Phytron為航空制造提供真空電機(jī)，航空制造需求驅(qū)動(dòng)真空電機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展

從廣義上講，電機(jī)是電能的變換裝置，包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)和靜止電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的一種能量轉(zhuǎn)換裝置；靜止電機(jī)是根據(jù)電磁感應(yīng)定律和磁勢(shì)平衡原理實(shí)現(xiàn)電壓變化的一種電磁裝置，也稱(chēng)其為變壓器。

電機(jī)按飛機(jī)上的應(yīng)用分類(lèi)有：

1、主電源發(fā)電機(jī)：包括直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，功能是向飛機(jī)的主電源網(wǎng)絡(luò)供電，也向相應(yīng)設(shè)備用和專(zhuān)用的交流、直流電源轉(zhuǎn)換裝置（二次電源）供電。隨著飛機(jī)用電量的增加，現(xiàn)代大，中型飛機(jī)都采用交流無(wú)刷同步發(fā)電機(jī)作為主電源，單臺(tái)容量已達(dá)到135(A380)。

2、變壓器: 一般屬于靜止式的電機(jī)。目的是轉(zhuǎn)換主電源交流電壓給用電設(shè)備所需。當(dāng)配備了整流設(shè)備，則可組合成變壓整流器，提供恰當(dāng)?shù)闹绷麟?。特殊的變壓器可作為傳遞電信號(hào)的測(cè)量裝置，又稱(chēng)作互感器。

3、驅(qū)動(dòng)電機(jī)：提供機(jī)械動(dòng)力的電機(jī)裝置，也分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。用于飛機(jī)的各種電動(dòng)活門(mén)，通風(fēng)或冷卻通風(fēng)用，操縱系統(tǒng)舵面機(jī)構(gòu)動(dòng)力等。

4、控制電機(jī)：包括交、直流伺服電動(dòng)機(jī)，直流、異步測(cè)速發(fā)電機(jī)等。用在飛機(jī)控制、導(dǎo)航、航空儀表等系統(tǒng)設(shè)備及解算裝置中，還可作為伺服控制動(dòng)力或轉(zhuǎn)換傳遞系統(tǒng)信號(hào)的用途。

5 、旋轉(zhuǎn)變流機(jī):將直流電變換為交流電，在以支流供電為主的飛機(jī)上,是提供交流電源的二次電源設(shè)備,為雷達(dá),陀螺儀表及其他系統(tǒng)的交流設(shè)備供電。應(yīng)用現(xiàn)代變流技術(shù)的靜止變流器已經(jīng)取代了這旋轉(zhuǎn)變流機(jī)成為飛機(jī)上將直流電轉(zhuǎn)化成交流電的重要設(shè)備。

發(fā)展到今天，沒(méi)有恒速傳動(dòng)裝置的變速恒頻電源系統(tǒng)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)、永磁電機(jī)等都已經(jīng)在飛機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。

標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的額定工作環(huán)境溫度在50攝氏度到-20攝氏度之間，這滿(mǎn)足了大多數(shù)用途，有些應(yīng)用要求電機(jī)在高于或低于標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)允許的溫度范圍內(nèi)工作，在這些溫度范圍之外的任何地方操作標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)都會(huì)導(dǎo)致性能不佳。通常情況下，環(huán)境溫度降至約 -20℃ [4℉]時(shí)無(wú)需進(jìn)行任何修改。對(duì)于低于此溫度的環(huán)境，首先要考慮的是潤(rùn)滑，對(duì)于潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的軸承，確保潤(rùn)滑脂適合周?chē)h(huán)境。當(dāng)環(huán)境溫度降至-25℃[-13℉]以下時(shí)，必須額外考慮制造過(guò)程中使用的材料類(lèi)型。

最常見(jiàn)的材料變化是風(fēng)扇、軸、框架和端部支架，風(fēng)扇可能需要從塑料改為鋼或磷青銅。軸材料可能會(huì)從標(biāo)準(zhǔn)材料（如AISI1040）改為高強(qiáng)度合金（如AISI4140）。由于灰鑄鐵在低環(huán)境條件下的脆性，鑄鐵框架和端部支架通常會(huì)從灰鑄鐵改為球墨鑄鐵，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)材料和應(yīng)用情況，需要在-25℃和-60℃[-13℃和-60℃之間的不同環(huán)境范圍內(nèi)進(jìn)行這些材料變化。

