磁悬浮飞轮用无刷直流电动机可靠性研究
李锴1，骆红云1，张争1，韩邦成2
(1北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京100191；2北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191)
摘要：针对为磁悬浮飞轮( msfw)转子提供旋转动力的无刷直流电动机(bldcm)进行了可靠性方面的研究。首先，建立了bldcm的可靠性串并联模型，采用应力分析法对其可靠度进行了预计，同时分析了采用冗余控制对bldcm可靠度的影响，分析表明在一定程度上可以认为控制冗余延长了bld—cm的使用寿命。其次，根据msfw运行测试的状况，建立了bldcm的故障树，进行了bldcm的故障模式与影响分析，最后提出了提高msfw用bldc可靠性的建议，对msfw的工程应用具有一定的实用价值。
关键词：bldcm；可靠性分析；故障树；故障模式与影响分析
中图分类号：tm36 +1；tm351 文献标志码：a 文章编号：1001-6848(2010)02-0012-0i
0引 言
近年来，磁悬浮轴承技术已进人工程应用阶段，并已应用于航天器姿态控制系统。采用磁悬浮轴承支承的b轮系统具有无摩擦损耗、无需润滑、无污染、启动和运行平稳且噪声小，磁轴承刚度可调、可实现转子无接触悬浮等优点。因而磁悬浮飞轮( msfw)与传统的机械飞轮相比，具有更高的姿态控制精度以及更长的寿命，被认为是未来高精度航天器姿态控制的理想执行机构。
本文所涉及的msfw主要由bldcm、提供角动量的飞轮转子、径向混合磁轴承、轴向混合磁轴承、径向位移传感器、轴向位移传感器和壳体等组成。bldcm提供转子运转的动力并且控制着飞轮转子的转速和方向，是影响msfw寿命的关键组件之一。
文献[4]指出轴承故障与绝缘故障占中小型交流电机故障的百分之97，直流电机中轴承故障与绝缘故障占百分之56，电刷故障占百分之42。文献[5]认为无刷直流电机多了驱动控制线路，因此它的可靠性薄弱环节为：轴承、绝缘绕组、驱动控制线路。
msfw的转子部分靠电磁轴承产生的电磁力悬浮，理论上各部件基本不存在蘑损，bldcm的转子部分固定于msfw的转子上，因此bldcm不存在磨损问题。这也表明bldcm失效机理与传统电机机械轴承磨损失效为主的失效模式存在根本的不同，所以在对msfw可靠性的研究中，应着重对bldcm进行可靠性方面的研究。
1 可靠性基本概念
可靠度：产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的概率，常以r(t)表示。
定义不可靠度
f(t)也称为故障概率分布函数，对其求导即得失效密度函数
失效率：指工作到某时刻t时尚未发生失效的产品，在该时刻f以后的下一个单位时间内发生失效的概率，记为a(t)。
积分得：
当失效率a(t)不随时间变化，为常数a，即寿命分布服从指数分布时。
2 bldcm可靠度预计
由于驱动电路的预计方法已很成熟，所以本文暂不考虑驱动电路即控制部分本身的可靠性，只考虑集成于msfw上的 |
