固有的问题,这主要是由于电机需要大量的功率才能运行,会产生过多的热量,会在系统中引入有害的振动,并可能成为污染物的来源。

  处理这些问题要付出巨大的代价。更高的功率要求需要更大的功率发生系统,更多的热量产生需要更大的冷却系统,处理不想要的振动需要更坚固的阻尼系统,并且污染物可能会损坏仪器和其他车载部件。这种复杂性可能会转化为潜在的组件或系统故障-但是,在这种情况下,没有任何余地空间应用程序,这就是为什么与在太空飞行要求方面拥有丰富经验的公司合作很重要的塬因。需要专用的空间混合式步进电机在恶劣的环境下工作,并准确处理空间运动控制的固有问题。

  优化功耗

  绕组可以针对高速和低速进行定制,针对特定应用需求量身定制的扭矩输出,以及针对高温和低温的绕组。

  在太空应用中,功率至关重要。尚未针对空间进行充分优化的系统所浪费的每瓦特都会浪费宝贵的资源。功耗的优化包括定制电机绕组,以便它们能够以所需的运行速度提供峰值的动态转矩-这需要正确集成高精度组件,例如以最高效率运行的低惯性转子。根据特定的应用,在考虑整个系统的功率限制的同时,每台电机都经过了调整,可提供理想的性能。

  温度管理

  与温度影响太空中混合式步进电机性能有关的两个关键问题包括电机运行的温度范围和电机产生的热量。卫星和其他航天器在极端温度范围内运行。如果设计不当,则预期在这些极端温度变化下起作用的外部安装系统可能会导致运行问题。

  例如,热量会影响嵌入转子的永磁体的磁强度。随着热量增加,电机性能下降。解决这一难题的方法是,采用由合金制成的永磁体,该永磁体可在较高和较低的温度下提供更大的磁力。例如,稀土sa钴或钕都用于此目的。

  热量还会极大地影响电机所用轴承的寿命,因此会缩短整个系统的寿命。为减轻此问题,必须使用润滑脂轴承,该润滑脂可以承受-80C至+200 C的高动态温度范围。可以为特定应用指定任何可以想象到的油或润滑脂,包括干润滑和无润滑。 。此外,还可以设计高温,无气的轴承。

  电机本身产生的过多热量也是一个问题。尽管所有电机都会产生一些热量,但是在真空环境中,这会成为一个主要问题,因为没有大气可以从电机或车辆中散发热量。在地球上,空气充当导体,消散产生的热量,而在太空中,则需要通过其他手段消散热量。这些其他手段通常包括不必要的重量增加和质量增加,这增加了飞行器或卫星的不必要的建造复杂性。此外,步进电机产生的任何热量都可能影响附近的仪器和组件,尤其是在飞行器的绝缘区域。通过优化步进电机的绕组,可以显着减少产生的热量。此外,在电机设计中结合导电路径也有助于温度管理。这些通道包括导热材料,可在绝缘体(胶水)和电机端罩之间进行散热。

  振动管理

  

 

  Lin Engineering设计和制造了能够在太空中运行的完整系列真空电机,包括其NEMA 11、211和NEMA 23、5718系列,以及多种定制和半定制设计。

  使航天器进入轨道是一种剧烈的考验。在发射过程中,组件会遭受高振幅振动,低振幅振动以及来自几个不同方向的冲击。步进电机在正常运行期间会产生振动。

  电机绕组的优化是一种最小化在特定运行速度下产生的共振频率的实用方法。通过使用专门加工成高同心度和尺寸精度的高质量组件,可以确保诸如转子或轴之类的组件不会将不必要的振动引入系统。

  但是,在太空中,每一个转弯都需要避免振动。有害的振动会影响车载传感器和仪器。低电平振荡会影响测量传感器以及成像设备的质量。在微重力环境中衰减振动具有挑战性,因为飞船或卫星悬挂在没有任何能量可传递到的空间中。每个组件都必须承受这些挑战,这就是为什么每个用于空间的步进电机必须使用适当的材料来创建结构完整性,以处理它可能遇到的任何和所有预期的力,而又不改变尺寸精度或机械完整性的塬因。

  除气和污染

  在微观层面上,有大量的气体和液体滞留在油漆,涂料,油脂和材料内部。在空间真空中,从电机内部捕获的这些气体会膨胀或冷凝,并且液体会蒸发,从而将有害污染物引入环境。如果这些污染物沉积在成像传感器,测量仪器或其他关键系统上,它们将降低整体性能或使其无用。

  可以设计电机以最大程度地减少放气。当所有步进电机组件(包括端盖,定子,转子和螺钉)均由低放气材料制成时,就会发生这种情况。电机上的大多数组件是金属合金,不含油漆,可用于真空。设计中使用的任何塑料材料都是不脱气的聚酰胺或尼龙。还提供填充有低放气润滑剂的特殊密封轴承。此外,所有组件都经过彻底清洁和真空烘烤。烘烤过程结束后,每个步进电机都在洁净室环境中组装并真空密封,以确保在运输和存储过程中没有污染物进入包装。最后,通过使用专门制造的真空和空间兼容的涂层(无论是用于铁质部件还是用于铝)来实现腐蚀防护。

  总的来说,进入太空的组件的寿命是在无尘室设施中制造时,使用最新材料进行组件的正确设计和最终组装所花费的时间和精力的一个因素。通过花时间了解产品所处的环境,始终可以保持产品的价值。太空飞行和卫星应用需要敏锐地感知与其运行环境相关的问题。

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