低溫電機(jī)的選擇

低溫和真空條件使電機(jī)的選擇成為一個(gè)難題，主要有兩種選擇：步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)有一定數(shù)量的相位，通常從2到5，當(dāng)控制器以協(xié)調(diào)的方式給不同的相位組合通電時(shí)，它們會(huì)分步移動(dòng)。這會(huì)產(chǎn)生電機(jī)軸的半連續(xù)運(yùn)動(dòng)。只有一個(gè)獨(dú)特的同步速度，將允許繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。這種電機(jī)可以利用來(lái)自控制器的步進(jìn)信號(hào)提供定位反饋，但不能直接從電機(jī)的實(shí)際位置提供定位反饋。

步進(jìn)電機(jī)在低溫領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，有一些制造商專(zhuān)門(mén)制造用于真空和低溫條件的電機(jī)，它們非常昂貴，一些儀器開(kāi)發(fā)商購(gòu)買(mǎi)高質(zhì)量的步進(jìn)電機(jī)，并為低溫操作做好準(zhǔn)備用拋光的金屬表面代替鑄造零件，以防止揮發(fā)，并將軸承更換為特殊的干式低溫軸承，其成本降低可以降低到原來(lái)的十分之一。

低溫電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

目前有兩種主要類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)器在低溫下使用，一種是有一個(gè)驅(qū)動(dòng)源位于低溫環(huán)境之外。它具有高輸出功率，但執(zhí)行器系統(tǒng)需要很大的空間，這使得它很難維持極端的環(huán)境條件。另外一種執(zhí)行器很小，完全位于低溫環(huán)境中，它被用于微定位工作臺(tái)，但應(yīng)用有限。

直流伺服電機(jī)基本上以控制器施加的電壓的函數(shù)速度旋轉(zhuǎn)，在這種情況下，位置未知，需要光學(xué)編碼器或其他定位設(shè)備來(lái)確定驅(qū)動(dòng)器的位置，這方面在低溫條件下尤其困難，因?yàn)楣鈱W(xué)編碼器和感應(yīng)傳感器在這種環(huán)境下不能很好地工作。

另一個(gè)需要考慮的重要因素是步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是運(yùn)行速度和溫度的函數(shù)，電機(jī)的運(yùn)行速度越快，其傳遞的扭矩就越小。此外，冷操作會(huì)降低電機(jī)的扭矩?？刂破骰螂姍C(jī)上的相位損失導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩從標(biāo)稱(chēng)值A(chǔ)減小，從而導(dǎo)致階躍損失，盡管有一個(gè)良好的校準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器，因此導(dǎo)致階躍計(jì)數(shù)定位錯(cuò)誤。步進(jìn)電機(jī)與反饋旋轉(zhuǎn)變壓器相結(jié)合，以滿(mǎn)足應(yīng)用的獨(dú)特要求，這兩個(gè)裝置都被安置在一個(gè)奇特的鎳鉻鋼合金框架中，用于抗熱應(yīng)力和尺寸穩(wěn)定性。由于旋轉(zhuǎn)變壓器元件與電機(jī)元件的相似性，反饋系統(tǒng)選用旋轉(zhuǎn)變壓器技術(shù)。

潤(rùn)滑和絕緣材料揮發(fā)

第一個(gè)問(wèn)題是潤(rùn)滑和絕緣材料在低壓下?lián)]發(fā)，第二個(gè)問(wèn)題與電機(jī)材料在極低溫度下的性能有關(guān)，大的溫度變化、低溫脆性和不同材料收縮率的應(yīng)力會(huì)降低由傳統(tǒng)材料制造的電機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性。為了減少低溫?fù)]發(fā)，絕緣材料由選定的聚合物制成，磁鐵和引線材料經(jīng)過(guò)仔細(xì)zhi定，以避免揮發(fā)或斷裂，通常用于制造電機(jī)的粘合劑被熱膨脹系數(shù)接近相鄰鋼構(gòu)件的粘合劑取代。

