全电飞机

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电动飞机的介绍 空中客车公司（Airbus）
• 最大载客量：853人 • 四发，双通道，双层 • 发动机：四台涡轮式风扇喷气 式发动机
A380
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电动飞机的介绍
小型商用领域：
斯洛文尼亚的 Pipistrel 公司 • 一台 30kW的电机提供推 力 • 40Ah 的锂离子电池作为 唯一初级能源 • 225km/h 的速度 • 200km 的巡航距离
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电动飞机驱动电机的性能要求
容错性：虽然飞机电机对可靠性和更换周期都有严格规定，但在极端恶劣环境， 如高盐度，高湿度等地区，电机仍存在提前失效的可能，在这种情况下，电机 如可以某种方式短时间容错运行，就可为乘员操纵飞机紧急降落或逃生提供更 多的时间，提高人员的生还的可能性，更好的保证生命安全。 可靠性：与汽车，船舶，轨道运输等地面运输方式不同，飞机一旦发生事故， 便会严重威胁乘员的生命安全，迫降和跳伞等逃生方式需要长期专业的训练才 能掌握。为最大限度的保证乘员的生命安全，飞机电机需要有极高的可靠性， 对于全电飞机驱动用电机，作为飞机的唯一动力，其可靠性更显得重要。按照 标准，飞机电机的故障率应不大于 6.6×10-5h-1，即应保证 15000 小时内不出现 故障。实际飞机电机使用中，通常几千小时就会进行更换，这实际上要求电机 在工作过程中不出现任何故障。 综合以上特点，全电飞机的驱动电机应为低速、高功率密度、多极、高可靠 性的直接驱动电机，同时具有一定的容错运行的能力。
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电动飞机驱动电机的性能要求
高功率密度：高功率密度一直是电机主要发展方向之一，尤其在飞机电机中。 飞机中使用了更多的电能和电机，对电机功率密度的要求与日俱增。传统电机 的功率密度在 0.5kW/kg，而飞机电机对功率密度的要求为至少达到 1.5kW/kg， 远期目标更是要达到 7kW/kg。 驱动型式：电机的驱动型式直接影响转速的选择。提高转速是提高功率密度的 有效方法之一，螺旋桨一般会设计为大直径低转速，如采用高速电机，则不可 避免的会使用齿轮减速机构作为中间环节，传动系统的效率和可靠性会下降。 因此，电机直接驱动螺旋桨是首选，电机的转速严格受到螺旋桨转速限制，为 提高电机功率密度提出了更大的挑战。
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永磁电机
直接驱动永磁电机在全电飞机 上最为典型的应用由斯洛文尼亚 和意大利研究人员做出。斯洛文 尼亚 Pipistrel 公司的Taurus Electro G2 飞机中，使用了30kW 永磁同 步电机，其转速在 2000rpm左右， 质量仅为 11.8kg。
Taurus Electro G2 电机
传统飞机能源系统
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电动飞机的介绍 大飞机领域：
美国：1991年，美国开展“多电飞机计划” 1998年，一期工作，以电能取代液压装置技术应用与 C141运输机与 F18 战斗机。2005年，二期工作，使供电系统可靠性再次提高 15 倍左右， 应用与F16战斗机。 欧洲：英国与欧盟先后提出“集成多电系统计划”和“功率优化飞机计 划”，研究成果主要为电动静液作动器（EHA）和机电作动器（EMA）， 在空客 A380 和波音 787 中取代了液压刹车系统。
Taurus Electro G2
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电动飞机的介绍
小型商用领域：
• 一台 150kW的电机提供 推力 • 325Ah 的锂离子电池作 为唯一初级能源 • 217km/h 的速度 • 400km 的巡航距离
Taurus Electro G4
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主要内容
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全电飞机驱动电机的性能要求
多电/全电飞机驱动电机概述
主要内容
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电动飞机背景介绍 全电飞机驱动电机的性能要求
源自文库
电机材料的要求
永磁电机
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主要内容
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电动飞机背景介绍
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电动飞机的介绍
• 传统飞机次级能源 包括机械、液压、 气动、电气四种， 存在多种能源形式 的转化，影响了系 统总的效率。
频率和电压等级：全电飞机一般由锂电池或燃料电池供电，而用电设备除驱动 电机外，还包括照明、加温除冰等系统，这些系统中含有磁放大器、变压器、 电容等元件，其电气性能随频率提高和提高，质量则随频率升高而降低。在飞 机中，常用的频率为 300~400Hz，交流电压等级 200V，直流电压等级为 270V， 电机的工作频率和电压最好与之接近，从而使系统结构最优化。
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电机材料的要求
电机材料主要包括铁芯、绕组和绝缘材料，对电机性能有很大影响。传统 的硅钢片、铜线和绝缘材料在一定程度上限制了电机转矩密度的继续提高。欧 洲、加拿大和美国都投入大量精力进行电机材料研究，希望能在现有基础上， 可以使电机的磁负荷提高 30%，电负荷提高 50%，这样在相同条件下，电机的 体积可以减小一半左右。在现阶段，绝缘材料的发展相对较慢，而软磁材料发 展较快。
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永磁电机
在永磁电机研究中，直接驱动电机备受瞩目。由于没有变速箱这一中间 环节，直接驱动系统效率更高。斯洛文尼亚 Elaphe 公司和 Ljubljana 大学合作， 研制了一系列直接驱动电机，其中用于全电飞机中的电机，额定转速 1600rpm，最大输出功率 30kW，质量只有 16kg。 实验结论如下：随着电机极数增加，转矩密度增大；相同尺寸的外转子 电机转矩和功率比内转子电机大，但恒功率区较窄；随电流密度的增加，外 转子电机恒功率区范围扩大。 这些结果表明，在调速范围不大或冷却较好的场合，外转子电机是很好 的选择。
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Thank your attention!
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电机材料的要求
在几种材料中，硅钢片、1J22、非晶合金都是传统的叠片叠压成型的，而 软磁复合材料（SMC）是注塑成型。SMC 的这种特性便于将电枢的齿的横截面 做成接近圆形，从而减少每匝线圈的周长，减轻绕组质量，因此，虽然其 B/ρ 的值略小于硅钢片，但其功率密度仍可能更高。但是 SMC 材料国内不具备生产 能力，完全依赖于进口，难以满足全电飞机国产化的需求。在叠压成型的材料 中，高饱和磁密材料 1J22 的 B/ρ 值最高，比硅钢片高 24.15%，可以显著提高电 机的功率密度；其缺点在于价格昂贵，比硅钢片价格高 30 倍以上。