磁懸浮飛輪用無刷直流電動機可靠性研究
李鍇1，駱紅云1，張爭1，韓邦成2
(1北京航空航天大學材料科學與工程學院，北京100191；2北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院，北京100191)
摘要：針對為磁懸浮飛輪( msfw)轉子提供旋轉動力的無刷直流電動機(bldcm)進行了可靠性方面的研究。首先，建立了bldcm的可靠性串并聯模型，采用應力分析法對其可靠度進行了預計，同時分析了采用冗余控制對bldcm可靠度的影響，分析表明在一定程度上可以認為控制冗余延長了bld—cm的使用壽命。其次，根據msfw運行測試的狀況，建立了bldcm的故障樹，進行了bldcm的故障模式與影響分析，最后提出了提高msfw用bldc可靠性的建議，對msfw的工程應用具有一定的實用價值。
關鍵詞：bldcm；可靠性分析；故障樹；故障模式與影響分析
中圖分類號：tm36 +1；tm351 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848(2010)02-0012-0i
0引 言
近年來，磁懸浮軸承技術已進人工程應用階段，并已應用于航天器姿態控制系統。采用磁懸浮軸承支承的b輪系統具有無摩擦損耗、無需潤滑、無污染、啟動和運行平穩且噪聲小，磁軸承剛度可調、可實現轉子無接觸懸浮等優點。因而磁懸浮飛輪( msfw)與傳統的機械飛輪相比，具有更高的姿態控制精度以及更長的壽命，被認為是未來高精度航天器姿態控制的理想執行機構。
本文所涉及的msfw主要由bldcm、提供角動量的飛輪轉子、徑向混合磁軸承、軸向混合磁軸承、徑向位移傳感器、軸向位移傳感器和殼體等組成。bldcm提供轉子運轉的動力并且控制著飛輪轉子的轉速和方向，是影響msfw壽命的關鍵組件之一。
文獻[4]指出軸承故障與絕緣故障占中小型交流電機故障的百分之97，直流電機中軸承故障與絕緣故障占百分之56，電刷故障占百分之42。文獻[5]認為無刷直流電機多了驅動控制線路，因此它的可靠性薄弱環節為：軸承、絕緣繞組、驅動控制線路。
msfw的轉子部分靠電磁軸承產生的電磁力懸浮，理論上各部件基本不存在蘑損，bldcm的轉子部分固定于msfw的轉子上，因此bldcm不存在磨損問題。這也表明bldcm失效機理與傳統電機機械軸承磨損失效為主的失效模式存在根本的不同，所以在對msfw可靠性的研究中，應著重對bldcm進行可靠性方面的研究。
1 可靠性基本概念
可靠度：產品在規定的條件和規定的時間內，完成規定功能的概率，常以r(t)表示。
定義不可靠度
f(t)也稱為故障概率分布函數，對其求導即得失效密度函數
失效率：指工作到某時刻t時尚未發生失效的產品，在該時刻f以后的下一個單位時間內發生失效的概率，記為a(t)。
積分得：
當失效率a(t)不隨時間變化，為常數a，即壽命分布服從指數分布時。
2 bldcm可靠度預計
由于驅動電路的預計方法已很成熟，所以本文暫不考慮驅動電路即控制部分本身的可靠性，只考慮集成于msfw上的 |