AlNiCo（鋁-鎳-鈷）磁體的選擇有利于稀土組合，因?yàn)锳lNiCo在低溫下能更好地保持磁性，使用干膜潤(rùn)滑的不銹鋼滾珠軸承也是出于同樣的原因。所有機(jī)加工金屬零件均應(yīng)力消除，其結(jié)果是一種設(shè)計(jì)，可以在低溫下，在真空室的限制下運(yùn)行，而不會(huì)蒸發(fā)電機(jī)的材料。

金屬部件的收縮和非金屬部件的硬化是導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)在低溫下無(wú)法工作的兩個(gè)主要因素。在收縮的情況下，如果具有臨界尺寸的電機(jī)部件以不同的速率收縮，則可能導(dǎo)致電機(jī)鎖定。由此產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)使過(guò)冷脆化的金屬零件產(chǎn)生裂紋。

為了克服這些影響，低溫電機(jī)必須選用特殊合金，所有金屬部件必須具有可比的熱膨脹系數(shù)。電纜絕緣和軸承潤(rùn)滑脂在低溫下都容易硬化，可能需要干潤(rùn)滑，必須仔細(xì)選擇絕緣聚合物，以通過(guò)低溫循環(huán)保持分子完整性。

Phytron具有25年定制空間電機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，時(shí)至今日在空間運(yùn)行中已經(jīng)有250多臺(tái)Phytron電機(jī)。我們有足夠的經(jīng)驗(yàn)和能力在不犧牲精度和可靠性的前提下 ，實(shí)現(xiàn)如何優(yōu)化電機(jī)重量、優(yōu)化功耗、控制熱量損耗和控制磁場(chǎng)分布等相關(guān)指標(biāo)，以次來(lái)滿(mǎn)足空間運(yùn)動(dòng)的需求。

• Phytron的技術(shù)和產(chǎn)品已成功應(yīng)用如下機(jī)構(gòu)：

• Phytron產(chǎn)品已成功應(yīng)用以下空間項(xiàng)目

1.歐洲航天局“BepiColombo”號(hào)水星探測(cè)器

用戶(hù)：Polish Academy of Science (PAS)波蘭科學(xué)院,DLR德國(guó)宇航中心,ESA歐洲航天局

“bepicolombo”號(hào)水星探測(cè)器飛行70億公里后將于2019年進(jìn)入繞水星軌道，將是迄今為止歐洲最復(fù)雜的科學(xué)任務(wù)之一。

“bepicolombo”號(hào)任務(wù)包括：

• 使用其攜帶的高科技設(shè)備完成對(duì)水星最quan面、清晰度最高的覆蓋

• 拍攝首批熱成像照片，確定水星表面成分，生成整體溫度圖；

• 提供水星表面特征的第一幅整體三維圖；

• 對(duì)水星引力環(huán)境進(jìn)行有史以來(lái)最quan面的數(shù)字測(cè)量

2.好奇號(hào)火星探測(cè)器-ChemCam化學(xué)相機(jī)

用戶(hù)：PI和NASA美國(guó)宇航局

Phytron用于激光對(duì)焦和控制分析相機(jī)ChemCan中使用Phytron的VSS25.200.0,6-HV真空電機(jī)調(diào)節(jié)焦距

3.MAVEN火星大氣與揮發(fā)物演化任務(wù)

用戶(hù)：LASP大氣和太陽(yáng)物理實(shí)驗(yàn)室, NASA美國(guó)宇航局

MAVEN火星大氣與揮發(fā)物演化航天器將會(huì)穿過(guò)火星大氣層的外層邊緣，使用8種儀器測(cè)量氣體并監(jiān)測(cè)周?chē)鷹l件。

Phytron提供的電機(jī)用于光學(xué)測(cè)試中，包括對(duì)光柵翻轉(zhuǎn)的控制90度偏轉(zhuǎn)角的控制、預(yù)加載定位、清潔光學(xué)器件。

Phytron提供VSS25系列電機(jī)，整步數(shù)200步，集成一個(gè)速比為50的行星減速機(jī)。鈦合金部件、濕式潤(rùn)滑、定制鈦材料的聯(lián)軸器。

4.JUNO探測(cè)器

用戶(hù)：NASA 美國(guó)宇航局，ESA歐洲航天局

Juno為美國(guó)宇航局發(fā)射用來(lái)探測(cè)Juno小行星的探測(cè)衛(wèi)星，

Phytron提供VSS32電機(jī)用于紫外成像攝譜儀鏡面旋轉(zhuǎn)控制。

5.EnMAP高光譜衛(wèi)星 --- 德國(guó)地球科學(xué)研究中心

德國(guó)于2013年發(fā)射被稱(chēng)為環(huán)境測(cè)繪與分析計(jì)劃(En-MAP)的高光譜衛(wèi)星。該衛(wèi)星的軌道高度為643.7km，它將利用兩臺(tái)覆蓋可見(jiàn)光至近紅外和短波紅外譜區(qū)的光譜儀以30m地面采樣距離對(duì)地面上30x30km“的面積進(jìn)行采樣。

在該項(xiàng)目中Phytron提供一款定制的電機(jī)用于快門(mén)校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，定制的電機(jī)包括鈦齒輪；定制的磁鐵減少雜散的磁通，線圈采用冗余設(shè)計(jì)保證一組線圈損壞后另外一組能正常工作，定制的諧波減速機(jī)，雙軸承設(shè)計(jì)能更好承受震動(dòng)和沖擊。

6.KOMPSAT S/C mission 韓國(guó)阿里郎多用途衛(wèi)星

用戶(hù)：EADS歐洲宇航防務(wù)集團(tuán), ASTRIUM阿斯特里姆

Pytron用于阿里郎衛(wèi)星X波段天線中高精度位置執(zhí)行機(jī)構(gòu)定制的宇航級(jí)電機(jī)主體為鈦材料質(zhì)量輕,集成諧波減速機(jī)，雙軸承設(shè)計(jì)可承受比較大的沖擊和震動(dòng)，特殊的潤(rùn)滑系統(tǒng)保證電機(jī)壽命。

7.Rosetta – Cosima歐洲宇航局羅塞塔——柯西瑪

客戶(hù)：歐洲宇航局

它的主要任務(wù)是在該彗星向日飛行時(shí)對(duì)彗星表面進(jìn)行拍照、采樣，從而幫助人類(lèi)研究并揭示太陽(yáng)系形成的奧秘。為了到達(dá)這個(gè)目標(biāo)，需要長(zhǎng)期巡航，多次變軌，期間很多是睡眠。Phytron供VSS19電機(jī)用于彗星次級(jí)離子質(zhì)量分析器中.

8.XMM-Newton – EPIC 歐洲宇航局牛頓衛(wèi)星

用戶(hù)：ESA歐洲航天局

Phytron提供電機(jī)用于控制光子成像相機(jī).1999年12月，多鏡片X射線觀測(cè)衛(wèi)星（現(xiàn)稱(chēng)XMM-牛頓）發(fā)射升空，歐洲天文學(xué)家從此擁有了他們自己的X射線觀測(cè)臺(tái)。這顆衛(wèi)星裝備了三部X射線望遠(yuǎn)鏡，因其奇異的飛行軌道而著稱(chēng)，這種飛行軌道可令其長(zhǎng)時(shí)間、不間斷觀測(cè)深空。XMM-牛頓讓歐洲天文學(xué)界獲得了諸多突破，如觀測(cè)到迄今在遙遠(yuǎn)宇宙看到的zui大星系團(tuán)。這個(gè)龐大的星系團(tuán)（上圖右側(cè)）證明了一種稱(chēng)為暗能量的神秘力量的存在。據(jù)說(shuō)，暗能量加速了宇宙的膨脹速度?？茖W(xué)家表示，如此巨大的星系團(tuán)可能是在宇宙初期形成的.

9.Cassini-Huygens  卡西尼惠更斯土星探測(cè)衛(wèi)星

用戶(hù)：美國(guó)太空總署， ESA, NASA

“卡西尼－惠更斯”計(jì)劃（Cassini-Huygens mission）是美國(guó)宇航局（NASA）、歐洲空間局（ESA）和意大利空間局（ISA）的合作項(xiàng)目?？ㄎ髂彳壍拉h(huán)繞器上包括兩個(gè)照相機(jī)，是由加州技術(shù)研究院下屬的噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室（JPL）負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。成像小組則主要來(lái)自空間科學(xué)研究院。

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